DE708670C

DE708670C - Vorrichtung zum Erregen rascher mechanischer Schwingungen

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Publication number: DE708670C
Application number: DEST54303D
Authority: DE
Original assignee: LOTHAR STEINHAUS DIPL ING
Current assignee: LOTHAR STEINHAUS DIPL ING
Priority date: 1936-01-03
Filing date: 1936-01-03
Publication date: 1941-07-25

Description

Vorrichtung zum Erregen rascher mechanischer Schwingungen Die Größe einer schwingungserregenden Kraft, welche von einer in Umlauf versetzten, nicht ausgewuchteten Masse-in erzeugt auf ein aus einer großen Masse 11l und Federn bestehendes und daher mechanisch schwingungsfähiges Gebilde in starrer Kopplung übertragen werden kann, ist praktisch begrenzt in der Hauptsache durch die abhängig von der Umlaufgeschwindigkeit zulässige Radialbelastung der Lager, welche den Drück der von der umlaufenden Masse erzeugten Fliehkraft aufzunehmen haben.
Um einem schwingungsfähigen Gebilde eine gleichförmige -Schwingung mit einer höher als seine durch die Masse 117 und die Steifigkeiten der Feder bestimmten Eigenfrequenzen liegenden Schwingungszahl aufzwingen zu können, muß die umlaufende schwingungserregende Kraft beim Durchfahren der Eigenfrequenzen einen zur tunlichst schnellen Überwindung der Dämpfung und Trägheitskräfte hinreichend großen Wert aufweisen, aus welchem sich der Mindestwert für das statische Moment der Unwucht (Gewicht der Unwucht mal Abstand ihres Schwerpunkts von der Lagermitte) ergibt.
Erfolgt der starre -Einbau des Schwingungserregers in die zu erregende bzw. zu zwingende Masse NI so, daß w fit oberhalb der Eigenschwingungszahlen die Schwerpunkte der schwingungserregenden Masse in, und der großen Masse JI Kreise um ihren gemeinschaftlichen Schwerpunkt beschreiben können, dann verlieren Form, Anordnung und Steifigkeit der Federn ihren Einfluß auf den Kreis als Schwingungsbild des Schwerpunkts der großen Masse.
Im folgenden bedeutet: 111g = Gewicht der zu erregenden Masse in kg, rn.g = Gewicht der Erregermasse in kg, r = gewünschter Schwingungsradius von ill in cm, R = Abstand des Schwerpunkts der Erregermasse von der Lagermitte, P = Radialbelastung einer Lagerstelle, it = Drehzahl des Schwingungserregers in der Minute, s = Lebensdauerfaktor bei der Berechnung von Rollenlagern, h = Sicherheitsfaktor für den Betrieb eines Rollenlagers mit nicht ausgewuchteten, umlaufenden Massen, O - Tragfähigkeit eines Lagers in kg, g = Erdbeschleunigung in cm/Sek.=.

Nach dem Durchfahren der Eigenschwingungszahlen nähert sich der Schwingungsausschlag der großen Masse :Il abnehmend

einem Grenzwert r. Vernachlässigt man den

Einfluß der Dämpfung in der diese Bewe-

gungsgesetze darstellenden Differential-

gleichung, so ergibt ihre Lösung mit Einfüh-

rung der Erdbeschleunigung g die Momenten-

gleichung

t17g # r _-_ mg # R (statisches...Möment der Unbalanzmassen), (i )

welche für überschlägliche Berechnungen hin

reichend genau ist.

Beträgt im Dauerbetriebszustand die

Schwingungszahl der zweifach gelagerten Er-

regermasse fa je Minute, so wird jedes Lager

mit einer umlaufenden Fliehkraft

P-Q/s#k=I11g#r#fi°-/179oookg (z)

belastet. Ist z. B. n = i 5oo mini, die Trag-

fähigkeit Q eines schweren Rollenlagers mit

130 mm Wellenzapfendurchmesser = 1315o kg

s = 1,5 für eine Lebensdauer von i 8oo Be-

triebsstunden und k = 1,5 (kleinster vorge-

schriebener Wert für den Betrieb eines Rol-

lenlagers mit umlaufender Unwucht), so er-

gibt sich aus Gleichung :2 mit Rücksicht auf

die zulässige Beanspruchung des Lagers, daß

in eine zweifach gelagerte Erregerwelle im

Höchstfall ein statisches Unbalanzmoment

eingebaut werden darf.

Infolge der Wellendurchbiegung lassen

auch breitere Lager keine höheren Werte zu.

Versuche, beide Enden der Erregerwelle

mehrfach zti lagern, sind wegen der Untliög-

lichkeit fehlgeschlagen, die Lagerbelastung

gleichmäßig zti verteilen.

Die Maschinenbautechnik ist aber bereits

vor die _-,Aufgabe gestellt, Hassen mit einem

Eigengewicht von mehreren Tonnen, z. B.

schwingende -Mühlen, in kreisförmige,

schnelle Schwingungen mit einigen Milli-

inetern Radius dauerbetriebssicher zu ver-

setzen. Die in Gleichung 3 ermittelte unge-

fähre Baugrenze für ein wellige Schwingungs-

erreger muß also grundsätzlich und erheblich

überschritten werden, wobei der Schwerpunkt

der Erregermasse nahe beim Konstruktions-

mittelpunkt des gesamten Erregergebildes

itvecktlläßig verbleibt und dieses selbst eine

Baueinheit höherer Ordnung darstellt.

