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Vibrator Die Wirtschaftlichkeit von Vibratoren und Rüttelmaschinen
hängt wesentlich von der Größe der Siebfläche ab, und zwar erhöht sich die Wirtschaftlichkeit
mit zunehmender Größe der Siebfläche. Da aber die Festigkeit des Siebrahmens die
Spannungen des Siebes aufnehmen muß und außerdem die Rahmen mit ihrer tiefsten Eigenschwingungszahl
weit genug oberhalb der Betriebstourenzahl liegen müssen, weist selbst bei Verwendung
von schwingungssteifen Profilen, wie Hohlprofilen aus Stahl und Blech, der gesamte
Aufbau des Siebrahmens erhebliche Gewichte auf.
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Durch das Gewicht des Siebrahmens sind die Lagerbeanspruchungen und
damit die Abmessengen dieser Teile der Maschine bedingt, da die Beanspruchung proportional
zum Gewicht des Siebrahmens wächst. Außerdem sind für die Aufstellung große Fundamente
notwendig, und die Kosten für den Transport der Teile zum Aufstellungsirt sind erheblich.
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Man hat bisher die Nachteile einer schweren Eisen oder Stahlkonstruktion
in Kauf genommen, um den geschilderten Beanspruchungen wirksam zu begegnen, weil
man für die hohe Beanspruchung von Teilen von Vibratoren und Rüttelmaschinen die
Festigkeit leichter Metalle als zu gering erachtete.
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Überraschenderweise hat es sich nun herausgestellt, daß bei gegebenen
Betriebsbedingungen, insbesondere bei gegebener Schwingungsweite und frequenz, eine
Maschine aus Leichtmetall mit annähernd genau den gleichen Abmessungen der Einzelteile
gebaut werden kann, wie diese bei Maschinen aus Eisen oder Stahl üblich sind. Erfindungsgemäß
werden demnach Vibratoren, Rüttelmaschnen u.dgl. gegebener Größe, Schwingungsamplitude
und Betriebsfrequenz hergestellt, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie in Leichtmetall
in angenähert gleichen Querschnittsb@messungen wie in Eisen oder Stahl ausgeführt
sind.
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Man hat bereits Trommelsiebe aus Leichtmetall hergestellt. Bei derartigen
Maschinen machen indes andere Gründe, im wesentlichen chemiche Rücksichten, die
Anwendung dieses Materials wünschenswert. Für Vibratoren und Rüttelmaschinen glaubte
man bisher auf Leichtmetall als Werkstoff nicht übergehen zu können, da die Befürchtung
bestand, daß die Maschinen nach allzu kurzer Lebensdauer zu Bruch gehen würden.
ES war auch bekannt, Leichtmetall in Maschinen mit schnell bin und her gehenden
Teilen zu verwende, doch bezog @sich der Gedanke einer derartigen Verwendung stets
nur auf Erleichterung von Maschinenteilen an Stellen geringerer Beanspruchung und
auf Wärmeleitungseigenschaften.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis der besonderen Prinzipien,
die für den Vibratorbäu beim Übergang von Stahl und Eisen auf Leichtmetall leitend
sein müssen. Diese Prinzipien :sind grundsätzlich :andere als d ej,eazigen, die
man bei der Verwendung von Leichtmetall für schnell hin tuid her gehende Teile in
den Vordergrund zu stellen hat. In
der Regel ist der Konstrukteur
gewohnt, zunächst von den Festigkeitseigenschaften und de@ daraus folgenden konstruktiven
Eigenschalten auszugehen. Die geringe Festigkeit des Aluminiums führt anscheinend
folge@ichtig zu verstärkten Abmessungen der stark beanspruchten Teile. Wenn man
aber diesen dem Konstrukteur naheliegenden Weg beschreitet, entfernt man sich von
der richtigen Lösung der Aufgabe. Man muß die Festigkeitsbetrachtungen zunächst
einmal außer acht lassen und sich mit den Resonanzfragen befassen. Es gibt bekanntlich
eine ganze Reihe verschiedenartiger Schwingungen, die in einem Vibrator auftreten,
und demgemäß eine ganze Anzahl gefährlicher Eigenfrequenzen. Die allgemeine Forderung,
daß die Betriebsfrequenz eines Vibrators in der Nähe keiner der Eigenfrequenzen
liegen darf, ist an sich bekannt. Der Erfinder, der sich die Aufgabe gestellt hatte,
einen Vibrator aus Leichtmetall zu bauen, kam zu dem erstaunlichen Ergebnis, daß
die diese Eigenfrequenz bestimmende Größe beim Aluminium in einer besonders einfachen
Beziehung zu der entsprechenden Gröl bei Stahl und Eisen liegt. Dies wird nachstehend
am Beispiel der gefährlichsten Eigenfrequenz näher erläutert, nämlich der für die
Torsionisschwingung des Kastens. Man könnte zunächst versucht sein, zu glauben,
daß wegen des auf etwa ein Drittel des Wertes bei Stahl verringerten Schubmoduls
von Leichtmetall die Torsionsfrequenz so stark heruntergehen könnte, daß sie der
Erregerfrequenz zu nahe käme. Es kommt aber, wie der Erfinder erkennt hat, nicht
auf die Schubelastizität an sich an, sondern auf das Verhältnis des Schubmoduls
zu denn spezifischen Gewicht.
