DE1100356B - Schwingendes System mit mindestens drei aneinandergereihten, frei schwingenden Massen und Verfahren zu seiner Inbetriebsetzung - Google Patents
Schwingendes System mit mindestens drei aneinandergereihten, frei schwingenden Massen und Verfahren zu seiner InbetriebsetzungInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Combined Means For Separation Of Solids (AREA)
Description
DEUTSCHES
Schwingende Systeme, welche in verschiedenen Betrieben verwendet werden, wie z. B. schwingende
Siebe, Schüttelrinnen u. dgl., haben, in der Regel zum Ausgleichen der Reaktion der schwingenden Massen
Gegengewichte, die entweder vom Antriebsmechanismus mit entgegengesetzter Amplitude in Schwingungen
versetzt werden oder deren Antrieb über elastische Elemente im Gleichlauf mit der schwingenden Masse
erfolgt. In beiden Fällen ist es sehr schwierig, die schwingenden Massen unter verschiedenen Betriebsverhältnissen auszugleichen. Bei Zwangantrieb der
Ausgleichsmassen entstehen selbst bei vollkommener Ausgleichung große Kräfte im Antriebsmechanismus,
welche zwar nicht auf die Grundlagen übertragen werden, da sie sich gegenseitig aufheben, die jedoch
eine sehr starke Konstruktion des Antriebsmechanismus bedingen.
Es sind auch als starre Gebilde anzusehende schwingungstechnische Nutzgeräte ohne Gegengewichte
bekannt, die mit einem direkt in der Schwingungsrichtung arbeitenden Schwing- oder Rüttelmotor
verbunden sind. Bei diesen kann die Masse nicht beliebig hoch gewählt werden. Dadurch wird bei
Unwuchterregern die Nutzschwingweite zu gering. Aus diesem Grunde werden derartige Nutzgeräte
großer Massen durch mehrere Schwingmotoren erregt. Bei der Verwendung mehrerer Erreger an einem
gemeinsamen Nutzgerät kommt es aber leicht zur Bildung von Schwingungsknoten, die sich störend
auswirken können. Um diesen Nachteil zu beheben, ist es bereits bekannt, das Nutzgerät in mehrere einzelne
Glieder, meist in drei Glieder, aufzuteilen, die untereinander durch Federn verbunden, jedoch für
sich unabhängig voneinander beweglich sind. Dadurch entsteht ein mechanischer Kettenleiter, dessen Teile
in Gegenphase schwingen. Bei dieser Ausführung wird das unterteilte Nutzgerät von einem Ende aus durch
den Schwingungsmotor erregt. Anordnungen dieser Art, bei denen eine primäre Masse mit einer oder
mehreren sekundären Massen durch elastische Mittel gekoppelt ist, bereiten im allgemeinen während des
Anlaufens Schwierigkeiten. Zur Erzielung eines möglichst weitgehenden Massenausgleichs muß die unter
Vermittlung einer losen Kopplung angetriebene primäre Masse mit einer Phasenverteilung von nahezu
180° zu den sekundären Massen schwingen. Bis zur Erreichung dieses Resonanzzustandes werden aber
beim Anlaufen und auch beim Auslaufen alle Frequenzen unterhalb der Resonanz durchlaufen. Hierbei werden
die Massen mehr oder weniger in gleicher Phase schwingen und so an ihren schwachen Aufhängungsoder Unterstützungsfedern unzulässig große Ausschläge
hervorrufen. Zur Beseitigung dieses Nachteiles ist es bekannt, die mit dem Antrieb lose
Schwingendes System
mit mindestens drei aneinandergereihten,
mit mindestens drei aneinandergereihten,
frei schwingenden Massen
und Verfahren zu seiner Inbetriebsetzung
und Verfahren zu seiner Inbetriebsetzung
Anmelder:
Jaroslav Ruzicka, Prag-Karlin
Vertreter: Dipl.-Ing. A. Spreer, Patentanwalt,
Göttingen, Groner Str. 35
Göttingen, Groner Str. 35
Beanspruchte Priorität:
Tschechoslowakei vom 9. November 1954 und 31. Mai 1955
Tschechoslowakei vom 9. November 1954 und 31. Mai 1955
Jaroslav Ruzicka, Prag-Karlin,
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
gekoppelte Masse beim Anlassen und Stillsetzen des Schwingungssystems so lange festzuhalten, bis der
Antrieb seine Arbeitsfrequenz erreicht hat. Systeme dieser Art sind den Kräften und Momenten nach nicht
ausgeglichen und nur unter besonderen Bedingungen arbeitsfähig.
