DE2829587B2

DE2829587B2 - Federnd abgestützte Vorrichtung

Info

Publication number: DE2829587B2
Application number: DE2829587A
Authority: DE
Inventors: Eric Rolf Ludvika Ericsson; Hans-Henrik Burton Dipl.-Ing. Smedjebacken Wallin
Original assignee: MORGAARDSHAMMER SMEDJEBACKEN SE AB
Current assignee: MORGAARDSHAMMER SMEDJEBACKEN SE AB
Priority date: 1977-07-13
Filing date: 1978-07-05
Publication date: 1981-07-02
Also published as: DE2829587C3; FI782191A; DK147479B; GB2001732B; FI64299B; CA1081999A; NL183873B; DK294778A; ATA489378A; DK147479C; FR2397237B1; NO782425L; GB2001732A; FR2397237A1; US4212731A; SE7708140L; AT359008B; NL7807123A; DE2829587A1; NO145421C

Description

Federnd abgestützte Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs.

Aus der deutschen Patentschrift 9 72 488 ist im Gegensatz zur US-Patentschrift 22 00 724 die eingangs genannte Vorrichtung bekannt, gemäß der die beiden Schwingmassen von eigens dafür bestimmten Motoren angetrieben werden, um eine elliptische Schwingbewegung zu erzeugen. Beim Gegenstand der US-Patentschrift 22 00 724 wird der Synchronlauf der beiden Schwingmassen durch ein Zahnradgetriebe erreicht, welches die schwingende Masse erhöht und welches bei Gewährleistung eines geringen Spiels sehr aufwendig herzustellen ist

Zur Erzeugung einer elliptischen Schwingung dient gemäß der deutschen Patentschrift 9 72 488 eine Paarung von sich selbst synchronisierenden Fliegkrafterregem mit je einem eigenen Antrieb, deren Antriebsleistungen einstellbar sind und deren Drehrichtung wahlweise gleich oder gegensinnig ist Die Schwingmassen sollen dabei wahlweise unterschiedlich groß ausgebildet sein, um Ellipsenschwingungen ausführen zu können. Trotz der Darlegung verschiedener Kombinationsmöglichkeiten ist entsprechend der Lehre dieser Druckschrift die Erzeugung einer reinen Ellipsenschwingung nicht möglich, da nicht vermieden werden kann, daß Kippmomente relativ zum Systemschwer- eo punkt auftreten. Dadurch ergeben sich überlagerte Schwingungen, die eine reine elliptische Schwingung nicht aufkommen lassen können.

Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Anordnung der Drehachsen für beide Massen derart zum Schwerpunkt des Systems anzuordnen, daß die federnd abgestützte Vorrichtung in einer reinen elliptischen Bewegung schwingt, die frei von Kippbewegungen ist Dies soll mit möglichst einfachen konstruktiven Mitteln für einen weiten Anwendungsbereich gewährleistet sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs ergebenden Merkmale gelöst

Das erfindungsgemäße System geht davon aus, daß eine Selbstsynchronisation der Schwingmassen erfolgen kann, ohne daß die Schwingmassen über ein Getriebe synchronisiert werden müssen. Dabei sind die Schwingmassen um ihre Drehachsen in entgegengesetzten Richtungen drehbar.

Mit der beanspruchten Konstruktionsgrundlage für die Lage der Drehachse der Schwingmassen zueinander und zum Systemschwerpunkt ergibt sich unerwartet daß selbst mit unterschiedlichen Größen von Schwingmassen ein Synchronisiereffekt zwischen den Drehbewegungen der Massen als Ergebnis der Tatsache erzeugt werden kann, daß die Hin- und Herbewegung dazu neigt in einer Richtung zu fallen, welche nicht nur von den Größen der Unwuchtgewichte und ihrer Wirkungsstelle bestimmt ist sondern auch von der Position des Schwerpunktes. Durch diese Lösung ergibt sich eine stabile elliptische Bewegung, deren Hauptachse durch den Schwerpunkt der oszillierenden Masse entlang einer Linie läuft welche erstens durch die Bedingung bestimmt ist daß die normalen von den Drehachsen zu dieser Linie umgekehrt proportional zu den Produkten der Größen der entsprechenden Schwingmassen und ihrer mittleren axialen Abstände ist und zweitens durch die Bedingung bestimmt ist daß die Linie den Winkel, dessen Scheitel am Schwerpunkt sitzt und dessen Schenkel durch die Drehachsen laufen, halbiert Diese Bedingungen können entsprechend der angegebenen Lösung mit Hilfe des Apollonischen Kreises formuliert werden.

