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Die vorliegende Erfindung betrifft
Lager in Maschinen, die die Bewegung von mit einer Nutationsbewegung
angetriebenen Maschinenelementen aufnehmen und beschränken.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Zum Zwecke der vorliegenden Beschreibung
wird Nutationsbewegung eines Maschinenelements bezüglich eines
feststehenden Rahmens als die Bewegung des Elements definiert, von
der eine Achse eine stationäre
Achse des feststehenden Rahmens schneidet und eine Kegelfläche um diese
herum beschreibt. Im Allgemeinen weist das Nutationselement eine
Nettodrehbewegung um seine Achse bezüglich des feststehenden Rahmens
auf. Bei einem besonderen Fall der Nutationsbewegung weist das Nutationselement
keine Nettodrehbewegung auf.
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Nutationsmaschinen können in
den verschiedensten Anwendungen verwendet werden, einschließlich jenen,
die die Übertragung
von Trägheitslasten
oder die Übertragung
von hohen Kompressionskräften
erfordern, oder jenen, bei denen ihre charakteristische kegelförmige Bewegung
erforderlich ist. Zu Trägheitslastübertragungsanwendungen
können
Antriebsmechanismen für
Schüttelsiebe
und Kompaktoren, Schüttelfluid- und
-pulvermischvorrichtungen und Schwingmühlen gehören. Nutationsmaschinen können große Trägheitskräfte infolge
der Drehamplitude der Achse des Nutationselements um eine stationäre Achse
erzeugen. Die Oberflächengeschwindigkeiten
und kinetische Gesamtenergie der Nutationselemente sind in der Regel
im Vergleich zu rotierenden Exzentermaschinen, die äquivalente
Trägheitskräfte erzeugen,
relativ gering. Zu Anwendungen, bei denen hohe Kompressionskräfte übertragen
werden, können
Zerkleinerungseinrichtungen, ähnlich
Hochdruck-Walzenbrechern, gehören,
in denen Material zwischen zwei konvergierenden Flächen komprimiert
wird, bis es zum Bruch kommt.
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Nutationsmaschinen haben sich als
besonders geeignet zur Anwendung in Zerkleinerungsprozessen mit
hoher Intensität
erwiesen. Bei dieser Anwendung wird eine Kammer mit Nutationsbewegung
angetrieben, um ein Zentrifugalbeschleunigungsfeld in der Kammer
zu erzeugen, die lose Mahlkörper
und zu zermahlende Feststoffe enthält. Die Bewegung und die Kräfte in den
Mahlkörpern
verursachen ein allmähliches
Zerbrechen der Feststoffe mit einer durch die Zentrifugalbeschleunigung
der Nutationskammer bestimmten Geschwindigkeit. Eine Eigenschaft
von Zerkleinerungsmaschinen hoher Intensität besteht darin, dass sehr
hohe Oberflächenbelastungen
an den Auflageflächen
auftreten, die die Kammer zur Durchführung einer Nutationsbewegung
beschränken.
Dies kann zu übermäßigen Energieverlusten
und Verschleiß führen, die
bzw. der durch hohe Schlupfgeschwindigkeiten an den Kontaktflächen verursacht
werden bzw. wird, wenn die Kontaktflächen nicht angemessen dimensioniert
sind. In der internationalen Patentschrift WO-A-86/00825 wird eine
Zentrifugalmühle
offenbart, die eine Mahlkammer mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt
bezüglich
einer Symmetrieachse, die auf eine Nutationsbewegung um eine relativ
stationäre
Achse beschränkt
ist, eine Stütze
zur Abstützung
der Mahlkammer, einen mit der Mahlkammer in Verbindung stehenden
Beschickungskanal, eine Antriebsanordnung zum Antrieb der Mahlkammer
um die relativ stationäre
Achse und eine Beschränkungsanordnung
zur Bestimmung der Form der Nutationsbewegung der Achsensymmetrie
der Mahlkammer enthält.
Die Nutationsbewegung der Mahlkammer im Betrieb der Mühle bewirkt,
dass sich eine in der Mahlkammer beförderte Mahlcharge in der Mahlkammer
ausweitet und eine Taumelbewegung durchführt. Die Anwendung der hier
beschriebenen Nutationsmaschinengeometrie hat das Erreichen niedrigerer
Energieverluste ermöglicht,
was zu einer Maschine mit einem hohen mechanischen Wirkungsgrad
führt.