Die Erfindung bezweckt, diese Mängel zu beheben. Sie geht von einem schwingenden System mit mindestens
drei aneinandergereihten, frei schwingenden Massen ohne weitere ausgleichende Gegenmassen aus,
bei dem die Schwingungsbewegung vom Antrieb lediglich einer dieser Massen übertragen wird, während
die anderen Massen ihre Schwingungsbewegung über elastische Elemente von dieser angetriebenen
Masse oder über die über elastische Elemente sekundär angetriebenen Massen erhalten, wobei die Steifheit
der elastischen Elemente durch die Bedingung gegeben ist, daß die Amplituden der benachbarten Massen
entgegengesetzte Richtung haben. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
die auf die angetriebene Masse einwirkende Kraft eine im wesentlichen konstante Richtung besitzt,
welche gegen die Verbindungslinie der einzelnen Massen geneigt ist, die restlichen Massen im wesentlichen
parallel zu dieser Richtung geführt sind, die Angriffspunkte der die Schwingungen übertragenden
Kräfte bzw. der Summe dieser Kräfte im Schwerpunkt dieser Massen liegen und die Größe der schwin-
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genden Massen, das Verhältnis ihrer Amplituden und die Entfernung ihrer Schwerpunkte der Bedingung
entsprechen, daß die Summe der Momente der schwingenden Massen gegenüber einem beliebigen Punkt
gleichfalls Null ist. Bei diesem erfindungsgemäßen System werden die mit dem Antrieb lose gekoppelten
Massen nicht festgehalten, bis der Antrieb seine Arbeitsfrequenz erreicht hat, der Antrieb bleibt während
der ganzen Zeit mit den zu schwingenden Massen gekoppelt und wird bei einem Schwinghub gleich Null
auf volle Drehzahl gebracht, worauf allmählich der Schwinghub vergrößert wird, bis er die normale
Größe erzielt. Das ist nur dadurch möglich, daß alle Amplituden nach Kräften und Momenten ausgeglichen
sind.
Wie in der folgenden Beschreibung näher gezeigt wird, erzielt man durch diese Anordnung eine Reihe
von bedeutenden Vorteilen; die Möglichkeit die Massen vollkommen auszugleichen, schädliche Reaktionen
auf die Grundlage zu verhüten, die ganze Anordnung weniger empfindlich gegen kleinere Unregelmäßigkeiten
der Betriebsverhältnisse zu gestalten und den Antriebsmechanismus lediglich auf die Überwindung
der passiven Widerstände zu dimensionieren. Dabei können praktisch alle schwingenden Massen
voll ausgenutzt werden, da Gegengewichte und sogenannte tote Massen erübrigt werden.
Durchführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 schematisch ein aus drei schwingenden Massen bestehendes System,
Fig. 2 ein System mit fünf schwingenden Massen und
Fig. 3 und 4 Ansicht und einen Grundriß eines aus drei Teilen bestehenden schwingenden Siebes, das
entsprechend der Fig. 1 ausgeführt ist.
Das in Fig. 1 dargestellte System, das vorteilhaft als langes schwingendes Sieb Verwendung finden
kann, besteht aus einem wesentlich waagerecht angeordneten Siebrahmen 1 und zwei an ihn an beiden
Seiten aneinandergereihten Rahmen 7 und 8. Alle drei Siebrahmen werden durch wesentlich parallele Stützen
6 getragen, welche selbst frei schwingend auf dem festen Maschinenrahmen oder dem Fundament 4 gelagert
sind. Das Sieb 1 wird mittels eines Paares von parallelen Stangen 2, welche an Kurbeln 13 der Kurbelwelle
3 angelenkt sind, in Schwingungsbewegung versetzt. Die Kurbelwelle ist auf dem Maschinenrahmen
4 entweder fest oder elastisch gelagert und z. B. durch einen Elektromotor angetrieben. Die
Siebe 7 und 8 sind mit dem Sieb 1 lediglich über elastische Elemente 9 verbunden, die in den verlängerten
Seitenstücken 11 des Siebrahmens 1 angeordnet sind. Je nach den Betriebsverhältnissen werden die
beiden Siebe 7 und 8 eventuell miteinander durch ein Verbindungsstück verbunden, wie dies in Abb. 1
durch die gestrichelte Linie 12 angedeutet ist.
Die Achsen der elastischen Elemente 9 sollen praktisch in einer Ebene liegen, die durch den Schwerpunkt
der betreffenden angetriebenen Masse führt.