Bei der angegebenen Lösung ist mit anderen Worten ausgedrückt der Schwerpunkt der federnd abgestützten Vorrichtung derart relativ zu den beiden Drehachsen angeordnet daß eine Linie durch den Schwerpunkt welche mit der großen Achse der im wesentlichen elliptischen Rüttelbewegung zusammenfällt eine Winkelhalbierende des Winkels ist welcher mit seinem Scheitel im Schwerpunkt liegt und mit seinen Schenkeln durch die Drehachsen läuft und zwischen den beiden Drehachsen derart verläuft daß die Längen der Normalen von den Drehachsen zu dieser Linie umgekehrt proportional zu den Produkten aus der Größe der entsprechenden Schwingmasse und ihrem mittleren Abstand zu der entsprechenden Drehachse sind.

Ein geeignetes Verhältnis zwischen den Achsen in der elliptischen Oszillationsbewegung wird erhalten, wenn das Verhältnis zwischen den Produkten der Masse multipliziert mit dem axialen Abstand für die beiden Schwingmassen 2 :1 beträgt.

Besonders wenn die Antriebsvorrichtung als Fördervorrichtung verwendet werden soll, jedoch auch in anderen Fällen, kann es vorteilhaft sein, die Hauptachse mit einem Winkel von 45° zu der Siebebene zu legen, was der Fall ist wenn die Winkelhalbierende zwischen den Linien, durch welche der Schwerpunkt der aufgehängten Vorrichtung und die Drehachsen verbunden werden, in dieser Weise ausgerichtet ist.

Im allgemeinen empfiehlt es sich, die beiden Drehachsen in einigem Abstand von dem Schwerpunkt anzuordnen, weil der Schwerpunkt auf Grund einer variierenden Last leicht versetzt werden kann. In

diesem Fall ist die Wirkung der Versetzung des Schwerpunktes auf die Größe und Richtung der Schwingbewegung minimal.

Die beiden Drehachsen können auch entweder oberhalb oder unterhalb des Schwerpunktes angeordnet werden, wobei die zweckmäßige Anordnung bestimmt ist durch den Anwendungsfall, weil in gewissen Fällen es bequem sein kann, sie tief zu legen, um beispielsweise einen freien Raum oberhalb der Rüttelvorrichtung zur Verfugung zu haben, wohingegen in anderen Fällen ein Hochliegen der Drehachsen vorteilhaft sein kann.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 die Konstruktion eines Siebes in der Seitenansicht,

F i g. 2 dasselbe Sieb von oben, F i g. 2A eine Schwingmasse im Schnitt und

F i g. 3 bis 6 geometrische Schaubilder, durch welche die Grundprinzipien der Erfindung erläutert werden.

F i g. 1 und 2 zeigen ein Sieb, bei dem das zu beschreibende Schwingsystem angewendet ist Zwei Elektromotoren 1 und 2 treiben gesonderte Schwingmassen an. Die Motoren sind innerhalb staubschützender Gehäuse (F i g. 2A) untergebracht und von der Konstruktion her in zwei Teile an jeder Siebseite geteilt wobei für den Antrieb Durchgangswellen vorgesehen sind. Die Motoren sind auf einem Bett angeordnet welcher an der oszillierenden Bewegung des Siebes nicht teilnimmt, so daß die schwingende Masse klein gehalten wird. Zwischen den Motoren und der jeweiligen Drehachse der Schwingmasse ist eine flexible Wellenkupplung vorgesehen, welche vorzugsweise aus Wellen besteht, die jeweils mit zwei Universalgelenken versehen sind (nicht gezeigt). Die Motoren sind für eine Drehbewegung in entgegengesetzte Richtungen angeordnet und haben dieselbe rechnerische Drehzahl. Zweckmäßig sind übliche Kurzschluß-Asynchronmotoren. Durch ihre Kupplung über das Sieb laufen sie, wenn sie beide gestartet sind, in zeitlicher Obereinstimmung miteinander, so daß unter bestimmten Bedingungen eine elliptische Drehbewegung mit Translationscharakter, die im wesentlichen frei von anderen Schwingungsarten, beispielsweise Schaukelbewegungen ist für die gesamte federnde aufgehängte Masse erhalten wird.