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Gemäß dem Stand der Technik hergestellte
Nutationslager haben hohe Energieverluste und großen Verschleiß an den
Auflageflächen
ergeben. Die vorliegende Erfindung stellt ein einfaches und effizientes
Mittel zur Überwindung
dieser Begrenzungen bereit.
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1 zeigt
ein Beispiel für
Traglager nach dem Stand der Technik, die derzeit in Nutationsmaschinen jener
Art verwendet werden, auf die die vorliegende Erfindung angewendet
werden kann. Die Figur zeigt ein Traglager in einer Nutationsmaschine
nach der Beschreibung in der australischen Patentanmeldung Nr. 568949.
Das Element 101 wird mit einer Nutationsbewegung um die
stationäre
Achse 104 angetrieben, die durch komplementäre Auflageflächenpaare 106 und 108 und 107 und 109 beschränkt wird.
In diesem Beispiel werden die Kontaktpfade in den komplementären Auflageflächenpaaren 106 und 108 und 107 und 109 nicht auf
gleiche Pfadlängenverhältnisse
beschränkt.
Infolgedessen sind die Auflageflächen
einem großen
Schlupf an den Kontaktflächen
mit sich daraus ergebendem übermäßigem Verschleiß und davon
herrührenden
Energieverlusten ausgesetzt. Des Weiteren zeigt 1 zusätzliche
komplementäre
kugelförmige
Auflageflächen 110 und 111 am
Element 101 bzw. Rahmenglied 105, die in engem
Eingriff stehen und die Position des Elements 101 durch
Zusammenfallen der Kugelzentren der Flächen 110 und 111 beschränken. Eine
wichtige Funktion der Auflageflächen 110 und 111 besteht
darin, normal zur stationären
Achse 104 gerichtete Reaktionskräfte in einer beliebigen Ebene,
die die stationäre
Achse 104 enthält,
von dem Element 101 auf das Glied 105 zu übertragen.
Die Radien 130 am Nutationselement 101 von 1 sind kleiner als die entsprechenden benachbarten
Radien am Rahmenglied 105, und somit kommt es an diesen
Flächen
zu keiner Berührung
und keiner Lastübertragung.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Traglager nach Anspruch 1 bereitgestellt.
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Es hat sich in der Praxis herausgestellt,
dass das Verhältnis
von Pfadlänge
in den stationären
Auflageflächen
zu dem in den entsprechenden Flächen
am Nutationselement, wie an den Mittellinien der Kontaktflächen gemessen,
mit einer Differenz von 0,8% übereinstimmen
und vorzugsweise innerhalb einer Differenz von 0,4% liegen sollte.
Werte außerhalb
dieser Zahlen sind mit hohem Schlupf an den Kontaktflächen verbunden,
woraus sich übermäßiger Verschleift
und Energieverbrauch ergibt.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind
Mittel zur Begrenzung der Nettodrehung des Nutationselements um
seine Nutationsachse bezüglich
des stationären
Rahmenglieds vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform wird das Pfadlängenverhältnis in
jedem der Paare komplementärer
Kontaktpfade im Wesentlichen einheitlich gehalten. Eine drallfreie
Bewegung des Nutationselements ist bei allen angestrebten Anwendungen der
Nutationsmaschine kein Erfordernis. Es kann zum Beispiel bei Anwendungen
auf Trägheitsschwingantriebsmechanismen
von Vorteil sein, wenn ein gewisses Drehkriechen des Nutationselements
um die stationäre
Achse auftritt, um Verschleiß an
den Auflageflächen
auf ein Minimum zu reduzieren und gleichmäßig zu verteilen.
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Bei einer anderen Ausführungsform
der Erfindung ist eine Drehung des Nutationselements um seine Nutationsachse
nicht begrenzt. Bei dieser Ausführungsform
braucht das Pfadlängenverhältnis jedes
der Paare komplementärer
Kontaktpfade nicht einheitlich zu sein, vorausgesetzt, das Verhältnis wird
für alle
Kontaktpfadpaare im Wesentlichen konstant gehalten, wie zuvor definiert.
Das Nutationselement unterliegt einer Nettodrehung um seine Nutationsachse
direkt proportional zur Abweichung im Verhältnis der Lagerkontaktpfadlängenverhältnisse
von der Einheitlichkeit. Wenn alle Kontaktpfadverhältnisse
gleich sind, rollt das Nutationselement am Rahmenglied an den Lagerkontaktflächen ohne
Schlupf. Wenn die Lagerkontaktpfadverhältnisse nicht gleich sind,
kommt es zu Schlupf an allen Kontaktflächen, was zu entsprechendem
Verschleiß und
Energieverbrauch führt.
