DE1533517C - Vibrator - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Vibrator mit Ein klareres Verständnis der Erfindung ergibt sich

einer drehend angetriebenen Unwuchtmasse, die in aus der folgenden Beschreibung von zwei Ausf ührungs-

einem Gehäuse frei aufgehängt ist, dessen innere Ober- formen in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigt

fläche mit Lappen und Aussparungen ausgebildet ist, F i g. 1 einen Axialschnitt eines Tauchvibrators, der

die einen wellenförmigen Querschnitt bilden. 5 -die vorliegende Erfindung enthält,

Eine Anwendung eines Vibrators dieser Art liegt in F i g. 2, 3 und 4 schematische Darstellungen, die die

einer Vorrichtung zur Tauch- oder Oberflächenvibra- Entwicklung der zusammenarbeitenden Lagerflächen

tion von Betongemischen, um das Gemisch mit dem des Rotors und des Gehäuses in dem Vibrator gemäß

Ziel der ^Verfestigung in blasenfreiem Zustand zu ruh-· Fig. 1 zeigen, .

ren oder zu verdichten. io Fig.5 einen Axialschnitt durch eine andere Form

Vibratoren der obigen Art werden auch für andere eines Vibrators gemäß dieser Erfindung und
industrielle Zwecke verwendet, beispielsweise zum Her- F i g. 6 einen Querschnitt. durch die einander bevorrufen von Vibrationen in Förderbändern, Sieben, rührenden Teile des Rotors und des Stators in dem Einfüllgefäßen od. dgl, und die Erfindung ist bei für Vibrator gemäß F i g. 5.

alle derartigen Zwecke verwendeten Vibratoren an- 15 In der Ausführung einer zweckmäßigen Art der Er-

wendbar. findung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, ■ weist ein

Bei einem bekannten Vibrator weist ein Antriebs- Tauchvibrator einen zylindrischen Rotor 1 auf, der element eine Gleitberührung mit einem Körper auf, in einem Körper 2 eines mit einer Nase 3 ausgerüsteten der sich in einem Gehäuse hin- und herbewegt, um Gehäuses aufgenommen ist. Ein Antriebselemsnt 4, Vibrationen zu erzeugen. Die gleitende Reibung ruft 20 das in dem Gehäusekörper 2 in Rollenlagern 5 dreheinen starken Verschleiß hervor. Außerdem kann das bar ist, steht mit einem Ende des Rotors 1 über ein Antriebselement den Massekörper mit sich führen, be- Kardangelenk 6 in Verbindung. Das Antriebselevor die Einrichtung beim Start richtig angelaufen ist, ment 4 kann über eine flexible Antriebswelle (nicht und dabei gleitet der Körper an dem Gehäuse entlang, gezeigt) mit einem außen liegenden Motor verbunden ohne Vibrationen zu erzeugen. " 25 sein. ·

Bei einem anderen bekannten Vibrator besteht Am anderen Ende des Rotors 1 ist ein Rotorkopf

zwischen der drehbaren Masse und dem Gehäuse ein oder ein Lagerelement 7 angeschraubt, das mit einem

Zahneingriff, der einen beträchtlichen Verschleiß mit Ringlager 8 zusammenarbeiten kann, das in der Innen-

sich bringt. Bei einer ähnlichen Anordnung ist der seite der Nase 3 des Gehäuses ausgeformt oder dort

Rotor außerdem starr zwischen zwei Scheiben gehal- 30 angebracht ist. Bevorzugte Formen des Elementes?