Die Berechnungen, welche genau zeigen, unter welchen Bedingungen eine elliptische Bewegung erhalten wird, welche prinzipiell nicht durch andere Schwingungsartfn beeinträchtigt ist sind nicht weiter spezifiziert Es reicht hier aus, die Ergebnisse zu präsentieren, nämlich daß die Hauptachse der Bewegung auf einer Linie liegen muß, zu welcher die Normalen von den beiden Drehachsen umgekehrt proportional zu den Schwingmassen multipliziert mit ihren Drehradien sind, und daß die Abstände zwischen den Fußpunkten dieser Normalen auf dieser ünie und dem Schwerpunkt dasselbe Verhältnis haben soll.

Es ist eine Lösung dafür zu suchen, daß die Schwingmassen sich synchron bewegen, wobei jedoch die erzeugte Bewegung sich nicht um den Schwerpunkt drehen muß. Es wird dann ersichtlich, daß dann, wenn die Massenkräfte gemeinsam wirken, die Bedingung für die Vermeidung von Torsionskräften um den Systemschwerpunkt mit den in F i g. 3 angegebenen Bezeichnungen

m\ r\ b = /772 Γι d
ist. Wenn außerdem eine Synchronbewegung vorausgesetzt wird, erhält man für den um 90° späteren Fall, wenn die Kräfte in den entgegengesetzten Richtungen wirken, die Bedingungen

m\ r\ a = im ri c,

so daß die Drehmomente einander aufheben. Die verwendeten Bezeichnungen sind unmittelbar aus ίο F i g. 3 ersichtlich.

Diese Bedingungen können in der folgenden Weise ausgedrückt werden:

/MI Γ] _ (i

/iii r₂ b

Es wird nun auf F i g. 4 hingewiesen, welche dieselbe

wie Fig.3 ist jedoch durch die Entfernung der Kreisbahnen der Schwingmassen vereinfacht ist wobei Buchstabenbezeichnungen an einigen Punkten hinzugefügt sind. Es ist ersichtlich, daß die Dreiecke CP\ A und CP₂ B, welche rechtwinklig sind, auch, gemäß (1), zwei zueinander proportionale Seiten haben, so daß diese beiden Dreiecke einander ähnlich sind. Somit sind die Winkel ACP\ und BCP₂ einander gleich, so daß die Linie durch Q P\ und P₂ eine Winkelhalbierende ist Ähnlich ist ersichtlich, daß die in (1) gegebene Gleichung auch zwischen den Dreieckseiten BC und AC erfüllt ist, was auch gemäß der Winkelhalbierenden-Bedingung der Fall ist.

Es kann nun das Problem angegangen werden, sämtliche Punkte C zu finden, welche (1) erfüllen, wenn

S5 die Punkte A und B gegeben sind. Dieses Problem kann formuliert werden als das Problem, alle Punkte zu finden, für welche das Verhältnis zwischen den Abständen zu zwei gegebenen Punkten konstant ist Die Lösung dieses Problems ist als Apollonischer Kreis

<to bekannt und ist in F i g. 6 dargestellt. Er kann konstruiert werden, indem zuerst der innere Schnittpunkt D, dessen Abstände zu den beiden Punkten A und B das gegebene Verhältnis haben, durch den äußeren Schnittpunkt E ergänzt wird, welcher ebenfalls dieselbe Bedingung

4¹S erfüllt Ein Kreis wird dann mit dem Mittelpunkt auf der Linie /4.Sdurch die Punkte Dund £T gezogen. Dies ist der Apollonische Kreis und der gewünschte Ort.

Das Problem, den äußeren Schnittpunkt zu finden, kann in der Praxis dadurch gelöst werden, daß von den drei bekannten Punkten A, B und D, welche auf einer Linie liegen, drei Linien zu einem Hilfspunkt gezogen werden, der mit A'bezeichnet sei. Es wird angenommen, daß der Punkt D zwischen A und B liegt. Von A wird eine Hilfslinie gezogen, welche DX an einem ersten Schnittpunkt und BX an einem zweiten Schnittpunkt schneidet. Von B wird eine Linie durch den ersten Schnittpunkt gezogen, welche AX an einem dritten Schnittpunkt schneidet Eine Linie wird dann durch den zweiten und den dritten Schnittpunkt gezogen. Wo diese Linie die von A, B und D definierte Linie schneidet, liegt der gesuchte äußere Schnittpunkt, welcher AB in demselben Verhältnis wie die innere Schnittpunkt D(d.

i. in dem harmonischen Verhältnis) teilt.

