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Vorrichtung zur Erzeugung unharmonischer Schwingungen Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung unharmonischer Schwingungen unter Verwendung
von Vollkörpern aus Gummi.
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Man ist bisher bei Verwendung von elastischen Mitteln aus Vollgummi
so vorgegangen, daßzunächstharmonischeSchwingungen erzeugt wurden durch Benutzung
von unterteilten Gummiplatten, die Unterteilung geschah, um eine Erwärmung und Degenerierung
des Gummis infolge der durch innere Reibung entstehenden Wärme zu verhindern; -war
ein gewisser Ausschlag erzielt, so schalteten sich kugelsegmentförmig gestaltete
Vollgummianschläge ein, die die harmonischen Schwingungen in unharmonische umwandelten.
Solche Vorrichtungen stellten sich jedoch als verbesserungsfähig heraus.
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Früher -waren Vorschläge bekanntgeworden, Luft als elastisches Mittel
in schwingenden Systemen zur Erzielung unharmonischer Schwingungen zu verwenden,
dabei -wurde ein mit dem einen Ende an einem fundamentfe.sten Teil angelenkter,
am anderen, freien Ende die Masse tragender Hebel zwischen mit Luft gefüllten Bällen
aus Gummi eingespannt. Diese Vorrichtungen hatten den Vorteil, daß der Schwingungswegverhältnismäßig
groß war, jedoch waren andererseits die auf diese Weise übertragbaren Kräfte verhältnismäßig
klein, so daß in der weiteren Entwicklung dieses Gebietes dieser Weg wieder verlassen
wurde.
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Nach der Erfindung wird nunvorgeschlagen, . Vorrichtungen zur Erzeugungunharmonischer
Schwingungen dadurch zu schaffen, daß ein starrer, in einer Entfernung vom Anlenkpunkt
zwischen Kugelabschnitten oder ähnlich geformten Vollkörpern aus Gummi oder Gummiersatzstoffen
mit nichtlinearer Federcharakteristik eingespannter Hebel verwendet wird, der vorzugsweise,
wie an sich bekannt, durch lose Koppelung erregt wird. Es wird der Vorteil erreicht,
daß die erzeugten Schwingungen von vornherein unharmonisch sind, wobei die Kugelabschnitte
sehr große Kräfte aufspeichern können, ohne daß eine zu Zerstörungen führende Wärmeentwicklung
eintritt. Trotz dieser mit der Anordnung nach der Erfindung zu übertragenden großen
Energien kann der Schwingungsweg infolge der Anwendung des Hebels groß gewählt -werden,
so daß auch insofern gegenüber den bekannten Vorrichtungen zur Erzeugung unharmonischer
Schwingungen Vorteile erreicht werden. Da die Vorspannung der Kugelabschnitte geändert
werden kann, so ist auf diese Weise die Frequenz, und da der Abstand der Kugelabschnitte
vom Anlenkpunkt zweckmäßig einstellbar ist, so ist durch Bemessung des Hebelarmes
der Schwingungsweg in gewissen Grenzen beliebig regelbar.
Es ist
zweckmäßig, die am Anlenkpunkt auftretenden Oszillationen aufzunehmen durch
| elastische Ausbildung des Lagers für de |
| Hebel, wobei so vorgegangen werden ka '' |
| daß der Hebeldrelizapfen in einem Ri |
| Gummi gelagert ist. |
| Nach der Erfindung kann auch der |
| beiderseits vom Anlenknunkt zwischen k-u>el-' |
abschnitten eingespannt sein.
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Es kann ferner die ebene Fläche des Kugelabschnittes an einer ebenen
Platte und seine Kugelfläche unter Eindrückung an einer entsprechend profilierten
Platte befestigt sein, z. E. durch Anvulkanisieren.
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Die vorstehend angegebene Vorrichtung . gemäß der Erfindung kann für
die verschiedensten Zwecke benutzt werden. Insbesondere eignet sich dieses Mittel
zur Anwendung als lose Koppelung zur Erregung eines schwingungsfähigenSystems oder
auch zur elastischen Verbindung zweier gegeneinander schwingender Massen, wobei
zweckmäßig beiderseits vom Anlenkpunkt zwischen Kugelabschnitten eingespannte Hebel
benutzt-werden.
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In den Abbildungen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
dargestellt. Die Fig. i stellt in Seitenansicht ein schwingungsfähises, lose gekoppeltes
Gebilde mit einer in unharmonische Schwingungen versetzten Masse dar.
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Die Fig. 2 stellt eine andere Ausbildung des Vollgunimidoppelkörpers
nach der Erfindung dar, der linsenförmige oder kugelförmige Gestalt haben kann.