ten, die in Nuten innerhalb des Gehäuses gleiten und und der Ringlagerfläche 8 werden nachfolgend im

daher auch stark verschleißen, wodurch dann Schlupf einzelnen beschrieben, aber unabhängig davon, welche

entsteht. Form verwendet wird, ist die Oberfläche des Elemen-

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den tes 7 mit einer Vielzahl von Längsrippen oder Lappen Vibrator der eingangs genannten Art so weiterzubilden, 35 versehen, die um seine Oberfläche herum in gleichem daß ein zwangläufiges Beginnen der Vibration und eine Abstand angeordnet sind, und die Ringoberfläche 8 Ausschaltung jeglichen Schlupfes während des Be- ist mit einer anderen Anzahl von Längskanälen oder triebes und auf diese Weise eine zwangläufige Vibra- Aussparungen versehen, die mit den Rippen oder Laptionsfrequenz und eine zwangläufige Beziehung zwi- pen des Elementes 7 zusammenarbeiten können. Vorsehen der Antriebsgeschwindigkeit und den Umläufen 40 zugsweise ist die Anzahl der Kanäle oder Aussparundes sich drehenden Körpers sichergestellt wird. gen eine mehr als die Anzahl der Rippen oder Lappen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge- Eine bevorzugte Anordnung und Form der zusamlöst, daß die drehbare Masse mit einer von der Zahl menarbeitenden Oberflächen der Elemente 7 und 8 ist der Lappen und Aussparungen des Gehäuses ver- in F i g. 4 als ein Schnitt durch die Elemente 7 und 8 schiedenen Anzahl von Lappen und Aussparungen 45 in einer Ebene senkrecht zur Rotorachse dargestellt, mit wellenförmigem Querschnitt versehen ist und daß wobei das Element 7 mit fünf Läppen ausgeformt ist, die Querabmessungen der drehbaren Masse derart die mit sechs Kanälen in der Oberfläche des umgebensind, daß sichergestellt ist, daß, wenn während der den Ringes 8 zusammenarbeiten! Als wichtiges Merkr Drehung jeder Läppen an einer Seite der drehbaren '. mal der Erfindung wird bemerkt werden, daß die Masse mit einer Aussparung des Gehäuses im Eingriff 50 Spitzen der Lappen und der Grund der Aussparungen steht, einer oder mehrere Lappen an der gegenüber- sanft gebogene Flächen mit vergleichsweise großem liegenden Seite der drehbaren Masse mit der Wand des Kurvenradius sind, und die Oberflächenbereiche Gehäuses in Berührung bleiben. . zwischen angrenzenden Lappen oder Kanälen sind

Der Vorteil dieser Konstruktion besteht darin, daß ebenfalls, sanft gewölbt mit vergleichsweise großem ein rollender Eingriff zwischen der drehbaren Masse 55 Kurvenradius. Es besteht daher keine Unterbrechung und dem Gehäuse besteht. Auf diese Weise entsteht in den sinusförmigen Flächen der Elemente 7 und 8.\ keine oder nur sehr geringe gleitende Bewegung zwi- Es wird auch aus F i g. 4 bemerkt werden, daß die Abschen den Oberflächen der beiden Elemente, so daß messungen des Elementes 7 und des Ringes 8 so ausnur sehr geringer Verschleiß und infolgedessen kein gewählt sind, daß ihre entsprechenden Oberflächen unerwünschter Schlupf auftritt. Da der Eingriff ständig 5° an einer Vielzahl von. Punkten in Berührung stehen aufrechterhalten bleibt und nicht gelöst werden kann, und, wie es nachfolgend deutlicher wird, an einer Vielist jederzeit ein sofortiger Anlauf des Vibrators sicher- zahl von Punkten während jedes Umlaufes des EIegestellt. Außerdem sind die erzeugten Geräusche und mentes 7 und des Ringes 8 in Berührung bleiben. Wallach die entwickelte Wärme auf annehmbare Grenzen rend Anordnungen. verwendet werden können, bei beschränkt. . ⁶5 denen das Element 7 eine andere Zähl von Lappen

Zweckmäßigerweise sind die Aussparungen mit und der Ring 8 eine andere Zahl von Kanälen aufwei-

sanft durchgehend gewölbten Oberflächen von ver- sen kann, sollten diese Grundlagen der glatten durch-

'eichsweise großem Kurvenradius ausgebildet. gehenden zusammenarbeitenden Flächen und die Viel-

punktberührung zwischen ihnen in allen Kombinationen beibehalten werden.

