DE424921C

DE424921C - Process for driving a reciprocating, oscillating structure consisting of individual parts

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Publication number: DE424921C
Application number: DESCH70885D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1924-07-01
Filing date: 1924-07-01
Publication date: 1926-02-05

Description

Verfahren zum Antrieb eines hin und her gehenden, aus Einzelteilen bestehenden schwingungsfähigen Gebildes. Es bietet wesentliche Vorteile, wenn die Eigenperiode hin und her gehender -Mechanismen mit der Antriebsquelle in Abstimmung ist. Im praktischen Maschinen- und Apparatehau gibt es jedoch eine Reihe von Mechanismen, die während des Betriebes ihre Eigenperiode ändern und sich daher zu einer Abstimmung nicht eignen. Beispiele hierfü sind cerlängerbare hin und her gehende Pumpen- oder Rohrgestänge, Förderrinnen u. dgl. Besonders ungünstig liegen die Verhältnisse bei Förderrinnen oder Schüttelrutschen, wie sie im Bergbau vor Ort verwendet werden.Method for driving a reciprocating, made up of individual parts existing vibratory structure. It offers significant advantages when the Natural period of reciprocating mechanisms in coordination with the drive source is. In the practical machine and apparatus building, however, there are a number of mechanisms which change their natural period during operation and therefore agree to a vote not suitable. Examples are extendable reciprocating pumps or pumps Pipe rods, conveyor troughs and the like are particularly unfavorable Conditions in conveyor troughs or vibrating chutes, as they are in on-site mining be used.

Die Aufgabe der Förderrinne besteht darin, Fördergut von einem Punkte, beispielsweise der Abbaustelle, zu einem anderen Punkte, der Verladestelle, zu transportieren. Da die Abbaustelle mit fortschreitendem Abbau aber weiter und weiter wandert, so muß die Förderrinne zur Aufrechterhaltung des Kontaktes, j e nach der Abbauart entweder verlängert oder schrittweise weiter transportiert werden. Durch Verlängerung der Förderrinne wird natürlich die Anzahl der Binnenkörper und damit Masse und Eigengewicht der Rinne, aber auch Gewicht und Masse des Fördergutes und schließlich der Leistungsbedarf oft um ein Vielfaches vergrößert, und es entsteht somit die Aufgabe -falls mit günstigem Nutzeffekt gearbeitet werden soll -, eine Abstimmung zwischen der Rinne und zwischen dem Antriebsmechanismus trotz dieser erschwerenden Verhältnisse herbeizuführen.The task of the conveyor trough is to transport goods from one point, For example, to transport the dismantling point to another point, the loading point. Since the mining site moves on and on as the mining progresses, so the conveyor trough must be used to maintain contact, depending on the type of mining extended or gradually transported further. By extending the The conveyor trough is of course the number of internal bodies and thus the mass and dead weight the channel, but also the weight and mass of the conveyed goods and finally the power requirement often enlarged many times over, and the task arises - if it is cheap Effective work should be done -, a match between the gutter and between to bring about the drive mechanism despite these aggravating conditions.

Ein weiteres die Konstruktion erschwerendes Moment entsteht durch die Forderung, die Rinne transportieren zu können, weil die Lagerungen solcher transportierbaren Rinnen nicht fest fundiert sein können und hierauf bei der zu wählenden Konstruktion ebenfalls Rücksicht zu nehmen ist.Another factor complicating the construction arises from the requirement to be able to transport the gutter, because the bearings of such transportable Gutters cannot be firmly founded and on this with the construction to be chosen consideration must also be given.