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Die Fig. 3 stellt schematisch einen nach der Erfindung ausgebildeten
Strafenfertiger . dar mit einer losen Koppelung.
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Die Fig. d. stellt Spannungskurven (Federcharakteristikeri) für verscliiedetie
Federungen, u. a. die nach der Erfindung dar.
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Fig. 5 zeigt ein nach der Erfindung ausgebildetes schwingendes Zweimassensystein
mit an beiden -lassen angreifender loser Koppelung.
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Fig.6 zeigt in schematischer Darstellung ein zum Betrieb mit hoher
Frequenz bestimmtes Sieb unter Verwendung einer losen Kopplung nach der Erfindung.
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Fig. 7 zeigt eine andere Art der Anwendung der Vorrichtung nach der
Erfindung bei einem Zwehnasseiisy stem.
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Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung die Anordnung von kugelabschnittförinigen
Gummikörpern beiderseits des Hebeldrell-Zapfens.
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Fig.9 zeigt die Anordnung einseitig vom Ilebeldrelizapfen.
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Fig. 1o zeigt eine bevorzugte Form des benutzten Gummikörpers.
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In Fig. i ist ein schwingungsfähiges, lose gekoppeltes Gebilde zur
Darstellung gebracht. Die Masse in ist von endlicher (niel.tharer) Gröle, die hasse
;11 (die Erde) ist als unendlich groß anzusehen. Zwischen beiden Mas-"en sind elastische
Vollgummikörper, etwa
| n kugelförmiger Gestalt, eingeschaltet. |
| rückt man einen solchen Gummikörper, der |
| tva die in Fig.4 gewählten Abmessungen |
| hat, uin o bis 2o niin zusammen, so erhält |
man die aus Fig.-l. ersichtliche Spannungskurve <1, die einen stark gekrümmten
Verlauf annimmt, d. h. sie setzt der Druckbeanspruchung zunächst einen sehr kleinen,
dann immer rascher ansteigenden Widerstand entgegen, während Stahlfedern einen linearen
Anstieg der etwa durch die gestrichelt eingetragenen Linien D-C-D charakterisiert
wird, aufweisen.
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Die gekrümmte Spannungskurve _1 bildet in allen Fällen die Grundlage
für einen unharmonischen (oder auch psetidoliarniotiisclien. vgl. Lehr, Schwingungstechnik.
z. Band, 1934, S. 336) Schwingungsverlauf.
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Nun weisen aber elastische `-orrichtungen diese charakteristische
Eigenschaft dann am schärfsten auf, wenn ihre Hölle (die in Fig. d mit 5o mm gewählt
ist) im Verhältnis zli ihrem Radius (der in Fig. .4 finit 'So inin eingetragen wurde)
klein bleibt.
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Dies bedeutete aber für die Praxis seither. daß Gummikörper der beschriebenen
Art entweder nur für Schwingungsvorgänge finit kleinen Amplituden oder allenfalls
als Zusatzelemente für Schwingungen größerer =\usschläge (,Amplituden) verwendet
"'-erden konnten.
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Auf Grund der vorliegenden Erfindung kann nun aber diesem Übelstand
dadurch abgeholfen werden, daß nian die 'lasse ui all einem starren, in einer Entfernung
vorn Anlenkpunkt zwischen Kugelabschnitten aus Vollgummi eingespannten Hebel befestigt.
durch den ihr Weg (Ausschlag) der Hebelübersetzung entsprechend vergrößert wird.
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Einer solchenCbersetzung derWegekoinnit der rasche Anstieg der Widerstandskräfte,
der sich aus der Kurve der Fig. d. ergibt. eiltgegen, denn sie zeigt, daß bei einer
Zusanimendrückung von 2o inm die Widerstandskräfte voll o auf 3500 -;g ansteigen.
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Wählt man also beispielsweise hierbei verhältnismäßig große Übersetzungen
1 zu 3. soi wirken immer noch auf die 'Masse in inaximale Widerstandskräfte voll
über iooo kg , bei einer verhältnismäßig großen Schwingungsamplitude voll 6o inin,
d. 1i. einem Hub voll 120 mm.
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Schwingungsvorrichtungen, bei denen solche großen Amplituden und Kräfte
und ein tui- . harmonischer Schwingungsverlaui über den ganzen Schwingungsbereich
erzielt «-erden
sollten, konnten seither nur unter Zuhilfenahme
großer Stahlfederanordnungen von hohem Gewichte gebaut werden, und es kam hierfür
die Verwendung von Gummikörpern nicht in Frage.