Die Grundlagen der Ableitung der Formeln der zusammenarbeitenden Oberflächen gemäß F i g. 4 sind in den F i g. 2 bis 4 dargestellt und werden jetzt beschrieben.

Es kann gezeigt werden, daß die Vibrationsfrequenz, die durch die Unwuchtkräfte erzeugt wird, wenn der Rotor gedreht wird, gemäß der Formel

F =

R-Np Nr-Np

bestimmt wird, wobei F die Vibrationsfrequenz, R die Anzahl der Umdrehungen pro Minute der Antriebswelle, Np die Anzahl der Lappen an dem Element 7 und Nr die AnzähJ der Kanäle der Ringes 8 ist.

Auf diese Weise erzeugen fünf Lappen, die mit sechs Kanälen zusammenarbeiten, wie in Fig. 4, eine Verstärkung von 5 :1 der Vibrationsfrequenz im Verhältnis zur Drehgeschwindigkeit des Antriebselementes 4. Eine erste Annäherung ah Anordnungen zum Schaffen dieses Steigerungsverhältnisses kann man sich als Rotor mit fünfeckigem Querschnitt vorstellen, der in einem Stator von sechseckigem Querschnitt enthalten ist, wie es in F i g. 2 gezeigt ist, wobei das Fünfeck und das Sechseck Seiten von gleicher Breite aufweisen. Die Nachteile einer derartigen Anordnung werden bei Betrachtung der F i g. 2 deutlich. In jedem Augenblick stehen nicht mehr als zwei Punkte, z. B. α und e des Rotors mit dem Stator in Berührung, und wenn sich der Rotor um seine Achse dreht, bleibt nur ein Punkt in Berührung. Schlupf zwischen den Oberflächen kann in dieser Anordnung nicht verhindert werden. Außerdem verschleißen die scharfen unterbrochenen Kanten des Rotors bald, und die Wahrscheinlichkeit eines Schlupfes wird vergrößert. Die flachen Flächen des Rotors und des Stators erzeugen häufige Schläge aneinander, was den Verschleiß und die Beschädigung verstärkt und unerwünschtes Geräusch und Wärme' erzeugt. Es kann außerdem experimentell gezeigt werden, daß zum Sicherstellen eines zwangläufigen Eingriffes die Achse 9 des Rotors eine tatsächliche kreisförmige Bahn um die Achse 10 des Stators durchläuft, und das ist in der Anordnung gemäß F i g. 2 tatsächlich nicht der Fall. , - —i.-

Die Amplitude der Querschwingungen des Rotors während eines vollständigen Umlauf taktes ist zweimal der Abstand zwischen den Achsen 9 und 10, wenn die Rotorachse 9 einer wirklich kreisförmigen Bahn um die Statorachse 10 folgt, und unter diesen Überlegungen kann eine,Rotorform geometrisch entwickelt werden, die die oben erwähnten Erfordernisse erfüllt.

Gemäß F i g. 3 ist der Radius des Fußkreises des Rotors rn und der Radius des Fußkreises des Stators rm, und die Bewegungsamplitude des Rotors 7 ist mit K bezeichnet. Zuerst wird rn von der Achse 9 des Rotors und rm von der Achse 10 des Stators aus geschlagen.

_ Da der Unterschied zwischen den Radien -y ist,

stimmen sie im Punkt P überein und sind am gegenüberliegenden Ende der vertikalen Achse um einen Abstand K voneinander entfernt. Um die Punkte a, b, c, d und e mit dem Stator jederzeit in Berührung zu bringen, kann man den Punkt c als Äquivalent zu dem obersten Punkt des Fünfeckes nehmen, der dem Punkt c des Fünfeckes in F i g. 2 entspricht. Daher kann man die Punkte a, b, d und e auf einen Kreis mit demselben Radius, nämlich 9-c, setzen. Durch jeden der Punkte a, b, c, d und e wird ein Kreisbogen geschlagen, dessen Mittelpunkt auf dem Radius liegt, der sich von der Achse 9 durch den entsprechenden Punkt erstreckt. Zwischen benachbarten Bogen wird ein nach innen gewölbter Bogen geschlagen, und die Radien dieser verschiedenen Bogen werden ausgewählt, um sicherzustellen, daß die konkaven Bogen sich an die Bogen bei a, b, c, dund e sanft und ohne Unterbrechung anschließen, und daß die konkaven Bogen alle den Kreis mit dem Radius rn berühren. Der Radius der »Spitzen«-Bogen an den Punkten a,-b, c, d und e