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Bei hier beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung werden komplementäre
Auflageflächen
mit teilkugelförmiger
Gestalt mit grobem Radialspiel am stationären Tragelement und Nutationselement
symmetrisch um den Nutationssymmetriepunkt bereitgestellt, um die
Bewegung des Nutationselements zu beschränken.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung enthält das Traglager
ein erstes Paar sich berührender
Auflageflächen
mit einem zusammenpassenden konkaven und konvexen Profil in einer
Radialebene, die die stationäre
Achse und Nutationsachse des Nutationselements enthält, wobei
das konkave und das konvexe Profil in seinen Kontaktbereichen eine
eng zusammenpassende Krümmung
aufweisen, und ein zweites Paar sich berührender Auflageflächen mit
zusammenpassenden Profilen von im Wesentlichen kegelförmiger Form.
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Bei einer anderen Ausführungsform
der Erfindung enthält
das Traglager zwei benachbarte Paare sich berührender Auflageflächen mit
einem zusammenpassenden konkaven und konvexen Profil in einer Radialebene,
die die stationäre
Achse und Symmetrieachse des Nutationselements enthält, sowie
ein drittes Paar sich berührender
Auflageflächen
mit zusammenpassenden Profilen von im Wesentlichen kegelförmiger Form.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen
kann die im Wesentlichen kegelförmige
Form der Auflageflächen
Kegelscheitelwinkel mit großen
Werten, einschließlich
dem extremen Fall von 180 Grad, enthalten, was auch eine flache
Fläche
umfasst.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Ungeachtet irgendwelcher anderen
Formen, die in den Schutzbereich der Erfindung fallen können, wird
nunmehr eine bevorzugte Form der Erfindung unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben; es zeigen darin:
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1 einen
Axialschnitt durch die stationäre
Achse einer Nutationsmaschine nach dem Stand der Technik, wie oben
erwähnt;
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2 einen
Axialschnitt durch die stationäre
Achse einer Ausführungsform
der Erfindung, die eine Zerkleinerungsmaschine mit hoher Intensität umfasst;
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3 eine
vergrößerte Ansicht
des einen Teil der in 2 gezeigten
Maschine bildenden Traglagers;
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4 eine
vergrößerte Ansicht
einer zusammenpassenden konkaven und konvexen Tragfläche, die in 3 gezeigte Teile der Lager
enthalten, wobei die Auflageflächen
einen Einzelpunktkontakt aufweisen;
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5 eine
alternative Ausführungsform
der in 3 gezeigten zusammenpassenden
konkaven und konvexen Auflagefläche,
wobei die Auflageflächen
einen Zweipunktkontakt aufweisen;
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6 eine
weitere Ausführungsform
des in 3 gezeigten Traglagers,
wobei eine alternative Geometrie der zusammenpassenden kegelförmigen Auflageflächen gezeigt
wird; und
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7 eine
andere Ausführungsform
des in 3 gezeigten Traglagers.
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Gleiche Teile werden in der Beschreibung
und in den Zeichnungen durchweg mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt.
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DURCHFÜHRUNGSWEISEN
DER ERFINDUNG
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Die in 2 dargestellte
Ausführungsform
stellt eine Zerkleinerungsmaschine mit hoher Intensität dar, die
Folgendes umfasst: eine relativ stationäre Drehachse 4, die
zu einer die Achse 4 an einem Nutationssymmetriepunkt 3 schneidenden
Nutationssymmetrieachse 2 unter Einschluss eines Winkels 12 geneigt
ist; eine Nutationsanordnung 1 mit einer Mahlkammer 13 und
einem zur Achse 2 symmetrischen Beschickungskanal 14,
einem Abführgitter 15 und
einer Eingangsantriebswelle 16, die zum Antrieb der Mahlkammer 13 in
einer Nutationsbewegung um die relativ stationäre Drehachse 4 ausgeführt ist;
und ein Tragelement, das ein Rahmenglied oder Rahmenglieder 5 umfasst,
die zur Abstützung
der Mahlkammer und zur Übertragung
von durch ihren Betrieb erzeugten Kräften und Momenten auf geeignete
Fundamente ausgeführt
sind. Bei dieser Ausführungsform
wird eine Drehung der Nutationsanordnung 1 um die Nutationssymmetrieachse 2 durch
einen Torsionsbegrenzungsmechanismus verhindert, der ein an der
Nutationsanordnung 1 befestigtes Nutationskegelrad 17 umfasst,
das mit dem am Rahmenglied 5 befestigten Kegelrad 18 in
Eingriff steht. Der Nutationsbeschickungskanal 14 ist an
seinem oberen Ende mit dem Rahmenglied 5 und somit einer
Beschickungsöffnung 19 verbunden.
