DE2418641A1

DE2418641A1 - Vorrichtung zur erzeugung zweier verschiedener unwuchtzustaende an einem rotationssystem

Info

Publication number: DE2418641A1
Application number: DE2418641A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Funke; Dieter Peschel
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1974-04-18
Filing date: 1974-04-18
Publication date: 1975-10-30
Also published as: US4043221A; ATA170075A; SE7504544L; NO751106L; JPS5110481A; AT335877B; CH580991A5

Description

METALLGESELLSCHAFT 24 1 864 1^{6 Ffm}· »

Aktiengesellschaft Mlk/GKp

6 Frankfurt (Main)
Reuterweg 14

Prov. Nr. 7366 M

Vorrichtung zur Erzeugung zweier verschiedener Unwuchtzustände an einem Rotationssystem

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung zweier verschiedener Unwuchtzustände an einem Rotationssystem.

Derartige Rotationssysteme dienen als Schwingantriebe bei Förder-, Transport- und Bearbeitungsmaschinen. Während man im allgemeinen bei Rotationssystemen bestrebt ist, Jede Unwucht zu vermeiden, oder doch wenigstens auszugleichen, werden für Schwingantriebe Rotationssysteme mit einer nach Lage und Größe definierten Unwucht benötigt, um Behälter, Förderrinnen, Werkzeuge und dergleichen in eine dem jeweiligen Zweck entsprechende Schwingung versetzen zu können.

Bekannt sind beispielsweise Vorrichtungen zur Oberflächenbehandlung von Teilen mittels fester und flüssiger Mittel, wobei ein Gemisch aus Teilen und Bearbeitungsmitteln in einem Behälter einer Schwingbewegung unterworfen werden. Infolge der Relativbewegung zwischen den Bestandteilen des Gemisches kann ein Schleifen, Glätten, Polieren, Entgraten usw. von Werkstücken durchgeführt werden.

Derartige Vorrichtungen bestehen im wesentlichen aus einem Rahmen oder Fundament, auf dem ein Behälter schwingfähig gelagert ist, einem Schwingantrieb sowie Hilfsvor-

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richtungen zum Füllen und Entleeren des Bearbeitungsbehälters „ Der Schwingantrieb besteht häufig aus einem Elektromotor mit einer verlängerten und besonders stabil ausgeführten ¥elle, auf der Unwuchtgewichte angebracht sind. Die Welle ist in mit dem Behälter verbundenen Lagern geführt und überträgt auf diese Weise die durch die Rotation der Unwuchtgewichte erzeugte Schwingbewegung auf den Behälter. Wenn der Behälter als ringförmiger Trog ausgebildet ist, wird der Schwingantrieb meist mit senkrechter Welle zentral in dem ringförmigen Trog angeordnet.

Aus verschiedenen Gründen ist es nun erwünscht, bei konstruktiv festgelegten Vorrichtungen unterschiedliche Schwingbewegungen zu realisieren. Bei den zuletzt genannten Vorrichtungen kann es beispielsweise erforderlich sein, die Schwingbewegung auf die Art der gewünschten Behandlung bzw. auf die Form und Größe der zu bearbeitenden Teile einzustellen. Vielfach wird auch gewünscht, für die Bearbeitung von Teilen nacheinander wahlweise eine langsamere und schnellere, aus der Schwingbewegung resultierende Umwälz- oder Förderbewegung einstellen zu können.

Die vorgenannten Anforderungen hat man zunächst dadurch zu erfüllen gesucht, daß man austauschbare Unwuchtgewichte unterschiedlicher Größe lösbar mit dem Rotationssystem verbunden hat. Dabei war ferner vorgesehen, die Unwuchtgewichte auch in unterschiedlicher Winkelstellung zueinander anordnen zu können.