wird normalerweise einen Wert zwischen ^- und K haben, und auf diese Weise wird ein Rotor 7 der in F i g. 3 gezeigten Form entwickelt.

Das Profil des Stators oder Ringes 8 kann aus der entwickelten Form des Rotors abgeleitet werden. Wenn man berücksichtigt, daß der Fußkreis des Rotors ohne Schlupf um die Innenseite des Fußkreises des Stators rollt, kann angenommen werden, daß die Lappen des Rotors das Profil des Stators bilden.

Die Bewegung kann an dem Punkt /(Fig. 4) beginnen, der der Berührungspunkt zwischen dem Stator und dem Rotor ist. Der Rotor wird um seine eigne Achse 9 im Uhrzeigersinn angetrieben, was bedeutet, daß der Rotor um die Achse 10 des Stators im Gegenuhrzeigersinn umläuft. Wenn der Rotor auf diese : Weise umläuft, beginnt der Punkt 9, sich um die Kreis-" bahn mit dem Durchmesser K zu bewegen, und wenn sich der Berührungspunkt vom Punkt / fortbewegt, muß man diesen sich ändernden Berührungspunkt auswerten, während sich der Punkt 9 um den Kreis mit dem Durchmesser K bewegt, um das Profil des Stators zu erhalten.

Während sich der Fußkreis des Rotors durch eine rollende Wirkung in dem Fußkreis des Stators über einen ausgewählten kleinen Winkel bewegt, kann der neue Berührungspunkt zwischen dem Rotor und dem Stator gefunden werden, indem man durch den neuen Punkt 9 in ssiner neuen verlagerten Lage 9' eine Linie zieht, die zu dem Punkt /in ssiner neuen Lage /' läuft, und indem man anschließend durch einen Punkt g eine Linie parallel zur Linie 9'-/' zieht. Wo diese parallele Linie das Profil des Rotors schneidet, liegt ein Punkt an dem StatorprofiL Durch Ermitteln einer Reihe derartiger Punkte kann ein Statorprofil gezogen werden, das ständige Berührung mit dem Rotor über 360° Umdrehungen aufrechterhält.

Ständige rollende Berührung aller Lappen des Rotors mit dem Stator wird durch jede der sechs Kurven L-L sichergestellt, die sich bis zum letzten der ermittelten Punkte auf dieser Kurve erstrecken und dann durch eine umgekehrte Kurve sanft verbunden sind, wie es beschrieben wurde, die außerhalb der Mittelachse jeder Aussparung liegt. Diese »Aussparungs«- Kurve stimmt mit dem Bogen der Lappen überein, muß aber keine rollende Oberfläche sein und dient als Hohlraum für Schmiermittel.

Es wird aus F i g. 4 ersichtlich sein, daß zusätzlich zum Berührungspunkt / zwischen Rotor und Stator auch an einem Punkt jedes Lappens und an der angrenzenden Statoroberfläche eine Berührung eintritt. Während der Rotor umläuft, hält jeder Lappen eine Berührung an einem sich ändernden Punkt mit der inneren Oberfläche des Stators aufrecht. Es wird auch bemerkt werden, daß alle zusammenarbeitenden Flächen durch ihre sanfte Wölbung von vereleichs-

weise großem Radius sich ohne Schlupf oder Schlag in rollender Beziehung bewegen.