Es ist bekannt, die Erregung eines aus

Masse und Feder bestehenden schwingungs-

fähigen Gebildes auf mehrere Wellen zu ver-

teilen. Diese sind jedoch nicht ztt einer

höheren Baueinheit zusammengefaßt. Auch

sind Vorrichtungen bekannt, in welchen ineli-

rere Hinlaufende, zwangsläufig aniteinander

verbundene und nahe beieinanderliegende Un-

wuchtwellen gleichzeitig zur Erregung nur

eines schwingungsfälligen Gebildes verwendet

,Werden. Diese bezwecken teils die gleich-

zeitige Erzeugung pulsierender Schwingun-

gen in einer oder verschiedenen aufeinander

senkrecht stehenden Ebenen, teils ergibt das

wechselnde Zusammenwirken und Gegen-

läufigkeit umlaufender Unwuchtmassen die

Möglichkeit, das erzeugte Schwingungsbild

der erregten Masse vornehmlich der Form

und der Achsrichtung nach zu verändern.

Bekannt ist ferner, zwecks Erzielung ge-

ringstmöglicher Wellendurchbiegung langge-

streckter Erregerwellen, diese als Hohlwellen

auszubilden und die Schwungmasse im In-

nern der Hohlwellen über deren gesamte Aus-

dehnung zwischen zwei Lagerstellen so zu

verteilen, daß in einer Hohlwelle von gerin-

gem äußeren Durchmesser eine Schwung-

masse mit verhältnismäßig großem Unwucht-

moment untergebracht werden kann. Die

Rechnung ergibt, daß bei rd. 2,oo m Lager-

mittenabstand und Zoo mm äußerem Durch-

messer der Hohlwelle das in Gleichung 3 er-

rechnete Unwuchtmoment unterzubringen ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vor-

richtung zum Erregen rascher mechanischer

Schwingungen mit mindestens drei einwel-

ligen und zu einer Baueinheit eng verbun-

denen Einzelerregern, deren Unwuchtmassen

gleichsinnig und gleich schnell umlaufen und

deren Drehachsen einer Mittelachse parallel

sind, insbesondere für schwingende Mühlen.

Sie besteht darin, daß die Fliehkraftwirkung

jeder einzelnen Un wuchtmasse g Teichsinnig in

Bezug auf eine axiale, gleich schnell wie die

Unwuchtniassen umlaufend gedachte Mittel-

ebene der Gesamtvorrichtung gerichtet ist.

Werden in solchen Schwingungserregern

ähnlich Abb. i als Träger der Unwucht die

oben beschriebenen Hohlwellen benutzt, so

ergibt sich bei bester Raumausnutzung die

Möglichkeit, ein Vielfaches an schwingungs-

erregender Kraft gegenüber der einzelnen

Unwuchtwelle betriebssicher zu erzeugen

oder der Belastbarkeit der Lager entsprechend

höhere Schwingungszahlen zu erreichen, d. h.

die Schwingungen der erregten Masse kön-

nen stärker und schneller werden bzw. die

erregte Masse kann bei gleichbleibender

Stärke oder Schnelligkeit der Schwingung

vielfach schwerer gebaut werden als bisher.

Treten an die Stelle der in Abb. 2 gezeich-

neten Einzelwellen Erregergruppen nach

Abb. i mit z. 13. 6 Einzelwellen, wobei also

die Mittelpunkte der Erregergruppen gemäß

Abb. i in den Ecken regelmäßiger Vielecke.

z. B. des Vierundzwanzigecks der -Abb. 2, liegen, so wird die Größe der schwingungserregenden Kraft bei hoher Umlaufgeschwindigkeit praktisch unbegrenzt: Ein solcher aus z. B. 6 # 24 = 144 Einzelwellen mit einem statischen Unwuchtmoment von je 465 cm # kg bestehender Erreger würde ein statisches Unwuchtmoment 114 = 144 # 465 = 6696o cm # kg enthalten, welches bei n = i 5oo min-' eine Lagerkraft von insgesamt ausübt und mit rd. io kW je Einzelwelle angenommener Antriebsleistung einen Motor mit i .4o kW zum Antrieb erfordert.