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Es wirkte sich hierbei noch besonders aus; daß der Gummi auf Druck
belastet werden durfte und infolgedessen über die Gesamtamplitude hinausgehend vorgespannt
werden mußte. Dies gilt zwar auch unter gewissen Umständen für die im vorliegenden
Falle verwendeten Gummikörper von der Gestalt eines Kugelabschnittes; es kann aber
auch je nach der zu leistenden Arbeit der betreffenden Resonanzmaschine. außer acht
gelassen werden, da selbst beim Entstehen eines Luftspaltes in der Mittellage, ein
weicher unhörbarer Übergang erzielbar ist.
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'Von besonderer Bedeutung aber für die Inbetriebsetzung (Erregung)
solcher schwingungsfähigen Gebilde ist die konstrul:tice Gestaltung der losen Kopplung,
da hierbei zu berücksichtigen ist, daß die Koppelleistung noch bei größtem Ausschlage
und i,'-,o' Phasenverschiebung gegenüber der schwingenden Masse übertragbar sein
muß.
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Hierbei kann man nach Fig. i so vorgehen, daß der durch die Anwendung
derselben :Mittel (kugelförmige Gummikörper c, c und Hebelübersetzung li2) ermöglichte
größere Massenausschlag nicht einen ebenso großen Koppelausschlag benötigt. Dies
wird dadurch erreicht, daß die Wegübersetzung der schwingenden Masse durch den Hebel
hl von links nach rechts wohl eine Hubvergrößerung hervorruft, daß aber die an der
Masse angreifende Kopplung durch den Hebel h= nach links verlegt wird, wo der Ausschlag
geringer ist.
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Im Zusammenwirken beider Übersetzungen liegt also der Angriffspunkt
o des Koppelantriebes k, i näher an dem Drehpunkte x1 des schwingenden Gebildes
und erfährt dadurch wieder eine Wegverkürzung.
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Die Frequenz des schwingenden Gebildes kann durch Verschieben der
blasse in auf
dem Hebelarm nach rechts eine Verringerung, nach links eine
Vergrößerung erfahren. Dort wo eine Frequenzänderung auf diesem Wege nicht möglich
ist, wird sie' dadurch ermöglicht, daß die Gummipuffer b durch die Schraubenbolzen
einander genähert oder entfernt werden und dadurch ihre Vorspannung und somit ihre
Widerstandskräfte geändert werden.
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Die Lagerungen an den schwingenden Drehpunkten o, x1 und x#. können
c orteilhaftenceise elastisch ausgebildet sein.
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Es ändert nichts am Wesen der Erfindung, wenn die Gummikörper b und
c nach Fig. 2 ausgebildet werden und die so entstehenden Doppelkörper linsenförmige
oder kugelförmige Gestalt annehmen.
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Maßgebend hierfür sind allein Fragen der praktischen Gestaltung unter
Berücksichtigung der Abnutzung usw.
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In Fig. 3 ist ein in bezug auf Massen und Kräfte ausgeglichenes schwingungsfähiges
Gebilde als Ausführungsfornt beispielsweise zur Darstellung gebracht, wie es in
der Praxis beiVerdichtungsmaschinen im Straßenbau verwendet wird.
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Die Masse in stellt hierbei den die Straßenoberfläche stampfenden
und profilierenden Stampfkörper dar, die Masse 1I ein Gegengewicht, «-elches die
dem Gesamtsystem innewohnende Blindleistung nach Art eines Schwungrades vergrößert
und einen Kräfte-und Massenausgleich zur Erzielung eines ruhigen Ganges der Maschine
herbeiführt.
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Die Masse in wird durch die beiderseits angreifenden und synchron
umlaufenden Kopplungen i, k erregt, deren Übersetzung durch horizontales
Verschieben der pseudoharmonisch wirkenden Gummikörper c, c geändert werden kann.
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Die Drehpunkte o, o und t'.=, _r., können zwangsläufige oder Gummilagerung
aufweisen.
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Die elastischen Mittel b, b verbinden unter Zwischenschaltung der
Übersetzungsltebellil die Massen m und _1I elastisch miteinander.
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Die Drehpunkte x1 der genannten Hebel lil sind irgendwie am Rahmen
der Maschine befestigt.
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Die zwischen je zwei Gummikörpern b, b vorhandenen ideellen
Drehpunkte bedürfen keiner besonderen Lagerung, da die Massen m und 111 allseits
durch Lenkerfedern f in ihrer Lage gehalten werden können.
