-
Vorrichtung zur Erzeugung mechanischer Resonanzschwingungen Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung mechanischer Resonanzschwingungen, bei der
die schwingenden Massen durch Lenker oder Hebel abgestützt sind, an deren Gelenkpunkten
Ring- oder Schalenkörper aus Gummi oder äquivalenten Stoffen als federnde Mittel
angeordnet sind. Bei den l>ekannten Vorrichtungen dieser Art haben die Gummiringe
Kreisringform. Bei einer Verdrehung dre beiden Gelenkteile gegeneinandre werden
die Gummiringe demnach nur auf Abscherung beansprucht. Die Widerstandskurve eines
solchen elastischen Mittels verläuft also im wesentlichen linear, so daß eine Sinusschwingung
entsteht. Eine derartige Vorrichtung ist daher nicht zur Erzeugung unharmonischer
Schwingungen geeignet; außerdem ist die speicherhare Energie, ebenso wie bei den
sonst bekannten Resonanzmechanismen mit Metall oder Gummifedren, zu gering, so daß
also zum Zwecke der Energie steigerung entweder sehr viele elastische Mittel verwendet
oder die Maschinen mit sehr hohen Schwingungszahlen betrieben werden müßten.
-
Um diese Nachteile zu vermeiden, haben gemäß der Erfindung die Ring-
pder Schalenkörper die Form von elliptischen Ringen oder
Ellipsoidschalen.
Jeder Gummikörper befindet sich also zwischen einer inneren Metallellipse des einen
Gelenkteiles und einem äußeren, mit dem anderen Gelenkteil verbundenen, ebenfalls
elliptischen Mantel aus Metall. Im entspannten Zustande der elliptischen Gummiringfeder,
also in der Mittellage, fallen die großen bzw. kleinen Achsen der inneren Metaliellipse
und der Mantelellipse zusammen. Bei einer Verdrehung der beiden Gelenkteile gegeneinander
dagegen bilden die entsprechenden Achsen der Ellipsen miteinander Winkel, so daß
der Gummiringkörper, außer der Beanspruchung auf Abscherung, an verschiedenen Stellen
noch auf Druck oder Zug beansprucht wird. Man hat es also in der Hand, durch entsprechende
Formgebung der EIlipsen den Grad der Abweichung der Schwingungen von der Sinusform
in gewünschter Weise zu beherrschen. Außerdem ist ein solcher Federkörper zur Speicherung
viel größerer Energiemengen geeignet. Es stellte sich heraus, daß in einer solchen
neu gestalteten elliptischen Feder, deren kIeine Achse 140 mm, deren große Achse
160 mm und deren Länge 220 mm betrug, 210 000 cm/kg Energie aufgespeichert werden
kann.
-
Dieses Energieaufspeicherungsvermögen ist, da Federn dieser Art noch
in viel größeren Dimensionen hergestellt und pro Resonanzmechanismus auch in größerer
Anzahl angegelvendet werden können, so enorm, daß nach der daraus gewonnenen neuen
Erkenntnis nunmehr Resonanzmaschinen und Mechanismen für vorläufig unbegrenzt hohe
Leistungen geschaffen werden können.
-
Es sind zwar Gummigelenke bekannt, die für Türs charniere, Automobil
steuerungen u. dgl. bestimmt sind und bei denen die Flächen, zwischen welchen die
ring- oder schalenförmigen Gummikörper eingespannt sind, die Form von elliptischen
Ringen oder Ellipsoidschalen haben. Diese bekannten Gummigelenke sind jedoch bisher
noch nicht bei Vorrichtungen zur Erzeugung mechanischre Resonanzschwingungen angewandt
worden.
-
Die Erfindung soll nunmehr an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert
werden.
-
Ein Ausführungsbeispiel solcher Art zeigt Fig. 1. g ist in allen
Fällen der Gummikörper in Form eines elliptischen Ringes oder einer Ellipsoidschale;
a ist die innere Metallellipse; b ist der äußere elliptische Mantel, l; der metallische
Lenker oder Hebel, c der Befestigungsbock, mit dem die Feder je nach Bedarf am Fundament
oder an der Maschine angebracht werden kann.
-
Es ist hierbei gleichgültig, ob dieser Bock c mit dem inneren Ellipsenkern
a oder mit dem äußeren Ellipsenmantel b fest verbunden ist.