Im Betrieb der in 2 gezeigten
Maschine wird die Eingangsantriebswelle 16 in einer Drehbewegung
angetrieben, welche durch einen (nicht gezeigten) Zwischenantriebsmechanismus
in eine Nutationsbewegung der Mahlkammer 13 umgewandelt
wird. Feste Beschickungsteilchen 20 werden der Beschickungsöffnung 19 zugeführt, von
wo aus sie sich durch Schwerkraft durch den Beschickungskanal 14 zur Mahlkammer 13 bewegen.
Die Beschickungsteilchen wirken mit losen, festen Mahlkörpern 21 zusammen
und werden nach und nach zu feinteiligeren Fraktionen zerlegt. Feinteilige
Fraktionen der Beschickungsteilchen 20 werden über die
Gitteröffnungen 15 aus
der Mahlkammer 13 abgeführt.
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Die Nutationsanordnung 1 in 2 ist zur Durchführung der
gewünschten
Nutationsbewegung um die Drehachse 4 durch kontinuierlichen
Rollkontakt an den Flächen 6 und 8 und 7 und 9 eines
in den 3 und 4 gezeigten Nutationslagers
angeordnet und beschränkt.
Die Nutationsanordnung 1 wird an komplementären Auflageflächenpaaren 6 und 8 und 7 und 9 exzentrisch
von seinem Schwerpunkt 23 gelagert, wobei die stationären Auflageflächen 8 und 9 an
einander gegenüberliegenden
Enden der stationären
Achse 4 symmetrisch bezüglich
des Nutationssymmetriepunkts 3 angeordnet sind.
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Die Lagergeometrie ist so konfiguriert,
dass sie es den entsprechenden komplementären Auflageflächen 7 und 9 ermöglicht,
normal zur stationären
Achse 4 gerichtete Reaktionskräfte in einer Ebene, die die Symmetrieachse
des Nutationselements 2 und die stationäre Achse 4 enthält, vom
Element 1 auf das Element 5 zu übertragen.
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Es werden nunmehr unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Figuren die Verwendung und die Funktionsweise der Erfindung beschrieben.
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Die Nutationsanordnung 1 in 2 ist zur Durchführung der
gewünschten
Nutationsbewegung um die Drehachse 4 durch kontinuierlichen
Rollkontakt zwischen zwei Paaren Kontaktauflageflächen an
der Nutationsanordnung 1 und dem Rahmenglied 5 angeordnet
und beschränkt.
Die Beschränkung
der Nutationsbewegung der Nutationsanordnung 1 erfolgt
dadurch, dass die toroidale Nutationsauflagefläche 7 auf der gegenüberliegenden
feststehenden toroidalen Auflagefläche 9 am Rahmenglied 5 und
die kegelförmige
Nutationsauflagefläche 6 auf
der gegenüberliegenden
feststehenden kegelförmigen
Auflagefläche 8 am
Rahmenglied 5 rollt. Die Auflageflächen 6 und 8 können ballig
sein, um Fehlausrichtungen durch Annäherung der kegelförmigen Auflageflächen an
konvexe Profile mit großem
Radius Rechnung zu tragen.
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Bei der in den
2 und
3 gezeigten
Ausführungsform,
bei der die Nutationsanordnung
1 daran gehindert wird,
sich um ihre Achse
2 zu drehen, weist jeder Satz von durch
die komplementären
Auflageflächenpaare
7 und
9 bzw.
6 und
8 erzeugten
Kontaktpfaden eine gemeinsame Pfadlänge auf, die sich von dem anderen
Paar unterscheidet, so dass die Flächen ohne Schlupf und mit entsprechenden
reibungsarmen Energieverlusten und einem Minimum an Verschleiß rollen.
