-
Unharmonisch schwingende Gebilde zum Antrieb von-Arbeitsmaschinen,
bei denen die Kraftänderung des als Kraftspeicher verwandten elastischen Mittels
in Abhängigkeit vom Wege nach den Hubenden hin wächst Bei schwingungsfähigen und
abstimmfähigen lose gekoppelten Gebilden wird im Resonanzfall eine Kraftiibertragung
von besonders gutem Wirkungsgrad erreicht. Zur Aufrechterhaltung dieses günstigen
Betriebszustandes ist eine Gleichhaltung der Antriebsdrehzahl erforderlich. Dies
ist nicht leicht durchführbar, da die Antriebsdrehzahl Schwankungen unterworfen
ist, die entweder von der Belastung, d. h. der Dämpfung des schwingungsfähigen Systems,
abhängt oder die durch Unregelmäßigkeiten in der Energiezufuhr für den Motor hervorgerufen
wird.
-
Mit Rücksicht auf diese Störungsursachen, insbesondere auf gelegentlich
auftretende Überlastungen., war man gezwungen, eine Kraftreservevorzusehen. Wolltemandannbei
verminderter Belastung der schwingungsfähigen Vorrichtung die Resonanzlage einhalten,
so ergaben sich vergrößerte Ausschläge, die aus v erschiedenen Gründen unerwünscht
sind. Zur Vermeidung dieses Übelstandes mußte der Ausschlag abgebremst oder die
Energiezufuhr , des Motors in Abhängigkeit vom Schwingungsausschlag geregelt werden.
Im ersten Fall wurde dauernd mit schlechtem Wirkungsgrad gearbeitet, im zweiten
war man gezwungen, die durch die Verstimmung entstehenden Verluste und umfangreiche
Regelvorrichtungen in Kauf zu nehmen. Die Erfindung geht nun von dem Gedanken aus,
in Abhängigkeit von der Größe des Schwingungsausschlages die Abstimmung des Systems
so zu ändern, daß es im Arbeitsbereich, d. h. bei allen Belastungsschwankungen,
wenigstens annähernd in Resonanz mit der Antriebsfrequenz bleibt.
-
Diese Änderung der Abstimmung kann mit Hilfe von Kraftspeichern bestimmter
Charakteristik erreicht werden.
-
Allgemein ist die Charakteristik von Kraftspeichern linear, d. h.
die die Abhängig1ceit der Spannung vom Weg kennzeichnende Kurve verläuft gerade.
In Abb. i veranschaulicht z. B. die Kurve I die Charakteristik von Metallfedern.
Bei anderen Kraftspeichern, wie z. B. Gummi, verläuft die entsprechende Kurve nicht
gerade, sie verläuft vielmehr bei auf Druck beanspruchtem Gummi nach Kurve II und
bei auf Zug beanspruchtem Gummi nach Kurve III. Der nichtlineare Verlauf der Gummikurven
ist aber für den erfindungsgemäßen Zweck nicht ausreichend; es ist vielmehr eine
kräftigere Abbiegung der Kurve entsprechend den Kurven i, 2, 3 in Abb. i erforderlich.
-
Hierdurch wird die Eigenschwingungszahl des Systems, die, wie nach
Kurve.i gefolgert werden kann, konstant ünd nach Kurve II und III nicht ganz konstant
verläuft, kurz
vor Erreichung der Betriebstourenzahl so gesteigert,
daß sie in jedem Zeitpunkt oberhalb dieser Grenze gleich oder größer als die Tourenzahl
des Antriebes ist. Eine derartige Spannungskurve kann man nun dadurch erzielen,
daß man zu den elastischen Mitteln des Schwingungssystemes an den Hubenden weitere
Elastizitäten in Abhängigkeit vom Hube zuschaltet. Dies ist für Stahlfedern in mit
Gasen arbeitenden Kraftspeichern schon Gegenstand der Patentschrift 541 307.
-
Gegenstand der Erfindung ist es, hierfür auf Druck beanspruchte Elastizitäten
fester Stoffe, wie z. B. Gummi, zu verwenden, da dies besondere Vorteile bringt.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Die Abb. 2 zeigt die Masse i, die mit dem Rahmen :2 unter Zwischenschaltung der
Gummikörper 3 ein schwingungsfähiges Gebilde veranschaulicht. Diese Masse kann unter
Anwendung einer an sich bekannten lose koppelnden Antriebsvorrichtung so zu Schwingungen
angeregt werden, daß die Bewegung des Rahmens :2 der Masse i gegenüber mit iSogrädiger
Phasenverschiebung erfolgt: Hierbei erfahren die vorgespannten Gummikörper 3 zwischen
den Querjochen des Rahmens 2 und dem mit der Masse i fest verbundenen kleineren
Rahmen 6 abwechselnd eine Zusammendrückung oder Ausdehnung.