Es ist ohne weiteres vorstellbar, das 24-Eck dieses Großerregers durch ein weiteres Erregerwellen-Vieleck, dessen Ecken auf einem Kreis mit größerem Durchmesser als dem des ersteren liegen, zu umschließen und so die Leistung des Erregers noch mindestens zu verdoppeln.
Abb. i stellt schematisch einen mehrwelligen Schwingungserreger dar: Eine Mittelwelle a und eine Anzahl Unwuchtwellen b sind in den beiden Ringscheiben c je zweifach gelagert. Das auf der Welle a sitzende Zahnrad d treibt an der Vorderseite des Erregers die Zahnräder e, f, g und die mit ihnen verbundenen Unwuchtwellen, das ebenfalls auf die Welle a festgekeilte sitzende Zahnrad da von gleicher Größe und Teilung wie das Zahnrad d treibt auf der Rückseite die Zahnräder und Unwuchtwellen i, h, L von gleicher Größe und Teilung wie die Zahnräder e, f, g an, so daß die ursprüngliche Gleichrichtung der Unwuchtmassen bei allen Antriebsgeschwindigkeiten erhalten bleibt. Die Ringscheiben c sind starr miteinander zu einem Gehäuse verbunden, welches die Lagerabstände sichert. Die umlaufende Resultierende der Fliehkraftdrücke wird von den Ringscheiben auf die mit ihnen starr zu verbindende, in Schwingungen zu versetzende Einrichtung, die in Abb. i nicht dargestellt ist, übertragen. Der vorder- und rückseitige Antrieb der beiden Unwuchtwellengruppen e, f, g und i, k, L bringt den Vorteil einer symmetrischen Anordnung und gleicher Ausführung der treibenden und getriebenen Zahnräder mit sich. Es ist möglich, das Zahnradgetriebe lediglich an einer Seite des Erregers anzuordnen, wobei die Zahnräder e, f, g, i, k, -L wesentlich kleiner ausgeführt werden müssen, als das- Treibrad d oder die Zahnradgruppe e, f, g in Achsrichtung gegen die Gruppe i, k, l versetzt wird. Die Mittelwelle a kann durch Verwendung von Zahnketten an Stelle des unmittelbaren Zahneingriffs derRäderd,h mit denRädern e, f,g;i,h,l in gleichsinnigen Umlauf mit den Unwuchtwellen versetzt und dann ebenfalls mit einer Unwuchtmasse im Sinne der Erfindung versehen werden.
Abb.2 stellt einen Schwingungserreger dar, bei welchem -das Zahnradgetriebe ortsfest ist und die Verbindung der gleichsinnig und gleich schnell umlaufenden ausgehenden Wellen des Stirnradvorgeleges mit den Unwuchtwellen n elastisch oder gelenkig, jedoch praktisch schlupflos mittels der Kupplungen o verbunden sind. Jedes der gleich großen Stirnräder m, die zwecks dichtester Anordnung gruppenweise in Achsrichtung gegeneinander versetzt gezeichnet sind, ist mit je einer an den Ecken eines regelmäßigen Vielecks liegenden Welle n verbunden, die selbst Mittelwelle einer Erregereinheit gemäß Abb. i sein kann. Durch die Innenverzahnung des Getriebehauptrades entsteht als äußeres Bild der so angetriebenen Erregereinheit ein Hohlzylinder, dessen Inneres zur Anbringung und Ausgestaltung der in Schwingungen zu versetzenden Einrichtung vollkommen frei bleibt.
Erregereinheiten gemäß Abb. i können durch Kupplung ihrer Mittelwellen a zu langgestreckten Gruppen von Erregereinheiten zwecks Antrieb langgestreckter schwingungsfähiger Einrichtungen, wie Rohrmühlen, Trockentrommeln o. d'-I., verbunden werden.

Claims

l >A T I?NTANS YRÜClili: i. Vorrichtung zum Erregen rascher mechanischer Schwingungen mit mindestens drei einwelligen und zu einer Baueinheit eng verbundenen Einzelerregern, deren Unwuchtmassen gleichsinnig und gleich schnell umlaufen und deren Drehachsen einer Mittelachse parallel sind, insbesondere für schwingende Mühlen, dadurch gekennzeichnet, daß alle Unwuchtmassen so angeordnet sind, daß die Fliehkraftwirkung jeder einzelnen gleichsinnig in bezug auf eine axiale, gleich schnell wie die Unwuchtmassen umlaufend gedachte Mittelebene der Gesamtvorrichtung gerichtet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwerpunktradien der Unwuchtmassen einander parallel gerichtet sind.
3. Vorrichtung nach Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch in der mittleren Achse eine Welle mit den anderen Massen in bezug auf die umlaufend gedachte axiale Mittelebene der Gesamtvorrichtung gleichgerichteter Unwuchtmasse angeordnet ist und diese Mittelwelle gleichsinnig mit den übrigen Wellen in Umlauf versetzt wird.
4.. Vorrichtung nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet. daß einzelne etwa in den Ecken regelmäßiger Vielecke liegende Wellen wiederum Mittelwellen weiterer Gruppen von LTn,#%-uclitwellen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4., dadurch gekennzeichnet, daß uni die gemeinanie mittlere Achse mehrere Vielecke auf Kreisen verschiedenen Durchmessers angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Unwuchtwellen sitzenden oder bei Anordnung eines Stirnradvorgeleges zwischen Antriebsvorrichtung und Erreger mit ihnen durch Gelenk- oder elastische Schlauchkupplungen verbundenen Zahnräder gruppenweise in Achsrichtung gegeneinander versetzt sind. BERLIN. GEURUCK'1' IN DER @f:1fIIS:)1t["fl(I:Itla