Die beiden Paare komplementärer
Kontaktpfade sind nicht auf eine ähnliche Größe beschränkt und können eine sich stark unterscheidende
Länge der
entsprechenden Pfade aufweisen, vorausgesetzt, die Pfadlängen innerhalb
jedes Auflageflächenpaars
sind gleich. Bei einigen anderen Ausführungsformen der Erfindung
kann eine Drehung der Nutationsanordnung
1 um ihre Symmetrieachse
2 gestattet
sein. In diesem Fall ist eine gleiche Pfadlänge bei den Kontaktpfadpaaren,
die durch die beiden komplementären
Auflageflächenpaare
7 und
9 und
6 und
8 erzeugt
werden, nicht wesentlich. Eine Fehlanpassung der Kontaktpfadlängen führt zu einem Antrieb
der Nutationsanordnung
1 zur Drehung um ihre Symmetrieachse
2 durch
an den Kontaktflächen
wirkende Reibungskräfte.
Ein Drehkriechen der Kontaktflächen
7 und
6 an
den Flächen
9 bzw.
8 vorbei
dient einer gleichmäßigen Verteilung
des Reibungsverschleißes
an den Kontaktflächen.
Bei Anwendungen, bei denen ein Kriechen an den Kontaktflächen zulässig ist,
wird Schlupf an den Kontaktflächen,
Energieverbrauch und Verschleiß an
den Auflageflächen
6,
7,
8 und
9 durch
Bereitstellung eines gleichen Kontaktpfadlängenverhältnisses der stationären Auflageflächen
9 und
8 zu
dem der entsprechenden Nutationsauflageflächen
7 bzw.
6 gemäß der folgenden
Definition auf ein Minimum reduziert:
wobei
L7 die in der Auflagefläche
7 erzeugte
Kontaktpfadlänge
ist usw. Dieses Erfordernis wird dann erfüllt, wenn die Kontaktbereiche
der feststehenden Auflageflächen
8 und
9 auf
hypothetischen geraden Kreiskegelflächen
25 bzw.
26 liegen,
deren Achsen mit der stationären
Achse
4 zusammenfallen, die am Nutationssymmetriepunkt
3 Scheitel
haben, die an einander gegenüberliegenden
Enden der stationären
Achse
4 bezüglich des
Nutationssymmetriepunkts
3 angeordnet sind und die gleiche
Halbkegelwinkel
28 bzw.
29 aufweisen. Der besondere
Fall, in dem ein Drehkriechen der Nutationsanordnung
1 bezüglich des
Rahmenglieds
5 nicht gestattet ist, wie bei der in
2 dargestellten Ausführungsform
der Erfindung, stellt einen besonderen Fall der oben genannten Beziehung
für das
Kontaktpfadlängenverhältnis dar,
in dem
L7 = L9und
L6
= L8. -
Dieses Erfordernis wird dann erfüllt, wenn
die Halbkegelwinkel 28 und 29 der hypothetischen
geraden Kreiskegelflächen 25 und 26 Werte
haben, die wie folgt definiert sind: Winkel 28
= Winkel 29 = 90° – 0,5*Winkel
12
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Die dynamische Wirkung der um die
stationäre
Achse 4 nutierenden Nutationsanordnung 1 kann
als eine Trägheitsreaktionskraft 22 dargestellt
werden, die sich aus durch den Schwerpunkt 23 der Nutationsanordnung 1 wirkenden
Zentrifugalbeschleunigungswirkungen ergibt, die radial von der stationären Achse 4 ausgerichtet
sind. Wie in 2 gezeigt,
wird die dynamische Kraft 22 an den komplementären Auflageflächen 7 und 9 und 6 und 8 von
der Nutationsanordnung 1 auf das Rahmenglied 5 übertragen.
Die Exzentrizität
der Kraft 22 von den Auflageflächen 7 und 9 und 6 und 8 führt zur Übertragung
einer Momentkraft auf das Rahmenglied 5 neben der Kraft 22 in
Form von an den Auflageflächen 8 und 9 anliegenden
Reaktionskräften.
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Die komplementären Auflageflächen 7 und 9 umfassen
Profile mit konkaver und konvexer Form im Radialschnitt, deren Krümmungsradius
gut zusammenpasst, wie in 4 gezeigt.
