DE19855417A1 - Modularer Vibrator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen modularen Vibrator zur Mischung, Verdichtung und Homogenisierung von Schmelzen, Mischungen, Legierungen, Emulsionen, Suspensionen, der über einen Anschluß (4) an einem Gehäuse (1) durch komprimierte Luft angetrieben wird, wobei sich an dem Anschluß (4) ein axial verlaufender Strömungskanal in Form einer Sackbohrung anschließt, der sich zumindest in seinem unteren Teil verjüngt und in einer koaxialen Austrittsöffnung (5) ausläuft, die in ein Wirbelsystem (6) endet, wobei das Gehäuse einen zylindrischen Innenraum aufweist, der teilweise von einem zylindrischen frei um einen Kern (10) drehbaren Rotor ausgeführt ist, wobei die Bewegung des Rotors in axialer Richtung begrenzt ist und das Gehäuse (1) mindestens einen Ausströmanschluß (23) aufweist, und das Gehäuse (1) in ein weiteres Gehäuse einsetz- und austauschbar ist.

Description

Die Erfindung betrifff einen modularen Vibrator, der vorzugsweise zum Mischen, Verdichten, Homogenisieren von Schmelzen, Mischungen, Le­ gierungen, Emulsionen, Suspensionen, usw. eingesetzt wird. Dabei han­ delt es sich um einen Vibrator, der durch komprimierte Luft angetrieben wird, die in einen axial verlaufenden Strömungskanal eingeblasen wird, wobei sich im unteren Bereich des Strömungskanal eine koaxiale Aus­ trittsöffnung befindet, die in ein Wirbelsystem endet. Durch das Wirbel­ system wird dem Luftstrom eine bestimmte Richtung (Drall) aufgezwun­ gen, wodurch ein in einem Gehäuse befindlichen Rotor in Rotation ver­ setzt wird. Gleichzeitig ist der Vibrator als Innen- und Außenvibrator ein­ zusetzen.

Ein solcher Vibrator ist beispielsweise der Schweizer Patentschrift 22 10 77 zu entnehmen, bei dem um einen Kern herum ein frei beweglicher Rotor vorhanden ist. Dieser Rotor dreht sich jedoch nicht mit einer be­ stimmten Umlaufgeschwindigkeit, da der Antrieb durch den zwar leicht schräg liegenden Strömungskanal bewerkstelligt wird, jedoch dieses ein Zufallsprodukt ist.

In der Britischen Schrift GB 2 010 402 A wird ein Vibrator beschrieben, der ebenfalls mit komprimierter Luft oder einem anderen komprimierten Medium angetrieben wird. Dieser Vibrator hat einen seitlichen Kanal, durch den das Medium eingeblasen wird und innerhalb des Systems auf einen um eine Mittelachse drehenden Rotor auftrifft. Da jedoch im unteren und oberen Bereich die Austrittsöffnung für das Medium vorhanden sind, ist der Wirkungsgrad eines solchen Vibrators sehr gering.

Das deutsche Gebrauchsmuster G 89 16 150 offenbart einen kompakten Kolbenvibrator, der aus einem Gehäuse mit mindestens einer zylindri­ schen Bohrung besteht. An dem Gehäuse ist seitlich eine Bohrung für einen Luftanschluß vorgesehen, um so einen innerhalb des Gehäuses befindlichen Rotor in Bewegung zu setzen. Die äußeren Wandflächen des Gehäuses verlaufen dabei konzentrisch zu der Bohrung innerhalb des Kolbenvibrators, in dem sich der Rotor bewegt.

Neben den vorgenannten Stand der Technik gibt es eine Vielzahl von Vibratoren, die zum einen als hydrodynamische Vibratoren arbeiten und zum anderen einen eingebauten Elektromotor aufweisen. Diese Art der Vibratoren ist jedoch nicht im rauhen Betrieb einzusetzen, da sie sehr wartungsintensiv sind und es somit immer wieder zu Ausfällen kommt.

Hydrodynamische Vibratoren können nicht überall eingesetzt werden, da die Gefahr besteht, daß das hydrodynamische Antriebsmittel eines sol­ chen Vibrators aus dem Zufluß bzw. den Abflußöffnungen oder aus dem Vibrator austritt und somit das zu vermischende, verdichtende oder ho­ mogenisierende Gut unbrauchbar machen würde. Die hydrodynamischen Vibratoren sind in der Art aufgebaut, daß sie einen zylindrischen Innen­ raum aufweisen, in dem sich beispielsweise koaxial ein im wesentlichen zylindrischer Unwuchtrotor frei drehen kann. Über Zufluß- und Abflußöff­ nungen für die Antriebsflüssigkeit wird der Rotor in Bewegung gesetzt. In einem solchen Falle muß der Rotor eine Beschaufelung aufweisen, denn nur so kann die kinetische Energie zum Antrieb verwendet werden. Dabei ist der Aufbau sehr kostenintensiv, da beispielsweise die Schaufeln einen bestimmten Krümmungsradius aufweisen müssen, weil sie am Eintritts­ ende in Richtung des aus der Zuflußöffnung austretenden Strahles und am Austrittsende im wesentlichen entgegen dieser Richtung verlaufen müssen.