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Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, daß der Quotient Schubmodul
durch spezifisches Gewicht fast der gleiche für Leichtmetall wie für Stahl oder
Eisen ist. Die Erfindung lehrt dementsprechend, daß man einen Aluminiumvibrator
derart bauen soll, daß man annähernd die gleichen Abmessungen. anwendet wie sie
für den Stahlvibrator erprobt worden sind. Man erhält dann mit einem auf ein Drittel
erleichterten Vibrationskörper trotz des geringeren Schubmoduls des Aluminiums eine
ebenso hohe Torsionseigenschaften des Aluminiumvibrätors wie die Torsiönseigenfrequenz
des Stahlvibrators, und man kann dementsprechend den Aluminiumvibrator ebenfalls
hochtourig laufen lassen, ohne in gefährliche Nähe der Torsionseigenschwingungen
zu kommen. Auf Grund dieser Erkenntnis erscheint das Vorurteil gegen die Verwendung
von Leichtmetall im Vibratorbau wegen der geringeren Festigkeit des Werkstoffes
nicht mehr berechtigt.
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Der Vorteil der Verwendung von Leichtmetallen ist ein ganz bedeutender.
Das Gewicht der Maschine beträgt 1/2 bis 1/3 des Gewichtes einer gleichen Konstruktion
aus Eisen. Die Lagerbeanspruchung sinkt um den gleichen Wert, und es können kleinere
Wälzlager mit kleinerer Tragfähigkeit verwendet werden, die außer der Materialersparnis
noch die Vorteile mit sich bringen, die an sich für kleine Wälzlerger gegebe n sind,
wie geringere Erwärmung, geringeren Verschleiß usw. Infolge des geringeren Gewichtes
des Rahmens kann auch die den Rahmen zu Schwingungen erregende Kraft geringer sein,
was ebenfalls geringeren Verschleiß mit sich bringt. Das geringe Gesamtgewicht führt
ferner eine Verringerung der Transport- und Fundamentierungskosten herbei.
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Das geringe Gesamtgewdcht bringt es außerdem mit sich, daß alle Einzelteile
der Maschine in weit geringerem Maße beansprucht wenden, als dies bei Eisen- und
Stahlrahmen der Fall ist, so daß bei Verwendung eines Leichtmetallrahmens auch andere,
sowohl beanspruchte als auch nicht . beanspruchte Teile der Maschine, wie Antriebswelle,
Querträger, Lagerteile, Deckel u. dgl. ganz oder teilweise aus Leichtmetall hergestellt
werden können.
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Die Herabsetzung des Gewichtes, insbesondere der großen Maschinenteile,
ermöglicht es, einzelne Teile der Maschine nicht nur aus Leichtmetall herzustellen,
sondern sie in planmäßiger Weise auch als Leichtmetallhohlprofile auszuführen. Dies
gilt insbesondere für die Antriebswelle, die als Hohlwelle und für die Querträger,
die als Hohlquerträger in Leichtmetall ausgeführt werden können.