Da die benachbarten Massen mit Amplituden von entgegengesetzter Richtung schwingen sollen, ist es
erforderlich, die richtige Steifheit der · elastischen Elemente 9 zu wählen, um das richtige Phasenverhältnis
zu erzielen.
Falls das Sieb 7 die Masse «7 besitzt und seine
Amplitude χ ist, die Amplitude des Siebes 1 y und die Steifheit des elastischen Elementes 9 c, dann gilt die
folgende Differentialgleichung, falls sich das elastische Element 9 mit einem Ende gegen die Masse W7
lehnt und das andere Ende in Schwingungen y=yQ coscüi versetzt wird:
Ot7 χ + c {x — y0 cos ω t) = 0.
Die Teilauswertung dieser Gleichung ist
Die Teilauswertung dieser Gleichung ist
χ = x0 cos ω t,
c-m,io*
Falls die Amplituden der benachbarten Massen gleich, aber von entgegengesetzter Richtung sein
sollen, muß
c — W7 ω2
woraus
W7CO2
Die Steifheit des elastischen Elementes 9 hängt deshalb nicht von der Größe der Amplitude ab, so daß
ein einmal ausgeglichenes System für alle Amplituden im Gleichgewicht ist, vorausgesetzt, daß die Amplituden
aller Massen proportional geändert werden.
Wenn das System in Schwingung gerät, werden durch Bewegung der Massen Ot1, m7 und W8 der Siebrahmen
1, 7 und 8 Kräfte P1, P7 und P8 hervorgerufen.
Für ihr Gleichgewicht muß die folgende Bedingung erfüllt werden:
P1 =
ω2,
P7 = — Ot7 r7 ω2,
Pß = —OTn
,ω2
und Y1, Y7 und Y8 Amplituden der Schwingungen der
betreffenden Massen und ω die Winkelgeschwindigkeit der Schwingungen ist.
Wenn dieser Wert in Gleichung (1) eingesetzt wird, ergibt sich
W1 Y1 ω2 — W7 Y7 oß — Ot8 Y8 ω2 = 0. (2)
Gleichzeitig muß die Summe der Momente der schwingenden Massen gegenüber einem beliebigen
Punkt Null sein, falls Gleichgewicht bestehen soll. Wird angenommen, daß die Kraft P7 in der Entfernung
α von der Kraft P1 und die Kraft P8 in einer
Entfernung b von der Kraft P1 einwirkt, so besteht
die folgende Gleichung für Gleichgewicht gegenüber dem Schwerpunkt der Masse 7:
Wr1Y1(O2- w8r8cü2(a+ b) = 0. (3)
In beiden Gleichungen (2) und (3) kann afi
eliminiert werden, das für alle Massen gleich anzunehmen ist, so daß zwei Gleichungen mit acht Werten
entstehen, von denen sechs beliebig gewählt werden können.
Falls die Masse jedes der beiden äußeren Siebrahmen 7 und 8 die Hälfte der Masse des mittleren
Siebrahmens 1 beträgt und ihre Schwerpunkte gleich entfernt sind vom Schwerpunkt des Siebrahmens 1,
wird das System ausgeglichen sein, falls die Amplituden^ und Y8 gleich und in entgegengesetzter Richtung
gegenüber Y1 sind. In diesem Falle würde es
möglich sein, beide Siebe 7 und 8 miteinander mittels eines Gestänges 12 zu verbinden, das nur dann beansprucht
sein würde, wenn das Gleichgewicht des Systems verletzt wäre. Dieses Gestänge ist in Abb. 1
strichliert angedeutet. Durch seine Verwendung wird das ursprüngliche Dreimassensystem in ein Zweimassensystem
mit allen daraus folgenden Resonanzverhältnissen übergeführt.
Es ist jedoch auch möglich, ein Gleichgewicht des Systems für verschiedene Massen m7 und W8, für verschiedene
Amplituden oder für verschiedene Entfernungen α und b zu erzielen. Es ergibt sich so die
Möglichkeit, z. B. dem Siebrahmen 7 eine größere Amplitude zu geben als dem Siebrahmen 1 und gleichzeitig
dem Siebrahmen 8 eine kleinere Amplitude, was oft vorteilhaft beim Sondern von manchem Material
ist, und dabei das ganze System, was die Kräfte und Momente betrifft, im Gleichgewicht zu erhalten.