Weil das Rotationssystem seiner Zweckbestimmung nach im Betrieb einer ständigen Schwingbewegung unterworfen ist, muß bei allen Teilen derartiger Vorrichtungen nicht nur

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mit einem relativ großen Verschleiß gerechnet werden, sie müssen auch besonders einfach und robust ausgeführt sein. Das gilt insbesondere für solche Konstruktionsteile, die bestimmungsgemäß häufiger von dem Rotationssystem gelöst bzw. wieder mit diesem verbunden werden müssen. Die Umstellung der Unwucht wird in ihrer Handhabung dadurch erschwert. Als besonders nachteilig bei der vorgenannten Methode der Unwuchtverstellung gilt der für die Umstellarbeiten erforderliche Zeitaufwand, denn die umstellbaren Unwuchtgewichte müssen aus Sicherheitsgründen abgekapselt werden. Außerdem beinhaltet" die Umstellung eines Unwuchtgewichtes durch "Montage" ein Sicherheitsrisiko, das nur beseitig werden kann, indem durch weiteren Aufwand ausgeschlossen wird, daß während der Umstellarbeiten das Rotationssystem versehentlich in Gang gesetzt wird.

Man hat daher auch schon vorgeschlagen, die Unwuchtgewichte - wenn auch nicht nach ihrer Größe (Masse), so doch wenigstens in ihrer relativen Stellung zueinander durch pneumatische, hydraulische oder andere Hilfsmittel in wenigstens zwei unterschiedlichen Anordnungen einzustellen.

Derartige Vorschläge haben jedoch den Nachteil, daß die Hilfsenergie an das schwingende System herangeführt werden muß, was der Anlaß für Betriebsstörungen und Beschädigungen an dem Hilfsenergiesystem sein kann« Abgesehen von dem unvertretbaren Aufwand würden nicht mitrotierende Hilfseinrichtungen auch nur eine gewisse Verbesserung bringen, denn das Rotationssystem müßte nach wie vor zur Umstellung der Unwuchtgewichte angehalten werden. Mitrotierende, durch Fremdenergie angetriebene Hilfseinrichtungen werden bei Schwingantrieben

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wegen zu großer technischer Schwierigkeiten und aus wirtschaftlichen Gründen nur in Sonderfällen eingesetzt.

Zum Umstellen von Unwuchtgewichten ist außerdem bereits vorgeschlagen worden, einen in seiner Drehrichtung umsteuerbaren Elektromotor zu verwenden und ein Unwuchtgewicht in einer Ebene senkrecht zur Motorwelle um einen bestimmten Winkel schwenkbar anzuordnen, so daß sich das Unwuchtgewicht infolge seiner Trägheit beim Anlaufen des Motors je nach Drehrichtung in einer von zwei, durch Anschläge definierte Winkelstellungen selbsttätig einstellt, Auch diese Lösung ist noch unbefriedigend, weil die im Hinblick auf die Schwingungsbeanspruchung bereits stark beanspruchten Lager durch die Drehrichtungsumkehr einem zusätzlichen Verschleiß unterliegen.

Es besteht somit weiterhin die Aufgabe, für Rotationssysteme eine Vorrichtung zu finden, mittels derer in einfacher Weise zwei unterschiedliche Unwuchtzustände einstellbar sind, ohne daß der bei den bekannten Vorschlägen erforderliche Aufwand getrieben werden muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Erzeugung zweier verschiedener Unwuchtzustände an einem Rotationssystem gelöst, die gekennzeichnet ist durch eine beweglich angeordnete Unwuchtmasse sowie Mittel zur Führung der Unwuchtmasse in der Weise, daß sie mindestens unmittelbar nach dem. Stillsitzen des Rotationssystems eine exzentrische Ruhelage A (oder B) einnimmt, daß sie unter dem Einfluß der Fliehkraft eine Rückstellkraft überwindet und in eine Endlage A* (oder B*) ausweicht und daß sie bei Beendigung der Rotations zufolge der Rückstellkraft in die der

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ursprünglichen Ruhelage A (oder B) entgegengesetzte Ruhelage B (oder A) üb erwechselt.