Infolge dieser Geometrie kann der Kontaktpunkt der Auflageflächen 7 und 9 über einen
großen
radialen Abstand bezüglich
der stationären Achse 4 variiert
werden, wie in 4 angedeutet,
woraus sich eine entsprechend große Änderung des Neigungswinkels
des normal zu den Auflageflächen
liegenden Vektors 24 am Kontaktpunkt durch eine geringe radiale
Verschiebung der Nutationsanordnung 1 bezüglich der
stationären
Achse 4 ergibt. Der Vektor 24 entspricht der Richtung
der von der Nutationsanordnung 1 auf das Rahmenglied 5 übertragenen
resultierenden Reaktionskraft an den Auflageflächen 7 und 9.
Der Bereich des für
den Vektor 24 zur Verfügung
stehenden Neigungswinkels ermöglicht
es, dass die Trägheitskraft
22 im
Wesentlichen an der konvexen Auflagefläche 9 auf das Rahmenglied 5 übertragen
wird, wobei die kegelförmige
Auflagefläche 8 in
erster Linie die sich aus der Exzentrizität der Kraft 22 ergebende
Momentkraft überträgt. Die
Größe der Trägheitskraft 22 ändert sich
allmählich über die
Lebensdauer der Mahlkammer 13 mit ihrer Gewichtsverminderung
aufgrund von erosivem Verschleiß.
Demgemäß passt
sich der Kontaktbereich an den Auflageflächen 7 und 9 durch
eine geringe radiale Verschiebung der Nutationsanordnung 1 kontinuierlich
an, um ein Zusammenfallen der resultierenden Kraftreaktion an diesem
Kontaktpunkt und des normal zur Fläche liegenden Vektors 24 aufrechtzuerhalten.
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5 zeigt
eine andere Ausführungsform
der in 3 gezeigten Erfindung,
bei der sich die konkave und die konvexe Auflagefläche, die
zusammenpassen, anstatt des Einzelpunktkontaktmerkmals nach 3 an zwei Punkten berühren. Bei
dieser Ausführungsform
ist der Nutator mit zwei konkaven Auflageflächen 7A und 7B versehen,
die mit der komplementären
konvexen Auflagefläche 9 einen
Rollkontakt herstellen. Kräfte werden
an den Kontaktpunkten der Auflageflächen vom Nutator 1 auf
den Rahmen 5 übertragen,
wie durch die Kraftvektoren 24A und 24B gezeigt.
Die kombinierte Wirkung dieser beiden Reaktionskräfte wird
durch den resultierenden Kraftvektor 24 gezeigt. Aus 5 geht hervor, dass die
Neigung des Kraftvektors 24 über einen weiten Variationsbereich
in den Kraftkomponenten 24A und 24B variieren
kann, ohne dass irgend eine radiale Verschiebung der Nutationsanordnung 1 erforderlich
ist, wie oben für
das in 4 gezeigte Lager
beschrieben. Die Auflagefläche 10 mit
der im Wesentlichen kugelförmigen
Form an der Nutationsanordnung 1 nimmt die komplementäre Fläche 11 am
Rahmenglied 5 in Eingriff, wodurch eine mittlere Anordnung
der Nutationsanordnung 1 am Nutationssymmetriepunkt 3 in
der normal zur Ebene der 2 und 3 verlaufenden Richtung bereitgestellt
wird und in dieser Richtung Reaktionskräfte von der Nutationsanordnung 1 auf
das Rahmenglied 5 übertragen
werden. Die Anordnung der Nutationsanordnung 1 in der Ebene
der 2 und 3, die die Achsen 2 und 4 enthält, wird
durch Eingriff der Auflageflächenpaare 6 und 8 und 7 und 9 bereitgestellt.
Es wird Energie von der Nutationsanordnung 1 auf die losen
Mahlkörper 21 in
der Kammer 13 übertragen,
wenn sich die Kammer mit der Nutationsbewegung um die stationäre Achse 4 bewegt.
Die Energieübertragung
tritt als eine Kraftreaktion zwischen den losen Mahlkörpern 21 und
der Wand der Kammer 13 auf, die radial zur stationären Achse 4 ausgerichtet
ist, sich aber in einer um die stationäre Achse 1 herum von
der Ebene der 2 und 3 versetzten Ebene befindet.