Gleichfalls ist es möglich, innerhalb der Grenzen der beiden Hauptgleichungen die Massen und Entfernungen
ihrer Schwerpunkte zu wählen, so daß das System den bestehenden Verhältnissen leicht angepaßt werden
kann. Falls die Steifheit der elastischen Elemente 9 so gewählt wurde, daß die Amplituden der benachbarten
Massen eine entgegengesetzte Richtung und die richtige Größe haben, dann werden durch die
parallelen Stangen 2 dem Betriebsmechanismus bzw. dem Fundament nur Reaktionen übermittelt, die den
passiven. Widerständen des ganzen Systems entsprechen.
Es ist zu bemerken, daß das System oberhalb der kritischen Schwingungszahl mit Bezug auf die
Massen 7 und 8 arbeitet. Es ist also erforderlich, beim Anlassen und Einstellen der Maschine die Schwingungen
zu dämpfen, die während der Beschleunigung aus dem Ruhestand auf die Betriebsschwingungszahl
entstehen. Das kann durch an sich bekannte Dämpfer bewerkstelligt werden, wie es in Abb. 3 mit dem
Bezugszeichen. 10 dargestellt ist.
Der Umstand, daß das System oberhalb der kritischen Schwingungszahl mit Bezug auf die
Massen 7 und 8 arbeitet, hat den Vorteil, daß kleinere Änderungen der Massen oder anderer Werte des
Systems keine besonderen Kräfte oder Schwingungen hervorrufen.
Das erfindungsgemäße System kann jedoch auf Betriebsschwingungszahl auch ohne Dämpfer gebracht
werden, ohne daß dabei unerwünschte Schwingungen erscheinen, falls die Kurbelwelle 3 auf volle Drehzahl
mit einer geringen oder keiner Exzentrizität der Kurbel 13 gebracht wird und danach die Exzentrizität
erhöht wird, bis die benötigte Amplitude erreicht ist. Die Regelung der Exzentrizität während des Betriebes
kann auf eine der bekannten Weisen, z. B. durch gegenseitige Verdrehung zweier exzentrischer Scheiben
geschehen. Auf ähnliche Weise kann das Anlassen und Stillegen des ganzen Systems erzielt werden,
wenn ein anderer Antrieb als Kurbelantrieb verwendet wird.
Das erfindungsgemäße schwingende System ist nicht auf drei aneinandergereihte, selbständig schwingende
Massen begrenzt. Theoretisch ist es möglich, mehrere solcher Massen aneinanderzureihen, soweit
die in Gleichungen (1) und (3) gegebenen Bedingungen erfüllt sind, für die betreffende Zahl der Massen
ausgedrückt.
Die Fig. 2 zeigt schematisch ein System von fünf aneinandergereihten schwingenden Massen 1, 7, 8, 17,
18. Die elastischen Elemente 9 sind hier an die verlängerten Seiten 14, 15 oder Siebrahmen 7 und 8 angeschlossen.
Die Masse 1 ist wieder die angetriebene Masse. Sonst sind hier dieselben Verhältnisse wie
gemäß Fig. 1 mit denselben Möglichkeiten, die Größe der Massen, Amplituden und Entfernungen der
Schwerpunkte zu wählen. Es ist nicht erforderlich, die Masse 1 direkt anzutreiben, auf gleiche Weise können
die Massen 7 oder 8 den direkten Antrieb erhalten.
Fig. 3 und 4 zeigen in Ansicht und Grundriß eine der möglichen Durchführungen des Erfindungsgegenstandes
für ein waagerechtes schwingendes Sieb. Die Bezugszeichen, die in Fig. 1 verwendet wurden, treffen
hier gleichfalls zu. Zusätzlich sind hier Schwingungsdämpfer 10 dargestellt, welche die Schwingungen
während des Anlaufens und Einsteilens dämpfen sollen. Diese Dämpfer können lineare oder nichtlineare
Wirkung haben und entweder wie in Fig. 3 zwischen den elastischen Elementen 9 und der angetriebenen
Masse oder zwischen der angetriebenen Masse und dem festen Grundrahmen 4 angeordnet sein.
Das System gemäß der Erfindung kann für die verschiedensten Zwecke Verwendung finden, wie z. B.
als schwingende Siebe, als Schüttelrinnen u. dgl. Die einzelnen Teile können den bestehenden Verhältnissen
angepaßt werden. So ist es z. B. möglich, die Stützen 6 über Torsionselemente fest mit dem festen Rahmen 4
zu verbinden, die Siebrahmen hängend anzuordnen oder andere von den örtlichen Verhältnissen abhängige
Anordnungen zu treffen.