-
Dasselbe gilt für den Hebel h, der ebenfalls mit dem inneren Kerne
oder dem äußeren Ellipsenring b verbunden sein kann.
-
In entspanntem Zustand nimmt eine solche Feder ihre Mittellage ein.
Lenkt man sie aus, so entstehen im Innern des oder der elastischen Mittel Zug, Druck
und Verschiebungsspannungen und damit entsprechende Widerstände, die durch das Achsenverhältnis
der Ellipse oder Linse oder ihre Dimensionierung in bezug auf ihre Größe in zeiten
Grenzen geändert werden können.
-
Es hat sich als besonders günstig eviesen, daß der Verlauf dieser
inneren Widerstände des Gummis mit der . Drehbewegung progressiv ansteigt. Die Spannungen
steigen um so schneller an, je größer das Verhältnis der großen Ellipsenachse zur
kleinen gewählt wird, d. h. die Schwingung verläuft um so weniger harmonisch, je
größer dieses Verhältnis unter sonst gleichen Bedingungen ist.
-
Die Größe des Widerstandes ändert sich mit der Rreite des Gummiringes
im quadratischen Verhältnis. Ferner ändert sich der Widerstand des Gummiringes mit
seiner Wandstärke dahingehend, daß eine große Wandstärke einen geringen Widerstand,
eine kleine Wandstärke einen höheren Widerstand unter sonst gleichen Umständen hervorruft.
-
Alle diese Änderungsmöglichkeiten bieten den Vorteil, mit Federn
dieser Art jeden ersvunschten Effekt zu erzielen.
-
In Fig. z ist der Erfindungsgegenstand als doppelarmiger Hebel zeichnerisch
dargestellt.
-
Der Hebel kann z. B., wie in der Abbildung gezeigt, aus zwei Teilen
zusammengenietet oder zusammengeschraubt sein. Wenn jedoch größere Kräfte in Frage
kommen, empfiehlt es sich, die Mantelellipse ohne jede Unter teilung geschlossen
herzustellen. Der mittlere Gummiring kann hierbei auf einem festen Zapfen oder einer
durchgehenden Welle der Fundamenthöcke angebracht sein.
-
Die Verwendung des Hebels in einer Reso nanzmaschine zeigen Fig.
3 und 4. Die dargestellte Anordnung ist in bekannter Weise vollkommen ausgeglichen,
so daß keine schädlichen Massenkräfte auf das Fundament übertragen werden. Die Kopplung
kann hierbei unter Verwendung elliptischer Federn so gestaltet sein, daß der Koppelhebel
k fest mit einer elliptischen Welle a verbunden ist. Diese Weile ragt in die mittleren
Gummiellipsen zu-eier Koppelhebel 11, die beiderseits der schwingenden Vorrichtung
angebracht sind, hinein und regt diese Hebel 1> dadurch zu Schwingungen an, daß
durch die mittleren elliptischen Ringfedern Kräfte in Richtung der eingezeichneten
Pfeile hervorgerufen werden, die sich durch die Gummiellipsen g1 und g2 auf die
Massen a1 und b1 übertragen.
-
Ein Querschnitt der Vorrichtung nach Fig. 3 ist in Fig. 4 dargestellt.
Man erkennt hieraus, daß die Masse und die Masse b1 je in zwei Lenkern gelagert
sind, die um eine Welle a schwingen, die durch die Lager u fest eingespannt ist.
-
Die Schwingungsvorrichtung an sich kann als Förderrinne oder Sieb
verwendet werden, und die Hebel sind zu diesem Zwecke schräg gestellt, damit sie
aufliegendes Förder- oder Siebgut nach einer Richtung hin, nach dem Schaufelwurfprinzip,
transportieren.
-
In dem in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die
oberen elliptischen Gummi lager lediglich Lenkiager, die die Massen z1 bzw. b1 so
führen sollen, daß die besagte Schaufelwurfwirkung erzielt wird.
-
Sie können also verhältnismäßig schwach ausgebildet werden.
-
Man kann aber auch, wenn große Kräfte zu übertragen sind, Federn
nach Fig. I zur Anwendung bringen. Der Widerstand verdoppelt sich in diesem Falle,
und die Blindr leistung erhöht sich entsprechend, was unter Umständen erwünscht
sein kann..
