DE3915773A1 - Kompakter kolbenvibrator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenvibrator be­ stehend aus einem Gehäuse mit mindestens einer zylindrischen Bohrung und mindestens einem seitlich an die Bohrung geführten Luftan­ schluß und einem in der Bohrung längs verschieblichen Kolben.

Derartige Kolbenvibratoren haben vielfältige Anwendungsmöglich­ keiten, insbesondere dort, wo Schüttgüter verdichtet werden sol­ len, z. B. in der Verpackungsindustrie oder auch bei der Her­ stellung und Verdichtung von Gußteilen, z. B. aus Beton oder ähnlichem Material. In all diesen Anwendungsbereichen werden Kolbenvibratoren zwar als notwendige und sinnvolle Bestandteile der Vorrichtungen angesehen, an welchen sie angebracht sind, wirken sich jedoch gelegentlich auch platzraubend und störend aus. Dies kann dazu führen, daß unter Umständen kleinere und weniger leistungsfähige Kolbenvibratoren verwendet werden, als dies für das Arbeitsergebnis wünschenswert wäre. Aus diesem Grun­ de besteht ein Bedürfnis, Kolbenvibratoren bei gleichen äußeren Abmessungen leistungsfähiger zu machen bzw. umgekehrt bei gleich­ bleibender Leistung kompakter zu gestalten.

Die Leistung eines Kolbenvibrators hängt im wesentlichen nur von der Querschnittsfläche der Bohrung und der Masse des Kol­ bens ab, die sich ebenfalls aus dieser Querschnittsfläche und der Länge des Kolbens ergibt, die wiederum durch die Länge des Kolbenvibrators abzüglich des Kolbenweges und der Wandstärke von Deckel und Boden des Vibratorgehäuses begrenzt wird.

Da für die Praxis eine Vielzahl nicht nur verschiedener Ge­ häuse- und Kolbendurchmesser sondern auch verschiedener -längen bei gleichem Durchmesser erforderlich sind, werden Kolbenvibratoren auch in relativ großen Stückzahlen noch als Drehteile hergestellt. Die Gehäuse der Vibratoren haben daher im allgemeinen eine mehr oder weniger zylindrischer Form. Je nach Art des Kolbenvibrators ist dabei mindestens ein Luftanschluß seitlich an der zylindri­ schen Wand eines solchen Gehäuse angebracht. Da solche Kolben­ vibratoren mit erheblichen Drücken bis zu 10 oder mehr bar betrieben werden, muß der Luftanschluß entsprechend druckfest gestaltet werden und erfordert deshalb eine gewisse Mindest­ wandstärke der Gehäusewand, in welcher er angebracht ist. In der Regel besteht ein solcher Luftanschluß aus einer Boh­ rung mit Innengewinde. Aber auch andere denkbare Luftanschlüs­ se erfordern eine gewisse Mindestwandstärke des Vibratorge­ häuses. Handelsübliche Schlauchtüllen haben z. B. eine vor­ gegebene Gewindelänge.

Dementsprechend besteht bei den bekannten Kolbenvibratoren, zumindest wenn sie als Drehteile hergestellt sind, das Vibra­ torgehäuse im wesentlichen aus einem Hohlzylinder mit Boden, Deckel und entsprechenden Luftanschlüssen, wobei der Hohl­ zylinder zum Zwecke der druckfesten Ausführung der Luftan­ schlüsse und/oder zur Anpassung an vorgegebene Standards eine relativ große Wandstärke aufweist. Der Gesamtdurchmes­ ser des Kolbenvibrators ergibt sich also aus dem Durchmes­ ser der zylindrischen Bohrung zuzüglich der zweifachen Wand­ stärke. Insbesondere bei relativ kleinen Kolbenvibratoren mit Außendurchmessern im Bereich von 5 cm und darunter wird daher der Gesamtdurchmesser wesentlich von der Wandstärke der Gehäusewand bestimmt, die in der Praxis im Bereich von etwa 10 mm und darüber liegt.

Mit abnehmendem Außendurchmesser des Gehäuses nimmt daher die Leistungsfähigkeit von Kolbenvibratoren rapide ab, da die Wandstärke im wesentlichen konstant gehalten wird, wäh­ rend die Leistung mit dem Quadrat des Durchmessers der zy­ lindrischen Bohrung abnimmt. Wird bei einer Wandstärke von 10 mm beispielsweise der äußere Vibratordurchmesser von 50 auf 40 mm verringert, so nimmt der Durchmesser der zylin­ drischen Bohrung von 30 auf 20 mm ab und die Leistung des Vibrators sinkt um einen Faktor (3/2)² = 2,25.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kolben­ vibrator zu schaffen, welcher bei gegebenem Außendurchmesser eine höhere Leistungsfähigkeit aufweist bzw. bei gleicher Leistungsfähigkeit kompakter und kleiner gebaut ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die zylindrische Boh­ rung zumindest in axialer Höhe des Luftanschlusses asymme­ trisch zur äußeren Wandfläche des Gehäuses verläuft.