Die vorliegende Erfindung beruht nun einerseits auf der neuen Erkenntnis, daß zur Verlängerung eines schwingungsfähigen Gebildes, dessen Eigenperiode sich nicht ändern soll, nicht einfach Massenteile angefügt werden dürfen, sondern weitere schwingungsfähige Gebilde von gleicher Periodenzahl. Ein. schwingungsfähiges Gebilde möge beispielsweise nach Abb. i oder 2 aus einem einzelnen Massenkörper 3a bestehen, der, wie dargestellt, zwischen elastischen Mitteln 3b angebracht ist oder unter Einwirkung des Erdfeldes (bzw. beider Mittel) steht. Seine Eigenperiode ändert sich nicht, wenn ein zweites, 2a, 2b, ein drittes, 4a, 4b, oder beliebig viele schwingungsfähige Gebilde, die alle aus demselben Grunde dieselbe Eigenschwingung aufweisen, fest mit dem ersten verbunden werden. Allerdings würde sich ein solches ergänztes schwingungsfähiges Gebilde unter Beibehaltung derselben Erregerleistung bzw. derselben Kopplung mit einem geringeren Ausschlag bewegen als das ursprüngliche Gebilde 3a, 3b, d. h. es muß eine größere Leistung' zugeführt werden, um bei einem so zusammengesetzten schwingungsfähigen System denselben Ausschlag zu erzielen. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn das Gesamtgebilde der Anzahl der verwendeten Einzelgebilde entsprechend fester gekoppelt wird. Es gehört also zu jeder bestimmten Anzahl von Einzelgebilden auch eine ganz bestimmt bemessene Kopplung, und es entspricht nun einer weiteren Erkenntnis der vorliegenden Erfindung, daß mit jedem zugefügten schwingungsfähigen Gebilde auch gleichzeitig die zugehörige Kopplung 2k, 4k usf. hinzugefügt wird, wodurch automatisch in allen Fällen die richtige Gesamtkopplung erhalten bleibt.The present invention is based on the one hand on the new finding that for the extension of an oscillatory structure, its own period should not change, not simply mass parts may be added, but more vibrating structures with the same number of periods. A. vibratory structure may for example consist of a single mass body 3a according to Fig. i or 2, which, as shown, is attached between elastic means 3b or below Effect of the earth's field (or both means) is. Its proper period changes not if a second, 2a, 2b, a third, 4a, 4b, or any number of vibratory Structures that all have the same natural oscillation for the same reason be connected to the first. However, such a supplement would be capable of vibrating Structure while maintaining the same excitation power or the same coupling with move a smaller deflection than the original structure 3a, 3b, d. H. it A greater power must be supplied in order to be able to vibrate in such a composite System to achieve the same rash. However, this is only possible if that Overall structure of the number of individual structures used correspondingly more tightly coupled will. So for every specific number of individual structures there also belongs a whole certain dimensioned coupling, and it now corresponds to a further finding of the present invention that with each added vibratory structure too at the same time the associated coupling 2k, 4k etc. is added, which automatically the correct overall coupling is retained in all cases.

Hieraus ergibt sich, daß, wenn eine Änderung schwingungsfähiger Gebilde in der vorgeschriebenen Weise erfolgt, sowohl die Abstimmung des betreffenden Gebildes als auch die aus praktischen Gründen erforderliche Amplitude in voller Größe aufrechterhalten bleibt.It follows from this that if there is a change in vibratory structures takes place in the prescribed manner, both the coordination of the structure in question as well as maintaining the full size amplitude required for practical reasons remain.

