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Schwingherd
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schwingmaschine, insbesondere
Schwingherd, umfassend wenigstens eine Schwingmasse, die mit einem Schwingantrieb
zur Erzeugung einer im wesentlichen hin- und hergehenden Bewegung ausgerüstet ist.
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Derartige Schwingherde finden beispielsweise in der sortierenden Aufbereitung
einz Vielzahl von Feststoffgemengen Anwendung, welche diesen Herden aufgegeben werden
und unter Einfluß der Schwingbewegungen in ihre jeweiligen spezifisch leichteren
und schwereren Fraktionen zerlegt werden. Dabei kommt es mit Hinblick auf die Güte
des Sortierprozesses, insbesondere dessen Trennschärfe, entscheidend darauf an,
daß ein bestimmter, durch die Verfahrenstechnik vorgeschriebener Bewegungsablauf
der sich im wesentlichen hin- und herbewegenden Herdplatten realisiert wird.
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Aus den britischen Patentschriften 248 794 und 428 583 sind Schwingantriebe
zum Antrieb von Zweimassenschwingern bekannt, welche von Kurbelgetrieben und Hebelsystemen
Gebrauch machen, jedoch die oben geschilderten Forderungen nach Steuerbarkeit der
Bewegung der einzelnen Schwingmassen aus kinematischen Gründen nur in sehr beschränktem
Maße erfüllen können.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Schwingantrieb
zu konzipieren, der fLexibel ist, eine optimale Einstellbarkeit der Schwingbewegungen
gewährleistet und zugleich einfach und wirtschaftlich ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Schwingantrieb mit einem
Getriebe ausgerüstet ist, das die Schwingmasse in Bewegungen versetzt, deren Beschleunigungswerte
bei der Hinbewegung ungleich derjenigen der Herbewegung, insbesondere größer als
diejenigen der Herbewegung sind.
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Ein derartiger Schwingantrieb kann allen verfahrenstechnischen Anforderungen
gerecht werden, wobei jedes mechanische Antriebssystem eingesetzt werden kann, welches
eine individuell steuerbare Vorwärts- und Rückwärtsbewegung der Schwingmasse zuläßt.
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Damit werden nahezu beliebig vorgebbare Bewegungsabläufe realisierbar,
so daß sich ein breites Anwendungsspektrum der erfindungsgemäßen Schwingmaschine
ergibt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Schwingantrieb eine
Kurbelwelle auf, die mit dem abtriebsseitig ungleichförmige Rotationsbewegungen
erzeugenden Getriebe in Verbindung steht. Die hin- und hergehende Bewegung wird
durch eine Kurbelwelle erzeugt, wobei aufgrund der abtriebsseitigen Ungleichförmigkeit
der Drehbewegungen der Abtriebswelle des Getriebes, welches antriebsseitig mit einem
Rotationsantrieb
herkömmlicher Bauart in Verbindung stehen kann,
die Beschleunigungswerte der hingehenden Bewegung ungleich derjenigen der hergehenden
Bewegung sein können. Diese Ungleichförmigkeit kann durch konstruktive Maßnahmen
beispielsweise so ausgelegt sein, daß sich eine hohe Vorwärts- und eine niedrige
Rückwärtsbeschleunigung der Schwingmasse ergibt oder umgekehrt.
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Es können alle Getriebe Verwendung finden, welche eine gleichförmige
antriebsseitige Rotationsbewegung in eine ungleichförmige abtriebsseitige Rotationsbewegung
umsetzen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht das Getriebe
aus einem Zahnradgetriebe und einer Gelenkwelle, wobei die Gelenkwelle mit einem
Motor gekoppelt ist, dessen Antriebswelle unter einem Winkel zu einer Eingangswelle
des Zahnradgetriebes angeordnet ist. An einem einfachen Gelenk pendelt bekanntermaßen
der Drehwinkel der getriebenen Welle pro Umdrehung gegenüber dem Drehwinkel der
treibenden Welle zweimal zwischen einem Wert maximalen Vorlaufens und einem Wert
maximalen Nachlaufens, wobei der Absolutwert der Drehwinkeldifferenz vom Beugungswinkel
der über das Gelenk verbundenen Wellen abhängt.