Bei Kolbenvibratoren hängt im wesentlichen die Leistung und damit der Wirkungsgrad von der Querschnittsfläche der Bohrung und der Masse des Kolbens ab. Hieraus ist zu folgern, daß bei einem Vibrator mit großer Leistung und gleichzeitig einem hohen Wirkungsgrad ein in seinen äuße­ ren Abmaßen großer Vibrator zum Einsatz kommen muß. Dieses hat gleichzeitig zu Folge, daß in der Praxis eine Vielzahl nicht nur verschie­ dener Gehäuse- und Kolbendurchmesser, sondern auch verschiedener Längen bei gleichen Durchmessern erforderlich sind. Diese Gehäuse der Vibratoren haben im allgemeinen, weil sie teilweise als Drehteile herge­ stellt werden, eine mehr oder weniger zylindrische Form. Dabei ist, wie bereits im Stand der Technik aufgezeigt, seitlich mindestens ein Luftan­ schluß an der zylindrischen Wand eines solches Gehäuses angebracht. Da solche Kolbenvibratoren mit erheblichen Drücken von bis zu 10 oder mehr bar betrieben werden, muß der Luftanschluß entsprechend druck­ fest gestaltet werden und erfordert deshalb eine gewisse Mindestwand­ stärke der Gehäusewand, in welcher er angebracht ist. Dabei besteht in der Regel ein solcher Luftanschluß aus einer Bohrung mit Innengewinde. Es sind darüber hinaus Unwuchtvibratoren bekannt, die mit elektromotori­ schen Antrieben ausgestattet sind. Sie sind teilweise als kompakte Bau­ einheiten ausgeführt, wobei jedoch hier einzig und allein durch die Bau­ weise auch gleichzeitig die Leistung mitbestimmt wird. Dabei ist in einem Gehäuse das Getriebe und die Umwuchtmasse mit integriert. Diese Vibra­ toren sind jedoch sehr wartungsintensiv.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen universellen Vibrator, der für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden kann, zu schaffen, der neben einem hohen Wirkungsgrad auch eine Verwendung bei extre­ men Witterungsbedingungen gewährleisten muß und darüber hinaus wartungsfrei arbeiten soll.

Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Die Un­ teransprüche geben dabei eine weitere Ausgestaltung des erfindungsge­ mäßen Gedankens wieder.

Der modular aufgebaute Vibrator ist für unterschiedlichste Anwendungs­ zwecke einsetzbar und kann somit zum Mischen, Verdichten, Homogeni­ sieren usw. von Schmelzen, Mischungen, Legierungen, Emulsionen, Sus­ pensionen eingesetzt werden. Der Vibrator besteht dabei aus einem Ge­ häuse, welches als Drehteil ausgeführt ist. Über einen Anschluß, der an dem Gehäuse, vorzugsweise an der axialen Seite vorhanden ist, wird komprimierte Luft in einen Strömungskanal eingeblasen. Dieser Strö­ mungskanal verläuft in der Mitte des Vibrators axial und ist als Sackboh­ rung ausgeführt. Neben der zylindrischen Ausführung kann zumindest in Teilbereichen dieser Strömungskanal sich verjüngen, um somit keine Wirbel der komprimierten Luft am Ende des Kanals auftreten zu lassen. Am Ende des Strömungskanales ist eine koaxiale Öffnung, die in ein Wir­ belsystem endet. Dieses Wirbelsystem sitzt am Ende des Strömungs­ kanales und besteht vorzugsweise aus einem schneckenförmigen Verlauf, welcher nur eine Wendel mit geringer Steigung aufweist. Durch die Ver­ wendung der geringen Steigung wird auch hier der Strömungsverlust des Antriebsmediums Luft kleingehalten, was in Verbindung mit dem koni­ schen Verlauf des Strömungskanales eine wesentliche Leistungssteige­ rung und damit eine Erhöhung des Wirkungsgrades eines solchen Vibra­ tors mit sich bringt. Am Ende des Wirbelsystemes tritt das Strömungsme­ dium in einen zylindrischen Innenraum ein, der teilweise von einem zylin­ drischen frei um einen Kern drehbaren Rotor ausgefüllt ist. Dieser Rotor hat eine nach außen verlaufende ballige Fläche, was auch wieder den Wirkungsgrad des Vibrators erhöht. Gleichzeitig ist in axialer Richtung das Spiel des Rotors gering, um somit Strömungsverluste gering zu hal­ ten. In der Wandung des Innenraumes, im dem sich der Rotor drehen kann, sind umlaufende Nuten vorhanden, deren Grund ebenfalls ballig geformt ist. Duch diese Nuten ist sichergestellt, daß kein Stau in dem In­ nenraum entstehen kann und somit auch der Rotor nicht zum "Flattern" neigt. Denn hierdurch würde eine nicht gewollte Schwingung erzeugt, die z. B. ein negatives Ergebnis auf das zu mischende, verdichtende oder homogenisierende Gut haben könnte.

Die äußeren Abmaße des Vibrators sind so gehalten, daß sie sehr kom­ pakt ausgeführt sind. Dabei ist das Verhältnis des Außendurchmessers zur Länge des Vibrators etwa gleich.

Wie es zeigt, ist ein solcher Vibrator universell einsetzbar, denn in unter­ schiedlichsten Bereichen der Technik ist es notwendig, die in Behälter befindliche Massen zu verdichten. Hierbei kann es sich beispielsweise um Schüttgüter handeln, deren Volumen reduziert werden soll. Ein weiterer großer Anwendungsbereich ist der Bereich von Fertigbauteilen, die aus Beton hergestellt werden. Um entsprechend hohe Festigkeitswerte zu realisieren, ist es vor dem Abbinden des Betons unbedingt erforderlich, eine hohe Verdichtung zu erzielen. In Fertigbetonwerken werden deshalb verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Verdichten von flüssigen Beton eingesetzt. Dabei wird dem zu verdichtenden Beton, der in einer Form sich befindet, eine oszillierende oder umlaufende Bewegung aufge­ prägt, die den Zweck hat, Scherspannungen im Beton auszulösen. Auf diese Weise wird im Beton enthaltene Luft ausgetrieben und der Beton verdichtet sich entsprechend. Dabei können dem flüssigen Beton bei­ spielsweise über die Formwände die Bewegungen aufgeprägt werden.

Dieses wird als Rütteln, Vibrieren oder Schütteln bezeichnet. Diese auch Rütteltisch genannten Vorrichtungen nehmen beispielsweise die Form auf, in der der flüssige Beton enthalten ist. Bei dem Rütteltisch kann es sich beispielsweise um eine durchgehende Tischplatte handeln, es ist jedoch auch möglich, hierfür Teile in eine Aufnahme aufzunehmen. Bei derartigen Rütteltischen, die nach dem Prinzip der Unwuchterreger arbei­ ten, wird eine Welle elektrisch pneumatisch, hydraulisch oder aber auch über Keilriemen angetrieben. Dieses erfordert entsprechende Konstruk­ tionen, die nur für diesen Anwendungsfall zum Einsatz kommen können. Mit der vorliegenden Erfindung kann dies entfallen. Gleichzeitig kann der Einsatz von Zement reduziert werden, weil eine bessere Verdichtung des Betons erreicht wird.

Durch den erfindungsgemäßen Vibrator ist es möglich, die Ausschaltzeit der Betonfertigteile enorm zu reduzieren. In senkrechter oder nahezu senkrechter Stellung können deshalb die noch nicht ausgehärteten Be­ tonplatten beispielsweise gehandhabt werden, um sie so einem Trocknungslager zuzuführen, wo sie endgültig aushärten können.

Die Ausbildung einer solchen Form muß natürlich ein frühes Ausschalen gewährleisten, denn nur so können die Betonteile im aufgerichteten Zu­ stand quasi aus der Form heraus gekippt werden.

Ein anderer Anwendungsbereich des Vibrators ist beispielsweise Behälter gänzlich zu entleeren oder Schüttgüter fließfähig zu halten. Gerade bei der Behandlung und beim Transport von Schüttgütern sind solche Vibra­ toren zweckmäßig einzusetzen. Dieses ist in unterschiedlichsten techni­ schen Bereichen möglich, hierzu zählen insbesondere die Medizin, die Lebensmittelindustrie und die Fertigbauteilherstellung.

Um einen Vibrator der erfindungsgemäßen Art für all diese Anwendungs­ bereiche einzusetzen, bedarf es der Universalität sowohl in der Ausfüh­ rung als auch in der Handhabbarkeit. Der vorliegende Vibrator hat ein geringes Gewicht und kann dabei in ein weiteres Gehäuse eingesetzt werden. Durch das Einsetzen in ein weiteres Gehäuse wird die modulare Ausführung des Vibrators noch deutlicher. Dieses zweite Gehäuse kann dabei an eine Konstruktion angeschweißt oder angeschraubt werden. Bei einer solchen Konstruktion kann es sich um einen Mischbehälter, einen Rüttelform, eine Form usw. handeln. Da die Ausführung des Vibrators vorzugsweise als Drehteil ausgeführt ist, liegt quasi kein Verschleiß vor. Auch durch die Führung des Rotor, der aus Stahl hergestellt ist, vermin­ dert sich der Verschleiß entsprechend. Je nach Verwendungszweck kann auch die Luftzufuhr intermittierend ausgeführt werden, was zur Folge hat, daß die Amplitude, mit der der Vibrator schwingt, unterschiedlich sein kann. Durch die Luftzufuhr kann sowohl mit einer niedrigen als auch mit einer hohen Frequenz der Vibrator entsprechend betrieben werden. Auf­ grund der Antreibsenergie durch komprimierte Luft ist ein solcher Vibrator auch bei niedrigen Temperaturen einsetzbar. Dieses ist beispielsweise nicht bei Vibratoren möglich, die mit einem entsprechenden Medium, bei­ spielsweise Wasser oder Öl angetrieben werden, auch die elektrisch an­ getriebenen Vibratoren sind bei niedrigen Temperaturen nicht einsetzbar.

Die Erfindung wird anhand eines möglichen Ausführungsbeispiels der Figuren näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 Einen Schnitt durch einen Vibrator.

Fig. 2 Einen Schnitt durch einen den Vibrator umgebendes zweites Gehäuse.

Der in der Fig. 1 dargestellte Vibrator besteht aus einem Gehäuse 1, das als zylindrischer Körper und damit als Drehteil oder Gußteil ausgeführt ist. Die in axialer Richtung vorhandenen Stirnseiten sind durch Verschlüsse 18 und 19 verschlossen. Der Verschluß 19 ist jedoch in seinem Mittenbe­ reich so ausgebildet, daß er ein Innenteil 20 aufnimmt. Das Innenteil 20 besteht im wesentlichen aus einem Boden 13, der an dem Verschluß 18 im unteren Teil zur Anlage kommt. Im Anschluß an den Boden 13 ist ein Wirbelsystem 6 vorhanden, das mit einer Wendel 7 versehen ist. An das Wirbelsystem 6 schließt sich ein Kern 10 an. Außerhalb des Vibrators ist an dem Innenteil 20 ein Anschluß 4 vorhanden, der zum Einblasen der komprimierten Luft dient. Dabei weist der Anschluß 4 einen axial verlau­ fenden Strömungskanal 3 auf, der in dem Ausführungsbeispiel zylindrisch ausgeführt ist. Erfindungsgemäß ist es jedoch auch möglich, den Strö­ mungkanal 3 konisch auszuführen. Am Ende des Strömungskanals 3, der als Sackbohrung ausgeführt ist, befindet sich eine Austrittsöffnung 5 für das Antriebsmedium. Dieser Austritt 5 ist im unteren Teil des Wirbelsy­ stemes 6 angeordnet. Die austretende Luft aus der Austrittsöffnung 5 wird aufgrund der Wendel 7 in eine vorbestimmte Richtung gelenkt. Dadurch kommt die Luft in einen Innenraum 2 innerhalb des Vibrators. Dadurch das die Luft einen gewissen Drall über das Wirbelsystem 6 erfahren hat, wird sie auf die Außenfläche des balligen Rotors 8 auftreffen. Dieser Ro­ tor 8 wird dadurch um den Kern 10 des Vibrators in Rotation versetzt. Damit das Antriebsmedium auch aus dem Vibrator wieder entweichen kann, ist mindestens ein Ausströmanschluß 23 vorhanden.

Zur Steigerung des Wirkungsgrades und um Verwirbelungen zu vermei­ den, befindet sich in dem Innenraum 2 an der Wandung Nuten 9, die ei­ nen leicht balligen Grund aufweisen.