Die Vorrichtung wird zweckmäßigerweise so ausgeführt, daß sich die Endlagen A* bzw. B* durch eine höhere potentielle Energie der Unwuchtmasse im Vergleich zur Ruhelage A bzw. B auszeichnet. Dabei wird bei Rotationssystemen mit vertikaler Drehachse als Rückstellkraft vorzugsweise die Erdanziehung benutzt.

Nach einer weiteren Ausführungsform des Erfindungsgedankens kann als Rückstellkraft auch die Spannung elastisch verformter Bauteile herangezogen werden.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht die bewegliche Unwuchtmasse zweckmäßigerweise aus wenigstens einer Walze oder Kugel. Andererseits kann als bewegliche Unwuchtmasse auch eine Flüssigkeit dienen.

In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens ist die Vorrichtung in der Weise aufgebaut, daß die Unwuchtmasse unter dem Einfluß der Fliehkraft eine innere Führung innerhalb einer äußeren Führung derart verschiebt, daß die innere Führung eine durch Hilfsmittel stabilisierte Endlage a* (b*) einnimmt, aus der heraus sie die Unwuchtmasse nach Wegfall der Fliehkraft infolge Erdanziehung in die der ursprünglichen entgegengesetzten Ruhelage B (oder A) führt. Dabei bestehen die stabilisierenden Hilfsmittel, vorzugsweise aus Kniehebeln oder aus in sich geschlossenen mit einem fließfähigen Medium gefüllten, elastischen Bälgen, wobei letztere je einen im wesentlichen horizontal wirkenden Teil sowie einen vertikal wirkenden Teil aufweisen und die Verbindung zwischen den beiden Teilen als Drosselstelle ausgebildet ist.

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Im Hinblick auf die erforderliche Energiespeicherung sind die Bälge mit einem kompressiblen Medium gefüllt. Vorzugsweise v/erden die elastischen Bälge auch mit einem zähflüssigen Medium gefüllt, wobei die Drosselstellen dann entfallen können.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können in einfacher Weise zwei verschiedene Unwuchtzustände an Rotationssystemen eingestellt werden. Es sind keine "Montagemaßnahmen" erforderlich, um die Umstellung zu bewirken. Desgleichen können auch alle mit Fremdenergie betriebenen Hilfseinrichtungen entfallen. Schließlich ist es möglich, die Umstellung ohne Rückgriff auf einen umsteuerbaren Motor zu verwirklichen. Bei günstiger Abstimmung von Rückstellkraft und Fliehkraft des Unwuchtgewichtes kann sogar erreicht werden, daß es nicht erforderlich ist, das Rotationssystem anzuhalten, um das Unwuchtgewicht in die jeweils andere.exzentrische Lage überwechseln zu lassen. Beispielsweise könnte die Rückstellkraft derartig eingestellt werden, daß die Umstellung der Unwuchtgewichte bereits bei einer auf 10 % reduzierten Drehzahl erfolgt und daß von diesem Punkt ab durch Wiedereinschalten der Stromzuführung für den Motor auf volle Drehzahl hochgefahren werden kann.

Anhand der beigefügten Figuren, in denen Ausführungsformen der Vorrichtung dargestellt sind, wird der Erfindungsgedanke näher erläutert:

In Fig. 1 a ist schematisch vereinfacht eine Unwuchtverstellvorrichtung dargestellt, bei der eine Unwuchtmasse in Form eines Zylinders in einer kastenförmigen inneren Führung 2 beweglich angeordnet ist, wobei der innere

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Führungskasten 2 seinerseits in einem äußeren Führungskasten 3 beweglich angeordnet ist. Der innere Führungskasten 2 wird in seiner Bewegung durch Hilfsmittel 4 in Form von Kniehebeln bestimmt. Die gesamte Vorrichtung wird durch die Welle 5 in Drehung versetzt.