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Die getriebene Welle führt hierbei eine ungleichmäßige Rotationsbewegung
aus, wobei durch eine zweckmäßige Übersetzung mittels eines Zahnradgetriebes die
Bewegungsphase der Kurbelwelle beispielsweise derart festgelegt werden kann, daß
während der Vorwärtsbewegung
der Schwingmasse ein maximales Vorlaufen
des Drehwinkels der Gelenkwelle gegenüber der jeweiligen Antriebswelle erfolgt und
während der Rückwärtsbewegung ein maximales Nachlaufen. Auf diese Weise wird die
Vorwärtsbewegung mit hoher Beschleunigung und die Rückwärtsbewegung mit geringer
Beschleunigung ausgeführt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der
Motor vorzugsweise um eine Achse senkrecht zu der durch die Gelenkwelle und eine
Eingangswelle des Zahnradgetriebes gebildeten Ebene schwenkbar gelagert. Diese Ausgestaltung
eröffnet einfache Möglichkeiten, den Absolutwert der Differenz der Beschleunigungen
der Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen zu variieren, da durch die Schwenkung der
Lagerung des Motors der Beugungswinkel der Gelenkwelle und damit das Ausmaß der
Ungleichförmigkeit der in das Zahnradgetriebe eingebrachten Rotationsbewegung gesteuert
werden kann. Dies stellt eine sehr einfach zu realisierende konstruktive Ausführungsform
eines Schwingantriebes dar, der eine gezielte Steuerung des Bewegungsablaufes der
Schwingungen ermöglicht.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Getriebe ein
Gleitsteingetriebe, wobei die Kurbelwelle und die Antriebswelle des Gleitsteingetriebes
einen radialen Versatz aufweisen. Das Gleitsteingetriebe kann antriebsseitig an
einen
Rotationsantrieb beliebiger Bauart angekoppelt sein. Die Ungleichförmigkeit
der Drehbewegung kommt dadurch zustande, daß eine Kurbelkröpfung der Kurbelwelle
über einen auf einer mit der Antriebswelle rotierenden Scheibe radial beweglich
angeordneten, das Antriebsmoment übertragenden, sich relativ zu dieser Scheibe während
einer Umdrehung jeweils von einem Punkt maximaler zu einem Punkt minimaler Exzentrizität
bewegenden Gleitstein wechselnde Umfangsgeschwindigkeiten erfährt, Es kann hier
vorteilhaft durch eine Variation des radialen Versatzes auch das Verhältnis von
Vorwärts- und Rückwärtsbeschleunigung variiert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der
Schwingantrieb als Kurvenscheibengetriebe ausgebildet.
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Ein Kurvenscheibengetriebe eröffnet aufgrund der vielfältigen Gesta-ltungsmöglichkeiten
der Kontur der Kurvenscheiben weitere Möglichkeiten der Verfeinerung der Steuerung
des Bewegungsablaufes der Schwingungen.
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Schließlich kann das Kurvenscheibengetriebe auch aus zwei aufeinander
abrollenden, beweglich gelagerten Kurvenscheiben bestehen0 Bei dieser Ausgestaltung
besteht die Möglichkeit, aufgrund der freibeweglich gelagerten Kurvenscheiben die
Auslenkung der Schwingmassen entgegen der Rückstellkraft einer
Feder
derart zu konzipieren, daß Auslenkung und Schwingmasse in einem umgekehrt proportionalen
Verhältnis zueinander stehen. Auf diese Weise findet eine Entlastung des Fundamentes
von Trägheitskräften der Schwingmassen statt.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den folgenden,
in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische
Darstellung eines Gleitsteingetriebes mit einer Schwingmasse; Fig. 2 ein Gelenkwellenantrieb
mit einer Schwingmasse; Fig. 3 ein Kurvenscheibengetriebe mit einer beweglich gelagerten
Kurvenscheibe; Fig. 4 ein Kurvenscheibengetriebe mit zwei beweglich gelagerten Kurvenscheiben;
Fig. 5 ein Doppelkniehebelgetriebe.
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Man erkennt in Fig. 1 einen Motor 1, der über eine Antriebswelle 2
mit einem Gleitsteingetriebe 3 in Verbindung steht.