-
Außer den Gummikörpern 3 befinden sich noch innerhalb des Rahmens
6 zwei Gummikörper 4, 4, die nicht vorgespannt sind und nach einer Seite hin frei
in den Raum hineinreichen. Stellt man nun die an dem Rahmen 2 einstellbar angeordneten
Querjoche 5, 5 so ein, daß in der Mittellage zwischen 4. und 5 ein Spalt von der
Größe der irn Resonanzfall erreichten Amplitude entsteht, so ergibt sich folgendes:
Die mit i8ogrädiger Phasenverschiebung erregten Massen i und 2 schwingen bei zunehmender
Erregerzahl (Umlaufzahl) mit steigender Amplitude gegeneinander, bis bei Erreichung
der Resonanztourenzahl der größte Ausschlag erzielt wird. In diesem Augenblick berühren
aber auch die Gummikörper 4., 4 die Querjoche 5, 5. Tritt also nunmehr eine weitere
Tourensteigerung ein, so treten die elastischen Zusatzkörper 4, 4 in Funktion und
werden abwechselnd zwischen je einem der Joche 5 und dem Rahmen 6 zusammengedrückt.
-
Zu dem elastischen Widerstand, den die Gummikörper 3 bieten, addiert
sich somit jeweils noch derjenige, der von den Gummikörpern .4 herrührt. Bei gleicher
Abmessung erreicht dieser Widerstand schon nach geringer Durchbiegung eine Größe,
die dem Widerstand der Gummikörper 3 gleichkommt. Das starke Ansteigen der Widerstandskraft
Po bewirkt aber eine raschere Umsetzung der Energie und gleichzeitig eine Frequenzsteigerung.
Durch die auf geringem Wege am Hubende erfolgende Zu- und Abschaltung von Kraftspeichern
wird die Arnplitudenschwankung auf ein geringes Maß eingeengt.
-
Der Gedanke, auf den die vorliegende Erfindung aufgebaut ist, kann
somit auch so ausgesprochen werden, daß man vor Erreichung der Betriebstourenzahl
zusätzliche elastische Mittel einschaltet zu dem Zweck, bei zunehmender Amplitude
einen raschen Anstieg, bei abnehmender Amplitude einen raschen Abfall der Eigenfrequenz
zu erhalten. In Abb.3 sind die zusätzlichen elastischen Mittel q. außerhalb des
Rahmens 2 untergebracht. Die beiden Körper 5, 5, die den Stoß der elastischen Puffer
4, 4 aufzunehmen haben, können wie bei Abb. 2 einstellbar eingerichtet werden.
-
Der Verlauf der Spannungskurve ist in hohem Maße abhängig von der
geometrischen Form der Gummipuffer 4 bzw. der Körper 5, 5, die den Stoß der zusätzlichen
Gummipuffer 4 aufzunehmen haben. Ist einer der beiden Körper nach einer Kugel geformt
(Abb.5), so schmiegt sich die Kurve allmählicher der Spannungskurve der Puffer 3
an wie in denjenigen Fällen, wo eine flacher verlaufende Form gewählt wird.
-
Eine weitere Ausführungsform ist in Abb. 4 gezeigt. Hier besteht der
Rahmen aus drei Jochen, und der Körper 5, der den Stoß der Zusatzpuffer aufzunehmen
hat, befindet sich seitlich am Rahmen zwischen den beiden einstellbaren Jochen 2,
2. Die Wirkung ist in allen Fällen, wo die Kraftrichtung durch den Schwerpunkt der
Masse i bzw. des Rahinens 2 geht, dieselbe, und die entstehenden hohen Kräfte werden
innerhalb der Gesamtanordnung aufgenommen. Die Vorrichtungen der beschriebenen Art
können zu beiden Seiten im Schwerpunkt oder in der Schwerlinie schwingender Massen
in beliebiger Zahl angebracht werden.
-
In Abb.6 sind ringförmige Gummipuffer zur Darstellung gebracht, die
in Richtung der eingezeichneten Pfeile auf Druck beansprucht werden. Auf den beiden
Stirnseiten sind die genannten Gummipuffer durch Blechscheiben 9 armiert, die mit
Löchern oder Rillen versehen sein können, in die der Guininikörper io beim Vulkanisieren
nietkopf- oder schwalbenschwanzartig eindringt. In Fällen, in denen der Gummi besonders
fest an diesen Scheiben haften soll, empfiehlt es sich, in unmittelbarer Nähe der
Blechscheiben eine Schicht von Hartgummi zur Anwendung zu bringen. Die Scheibe d,
9, durch die der Gummikörper io an den Stirnseiten armiert ist, dient dann dazu,
einzelne Gummikörper gleicher Art zu
einem elastischen Gesamtkörper
für größere Durchbiegung zusammenzufügen, und zwar können j e zwei am Rande des
Gummikörpers überstehende Scheiben 9 zweier Nachbarkörper durch Schrauben oder Nieten
zusammengefügt werden, oder es kann ein gefalzter oder zusammengenieteter Rahmen
i i, der an einer Seite mit einem Scharnier 12, an der anderen Seite mit einer Zugschraube
13 versehen ist, je zwei benachbarte Scheiben.umschließen. Da die Scheiben außerdem
dem Zwecke dienen, die im Gummi entstehende innere Wärme nach außen hin abzuführen,
weist die letzterwähnte Anordnung noch den besonderen Vorteil auf, daß sie die in
den Luftraum hiriausragendeKülilflächevergrößert und damit die Kühlung begünstigt.