Infolge dieser Merkmale nimmt der Körper 1, wenn er durch das Antriebselement 4 in Bewegung gesetzt wird, sofort die gewünschte Umlaufbewegung auf und. erzeugt Vibrationen der gewünschten Frequenz.

In einer abgewandelten Form der Erfindung, die in den F i g. 5 und 6 gezeigt ist, besteht ein Vibrator aus einem Gehäuse 2 mit einer Nase 3, das ein in Rollenlagern 5 lai fendes Antriebselement 4 und ein Kupplungselement 6 enthält, wie es oben beschrieben wurde. "In dem Gehäuse ist an der Nase3 ein Stator 20 befestigt, und ein zylindrischer Rotor 21, der an dem Gelenk 6 befestigt ist, hat ein hohles unteres Ende, das den Stator 20 umgibt. Die geometrischen Querschnitte des Rotors und des Stators sind im wesentlichen dieselben wie diejenigen des in Bezug auf die F i g. 1 bis 4 beschriebenen Rotors und Stators, und sie haben Kanäle bzw. Lappen mit Oberflächen von beträchtlichem Kurvenradius, um eine rollende Wirkung im wesentlichen ohne Schlupf sicherzustellen, wenn der Rotor 21 angetrieben wird. Die Achse 22 des hohlen Rotors 21 folgt, wenn sie angetrieben wird, einer kreisförmigen Bahn um die Achse 23 des feststehenden Stators 20.

Es kann gezeigt werden, daß der mit Bezug auf die F i g. 5 und 6 beschriebene Vibrator, wenn er angetrieben wird, eine Erhöhung der Vibrationen mit einer . Frequenz F ergibt, gemäß der Formel

RNp

Np- Nr '

wobei R die Anzahl der Umdrehungen pro Minute der Antriebswelle, Np die Anzahl der Lappen am Rotor 21 und Nr die Anzahl der Kanäle in dem Stator 20 ist.

Es sollte verständlich sein^ daß unter Berücksichtigung der Forderung des Rollens und daß im wesentlichen kein Schlupf besteht, das Verhältnis des Rotors und Stators dieser Erfindung verändert werden kann, z. B. bezüglich der Anzahl der zusammenarbeitenden Lappen und Kanäle, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen.

Aus 3er obigen Beschreibung wird ersichtlich sein, daß die Erfindung einen einfachen und zweckmäßigen Vibrator schafft, der im Betrieb zwangläufig ist.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vibrator mit einer drehend angetriebenen Unwuchtmasse, die in einem Gehäuse frei aufgehängt

ίο ist, dessen innere Oberfläche mit Lappen und Aussparungen ausgebildet ist, die einen wellenförmigen Querschnitt bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Masse ζΐ, 21) mit einer von der Zahl der Lappen und Aussparungen

*5 des Gehäuses (2) verschiedenen Anzahl von Lappen und Aussparungen mit wellenförmigem Querschnitt versehen ist und daß die Querabmessungen der drehbaren Masse (1, 21) derart sind, daß sichergestellt ist, daß, wenn während der Drehung jeder Lappen an einer Seite der drehbaren Masse mit einer Aussparung des Gehäuses im Eingriff steht, einer oder mehrere Lappen an der gegenüberliegenden Seite der drehbaren Masse mit der Wand des Gehäuses in Berührung bleiben.

2. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen mit sanft durchgehend gewölbten Oberflächen von vergleichsweise großem Kurvenradius ausgebildet sind.

3. Vibrator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichne^ daß die Lappen an einem Ansatz (7) an der drehbaren Masse (1) und die Aussparungen innerhalb eines ringförmigen Ansatzes (8) des Gehäuses (2) ausgeformt sind.

4. Vibrator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lappen an einem Ansatz

(20) im Boden des Gehäuses (2) und die Aussparungen innerhalb einer Bohrung der drehbaren Masse (21) ausgeformt sind. :

5. Vibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Masse (1,21) mit einem Kardangelenk (6) zur Verbindung mit einem Antriehselement (4) versehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen