DE2341219B2

DE2341219B2 - Vorrichtung zum Erzeugen von Vibrationen

Info

Publication number: DE2341219B2
Application number: DE2341219A
Authority: DE
Inventors: Jan Frederik Voorburg Felderhof (Niederlande); James William Alfred Upton Severn Worcestershire Westwood (Grossbritannien)
Original assignee: Verenigde Bedrijven Tankfabriek Kooiman Papendrecht Niederlande NV
Current assignee: Verenigde Bedrijven Tankfabriek Kooiman Papendrecht Niederlande NV
Priority date: 1972-08-19
Filing date: 1973-08-16
Publication date: 1979-02-22
Also published as: AU474607B2; GB1452888A; CA994189A; DD116765A5; DE2341219A1; CH594449A5; JPS4986960A; US3895561A; FR2196595A5; AU5927273A; IN139689B; JPS5627305B2; IT996112B; NL7311386A; SU640653A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen von Vibrationen mit einem durch Stirnplatten begrenzten Hohlzylinder, der Ein- und Auslässe für ein gasförmiges Druckmedium besitzt, und mit einem im Hohlzylinder durch das Druckmedium hin- und herbeweglichen Kolben, der in Abhängigkeit von seiner axialen Stellung die Arbeitsräume zwischen den Kolben und den Stirnplatten abwechselnd mit den Ein- und Auslässen verbindet.

Derartige Vorrichtungen sind durch die DE-AS 62 656, die DE-PS 5 05 333, die DE-PS 8 69 437 und die DE-AS 10 17 855 bekanntgeworden. Die darin beschriebenen Vibrationsvorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß sie eine gesonderte Schmierung für den Kolben und die Zylinderflächen benötigen, was entweder durch eine aufwendige Druckölschmierung oder durch Einspritzung von Schmieröl in das Druckmedium erfolgen kann. Trotz dieser aufwendigen Schmiermaßnahmen ist jedoch die Betriebssicherheit der bisher bekannten Vibrationsvorrichtungen insbesondere bei Verwendung hoher Drücke zur Erzielung von besonders starken und hochfrequenten Schwingungen unbefriedigend. Die Temperaturen des Druckmediums sind dann nämlich so hoch, daß sich die Hohlzylinderwände, der Kolben und die Stirr.platten mangels ausreichender Kühlung sehr stark erhitzen, wobei auch aufwendige Schmiermaßnahmen mil hochwertigen Schmiermitteln eine zufriedenstellende Betriebssicherheit nicht gewährleisten.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, durch einfache Maßnahmen die Betriebssicherheit der Vorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hohlzylinder aus ineinander passenden Innen- und Außenhülsen zusammengesetzt ist, die zwischen ihren Außen- und Innenflächen eine Ringnui einschließen, wobei in den Innen- und Außenhülsen befindliche, ίο am Umfang im Winkelabstand voneinander angeordnete Auslässe durch die sich am Umfang erstreckende Ringnut miteinander in Verbindung stehen.

Ein weiterer Vorschlag zur Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß Mittel zur Ablenkung des ausströmenden Druckmediums auf die Außenseite der Vorrichtung vorgesehen sind.

Beide Maßnahmen nützen die Erkenntnis aus, daß sich das ausströmende Medium infolge des adiabatischen Expansionsvorganges sehr stark abkühlt. Durch geschickte Führung des abgekühlten Mediums, wie sie erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, kann eine intensive Kühlung der Zylinderwandung erzielt werden, so daß die befürchteten Kolbenfresser nicht mehr auftreten. In der praktischen Erprobung hat sich dabei gezeigt, daß durch diese Maßnahmen eine beträchtliche Verbesserung der Betriebssicherheit erzielt wird.

In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Auslässe in den Innenhülsen zu den Auslässen in den Außenhülsen um einen Winkeiabstand von 180° versetzt sind, so daß sich ein über den Umfang gleichmäßig ausströmendes Druckmedium ergibt. Entsprechend gleichmäßig ist auch die Kühlung, so daß kein Verzug auftreten kann.

Die Betriebssicherheit kann noch weiter dadurch erhöht werden, daß, wie die Erfindung ferner vorsieht, die Innenhülsen aus selbstschmierenden Materialien bestehen, beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen oder Bleibronze mit eingelagertem Graphit. Durch die mittels der erfindungsgemäßen Maßnahmen erzielten ■to niedrigen Temperaturen reichen deren seibstschmierende Eigenschaften aus, so daß auf zusätzliche Schmiermaßnahmen, deren Versagen bisher die Ursache vieler Betriebsstörungen ist, verzichtet werden kann.

Schließlich sieht die Erfindung vor, daß an jedem Auslaß mit der entsprechenden Außenfläche eines Drosselventils zusammenwirkende Kappen mit einer konischen Ausnehmung vorgesehen sind, die das ausströmende Druckmedium auf die Außenseite der Vorrichtung umlenken, so daß eine intensive Kühlung erzielt wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Erzeugen von Vibrationen im Schnitt;
F i g. 2 eine Endansicht im Schnitt über die Linie H-Il in Fi g. I;

Fig. 3 eine Seitenansicht im Schnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig.4 eine Seitenansicht im Schnitt einer Erweiterung der Ausbildung nach Fig. 3;

Fig. 5 eine Seitenansicht im Schnitt einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig.6 eine Seitenansicht im Schnitt des Zylinders einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
F i g. 7 eine Seitenansicht im Schnitt des Zylinders einer noch anderen Ausführungsform der F.rfindung;

Fig.8 eine Seitenansicht im Schnitt eines Teiles des Zylinders einer noch anderen Ausführungsform der

Erfindung und

Fig,9 eine Seitenansicht im Schnitt einer Mehrfaehkolbenausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 der Zeichnungen zeigen einen Zylinder 10, der an seinen Enden durch Stirnplatten 11 und 12 geschlossen ist, welche Stirnplatten durch Bolzen 13 befestigt sind. Ein radialer Einlaß 14 für ein Medium, wie Druckluft, ist in der Mitte zwischen den Enden des Zylinders angeordnet Zwei radiale Auslässe 15 und 16 befinden sich in der Zylinderwand mit ihren Achsen im Winkel zu der Achse des Einlasses 14. Diese öffnungen sind axial mit gleichen Abständen auf beiden Seiten des Einlasses 14 angeordnet In einigen anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Auslässe 15 und 16 in jeder radialen Stellung in der Zylinderwand angeordnet sein, solange sie mit gleichen axialen Abständen auf beiden Seiten des Einlasses 14 angeordnet sind.

Im Innern des Zylinders sind zwei axial mit Abstand angeordnete Traghülsen 17 und 18 vorhanden, die zwischen ihnen eine Ringnut 19 bestimmen, welche mit dem Einlaß 14 in Verbindung steht.

Die Hülsen in diesem Beispiel sind aus Polytetrafluoräthylen. Ein weiteres Beispiel eines Materials aus dem die Traghülse hergestellt sein kann, ist Bieibronze, die mit Graphit getränkt ist. Eine solche Traghülse kann ohne jedes zusätzliche Schmiermittel als Tragorgan benutzt werden.

Zwei weitere Ringnuten 20 und 21 sind axial mit den jeweiligen Auslässen 15 und 16 ausgerichtet und erstrecken sich um die jeweiligen Außenflächen der Hülsen 17 und 18. Diese Nuten befinden sich in der Mitte zwischen den Enden der jeweiligen Hülsen und stehen jeweils mit einer öffnung 22 in den Hülsen in Verbindung. Die öffnungen 22 erstrecken sich bis an die Innenflächen der jeweiligen Hülsen 17 und 18 und sind derart angeordnet, daß sie sich diametral gegenüber den jeweiligen Auslässen 15 und 16 befinden.·

Ein Kolben 24 ist für axiale Gleitbewegung im Inneren der I'ülsen montiert, welcher Kolben zwei L-förmige Durchgänge 25 und 26 aufweist. Jeder dieser Durchgänge zeigt einen sich axial erstreckenden Teil und einen sich radial erstreckenden Teil und ist jeweils mit den gegenüberliegenden Arbeitsräumen 27 und 28 in den Zylindern verbunden. Wenn sich der Kolben axial in einer Richtung aus seiner gezeigten zentralen Stellung in der Mitte zwischen den Enden des Zylinders bewegt, steht einer der Durchgänge mit der Nut 19 in Verbindung. In gleicher Weise steht der andere Durchgang mit der Nut J9 in Verbindung wenn der Kolben 24 sich in der anderen Richtung bewegt. Die jeweiligen a^v.ialen Teile dei Durchgänge 25 und 26 betragen mehr als die halbe Länge des Kolbens 24. Wenn der Kolben 24 sich in seiner zentralen Stellung befindet, kann keinei der Durchgänge 25 und 26 mit der Nut 19 in Verbindung stehen. Aber wenn Druckluft in den Einlaß 14 eingebracht wird, kann eine gewisse Leckströmung zwischen Kolben und Innenflächen der Hülse auftreten, wobei die Luft vorzugsweise einen der Räume 27 und 28 direkt erreicht oder durch einen der Durchgänge 25 und 26 passiert, um einen leichten Überdruck in einem der Räume aufzubauen. Eine spezielle Lecknut 29 mit sehr geringem Durchschnitt ist in der Oberfläche des Kolbens 24 angeordnet, damit die Vorrichtung in Gang gesetzt werden kann.

Die Druckluft deht sich in den Räumen 27 und 28 und strömt zu den Auslässe^· 15 bzw. 16 durch die umlaufenden Nuten 20,21 unter wirksamer Kühlung der Hülsen 17 bzw. 18.

Mit 30 ist ein Befestigungsring bezeichnet.

Beim Betneb der Vorrichtung wird die Druckluft dem Einlaß 14 zugeführt. Die Luft wird dann ein Ende des Zylinders durch einen der Durchgänge 25 und 26 erreichen. Dadurch setzt sich der Kolben in Bewegung. Wenn der Kolben sich über einen vorbestimmten axialen Abstand unter der Wirkung dieses Druckes bewegt hat, tritt der andere Durchgang mit der Nut 19 und dem Einlaß 14 in Verbindung und läßt dieser auf diese Weise Druckluft in das andere Ende des Zylinders zu. Das Maß der Vibration des Kolbens hängt im Prinzip von dem Druck der einströmenden Luft und von der Masse, oder Trägheitskraft, des Kolbens ab.

In F i g. 3 ist eine vibrierende Vorrichtung gezeigt, die der nach F i g. 1 und 2 gleich ist, aber bei welcher der Zylinder aus drei Ringteilen 31, 32 und 33 gebildet ist, welche durch Bolzen 13' aneinander befestigt sind. F i g. 4 zeigt eine vibrierende Vorrichtung, die eine Erweiterung der Ausbildung nach Fi ρ 3 ist, wobei der Zylinder aus fünf Ringteilen 34—38 zusammengesetzt ist, welche Ringteile durch Bolzen 13" zusammengehalten werden. Diese längere Ausführung der vibrierenden Vorrichtung enthält einen größeren Kolben und für einen gegebenen Einlaßdruck wird dadurch eine langsamere Vibration und eine höhere Leistung herbeigeführt. Die Auslässe in der Zylinderwand sind in Fig. 3 und 4 nicht gezeigt. Die Stirnplatten 41 und 42 der Ausbildung nach F i g. 3 haben jeweils zentrale Durchbohrungen 43 und 44. Im Anschluß an die Stirnplatten 41 und 42 und in Verbindung mit den Bohrungen 43 und 44 befinden sich jeweils L-förmige Überlaufrohre 45 und 46, die an den Außenenden durch ein U-förmiges Rohr 47, das mit einem Steuerventil 48 versehen ist, miteinander verbunden sind, wobei die Teile 45, 46 und 47 eine Umlaufleitung zwischen den Arbeitsräumen bilden. In der Ausführungsform nach F i g. 4 ist eine entsprechende Umlaufleitung 49 durch in die Stirnplatten 39 und 40 und in die Ringteile 34 bis 38 gebohrte öffnungen gebildet. Die Umlaufleitung 49 ist an jed^rn Ende mit Steuerventilen 50 bzw. 51 versehen. Mit der gegenseitigen Verbindung der Arbeitsräurne können die Frequenz und die Amplitude der durch die Vorrichtung erzeugten Vibrationen eingestellt werden.

F i g. 5 zeigt eine Vorrichtung gleich der Vorrichtung nach Fig. 1, aber die Vorrichtung nach F i g. 5 hat einen aus drei Ringteilen 61, 62 und 63 zusammengesetzten Zylinder und weiter jeweils Auslässe 66 bzw. 67, die mit jeweiligen einstellbaren Drosselventilen 68 und 69 versehen sind. Jedes der Ventile 68, 69 zeigt ein zentrales Glied 70, das einen kegelstumpfförmigen Teil 71, einen hexagonalen Flansch 72, der einstückig mit dem konischen Teil 71 an dessen größerem Ende angeformt ist, und jeweils axial ausgerichtete, mit Gewinde versehene Zylinderteile 73 und 74, di° sich von dem kleineren Ende des konischen Teiles 71 bzw. des Flansches 72 erstrecken. Die zylindrischen Teile 74 der Ventile 68 und 69 stehen im Eingriff mit Schraubengewinde an dem Innenimfang der Auslässe 66 bzw. 67 und die Flansche 72 werden durch die Außenkanten der Öffnungen 66 bzw. 67 begrenzt. Eine Bohrung 76 erstreckt sich axial durch den zylindrischen Teil 74, den Flansch 72 und den kegelstumpfförmigen Teil 71 eines jeden der Ventile 68, 69. Diese Bohrung steht mit einer durchgehenden Quorbjhriing 77 in Verbindung, welche sich transversal /ur Bohrung 76 erstreckt. Um den kegelstumpfförmigen Teil 71 herum befindet sich eine Kappe 78 mit einei gestuften Bohrung 79, deren

größerer Teil dcrarl verjüngt ist. cliili dieser der Form des konischen Teiles 71 entspricht. Der kleinere Teil der gestuften Bohrung 79 ist mit Gewinde versehen und steht im Eingriff mit dem Gewinde des zylindrischen Teiles 73 des zentralen Organs 70. Durch Drehen der Kappe 78 wird der Abstand zwischen den sich ■■rganzend verjüngenden Oberflächen geändert und auf diese Weise wird eine veränderliche Verengung zu jeder beliebigen Ausströmung von Medium aus dem jeweiligen Auslaß und über die Bohrung 76 und die Bohrung 77 erhalten. Die ausströmende Luft wird auf diese Weise über die Außenfläche der vibrierenden Vorrichtung zwecks Kühlung zurückgeleitet. Eine .Sperrmutter 80 steht im Eingriff mit dem Außenende des zylindrischen Teiles 73. um die Kappe 78 in ihrer Lage darauf zu sperren.

Mittels dieser Drosselventile 68, 69 können die Verengungen in den Auslassen 66 bzw. 67 gesteuert ..„-A„„ ..r,A -n .,,.„k A.c. [,On,

r im.I A.n Λ ,„„]..,,,I., ,I_n,

"P"

Oszillierung des gesteuerten Kolbens. Eine größere Verengung ergibt eine steigende Frequenz und eine verringerte Amplitude.

Die Drosselventile 68, 69 können unterschiedlich eingestellt werden, wobei der Duchschnittsdruck in einem Arbeitsraum von dem in dem anderen Arbeitsraum verschieden sein wird, was in eine bevorzugte Richtung der Energie-Übertragung resultiert.

Ein ähnlicher Effekt wird erzielt durch Ein- oder Auslässe mit verschiedenem Durchmesser und/oder durch einen Unterschied zwischen den jeweiligen Abständen zwischen den Auslässen und dem Einlaß des Zylinders, axial davon gesehen. In der Ausführungsform nach Fig. 6 befinden sich die Auslässe 81, 82 in den Innenhülsen 83 bzw. 84 in ungleichen Abständen von dem Einlaß 85 und der Ringnut 86, während die Auslässe 87, 88 in dem Außenzylinder sich in entsprechender Lage befinden. Bei der Ausführungsform nach F i g. 7 haben die Auslässe 91,92 in den Innenhülsen 93 bzw. 94 und die entsprechenden Auslässe 97, 98 in der Außenzylinderwand einen verschiedenen Durchmesser, aber gleiche Abstände von dem Einlaß 95 und der Nut 96.

F i g. 8 zeigt einen Teil einer Ausführungsform, bei welcher der Zylinder, zusammengesetzt aus einer Außenzylinderwand 110 und Hülsen 111, an seinem Ende durch eine durch Bolzen 113 befestigte Stirnplatte 112 geschlossen ist. In einer zentralen Gewindebohrung m der Platte 112 ist ein Federorgan 114 befestigt, das in der gezeigten Ausführungsform mit Druckluft zusammenwirkt, die durch die Leitung 115 eingeführt und deren Druck reguliert wird, und welches Federorgan juch vom Metallfedertypus sein kann. Die Kolbenstange 116 wirkt bei jedem Vibrationszyklus mit dem (nicht gezeigten) Kolben zusammen. Mittels des wirksamen Luftdruckes in der Vorrichtung 114 können die Charakteristiken der erzeugten Vibration reguliert werden. Ein Federorgan 114 kann auch auf der gegenüberliegenden Seite des Zylinders 110, 111 befestigt werden und kann mit anderen Steuermitteln wie oben beschrieben kombiniert werden.

l· i g. 9 zeigt drei axial ausgerichtete, miteinander verbundene Vibratoren, die als eine einzige vibrierende Einheit arbeiten.