Nun kann aber auch in gewissen Fällen eine Änderung der Eigenperiode durch andere Faktoren herbeigeführt werden. So z. B. kann bei Förderrinnen die Förderlast in weiten Grenzen schwanken. Es ist aber möglich, auch solchen Einflüssen in der Praxis zu begegnen, wenn man beispielsweise eine Förderrinne so einjustiert, daß erst bei voller Belastung der Resonanzfall eintritt und in diesem Falle die höchste Leistung übertragen wird. Mit abnehmender Belastung nimmt dann die Eigenperiode zu, so daß zwischen ihr und der langsameren Antriebstourenzahl eine Verstimmung eintritt, die einen Abfall der Amplitude (des Ausschlages) der Rinne im Gefolge hat. Da jedoch andererseits auch mit Verringerung der Nutzlast eine Verringerung der Dämpfung Hand in Hand geht, so müßte die Nutzdämpfungs-Verringerung bei gleichbleibender Kopplung ihren Ausgleich in einer Vergrößerung der Verlustdämpfung finden, die nur bei größerer Amplitude erzielbar ist. Beide Erscheinungen wirken also gegeneinander, und es ist verhältnismäßig leicht, eine Einstellung zu finden, wo sich beide Einflüsse nahezu aufheben, so daß auch durch Verstimmungen, die durch änderbare Förderlast hervorgerufen werden, praktisch eine Störung des Förderbetriebes nicht einzutreten braucht. Würde die durch Verstimmung hervorgerufene Leistungsänderung unverhältnismäßig groß ausfallen, so wird eine Ansammlung des Fördergutes und damit vorübergehend eine Annäherung an die Resonanzlage eintreten, wodurch dann wiederum eine Leistungssteigerung und damit ein Ausgleich hervorgerufen wird (Schwebung).In certain cases, however, there can also be a change in the proper period caused by other factors. So z. B. in conveyor troughs the conveying load fluctuate within wide limits. But it is possible to include such influences in the Practice to counteract, for example, if a conveyor trough is adjusted so that The resonance case only occurs at full load and in this case the highest Power is transferred. The natural period then increases as the load decreases to, so that between it and the slower number of drive revolutions a disgruntlement occurs, which results in a decrease in the amplitude (of the deflection) of the groove Has. On the other hand, however, there is also a decrease as the payload decreases the damping goes hand in hand, the useful damping reduction would have to remain the same Coupling find their compensation in an increase in loss attenuation, which only can be achieved with a larger amplitude. Both phenomena work against each other, and it is relatively easy to find a setting where both influences meet almost cancel, so that also by upsets caused by the changeable conveying load caused practically no disruption of the conveyor operation needs. Would the change in performance caused by disgruntlement be disproportionate are large, an accumulation of the conveyed material and thus temporary an approach to the resonance position occur, which then in turn increases performance and thus a balance is created (beat).

Beim Auseinanderreihen schwingender Systeme kann sowohl eine Art Parallelschaltung nach Abb. i als auch eine Hintereinanderschaltung nach Abb. z Anwendung finden. Als koppelnde Organe können Trägheitskopplungen, Kopplungen der Lage, elastisch kinetische Kopplungen, Reibungskopplungen oder Zeitkopplungen bzw. beliebige Kombinationen zur Anwendung gelangen.When lining up vibrating systems, a kind of parallel connection can be used according to Fig. i as well as a series connection according to Fig. z can be used. Inertial couplings, Couplings of the Position, elastic kinetic couplings, friction couplings or time couplings resp. any combination can be used.

Die praktische Ausführung eines solchen schwingenden Systems, beispielsweise zur Förderung von Massengütern, kann nach Abb. 3 und q. vorgenommen werden.The practical implementation of such a vibrating system, for example for the conveyance of bulk goods, according to Fig. 3 and q. be made.