Je nach Ausführungsart weist ein Kolbenvibrator in seiner seit­ lichen Gehäusewand einen oder mehrere Luftanschlüsse auf, welche, wie bereits erwähnt, eine gewisse Mindestwandstärke benötigen. Verläuft nun im Bereich dieser Luftanschlüsse die äußere Gehäuse­ wand asymmetrisch bzw. exzentrisch zu der inneren zylindrischen Bohrung, so kann man erreichen, daß einerseits die Wandstärke im Bereich der Luftanschlüsse für die zu verwendenden Stand­ ardgewinde ausreichend ist, andererseits aber auch die Wandstär­ ke im übrigen Bereich des Gehäuses reduziert ist, so daß der Ge­ samtdurchmesser des Gehäuses bei gegebenem Durchmesser der zy­ lindrischen Bohrung kleiner wird oder aber der Durchmesser der zylindrischen Bohrung vergrößert werden kann, wenn der Gesamt­ durchmesser des Gehäuses im Vergleich zu einer entsprechenden bekannten Ausführungsform unverändert bleiben kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die äußere Wandflä­ che des Gehäuses im wesentlichen über dessen gesamte Länge zy­ lindrisch. Bezüglich dieser zylindrischen Außenwand des Gehäuses verläuft dann die innere zylindrische Bohrung zwar achsparallel, jedoch asymmetrisch bzw. exzentrisch zur äußeren Zylinderwand. Auf diese Weise ergibt sich entlang des Umfanges der zylindri­ schen Bohrung eine kontinuierlich veränderte Wandstärke, wobei die Luftanschlüsse vorzugsweise im Bereich der größten Wandstär­ ke des Gehäuses angebracht sind.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist zwar die Außenwand des Gehäuses auch im wesentlichen zylindrisch, ist jedoch gleich­ zeitig auch konzentrisch zur inneren zylindrischen Bohrung, wo­ bei nur in axialer Höhe des Luftanschlusses bzw. der Luftan­ schlüsse ein exzentrisch ringförmiger Ansatz vorgesehen ist.

Eine solche Ausführungsform bietet sich vor allem dann an, wenn nur ein einziger seitlicher Luftanschluß im Bereich des großen Bohrungsdurchmessers vorhanden sein muß, wie z. B. bei Differenzdruckkolbenvibratoren. Bei dieser Ausführungs­ form weist also der Kolbenvibrator über den Großteil seiner Gesamtlänge eine im wesentlichen konstante, geringe Wandstär­ ke auf, während nur im Bereich des Luftanschlusses bzw. der Luftanschlüsse diese Wand durch einen exzentrisch ringförmigen Ansatz verdickt ist. Auf der dem Luftanschluß gegenüberlie­ genden Seite kann dieser ringförmige Ansatz bündig mit der übrigen Zylinderwand abschließen.

Während die erstgenannte Ausführungsform vorzugsweise für Kolbenvibratoren vorgesehen ist, deren Kolben einen konstan­ ten Durchmesser aufweist, und der im allgemeinen drei seit­ liche Luftanschlüsse hat, ist die zweitgenannte Ausführungs­ form vor allem bei Differenzdruckkolbenvibratoren zweckmäßig, deren Kolben im Längsschnitt stufenförmig verdickt ist und welche im Bereich des größeren Bodendurchmessers nur einen einzigen seitlichen Luftanschluß benötigen. Im letzteren Fall ist nämlich die für den Luftanschluß erforderliche größere Wandstärke auf einen schmalen, exzentrisch ringförmigen Ansatz beschränkt, während im übrigen die Wandstärke des Gehäuses so gering wie möglich gehalten wird. Bei Kolben mit im wesent­ lichen konstantem Durchmesser und mit mehreren seitlichen Luftanschlüssen im Bereich der entsprechenden Bohrung ist zwar eine solche Gestaltung ebenfalls möglich, erfordert je­ doch mehrere oder einen sehr breiten derartigen ringförmigen Ansatz, so daß der damit verbundene Raumgewinn über die ex­ zentrische Anordung der zylindrischen Bohrung hinaus nicht mehr so beträchtlich ist.