Die Zylinder sind je aus einer Außenzylinderwand zusammengesetzt, bestehend aus drei ringförmigen Teilen 121,122,125 und Innenhiilsen 124,125. die je eine Ringnut 126 aufweisen zum Verbinden eines Auslasses in einer Hülse mit einem diametral gegenüberliegenden Auslaß in dem umgebenden ringförmigen Außenwandteil, welche Teile nicht ge/.cigt werden. In jedem der miteinander verbundenen Vibratoren ist ein Kolben 127 mit zwei L-förmigen Durchgängen 128 und 129 für die periodische Verbindung zwischen den Arbeitsräumen an jedem Kolbencnde mit dem Einlaß 130 über die Ringnut 131 montiert. Die benachbarten Kolben werden durch eine Stange 132 vereinigt, welche Stange Gewindeenden 133 bzw. 134 aufweist, die mit sich verjüngenden Bohrungen in den jeweiligen Kolben

n^lw.n f Ί "J ~ U

1.34a sind jedem Ende der Stangen 132 benachbart angegeben, um ein Angreifen der Stange zu ermögli chen, wenn diese auf einen Kolben aufgeschraubt wird.

Die Stange 132 zwischen dem zwischenliegenden Kolben 127 und dem Kolben 127 auf der rechten Seite

2) ist in der Figur um ihren Mittelteil herum durch eine trockene Traghülse 135, die in der Trennplatte 136 befestigi ist, gelagert. Die Stange 132, die den Kolben 127 au' der linken Seite der Figur mit dem zwischenliegenden Kolben vereinigt, ist in einem Paar

so Dichtungen 137 gelagert, die je einen Ring 138 mit untiefen rechteckigem Querschni't umfassen, welcher Ring 138 von einem O-Ring 139 umgeben ist, und welche Dichtungen 137 in der Trennplatte 140 montiert sind. Die Stirnplatten 141 und 142 sind durch Bolzen 143 befestigt, die weiter durch Bohrungen in den Ringteilen 121, 122, 123 und in den Trennplatten 136, 140 hindurchgehen. In der Stirnplatte 142 ist eine trockene Traghülse 144 angeordnet, durch welche eine Kolbenstange 145 hindurchgeht, und zwar zum Vereinigen der kombinierten Kolben 127 mit einem anderen Organ, das hier nicht beschrieben wird.

Durch die jeweiligen Einlasse 130 eingeführte Druckluft wird bewirkt, daß die Kolben 127 sich einheitlich bewegen, indem jeder von ihnen den

•15 Lufstrom steuert, genauso wie beschrieben in bezug auf die anderen Ausführungsformen.

Bei der Mehrfachkolbenvorrichtung ist es, wenn die Kolben starr vereinigt sind, ein Vorteil, daß jeder von ihnen kurz sein kann, und zwar ohne Kippgefahr, welche eine hohe Reibung und einen schnellen Verschleiß verursachen könnten. Es ist von besonderem Vc teil, daß eine Mehrfachkolbenvorrichtung im Vergleich mit einer Einfachkolbenvorrichtung eine größere Kolbenoberfläche aufweist, auf welche das Druckmedium einwirken kann, im Verhältnis zu dem Kolbengewicht und zu der Länge der Kanäle für den Mediumstrom, und folglich dem Widerstand gegen diesen Strom, was eine größere Frequenz der Vibration und eine höhere Energieübertragung ergibt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Erzeugen von Vibrationen mit einem durch Stirnplatten begrenzten Hohlzylinder, der Ein- und Auslässe für ein gasförmiges Druckmedium besitzt, und mit einem im Hohlzylinder durch das Druckmedium hin und her beweglichen Kolben, der in Abhängigkeit von seiner axialen Stellung die Arbeitsräume zwischen dem Kolben und den Stirnplatten abwechselnd mit den Ein- und Auslässen verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder aus ineinander passenden Innen- und Außenhülsen (17, 18, 10) zusammengesetzt ist, die zwischen ihren Außen- bzw. Innenflächen eine Ringnut (20,21) einschließen, wobei in den Innen- und Außenhülsen befindliche, am Umfang im Winkelabstand voneinander angeordnete Auslässe (22,15,16) durch die sich am Umfang erstreckende Ringnut (20,21) miteinander in Verbindung steheri.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Jie Auslässe (22) in den innenhülsen zu den Auslässen (15, 16) in den Außenhülsen (10) um einen Winkelabstand von 180° versetzt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhülsen (17, 18) aus Polytetrafluoräthylen bestehen.

4. Vorrichtung nach Ansprucn 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhülsen (17, 18) aus Bleibronze mit eingelagertem Graphit bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Auslaß (66, 67) mit der entsprechenden Außenfläche eines Drosselventils zusammenwirkende Kappen (=8) mit einer konischen Ausnehmung (79) Abgesehen sind, die das ausströmende Druckmedium auf c.e Außenseite der Vorrichtung umlenken.