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Bestimmt man die Hebellänge der Übersetzungshebel des schwingenden
Gebildes, so daß L - 1I = L - in, ist, so befindet sich das schwingende
Gebilde nach Art einer Hebelwaage im Gleichgewicht und erfüllt dann alle Bedingungen
des kräfte- und rnassenausgeglichenen Systems.
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Die Frequenz der Schwingung kann durch Vergrößerung oder Verkleinerung
der Verspannung der Gummikörper b, b und die Kopplung -durch horizontales
Verschieben der Gummikörper c, c bzw. letzteres auch durch Änderung der Kurbel i.,
i erzielt werden.
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Will man aus irgendeinem Grunde die Kopplung an der Masse 1I angreifen
lassen, so kann dies in der gestrichelt eingetragenen Weise geschehen. Die ' Änderung
der Leistungsübertragung kann hier durch Änderung der Vorspannung der Koppelgummikörper
c, c erfolgen.
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Durch Vorausberechnung bzw. durch Aufstellung der Widerstandskräfte
der Gummi-
Körper kann inan in allen Fällen die Aus%vahl derselben
so treiieri, dall es nur geringfügiger Einstellungen beim Abstimmen der Maschine
bedarf, uin das wirkliche Optimum in allen Fällen zu erreichen.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 wird eine Schüttelrinne
für besonders großen Hub zur Darstellung gebracht.
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b, b sind die elastischen 'Mittel des außerdein aus den beiden
'lassen ni,, fit., bestellenden schwingungsfähigen Gebildes, hl, hl sind, die Übersetzungshebel,
die sich um die Punkte x,, x, bewegen. Die genannten Hebel können an den Rinnenkörpern,
wenn man die durch Gelenke entstehende Dämpfung vermeiden will, durch nachgiebige
Organe il, it angelenkt «-erden. Es 1.: ann sich hierbei uni Lederriemen, Gurte
oder Stahlbänder handeln: Der- erzielbare Ausschlag, d. 1i. der Null der Rinnenkörper,
kann bei dieser Anordnung außerordentlich gro11 gewählt werden, so daß entsprechend
große Förderwirkungen und Leistungen erzielbar sind.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Kopplung 1, für derartig große ausscblä
ge ist in Fig. zur Darstellung gebracht. Fluch hier sind die Gummikörper mit c,
der Drehpunkt der Kopplung mit x2 und derjenige des Angriffspunktes mit o bezeichnet.
Durch Anziehen der zum Vorspannen dienenden Schraubenbolzen s wird die Vorspannung
der Gummikörper c, c vergrößert bzw. im umgekehrten Falle verringert.
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Ändert man in derselben Weise die Vorspannung der Gummikörper b, b
des schwingungsfähigen Gebildes so erzielt inan eine entsprechende Freduenzänderung.
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Bei Fig. i> ist ein Ausführungsbeispiel gewählt, bei dein ein Sieb
finit hoher Frequenz. d. h. mit Schwingungen bis zu -Iooo in der Minute, bei kleiner
Amplitude erregt wird. Hier kann die Übersetzung des scliwingtuig.,-fälligen Gebildes
i : i sein, oder es kann sogar eine Untersetzung angewendet werden. Die beiden Massen
in,, i31_ verhalten sich ebenfalls wie i : i. Dagegen ist die 1,-,ol>plung
im Verhältnis 1 :3 in der Weise übersetzt, daß die Koppelstange 1, am Drehpunkte
o des im Verhältnis 1 : 3 übersetzten Koppelhebels lt, angreift und die beiden Gummikörper
c, e. die durch die Platte vorgespannt «-erden können, periodisch nach der einen
oder anderen Richtung hin zusaininendriickt.
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Durch diese Zusainniendrückung einerseits und die Reaktion des Exzenters
i andererseits «-erden die schwingungsfähigen, aus der Masse in.,, m., und den elastischen
Mitteln b, h bestehenden Gebilde mit i8o° Phasunverschiebung gegeneinander bewegt.
Auch in diesem Falle könlien die elastischen 'Mittel b. --b durch die vorhandenen
Spannschraul)en s. s entsprechend vorgespannt und damit die Frequenz verändert werden.
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Zwischen die Gummikörper b, b greifen die `Winkel hl, 1t_ der
Siebkästen in, ui.-, ein, die mit einer Übersetzung i : i bewegt werden.
Die Führung der beiden schwingenden Siebniassen erfolgt durch die Lenkerfedern %.
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Eine Umkehrung in bezug auf die Ül>ersetzung zu Fig. 5 ist in Fig.