Da praktisch alle sogenannten toten schwingenden Massen erübrigt sind, wird eine große Gewichtsersparnis des ganzen Systems sowie eine damit zusammenhängende
Ersparnis der Betriebs- und Erhaltungskosten erzielt. Zugleich wird eine große Verringerung
der Beanspruchung des Antriebsmechanismus erzielt, der lediglich die passiven Widerstände
des ganzen Systems zu überwinden hat. Da eine praktisch vollkommene Ausgleichung aller Kräfte
und Momente erzielt werden kann, werden auf die Fundamente keine nennenswerten Reaktionen übertragen,
die den Gebäuden oder anderen Maschinen schädlich sein könnten.
Das System kann entweder in waagerechter, senkrechter oder geneigter Stellung der aneinander angereihten
Elemente verwendet werden. Keine besonderen Vorkehrungen sind für den Fall von kleineren Änderungen
der Periodenzahl des elektrischen Speisungsnetzes benötigt. Auch kleinere Unregelmäßigkeiten in
der Zufuhr oder im Durchfall des gesiebten Materials haben keine größeren Folgen für die Ausgleichung des
Systems, da das System oberhalb der Resonanzschwingungszahl der Massen 7 und 8 arbeitet, so daß
die Gleichgewichtsbedingungen nicht so peinlich erhalten werden müssen.
Claims (5)
1. Schwingendes System mit mindestens drei aneinandergereihten, frei schwingenden Massen
ohne weitere ausgleichende Gegenmassen bzw. ohne schwingende Grundrahmen, bei dem die
Schwingungsbewegung vom Antrieb lediglich einer dieser Massen übertragen wird, während die
anderen Massen ihre Schwingungsbewegung über elastische Elemente von dieser angetriebenen
Masse oder über dieüberelastischeElementesekundär angetriebenen Massen erhalten, wobei die Steifheit
der elastischen Elemente durch die Bedingung gegeben ist, daß die Amplituden der benachbarten
Massen entgegengesetzte Richtung haben, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die angetriebene Masse
einwirkende Kraft eine im wesentlichen konstante Richtung besitzt, welche gegen die Verbindungslinie
der einzelnen Massen geneigt ist, die restlichen Massen im wesentlichen parallel zu dieser
Richtung geführt sind, die Angriffspunkte der die Schwingungen übertragenden Kräfte bzw. der
Summe dieser Kräfte im Schwerpunkt dieser Massen liegen und die Größe der schwingenden
Massen, das Verhältnis ihrer Amplituden und die Entfernungen ihrer Schwerpunkte der Bedingung
entsprechen, daß die Summe der Momente der schwingenden Massen gegenüber einem beliebigen
Punkt gleichfalls Null ist.
2. Schwingendes System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jene Massen, auf welche
von der angetriebenen Masse Schwingungen übertragen werden, symmetrisch zur letzten gelagert
sind.
3. Schwingendes System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den einzelnen Massen
des schwingenden Systems verschiedene Amplituden erteilt werden, ungeachtet, an welcher Stelle
sich der Schwingungserzeuger befindet.
4. Schwingendes System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß den aneinandergereihten
Massen Amplituden erteilt werden, deren Größe sich in Richtung von einem Ende zum anderen
monoton ändert.
5. Verfahren zur Inbetriebsetzung des schwingenden Systems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Antriebsmechanismus zunächst unter einem Schwinghub des angetriebenen Systems gleich Null oder nahe Null auf Betriebsgeschwindigkeit gebracht wird, worauf der
Schwinghub des angetriebenen Systems fortlaufend auf den gewünschten Wert erhöht wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift S 462 IX/42 s, (bekanntgemacht am 18.10.1951).
Deutsche Auslegeschrift S 462 IX/42 s, (bekanntgemacht am 18.10.1951).
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 109 527/153 2.61
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CS1100356X | 1954-11-09 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1100356B true DE1100356B (de) | 1961-02-23 |
Family
ID=5457290
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DER17725A Pending DE1100356B (de) | 1954-11-09 | 1955-11-07 | Schwingendes System mit mindestens drei aneinandergereihten, frei schwingenden Massen und Verfahren zu seiner Inbetriebsetzung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1100356B (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2928870A1 (de) * | 1979-07-17 | 1981-02-12 | Koehring Gmbh Bomag Division | Massenkompensiertes stampf- und/oder schlagsystem |
-
1955
- 1955-11-07 DE DER17725A patent/DE1100356B/de active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2928870A1 (de) * | 1979-07-17 | 1981-02-12 | Koehring Gmbh Bomag Division | Massenkompensiertes stampf- und/oder schlagsystem |
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