Abb. 3 zeigt im Querschnitt und in Seitenansicht ein Schüttelrutschen-Element. Abb. 4. . zeigt schematisch mehrere Schüttelrutschen-Elemente. i stellt die eigentliche Förderrinne dar, die nach Abb.3 unterstützt von zwei Böcken 2 auf einem Bügel 3 ruht und nach der durch den Pfeil kenntlich gemachten Richtung fördern möge. Dieser Bügel hängt in einem Träger q., der auf den Schneiden oder Lagern 5 einer Grundplatte 6 ruht. Am Träger 4 befinden sich zwei Zapfen 7, durch welche er beiderseits mittels Verbindungsstangen 8 mit den entsprechenden Zapfen des vorangehenden Trägers verbunden ist. Die Aufhängung der Förderrinne in einen auf Schneiden gelagerten Träger stellt eine Kopplung der Lage dar. Es sind, wie schon eingangs erwähnt, andere Koppelarten denkbar, und in Abb. 2 z. B. sind Massenkopplungen, und in Abb. 5 eine elastische Kopplung zur Darstellung gebracht. Natürlich sind auch andere Koppelarten, insbesondere Kombinationen von obenerwähnten Kopplungen denkbar.Fig. 3 shows a cross-section and a side view of a vibrating slide element. Fig. 4.. shows schematically several vibrating slide elements. i represents the real The conveyor trough is supported by two brackets 2 on a bracket 3 as shown in Figure 3 is resting and may promote in the direction indicated by the arrow. This Bracket hangs in a carrier q., Which is on the cutting or bearings 5 of a base plate 6 rests. On the carrier 4 there are two pins 7, through which he means on both sides Connecting rods 8 connected to the corresponding pins of the preceding beam is. The suspension of the conveyor chute in a carrier mounted on blades a coupling of the situation. As already mentioned, there are other coupling methods conceivable, and in Fig. 2 z. B. are mass couplings, and in Fig. 5 an elastic one Coupling brought to the display. Of course, there are also other access methods, in particular Combinations of the above-mentioned couplings are conceivable.

Die Grundplatte 6 wird durch ein Distanzstück 9 an die vorangehende Grundplatte angeschlossen und in richtigem Abstand gehalten. Hierdurch wird verhindert, daß durch die Erschütterung des Fördervorganges die Grundplatten, die an sich in vielen Fällen nicht fest fundiert werden können, eine Verschiebung gegeneinander erleiden. Die Gesamtrutsche wird dann noch festgelegt durch die an jeder Grundplatte angebrachten Sporen i i, die in der Förderrichtung eingreifen. Die Distanzstücke können an den Grundplatten 6 durch einfaches Einhängen oder sonstige Mittel befestigt werden. Sie können nach Art der Geometerkette aus einzelnen mit äsen versehenen Stäben, aus Ketten oder auch aus Bandstahl hergestellt sein. An dem Förderkörper i ist eine Feder io befestigt, die mit einem Anschlag oder einer weiteren Feder kombiniert werden kann oder so dimensioniert bzw. geformt ist, daß sie eine Flachschwingung verursacht, d. h. eine Schwingung, deren Kurve flacher verläuft als eine normale Sinusschwingung. Die Feder io wird so eingestellt, daß sie im geeigneten Moment an einem aufgebogenen Teil der Grundplatte 6 anstößt und die kinetische Energie ", @ "2 des Rinnenkörpers in potentielle Energie umgewandelt aufnimmt, -wobei der Rinnenkörper entsprechend der Schwingungskurve verhältnismäßig rasch angehalten wird, so daß das Fördergut über ihn hin-,veggleiten muß.The base plate 6 is connected to the preceding base plate by a spacer 9 and held at the correct distance. This prevents the base plates, which in many cases cannot be firmly grounded, from being displaced relative to one another due to the vibration of the conveying process. The entire chute is then fixed by the spores ii attached to each base plate, which engage in the conveying direction. The spacers can be attached to the base plates 6 by simply hanging them or other means. They can be made in the manner of the geometer chain from individual rods provided with tines, from chains or from strip steel. A spring io is attached to the conveying body i, which spring can be combined with a stop or another spring or is dimensioned or shaped in such a way that it causes a flat oscillation, ie an oscillation whose curve is flatter than a normal sinusoidal oscillation. The spring io is adjusted so that it strikes a bent part of the base plate 6 at the appropriate moment and converts the kinetic energy ", @" 2 of the channel body into potential energy takes up converted, -wherein the channel body is stopped relatively quickly according to the oscillation curve, so that the conveyed material has to slide over it.