F i g. 5 zeigt dieses Konstrukticnsverfahren für den

es äußeren Schnittpunkt, so daß der Apollonische Kreis wie in F i g. 6 gezogen werden kann.

Die elliptische Bewegung, welche von den Schwingmassen erzeugt wird, liegt, wie bereits angegeben, mit

ihrer Hauptachse auf der Winkelhalbierenden CD. Dabei treten zwei Sonderfälle auf, nämlich die Fälle, bei denen der Schwerpunkt des Systems auf dem Punkt D oder E liegt. Ersichtlich werden jedoch selbst in diesen Fällen Lösungen mit reiner elliptischer Bewegung "> erhalten, wobei die entartete kleine oder große Achse der Ellipse auf der Verbindungslinie AB zwischen den Drehachsen liegt.

Allein im Hinblick auf eine praktische Ausführungsform ist es, wenn es erwünscht ist, das System in beispielsweise bei einem Sieb anzuwenden, vorteilhaft, gewisse Faktoren in Betracht zu ziehen. Beispielsweise ist es vorteilhaft, den Schwerpunkt des Systems weit von den Drehachsen entfernt zu legen, um die Wirkung einer Schräglast auf das gesiebte Material zu reduzieren, ι -, Es ist auch aus F i g. 6 ersichtlich, daß die Drehachsen entweder unterhalb oder oberhalb des Schwerpunktes des Systems angeordnet sein können.

Das Verhältnis zwischen den Produkten aus der Masse und dem Drehradius der Schwingmassen >o bestimmt das Verhältnis zwischen der großen Achse und der kleinen Achse der Schwingellipse (vorausgesetzt, daß die Aufhängung symmetrisch ist). Dieses Verhältnis kann aus dem Ausdruck berechnet werden:

/Ji 1 /| + in 2 /'2

/Jl I /'ι - /Hi O

Ein geeignetes Verhältnis zwischen der großen Achse und der kleinen Achse ist 3:1, welches das Ergebnis liefert, daß

mi r\ : mi /2 = 2 : 1

Die in den F i g. 1 und 2 gezeigte Konstruktion weist eine aufgehängte Masse von etwa 1000 kg auf. Die Schwingmassen rotieren um Drehachsen, welche in einem Abstand von 100 cm voneinander liegen. Dabei liegen Schwingmassen von 65 bzw. 35 kg mit mittleren Radien von 20 cm vor. Es wird eine elliptische Bewegung erhalten, wenn a = 50 cm, c = 93 cm, 6=15 cm und d = 28 cm (Bezeichnungen entsprechend F i g. 3). Wenn die Schwingmassen große Winkel um die Achsen einnehmen, muß eine Kosinuskorrektur durchgeführt werden, wenn integriert wird, um den wirksamen mittleren Abschnitt oder mittleren Radius zu bestimmen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Federnd abgestützte Vorrichtung, die mit einer Antriebsvorrichtung zur Erzeugung einer reinen elliptischen Schwingbewegung mit zwei Schwingmassen versehen ist, die auf gesonderten Drehachsen exzentrisch und drehbar angeordnet sind, mit unterschiedlicher Erregerteistung von Motoren für beide Schwingmassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Produkte aus den Schwingmassen (m\ bzw. /Jj₂) und den jeweils zugehörigen Abständen {n bzw. Γ2) zur jeweiligen Drehachse (A; B) unterschiedlich sind, daß für den Antrieb mit gleicher Drehzahl den Schwingmassen (mr, m) Motore (1; 2) direkt zugeordnet sind, daß der Schwerpunkt (C) der federnd abgestützten Vorrichtung mit dem gemeinsamen Schwingungss>chwerpunkt der beiden Schwingmassen (m\; mi) zusammengelegt ist und sich auf einem durch die Drehachsen (A;unbestimmten Apollonischen Kreis befindet, und daß das Verhältnis der Abstände (AC; BC) der beiden Drehachsen (A; B) zu dem gemeinsamen Schwerpunkt (C) sich zu den Produkten der Schwingmassen (mw mfi und ihren mittleren 2s Abstand (r\; ft) zu der entsprechenden Drehachse (A; B)umgekehrt verhält, wie

AC
BC

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