Die Begriffe "Kolben mit im wesentlichen konstantem Durchme­ ser" und "entsprechende Bohrung" schließen dabei auch sol­ che Ausführungsformen ein, bei welchen der Kolben und/oder die Bohrung für die Verbindung mit Luftzufuhr- oder -abfuhr­ bohrungen eine oder mehrere ringförmig umlaufende Nuten auf­ weisen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vor­ liegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Be­ schreibung bevorzugter Ausführungsformen und der dazu gehörigen Figuren. Es zeigen

Fig. 1a-c verschiedene Ansichten eines Kolbenvibrators mit mehreren seitlichen Luftanschlüssen,

Fig. 2a-c verschiedene Ansichten eines Differenzdruckkol­ benvibrators mit einem seitlichen Luftanschluß im Be­ reich der entsprechenden Bohrung und

Fig. 3 schematisch den Schnitt durch ein Gehäuse eines dem Vibrator nach Fig. 2 entsprechenden herkömmlichen Differenzdruckkolbenvibratorgehäuses.

Das Gehäuse des Kolbenvibrators besteht gemäß Fig. 1a aus einer Wand 1, einem Deckel 3 und einem Boden 4. In der zylindrischen Bohrung 5 ist axial verschieblich ein dicht in der Bohrung 5 gleitender Kolben 2 vorgesehen, welcher seinerseits Quer- und Längsbohrungen sowie Ringnuten für die Verbindung der oberhalb und unterhalb des Kolbens 2 liegenden Räume mit entsprechenden Luftanschlüssen aufweist. Die in Fig. 1a links befindliche Wand 1 des Vibratorgehäuses weist eine deutlich geringere Wand­ stärke auf als auf der gegenüberliegenden Seite, auf der drei Luftanschlüsse 7 in axialer Richtung hintereinander angebracht sind. Diese unterschiedliche Wandstärke ergibt sich aus der exzentrischen Anordnung der zylindrischen Bohrung 5 bezüglich der ebenfalls zylindrischen äußeren Wandfläche 6 des Gehäuses, wie man auch aus den Fig. 1b und 1c erkennt. Dabei ist Fig. 1b eine Schnittansicht entlang der Linien A-A in Fig. 1, während in Fig. 1c eine Ansicht des Kolbenvibrators von oben dargestellt ist. Deckel 3 und Boden 4 sind in Aufweitungen der zylindrischen Bohrung 5 befestigt, beispielsweise durch Ein­ schrauben, Löten, Kleben oder Schweißen.

Gegenüber einem herkömmlichen Kolbenvibrator mit einer zylindri­ schen Innenbohrung gleichen Durchmessers und konstanter (größe­ rer) Wandstärke hat der in Fig. 1 dargestellte Kolbenvibrator einen um ca. 15% geringeren Durchmesser. Geht man umgekehrt von einem vorgegebenen Maximaldurchmesser eines Kolbenvibrators für einen bestimmten Anwendungsfall aus, so werden die Vorteile dieser Ausführungsform der Erfindung noch deutlicher. In diesem Fall müßte nämlich die Bohrung eines herkömmlichen Kolbenvibra­ tors gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten einen etwa 19% geringeren Durchmesser aufweisen, wodurch die Leistungsfähigkeit um etwa 35% abnehmen würde.

Noch ausgeprägter werden diese Unterschiede bei der Ausführungs­ form gemäß Fig. 2, die einen Differenzdruckkolbenvibrator dar­ stellt. Wie man erkennt, ist die zylindrische Bohrung 5 dieses Vibrators stufenförmig aufgeweitet und auch der Kolben 2 weist im Längsschnitt eine entsprechende Stufenform auf, wobei ein Kolbenabschnitt größeren Durchmessers in der zylindrischen Er­ weiterung 5′ und der übrige Kolbenteil in der zylindrischen Bohrung 5 gleitet.

Ein solcher Differenzdruckkolbenvibrator hat im Bereich der zy­ lindrischen Erweiterung 5′ nur einen seitlichen Luftanschluß, der an einem exzentrisch ringförmigen Ansatz 8 angebracht ist. Im übrigen hat das Gehäuse dieses Vibrators im Bereich der zy­ lindrischen Erweiterung 5′ eine gleichmäßig geringere Stärke. Bezüglich der Außenwand 6 in Höhe des Luftanschlusses 7 verlau­ fen die zylindrischen Bohrungen 5′ bzw. 5 wiederum asymmetrisch bzw. exzentrisch, da sie zum übrigen Gehäuse konzentrisch sind und der ringförmige Ansatz 8 exzentrisch an der Wand 1 des Ge­ häuses angeordnet ist, wie man in Fig. 1a und in der Ansicht von oben gemäß Fig. 1b deutlich erkennt. Fig. 1c ist eine Schnittansicht entlang der Linien B-B in Höhe des Luftanschlus­ ses 7 in Fig. 1a.

In Fig. 3 erkennt man noch, welchen Durchmesser ein dem in Fig. 2 dargestellten Vibrator entsprechender herkömmlicher Vibrator gehabt hätte, bei welchem im Bereich der zylindrischen Erweiterung 5′ die Wandstärke konstant der Wandstärke im Bereich des Luftanschlusses 7 entsprochen hätte.