Die Fig. 1 b und 1 c zeigen die gleiche Vorrichtung noch einmal in Draufsicht bzw. Seitenansicht.

Die Funktionsweise dieser Vorrichtung wird nunmehr anhand der Fig. 2 bis 5 im einzelnen beschrieben:

Wird die Vorrichtung bei einer Konstellation ihrer be-, weglichen Teile gemäß Fig. 1 a in Rotation versetzt, dann greift an der Unwuchtmasse eine Zentrifugalkraft F an und bewirkt, daß der innere Führungskasten 2 mit seiner die Unwuchtmasse enthaltenden Seite radial nach außen verschoben wird. Dabei vollführen die Hilfsmittel 4 in Form von Kniehebeln gleichzeitig eine Drehbewegung um ihren Scheitelpunkt, wodurch der innere Führungskasten mit seiner die Unwuchtmasse 1 enthaltenden Seite angehoben und mit der anderen Seite abgesenkt wird. Die Unwuchtmasse 1 wird also in Richtung der resultierenden Kraft R verschoben und dabei entgegen der Erdbeschleunigung E auf ein höheres Niveau gehoben, (siehe Fig. 2 b) In dieser Konstellation (Fig. 2 a) verharren die beweglichen Teile der erfindungsgemäßen Unwuchtverstelleinrichtung solange, wie infolge der Rotation der Vorrichtung die Fliehkraft F wirksam ist.

Wird nunmehr die Rotation der Vorrichtung beendet, dann entfällt die Fliehkraft F und die als Zylinder geformte Unwuchtmasse 1 beginnt auf dem schräg gestellten Boden

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des Führungskastens 2 entsprechend der Reaktionskraft R (Fig. 3 b) unter dem Einfluß der Erdbeschleunigung E aus der Lage A^! in die Lage B zu rollen. Gleichzeitig sorgen die Hilfsmittel 4 in Form von Kniehebeln dafür, daß der innere Führungskasten 2 bei Beendigung der Rotation der Unwuchtverstelleinrichtung in der durch Fig. 3 a gekennzeichneten Lage stabilisiert wird. Die Unwuchtmasse 1 erreicht schließlich die Ruhelage B gemäß Fig. 4, die der Ruhelage A gemäß Fig. 1 a entgegengesetzt ist.

Wird nunmehr die erfindungsgemäße Vorrichtung erneut in Rotation versetzt, so treten die oben im Zusammenhang mit Fig. 2 a geschilderten Wirkungen auf der durch B¹, b¹ gekennzeichneten Seite des inneren Führungskastens 2 ein. Infolge der Fliehkraft F und der Wirkung der Hilfsmittel 4 in Form von Kniehebeln ergibt sich eine Reationskraft R (Fig. 5 b), die die bewegliche Unwuchtmasse 1 und den inneren Führungskasten 2 aus der Ruhelage B bzw. b in Richtung auf die Wand des äußeren Führungskastens 3 verschiebt und gleichzeitig in die höhere Lage B, b anhebt (Fig. 5a).

Nach diesem Funktionsablauf wird mit der erfindungsgemäßen Unwuchtverstelleinrichtung erreicht, daß die Unwuchtmasse 1 bei jedem Stillsetzen des Schwingantriebes eine gegenüber der u:
Winkellage einnimmt.

eine gegenüber der ursprünglichen Lage um 180 versetzte

Die gleichen Vorgänge werden erzwungen, wenn anstelle der Kniehebel in sich geschlossene, mit einem fließfähigen Medium gefüllte elastische Bälge 15, 16 verwendet werden. Wird bei einer Konstellation gemäß Fig. 6 a die Vorrichtung