Infolge der Verschiebung der Energiereaktionskraft von der Ebene
der 2 und 3 kann die normal zu dieser
Ebene verlaufende Kraftkomponente an den Auflageflächen 7 und 9 nicht
auf das Rahmenglied 5 übertragen
werden, und die komplementären
Auflageflächen 10 und 11 an
der Nutationsanordnung 1 bzw. am Rahmenglied 5 von
im Wesentlichen kugelförmiger
Form um den Nutationssymmetriepunkt 3 sind für diesen
Zweck vorgesehen. Ein großes
radiales Spiel ist an den Reaktionsflächen 10 und 11 vorgesehen,
um eine radiale Verschiebung geringer Größe der Nutationsanordnung 1 in
der Ebene der 2 und 3 zu ermöglichen, ohne einen Kontakt
dieser Flächen
zu gestatten.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist, wie in 6 gezeigt,
die Geometrie eines Paars komplementärer Auflageflächen modifiziert,
um den Lastteilungsanteil der Trägheitskraft 22 zwischen
den beiden Sätzen
von Auflageflächen 7 und 9 und 6 und 8 zu ändern. Bei
der in 6 dargestellten
Ausführungsform ist
der Scheitel der im Wesentlichen kegelförmigen Auflageflächen 6 und 8 von
dem Nutationssymmetriepunkt 3 verschoben. Durch geeignete
Wahl des Winkels der kegelförmigen
Auflageflächen 6 und 8 kann
der Anteil der von der Nutationsanordnung 1 an diesen Kontaktflächen auf
das Rahmenglied 5 übertragenen
Trägheitskraft 22 so
gesteuert werden, dass sich ein maximales Belastungsvermögen für die Maschine
ergibt. Obgleich die Neigung der Auflageflächen 6 und 8 bei
dieser Ausführungsform
dazu führt,
dass ihre Profile von der hypothetischen Kegelfläche 25 abweichen,
bleibt der Mittelpunkt ihres Kontaktbereichs im Wesentlichen neben der
Fläche 25.
Die Wirkung dieser Ausführungsform
besteht darin, die radiale Reaktionskraftkomponente an den Auflageflächen 7 und 9 für einen
gegebenen Wert der Kraft 22 sowie den Neigungswinkel des
Kraftvektors 24 zur stationären Achse 4 zu reduzieren.
Dadurch wird die Exzentrizität
der auf die Auflagefläche 7 ausgeübten Belastung
reduziert und infolgedessen auch entsprechend die Höhe der sich
aus Biegewirkungen ergebenden Beanspruchung in dem Bereich dieser
Fläche.
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7 zeigt
eine weitere Ausführungsform
des in 3 gezeigten Traglagers.
Die Beschränkung
der Nutationsbewegung des Nutationselements 1 wird dadurch
bereitgestellt, dass die toroidale Auflagefläche 7 auf der gegenüberliegenden
feststehenden toroidalen Auflagefläche 9 am Rahmenglied 5 und
die nutierende kegelförmige
Auflagefläche 6 auf
der gegenüberliegenden
feststehenden kegelförmigen
oder flachen Auflagefläche 8 am
Rahmenglied 5 rollt. Die Auflageflächen 7 und 9 nehmen
die Auflageflächen
mit im Wesentlichen gleichem Krümmungsradius
in der Ebene der Figur im Wesentlichen mit Linienkontakt in Eingriff.
Der Anlegungspunkt der Lagerreaktionskraft 24 kann um die
Auflagefläche 7 herum
variieren, so dass er mit der Winkelausrichtung der Reaktionskraft
mit dem normal zur Fläche
verlaufenden Vektor am Kraftanlegungspunkt zusammenpasst. Dieses
Lager eignet sich nur dort, wo eine Nettodrehbewegung des Nutationselements 1 infolge
der durch die Positionen der Auflageflächen 6 und 7 am
Nutationselement 1 auferlegten geometrischen Zwänge toleriert
werden kann. Verschleiß und
Energieverbrauch werden durch Bereitstellung eines im Wesentlichen
gleichen Kontaktpfadlängenverhältnisses
in den stationären
Auflageflächen 8 und 9 zu
jenen in den entsprechenden Flächen 6 und 7 im
Nutationselement 1 auf ein Minimum reduziert. Dieses Erfordernis
wird durch Bereitstellung gleicher Neigungswinkel für die mittleren
Kontaktlinien 25 und 26 bezüglich der stationären Achse 4 erfüllt.
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Auf diese Weise wird ein Traglager
für eine
Nutationsmaschine bereitgestellt, das eine relativ einfache, kompakte
Form aufweist, das geringen Energieverlusten ausgesetzt ist und
das selbst dann weiter zuverlässig und
effizient wirken kann, wenn es zunehmendem Verschleiß an den
Auflageflächen
ausgesetzt ist.