Der in der Fig. 1 beschriebene und dargestellte Vibrator kann aufgrund seines Aufbaues für unterschiedliche Anwendungszwecke verwendet werden. Dieses ist beispielsweise in der Fig. 2 angedeutet worden, wo innerhalb eines Raumes 21 das Gehäuse 1 des Vibrators eingesetzt wer­ den kann. Dieses Gehäuse 11, was das Gehäuse 1 umschließt, wird dann vorzugsweise über eine Verschlußplatte 22, die mit Verschraubungen 15 mit dem Gehäuse 11 kraft- und formschlüssig verbunden wird, verschlos­ sen. Die maßliche Abstimmung des Gehäuses 1 ist so genau, daß sie in die Innenkontur 14 des Gehäuses 11 eingepaßt ist. Das Gehäuse 11 wird in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 über Verschraubungen 16 mit einer Vorrichtung 17 kraft- und formschlüssig verbunden. Neben der Ver­ schraubung 16 kann jedoch auch einen Verschweißung des Gehäuses 11 mit der Vorrichtung 17 erfolgen.

Durch diese Ausführung, das heißt mit einem zweiten Gehäuse 11, wird deutlich, daß der Vibrator modular aufgebaut ist und für unterschiedlich­ ste Anwendungszwecke ausgeführt werden kann. Dieses beinhaltet, daß die Herstellkosten geringer ausfallen und durch entsprechende Adaptio­ nen, das heißt unterschiedlichste Ausführungen der Gehäuse 11 ist ein universeller Einsatz des Vibrators gegeben. Auch die gesamte Konstruk­ tion des Vibrators ist so angelegt, daß Teile schnellstens austauschbar sind, wobei der Vibrator insgesamt wartungsfrei läuft und somit quasi keine Verschleißteile beinhaltet.

Bezugszeichen

1

Gehäuse

2

Innenraum

3

Strömungskanal

4

Anschluß

5

Austrittsöffnung

6

Wirbelsystem

7

Wendel

8

Rotor

9

Nuten

10

Kern

11

Gehäuse

12

Luftaustritt

13

Boden

14

Innenkontur

15

Verschraubung

16

Verschraubung

17

Vorrichtung

18

Verschluß

19

Verschluß

20

Innenteil

21

Raum

22

Verschlußplatte

23

Ausströmanschluß

Claims (14)

1. Modularer Vibrator zur Mischung, Verdichtung und Homogenisie­ rung von Schmelzen, Mischungen, Legierungen, Emulsionen, Suspensionen, der über einen Anschluß (4) an einem Gehäuse (1) durch komprimierte Luft angetrieben wird, wobei sich an dem Anschluß (4) ein axial verlaufender Strömungskanal in Form einer Sackbohrung anschließt, der sich zumindest in seinem unteren Teil verjüngt und in einer koaxialen Austrittsöffnung (5) ausläuft, die in ein Wirbelsystem (6) endet, wobei das Gehäuse einen zy­ lindrischen Innenraum aufweist, der teilweise von einem zylindri­ schen frei um einen Kern (10) drehbaren Rotor ausgeführt ist, wobei die Bewegung des Rotors in axialer Richtung begrenzt ist und das Gehäuse (1) mindestens einen Ausströmanschluß (23) aufweist, und das Gehäuse (1) in ein weiteres Gehäuses (11) ein­ setz- und austauschbar ist.

2. Modularer Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelsystem (6) einen schneckenförmigen Verlauf mit nur einer Wendel (7) mit geringer Steigung aufweist.

3. Modularer Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (2) umlaufende Nuten (9) aufweist, die einen balligen Grund haben.

4. Modularer Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (3) einen zylindrischen und/oder koni­ schen Verlauf hat.

5. Modularer Vibrator nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Strömungskanal (3) doppelwandig ausgeführt ist und damit gleichzeitig den Ausströmanschluß (23) beinhaltet.

6. Modularer Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Außendurchmessers zur Länge des Vibra­ tors etwa gleich ist.

7. Modularer Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (8) aus Stahl besteht.

8. Modularer Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) an eine Konstruktion anschweißbar bzw. anschraubbar ist.

9. Modularer Vibrator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstruktion ein Mischbehälter, ein Rütteltisch oder eine Form ist.

10. Modularer Vibrator nach den vorhergehenden Ansprüchen, da­ durch gekennzeichnet, daß der Vibrator wartungsfrei ist.

11. Modularer Vibrator nach den vorhergehenden Ansprüchen, da­ durch gekennzeichnet, daß der Vibrator mit einer hohen Frequenz arbeitet.

12. Modularer Vibrator nach den vorhergehenden Ansprüchen, da­ durch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Vibrators intermit­ tierend ist.

13. Modularer Vibrator nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Vibrator ein geringes Gewicht und eine kompakte Bauweise aufweist.

14. Modularer Vibrator nach den vorhergehenden Ansprüchen, da­ durch gekennzeichnet, daß der Vibrator in jeder Stellung anläuft.