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in Rotation versetzt, so drängt die Unwuchtmasse 1 den inneren Führungskasten 2 in Richtung auf die Wand des äußeren Kastens 3 radial nach außen, wobei der im wesentlichen horizontal wirkende Teil 17 des elastischen Balges komprimiert wird und das fließfähige Medium in den im wesentlichen vertikal wirkenden Teil 18 verdrängt wird. Auf der anderen Seite des inneren Führungskastens 2 tritt gleichzeitig eine Entlastung des im wesentlichen horizontal wirkenden Teils 17 a des Balges ein, wodurch dieser nur noch in seinem im wesentlichen vertikal wirkenden Teil 18 a durch einen Eigengewichtsanteil des inneren Führungskastens 2 belastet ist. Dadurch wird, eine teilweise Verdrängung des Balginhaltes aus dem Teil 18 a in den Teil 17 a bewirkt. Schließlich wird die in Fig. 7 a dargestellte Konstellation erreicht. Die Fig. 6 b und 7 b zeigen wiederum schematisch die wirkenden Kräfte an, wie sie bei den in Fig. 6 a bzw. 7 a dargestellten Konstellationen der beweglichen Teile wirken.

Durch Abstimmung der Zähigkeit des fließfähigen Mediums mit der Elastizität der Bälge bzw. durch entsprechende Ausbildung einer Drosselstelle kann die letztgenannte Ausführungsform im einzelnen auf die praktischen Bedürfnisse eingestellt werden.

- 10 Patentansprüche

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1) Vorrichtung zur Erzeugung zweier verschiedener Unwuchtzustände an einem Rotationssystem, gekennzeichnet durch eine beweglich angeordnete Unwuchtmasse (1) sowie Mittel (2, 3j 4) zur Führung der Unwuchtmasse (1) in der Weise, daß sie mindestens unmittelbar nach dem Stillsetzen des Rotationssystems eine exzentrische Ruhelage A (oder B) einnimmt, daß sie unter dem Einfluß der Fliehkraft eine Rückstellkraft überwindet und in. eine Endlage A* (oder B*) ausweicht und daß sie bei Beendigung der Rotation zufolge der Rückstellkraft in die der ursprünglichen Ruhelage A (oder B) entgegengesetzte Ruhelage B (oder A) überwechselt.

2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Endlage A» (oder B*') durch eine höhere potentielle Energie der Unwuchtmasse (1) im Vergleich zu der Ruhelage A (oder B) auszeichnet.

3) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Rotationssystemen mit vertikaler Drehachse als Rückstellkraft die Erdanziehung benutzt wird.

4) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückstellkraft die Spannung elastisch verformter Bauteile herangezogen wird.

5) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als bewegliche Unwuchtmasse (1) wenigstens eine Walze oder Kugel dient.

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.6) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als bewegliche Unwuchtmasse eine Flüssigkeit dient.

7) Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unwuchtmasse (1) unter dem Einfluß.der Fliehkraft eine innere Führung (2) innerhalb einer äußeren Führung (3) derart verschiebt, daß die innere Führung (2) eine durch Hilfsmittel (4) * stabilisierte Endlage a* (ode,r b*)

■ einnimmt, aus der heraus sie die Unwuchtmasse (1) nach

Wegfall der Fliehkraft infolge Erdanziehung in die • entgegengesetzte Ruhelage B (oder A) führt.

8) Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsmittel (4) aus Kniehebelnbestehen.

9) Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnetj daß als Hilfsmittel (4) in sich geschlossene mit einem fließfähigen Medium gefüllte elastische Bälge (15, 16) verwendet werden, die je einen im wesentlichen horizontal wirkenden Teil (17» 17 a) sowie einen vertikal wirkenden Teil (18, 18 a) aufweisen und bei denen die Verbindung zwischen den Teilen (17, 18) bzw. (17 a, 18 a) eine Drosselstelle aufweist.

10) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Bälge mit einem zähflüssigen Medium gefüllt sind, wobei die Drosselstellen entfallen.

1'1) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bälge (15, 16) mit einem kompressiblen Medium gefüllt sind.

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