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Dieses besteht aus einer Scheibe 3', auf welcher ein Gleitstein 4
angeordnet ist, der einerseits in radialer Richtung (Pfeile 5) beweglich gelagert
ist und andererseits ein Umfangsmoment übertragen kann0 Am Gleitstein 4 ist die
Kröpfung 6 einer Kurbelwelle 7 befestigt, welche über eine weitere Kröpfung 8 eine
Schwingmasse 9 antreibt. Mit 10 und 11 sind die Lagerungen der Kurbelwelle 7 bzw.
der Antriebswelle 2 bezeichnet0 Die Kurbelwel 7 und die Antriebswelle 2 des Gleitsteingetriebes
3 weisen einen radialen Versatz auf, so daß sich der Gleitstein 4 während einer
Umdrehung der Scheibe 3' relativ zu dieser von einem Punkt maximaler zu einem Punkt
minimaler Exzentrizität bewegt, Auf diese Weise wechselt bei konstanter Drehzahl
der Antriebswelle 2 die -Umfangsgeschwindigieit der Kröpfung 6 entsprechend der
Bewegung des Gleitsteines 4, so daß sich eine ungleichförmige Rotationsbewegung
der Kurbelwelle 7 ergibt.
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Mit 12 ist in Fig0 2 ein Motor bezeichnet, dessen Antriebswelle 2e
über eine Gelenkwelle 12 mit der Eingangswelle 13 eines Zahnradgetriebes 14 in Verbindung
steht0 Die Abtriebswelle 14 des Zahnradgetriebes 14 ist über eine Kurbelwelle 15
an eine Schwingmasse 16 angekoppelt0 Die Position 15' symbolisiert eine Kupplung,
während mit 129 und 129 Gelenkpunkte bezeichnet sind0
Bei dieser
Ausführungsform bildet die unter einem Winkel zur Eingangswelle 13 des Zahnradgetriebes
14 angeordnete Gelenkwelle 12 das ungleichförmige Rotationsbewegungen erzeugende
Getriebe. Entsprechend der Kinematik der Drehbewegungsverhältnisse der Gelenkwelle
12 ist das Übersetzungsverhältnis des Zahnradgetriebes 14 derart ausgelegt, daß
für die Vorwärtsbewegung bzw. die Rückwärtsbewegung der Schwingmasse 16 der Bereich
des Vorlaufen des Drehwinkels der Eingangswelle 13 gegenüber der Antriebswelle 2'
ausgenutzt wird, während für die Rückwärtsbewegung bzw. die Vorwärtsbewegung der
entsprechende Nachlaufbereich ausgenutzt wird. Auf diese Weise ergibt sich eine
rasche Vonßrärtsbewegung und eine langsame Rückwärtsbewegung oder umgekehrt. Dadurch,
daß die Lagerung des Motors 1' schwenkbar ausgebildet wird, kann in einfacher Weise
der Beugungswinkel der Antriebswelle 2' gegenüber der Eingangswelle 13 und damit
das Verhältnis der Beträge von Vorwärts- und Rückwärtsbeschleunigung der Schwingmasse
16 variiert werden.
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Fig. 3 zeigt ein Kurvenscheibengetriebe 17 als weiteres Beispiel eines
unterschiedlich beschleunigte Hin- und Herbewegungen der Schwingmasse ermöglichenden
Getriebes. Man erkennt eine um einen Drehpunkt 17 mittels eines Hebels 18 schwenkbar
gelagerte Kurvenscheibe 19, welche auf einer ortsfest gelagerten Rolle 20 abrollt.
Der Antrieb dieser Anordnung, auf dessen Darstellung aus Gründen der zeichnerischen
Einfachheit halber verzichtet wurde, kann über die Kurven
scheibe
19 oder über die Rolle 20 erfolgen. Am Hebel 18 greift eine Schubstange 21 an, welche
unmittelbar an eine Schwingmasse 22 angekoppelt ist und in einem Langloch 23 in
Längsrichtung des Hebels 18 gleiten kann. Entsprechend der Kontur der Kurvenscheibe
19 findet eine oszillierende Auslenkung des Hebels 18 in Richtung der Pfeile 24
statt, wobei die erforderliche Rückstellkraft über in der Zeichnung nicht dargestellte
Federelemente aufgebracht wird, welche entweder am Hebel 18 oder an der Schwingmasse
22 angreifen.