Weiterhin kann man die dem Gummi zugewandte Seite der Rahmenbleche i i so gestalten,
daß sie die Ausdehnungsfähigkeit des Gummis, von einer gewissen Durchbieguiig angefangen,
in steigendem Maße behindern und damit einerseits einer vorzeitigen Zerstörung des
Gummis vorbeugen und andererseits die Widerstandskurve des Gummis im Sinne der Erfindung,
etwa in der Nähe der Betriebstourenzahl, rasch steigern. Demselben Zwecke dient
die im Innern des ringförmigen Gummikörpers eingesetzte Büchse 1.4. Auch sie behindert
von einer gewissen Stelle ab die Ausdehnung des Gummikörpers nach dem freien Innenraum
hin und steigert damit seine Widerstands-bzw. Spannungskurve.
-
Die Gestaltung der Rahmenbleche i i ist noch deutlicher aus der vergrößerten
Darstellung (Abb. 7) zu erkennen.
-
Andere Ausführungsbeispiele, die auf demselben Grundgedanken beruhen,
sind in Abb. S und 9 dargestellt. In Abb. S ist der Gummikörper an seinen Außen-
und Innenkanten abgerundet, und die an den Stirnseiten angebrachten Scheiben 9 sind
so geformt, daß. sie sich dieser Gummiform, die bei starker Beanspruchung immer
mehr in Richtung des Pfeiles auszuweichen strebt, im Sinne der Gestaltung der Spannungskurve
anpaßt. Auch in diesem Falle können die Blechscheiben 9 zur Befestigung der Gummikörper
aneinander dienen.
-
Bei dein Gegenstand der Abb. 9 ist ein viereckiger Druckkörper io
aus Gummi gewählt, (ler durch je zwei Metallbänder 15 und 16, die rechtwinklig zueinander
angeordnet sind, umschlungen wird. Bei einer Druckbeanspruchung solcher Gummikörper,
die ebenfalls zum Zwecke der Kühlung und Zentrierung im Innern mit einem Loch versehen
sein können, füllt die ausweichende Gummimasse den Rauin innerhalb der Metallbänder
immer mehr aus und wird auf diese Weise an einem Ausweichen in steigendem Maße verhindert,
wodurch die Widerstands- bzw. Spannungskurve im Sinne der Erfindung wächst. Die
Kühlwirkung des umgebenden Metalls ist auch im vorliegenden Falle mit Rücksicht
auf die Größe der Kühlfläche außerordentlich i m stig.
-
In Abb. io ist ein eisenarmierter Gummikörper io zur Darstellung gebracht,
der von vier konzentrisch angeordneten Gummiringen 1S und i9 umgeben ist. Beim Überschreiten
einer bestimmten Beanspruchung treffen zunächst die beiden Ringe 18, dann die beiden
Ringe 19 aufeinander und führen eine Widerstandssteigerung der @ Spannungskurve
im Sinne der Erfindung herbei. Die Kühlung erfolgt durch die Luftbewegung zwischen
den Gummikörpern einerseits und durch die Wärmeabfuhr der Metallarmierung andererseits.
-
In allen angegebenen Ausführungsbeispielen erfolgt die Beanspruchung
in Richtung der Längsachse des Gummikörpers, die einerseits vorteilhafterweise in
die Schwerachse des schwingungsfähigen Systems bzw. bei Anordnung von mehreren elastischen
Systemen in eine Schwerebene der schwingenden Masse gelegt wird. Es ändert an dem
Wesen der Erfindung nichts, wenn dieser Regel, die bei geringen Abmessungen eine
Übertragung großer Kräfte ermöglicht, nicht genügt wird.
-
Ebenso wird an dem Wesen der Erfindung nichts geändert, wenn die schwingende
Masse oder die schwingenden Massen anstatt zwischen Gummikörpern, zwischen Stahlfedern
gelagert werden und wenn die schwingende Masse, die im vorliegenden Falle in bekannter.Weise
zwischen Gummikörpern gelagert ist, in bekannter .Weise zwischen Stahlfedern gelagert
wird und in Kombination mit diesen Stahlfedern zusätzliche Gummikörper im Sinne
den Erfindung verwendet werden.