Abb. 5 zeigt die praktische Anwendung der vorliegenden Erfindung bei Tiefbohranlagen. Das Bohrloch wird mit einem Rohr ausgekleidet, welches aus verschraubten Schüssen i C, 2c . . . Xe besteht und Innenflanschen d besitzt. Im Inneren dieses Rohres befindet sich ein aus gleich langen und ebenfalls verschraubten Schüssen ia, 2a ... x" bestehendes Innenrohr, welches Außenflanschen e besitzt. Auf die Innenflanschen d des Außenrohres stützt sich mit zwecks Ausbau und Wiedereinbau des Innenrohres einholbare Knacken f ein Ring i, auf welchem, von Schraubenfedern i d, 2d . . . xd getragen, das Innenrohr mit seinen Flanschen e lastet. Diese Schraubenfedern id, 2d ... xd bilden zusammen mit den entsprechenden Schüssen ia, 2,11 . . . xa des Innenrohres schwingungsfähige Gebilde, die einzeln gleiche Eigenschwingung aufweisen; werden nach oben hin aus Festigkeitsgründen starkwandigere Innenrohre verwendet, so werden durch Wahl entsprechend stärkerer Schraubenfedern die anzufügenden schwingungsfähigen Gebilde auf gleiche Periodenzahl abgestimmt. Damit besitzt das gesamte Innenrohr eine Eigenschwingungszahl gleich derjenigen, die für jeden einzelnen Rohrschuß gilt. Dieses im Außenrohr schwingungsfähige Innenrohr trägt am unteren Ende die Scblagkrone a, «-eiche in gleicher Weise wie ein Rohrschuß durch eine Schraubenfeder b zu einem schwingungsfähigen Gebilde ergänzt ist.Fig. 5 shows the practical application of the present invention to deep drilling rigs. The borehole is lined with a pipe, which consists of screwed sections i C, 2c . . . Xe is made and has internal flanges d . Inside this tube there is an inner tube of equal length and also screwed shots ia, 2a ... x " , which has outer flanges e. A ring rests on the inner flanges d of the outer tube with cracks f a ring that can be retrieved for the purpose of removing and reinstalling the inner tube i, on which, by coil springs i d, 2d... worn xd, overloaded the inner tube with its flanges e. id These coil springs, 2d ... xd, together with the corresponding shots ia, 2.11... of xa Inner tube vibratory structures that individually have the same natural vibration; if thicker-walled inner tubes are used towards the top for reasons of strength, the vibratory structures to be attached are matched to the same number of periods by choosing correspondingly stronger helical springs Pipe section applies: This inner pipe, which can vibrate in the outer pipe, carries At the lower end the crown a, oak is supplemented in the same way as a pipe section by a helical spring b to form an oscillatory structure.

Am oberen Ende wird das gesamte Innenrohr, einschließlich der Schlagkrone, durch eine lose, beispielsweise elastisch kinetische Kopplung k von einem Kurbeltrieb g, Iz aus in Eigenfrequenz erregt. Die Kopplung wird hierbei, je nach der Anzahl der Rohrschüsse, verstärkt bzw. der gewünschten Schwingungsamplitude angepaßt. Da bei den in dieser Weise unterhaltenen Schwingungen des Innenrohres gegenüber dem Außenrohr die Reaktionskräfte auf der ganzen Länge des schließlich kilometerlangen Bohrrohres gleichmäßig verteilt am Außenrohr abwärtstreibend angreifen, wird ein selbsttätiges sicheres Nachfolgen des Außenrohres selbst bei größter Teufe gewährleistet. Die eingezeichneten Pfeile deuten die Preßwasserführung zur Beseitigung des Bohrgutes an.At the upper end, the entire inner tube, including the striking crown, is by a loose, for example elastic kinetic coupling k from a crank drive g, Iz excited in natural frequency. The coupling is here, depending on the number the pipe sections, amplified or adapted to the desired oscillation amplitude. There in the vibrations of the inner tube maintained in this way compared to the Outer tube the reaction forces along the entire length of the finally kilometer-long Attack the drill pipe, evenly distributed on the outer pipe, drifting downwards, becomes a Automatic, safe following of the outer pipe is guaranteed even at the greatest depth. The arrows shown indicate the flow of press water to remove the cuttings at.

Es steht nichts im Wege, jedem einzelnen Bohrschuß eine besondere Kopplung zu geben. Ferner kann am unteren Ende des Innenrohres (oder an mehreren Stellen desselben ) ein Klappventil eingebaut werden, wodurch dem schwingenden Innenrohr gleichzeitig die Pumparbeit übertragen werden kann.Nothing stands in the way of making every single drill shot a special one To give coupling. Furthermore, at the lower end of the inner tube (or at several Places the same ) a flap valve can be installed, whereby the vibrating inner tube at the same time the pumping work can be transferred.

Das Wesen des beschriebenen Verfahrens kann - soweit man von Schwingungsvorgängen absieht - als eine Art Pupinisierung mechanischer Gebilde angesehen werden, d. h. als ein Verfahren, bei dem analog der Aufhebung kapazitiver Wirkung durch in gewissen Abständen eingeschalteter Selbstinduktionsspulen im vorliegenden Falle die Trägheitswirkung mechanischer Massen durch in bestimmten Abständen eingeschaltete elastische Mittel aufgehoben wird. Daß im vorliegenden Falle die Eigenperiode derartig pupinisierter mechanischer Gebilde zu Abstimmzwecken und Verlängerung der Leistungsübertragung verwendet wird, bedeutet dem Pupinverfahren gegenüber eine Erweiterung.The essence of the process described can - as far as one of oscillation processes disregards - be seen as a kind of pupinization of mechanical structures, d. H. as a procedure in which analogously the cancellation of capacitive effect through in certain Distances between switched on self-induction coils in the present case the effect of inertia mechanical masses by elastic means switched on at certain intervals will be annulled. That in the present case the natural period is so pupinized mechanical structures for tuning purposes and extending the power transmission is used, means an extension of the Pupin method.

Claims

PATEN T-ANSPRITCHE: z. Method for driving a reciprocating oscillatory structure consisting of individual parts, characterized in that a driving or coupling element is inserted and operated with each newly inserted individual part. a. Method according to claim i, characterized in that the individual elements are connected to the driving mechanism according to one of the known coupling types (mass coupling, elastic coupling, friction coupling or time coupling or combinations of these couplings) and are put together in parallel, cascading or mixed switching. 3. Apparatus according to claim i and 2, characterized in that each of the individual parts has the natural period of the resulting vibratory structure, even with different properties, so that when further parts are dismantled or added, the natural period of the resulting vibratory structure is not or only slightly changed. 4. Voting method of vibratory structures, the natural period of which can experience a tlnderang due to variable payload, characterized in that the vote is carried out at maximum or almost maximum load, so that at normal delivery load there is an automatic balance between delivery rate - and work output. 5. A method for producing v at boreholes n of greater depth, characterized in that the drill rod is made into a vibratory structure which can be assembled or divided according to claim i and the following and is provided with assemblable or subdivided couplings. 6. Apparatus according to claim 3, characterized in that in a drilling tool, the casing composed of individual parts receives its pulses in each part, so that it is gradually advanced. 7. Apparatus according to claim 3 and following, characterized in that the support bearings of the vibratable structure, for. B. a conveyor trough or a drill string, etc., moved back and forth by the drive source can be used as a coupling of the position (potential coupling). Ä. Device according to claim 3 and following, characterized in that the two organs between which power is transmitted (drill pipe and drill pipe or channel body and moving elements) are cushioned against each other in such a way that the individual work-performing elements (pipe sections and channel body) are uniform are charged. 9. Apparatus according to claim 3 and following, characterized in that the inner tube has one or more flaps and at the same time acts as a pump. ok Device according to Claim 3 and subsequent claims, characterized in that the oscillatory system of the inner tube is seated on the flanges of the outer tube by catches that can be retrieved. i i. Device according to claim 3 and following, characterized in that the supports of the individual elements of the assembled vibratory structures are kept at the correct distance by spacers, bands, etc.