; zur Darstellung gebracht. Auch hier bestellen die schwiligungsfähi genGebildeaus
den e1 astischen Mitteln b, b und den schwingenden 'Massen litt, Fli- Die elastischen
Mittel hötitien, wie schon hervorgehoben, vorgespannt werden, und die um die Drehpunkte
_r1, x, bewegbaren Hebel werden durch die Aktions- und Reaktionskräfte des Kurbeltriebes
i, 1, unter Zwischenschaltung eines Gummiringes r erregt, wobei die Hebel h,, lt,
durch die Koppelung 1,# mit iSo° Phasenverschiebung gegeneinander bewegt werden.
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Die rahmenartigen Stücke y, die die Gummikörper b, b umfassen, sind
jeweils mit den Masseil m, oder yla,, jedoch nicht mit dem I'undamelit fest verbunden.
Die Massen ni, und Mit= hingegen sind durch energiespeichernde Systeme nlit dem
Fundament verbunden, wie das z. 13. in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist.
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Die Gulninikörper können entweder nach Fig. 9 nur in zwei Exemplaren
oder nach Fig. 8 in vier Exemplaren angebracht «-erden.
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Bei Fig. o entstellt ein stark belasteter Drehpunkt x,, während bei
Fig. S durch die paarweise Hintereinanderschaltung v(111 Gummikörpern ein entlasteter
Drehpunkt .r, entsteht. Die Reibungswirkung der belastete» Drehachse x, (Fig.
9) kann dadurch aufgehoben «-erden, daß man die Drehachse in an sich bekannter
Weise elastisch lagert. Hierbei darf jedoch eine obere Grenze, bei der die Gummilagerung
in x, eine Überbeanspruchung erfahren würde, nicht ül>erschritteil werden.
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Die Drehachse bei Fig. 8 kann in gleicher Weise elastisch gelagert
werden.. wenn nach Art der Anordnung eine Verschiebung in Richtung des Hebels
lt, zu befürchten ist. Liegt diese Gefahr nicht vor. kann unter Umständen
auf jede Lagerung im Punkte -, verzichtet «-erden.
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Wird eine Lagerung aus iconstrukth-en Gründen vorgesehen, so hat diese
nur kleine Differenzkräfte ztt übertragen, so (1a1:1 ihre Überlastung nicht befürchtet
zti «-erden braucht.
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Zur Steigerung der elastischen Wirktiiig können sowohl bei Kopplungen
als auch beischwinguligsfälligen Gebilden einzelne Vorrichtungen nach abb. g in
Richtung der Drehachse x, parallel nebeneinander angewendet
werden,
oder es kann, was dasselbe bedeutet,-eine beliebige Anzahl von Puffern parallel
geschaltet werden.
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Es empfiehlt sich, alle übrigen Kräfte in den Gelenken der Kopplung
und des schwingungsfähigen Gebildes wegen der Dämpfung elastisch zu übertragen.
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Normalerweise wird man, insbesondere dort, wo große Kräfte zu übertragen
sind, die beschriebenen' Gummikörper im Betriebe unter Vorspannung halten. Es ist
jedoch selbst dann noch ein Arbeiten möglich, wenn keinerlei Vorspannung angewendet
oder wenn sogar in der Nullage Luftspalte zwischen der schwingenden Masse und den
elastischen Mitteln entstehen, da auch in diesem Falle die unharmonische Wirkung
erhalten bleibt und durch Veränderung des Luftspaltes eine Frequenzänderung entsteht.
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Systeme der vorliegenden Art können bei Siebvorrichtungen, Straßenstampf-
und Eindichtvorrichtungen, bei Schüttelrutschen, bei Sägegattern mit ganz großem
Hub, bei Mähmaschinen und Schlagwerkzeugen oder anderen beliebigen Kraft- und Arbeitsmaschinen
angewendet werden.
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Es ist vorteilhaft, die elastischen Gummikörper womöglich beiderseits
fest anzuvulkanisieren, z. B. dort, wo die Gummikörper zur PIervorbringung von Kreisschwingungen
verwendet werden, die sich bekanntlich aus zwei senkrecht aufeinander stehenden,
um 9o° in der Phase verschobenen Schwingungskomponenten zusammensetzen; wo also
je nach der Vorspannung ein langsames Abwandern erfolgen kann, empfiehlt sich eine
besonders feste Anvulkanisierung bzw. die Anwendung von elastischen Gummikörpern
nach Fig. io.
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In Fig. io ist die untere Platte q auf ihrer Gesamtfläche, die obere
Platte t innerhalb des durch A und B eingegrenzten Teils durch Vulkanisieren
mit dem Gummikörper fest verbunden.