Der seitliche Anschluß 7 kann generell auch durch ein sich seitlich erstreckendes Sackloch mit einer durch die Wand des Gehäuses achsparallel geführten Verbindungsbohrung gebildet sein, die ebenfalls eine gewisse Mindestwandstärke erfordert.

Abschließend folgt noch eine Tabelle, aus welcher die Steigerung der Leistungsfähigkeit des neuen, beispielhaft in Fig. 1 darge­ stellten Kolbenvibrators gegenüber einem herkömmlichen Kolben­ vibrator deutlich wird, wobei zu beachten ist, daß die Leistung proportional zur jeweiligen Kolbenquerschnittsfläche ist. Dabei bezieht sich die Tabelle auf Kolbenvibratoren mit der maximalen Wandstärke A = 11 mm, die für einen herkömmlichen Kolbenvibrator als konstant angenommen wird, und einer minimalen Wandstärke B = 4 mm bei dem neuen Kolben, wobei jeweils Kolben gleichen Außendurchmessers miteinander verglichen werden und C1 den Durchmesser der Bohrung eines herkömmlichen Kolbenvibrators, C2 den Durchmesser der Bohrung des neuen Kondensators angibt.

A = 11 mm, B = 4 mm

C1 =  1, C2 =  8, Kolbenfläche ist 64,00 mal größer
C1 =  2, C2 =  9, Kolbenfläche ist 20,25 mal größer
C1 =  3, C2 = 10, Kolbenfläche ist 11,11 mal größer
C1 =  4, C2 = 11, Kolbenfläche ist  7,56 mal größer
C1 =  5, C2 = 12, Kolbenfläche ist  5,76 mal größer
C1 =  6, C2 = 13, Kolbenfläche ist  4,69 mal größer
C1 =  7, C2 = 14, Kolbenfläche ist  4,00 mal größer
C1 =  8, C2 = 15, Kolbenfläche ist  3,52 mal größer
C1 =  9, C2 = 16, Kolbenfläche ist  3,16 mal größer
C1 = 10, C2 = 17, Kolbenfläche ist  2,89 mal größer
C1 = 11, C2 = 18, Kolbenfläche ist  2,68 mal größer
C1 = 12, C2 = 19, Kolbenfläche ist  2,51 mal größer
C1 = 13, C2 = 20, Kolbenfläche ist  2,37 mal größer
C1 = 14, C2 = 21, Kolbenfläche ist  2,25 mal größer
C1 = 15, C2 = 22, Kolbenfläche ist  2,15 mal größer
C1 = 16, C2 = 23, Kolbenfläche ist  2,07 mal größer
C1 = 17, C2 = 24, Kolbenfläche ist  1,99 mal größer
C1 = 18, C2 = 25, Kolbenfläche ist  1,93 mal größer
C1 = 19, C2 = 26, Kolbenfläche ist  1,87 mal größer
C1 = 20, C2 = 27, Kolbenfläche ist  1,82 mal größer
C1 = 21, C2 = 28, Kolbenfläche ist  1,78 mal größer
C1 = 22, C2 = 29, Kolbenfläche ist  1,74 mal größer
C1 = 23, C2 = 30, Kolbenfläche ist  1,70 mal größer
C1 = 24, C2 = 31, Kolbenfläche ist  1,67 mal größer
C1 = 25, C2 = 32, Kolbenfläche ist  1,64 mal größer

Claims (7)

1. Kolbenvibrator bestehend aus einem Gehäuse mit mindestens einer zylindrischen Bohrung (5, 5′), mindestens einem seitlich an die Bohrung (5, 5′) geführten Luftanschluß (7) und einem in der Bohrung (5, 5′) längs verschiebli­ chen Kolben (2), dadurch gekennzeichnet, daß die zylin­ drische Bohrung (5, 5′) zumindest in axialer Höhe des Luftanschlusses (7) asymmetrisch zur äußeren Wandfläche (6) des Gehäuses verläuft.

2. Kolbenvibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wandfläche (6) des Gehäuses im wesentlichen über seine Gesamtlänge zylindrisch ist.

3. Kolbenvibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wandfläche (6′) des Gehäuses im wesentlichen zylin­ drisch und konzentrisch zur Bohrung (5, 5′) ist und in axialer Höhe des Luftanschlusses (7) einen exzentrisch ringförmigen Ansatz (8) aufweist.

4. Kolbenvibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Luftanschluß (7) im Bereich der größten Wandstärke des Gehäuses angebracht ist.

5. Kolbenvibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er ein Differenzdruckkolbenvibrator ist.

6. Kolbenvibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mehrere Luftanschlüsse (7) vorgesehen sind, die in axialer Richtung hintereinander im Bereich der größten Wandstärke des Gehäuses angeordnet sind.

7. Kolbenvibrator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Kolben (2) mit im wesentlichen konstantem Durch­ messer aufweist.