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Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel eines Kurvenscheibengetriebes 25.
Die Positionen 26 und 27 bezeichnen zwei Schwingmassen, die über Hebel 28, 29 und
eine Feder 30 in ihren jeweiligen Positionen elastisch fixiert sind. Die Hebel 28
und 29 sind jeweils um Drehpunkte 31 und 31' schwenkbar am Gehäuse 32 des Schwingantriebes
angebracht. Der Schwingantrieb besteht ferner aus zwei Hebeln 33 und 34, welche
um ortsfeste Drehpunkte 35 und 36 schwenkbar gelagert sind und mit Stößeln 37 und
38 zusammen/wirken. Die den Drehpunkten 35 und 36 abgekehrten Enden der Hebel 33
und 34 tragen Kurvenscheiben 39 und 40, welche durch Zahnräder 41 und 42 gegensinnig
angetrieben werden. Dabei bewirken die Kurvenscheiben 39 und 40 entsprechend ihrer
Kontur über die Stößel 37 und 38 eine entsprechende Auslenkung der Schwingmassen
26 und 2ir, Mit den Zahnrädern 41 und 42 stehen weitere Zahnräder 43 und 44, welche
auf den durch die Drehpunkte 35 und 36 geführten Wellen
sitzen,
im Eingriff und sind an einen herkömmlichen, zeichnerisch nicht dargestellten Rotationsantrieb
angekoppelt.
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Die Schwenkbarkeit der die Kurvenscheiben tragenden Hebel 33 und 34
bewirkt bei dieser Art der Ausgestaltung sehr vorteilhaft, daß die Auslenkung der
Schwingmassen 25 und 26 jeweils entsprechend ihrer Masse erfolgt, so daß auch bei
unterschiedlichen Massen, also zum Beispiel bei unterschiedlicher Beladung der Schwingmassen
26 und 27 keine resultierenden Trägheitskräfte auf die Fundamentierung einwirken.
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Anstelle der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Kurvenscheibengetriebe,
deren Steuerkurven durch die periphere äußere Begrenzung von Scheiben gebildet werden,
können mit Vorteil auch solche eingesetzt werden, deren Steuerkurven durch die periphere
innere Begrenzung der Axialprojektion ringartiger Rotationskörper gebildet werden.
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Fig. 5 zeigt einen Schwingantrieb mit einem Doppelkniehebelgetriebe
45. Dabei bewirkt der Pleuel 46 einer Kurbelwelle 47 eine in Richtung der Pfeile
48 oszillierende Bewegung des Gelenkpunktes 49. Am Gelenkpunkt 49 greifen Verbindungsstangen
50 und 51 an, welche über Gelenkpunkte 52 und 53 und Hebel 54, 55 an ortsfesten
Drehpunkten 56 und 57 angelenkt sind. An den Gelenkpunkten 52 und 53 greifen weitere
Verbindungsstangen 58 und 59 an, welche gleichzeitig an Schwingmassen 60 und 61
befestigt sind. Die Schwingmassen 60
und 61 werden durch zeichnerisch
nicht dargestellte Federelemente in Schwingungsrichtung geführt. Bei Drehung der
Kurbelwelle 47 bewegen sich die Gelenkpunkte 52 und 53 oszillierend auf Kreisbögen
um die ortsfesten Drehpunkte 56 und 57, so daß die Schwingmassen 60 und 61 einander
entgegengesetzt gerichtete Schwingbewegungen in Richtung der Pfeile 62 ausführen.
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Der Schwingantrieb kann vorteilhaft auch so gestaltet sein, daß der
Pleuel 46 mit einem der Gelenkpunkte 52 oder 53 anstelle des Gelenkpunktes 49 in
Verbindung steht.
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Aus der Kinematik dieses Doppelkniehebelgetriebes 45 folgt, daß auch
hier unterschiedliche Beschleunigungswerte der Hin-und Herbewegungen der Schwingmassen
60 und 61 erreicht werden können.