-
In Fig. 5 ist eine Siebvorrichtung zur Darstellung gebracht, bei
der die Masse in bekannter Weise zwischen Gummikalotten schwingt und durch Hebel
4 unter Zwischenschaltung sehr weicher elliptischer Gummiringe am Fundament angelenkt
ist. Die Gummikalotten führen unharmonische Schwingungen aus und übertragen die
großen Kräfte der schwingenden Masse, während die Lenkvorrichtungen nur die Massen
at, b1 in ihrer gewünschten Lage zu halten haben.
-
Diese Anordnung ist im Vergleich zur Anordnung nach Fig. 6 in ihrer
Herstellung und im Betriebe teurer und komplizierter.
-
Dort sind die elliptischen Gummikörper so stark ausgebildet, daß
sie die schwingenden Kräfte der Massen ast und b1 ganz aufzunehmen vermögen und
gleichzeitig die Lenkung der Masse bewirken.
-
Vorrichtungen dieser Art sind, wenn die Verbindungsgerade der Schwerpunkte
beider Massen mit der Bewegungsrichtung übereinstimmt, bis auf ein Drehmoment, das
an den inneren Gummiringen an einem sehr kleinen Hebelarm angreift, in bezug auf
Kräfte und Massen ausgeglichen. Ein vollkommener Ausgleich wird, wie schon gesagt,
bei Fig. 3 und 4 erzielt.
-
In Fig. 7 und 8 ist a1 eine schwingende Masse, die durch eine umlaufende
Unbalance zu Schwingungen angeregt wird; h1 sind vertikal stehende Lenker mit elliptischen
Gummiringfedern; h2 sind vier horizontale Lenkerarme; c1 sind die vier Fundamentböcke,
durch die die Lenker h1 einseitig am Fundament befestigt sind, und c2 sind die Befestigungsböcke,
an denen die Arme h2 an der Masse a1 angelenkt sind.
-
Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß ein solches elastisches Federsystem
h1, h2 eine Nachgiebigkeit sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung
aufweist. Dies bedeutet, daß die Masse a1 bei entsprechender Erregung Kreisschwingungen
von relativ großem Dulrchmesser auszuführen vermag, d. h. Schwingungen, bei dienen
jeder Punkt der Masse a1 auf geschlossener Bahn schwingt.
-
Konstruiert man die Gummiringe der Arme h2 so, daß sie einen geringeren
Widerstand aufweisen als die Gummiringe der Lenker kl, so schwingt die Masse auf
einer geschlossenen Bahn, die eine Ellipse darstellt, deren große Achse vertikal
steht. Macht man umgekehrt die Federung der Lenker h1 weicher als diejenige der
Arme h2, so entsteht eine Schwingung auf geschlossener Bahn, bei der die große Achse
horizontal verläuft.
-
Es ist selbstverständlich, daß, wenn man die Arme h2 direkt mit den
vier Fundamentböcke c1 verbindet, eine Schwingung entsteht, die auf einer Vertikalen
verläuft, und es ist weiterhin selbstverständlich, daß, wenn man die Hebel kl direkt
an den Befestigungsböcken c2 anbringt, eine horizontale Schwingung entstehen. muß.
-
Alle diese Schwingungen haben bekannt gewordenen gegenüber die Eigenschaft,
daß sie mit beliebig kleiner oder großer Amplitude je nach der Länge der Hebelarme
und je nach den erregenden Kräften zu schwingen vermögen, daß also beliebige Energiequantitäten
übertragen werden können, gleichgültig ob es sich um Schwingungen auf geschlossener
Bahn oder um Schwingungen auf einer geraden Linie oder offenen Kurve handelt.
-
Der außerordentliche Vorteil, den der neue Resonanzmechanismus unter
Verwendung elliptischer Gummi federn hierbei erbringt, ist der, daß die Leistungsgrenze
nach allen Richtungen hin so erweitert wird, daß der Konstrukteur erst jetzt folgende
Bedingungen mit Leichtigkeit zu erfüllen vermag: I. Er kann Federn jedem Bedürfnis
entsprechend dimensionieren; 2. er kann die lose Kopplung erst jetzt für alle Fälle
so dimensionieren, daß sie die ge; wünschten Leistungen ohne eine Gefährdung irgendwelcher
Organe überträgt, und 3. kann der Konstrukteur je nach Bedarf in allen Fällen die
Blindleistung im Verhältnis zur reellen Leistung so bemessen, daß sich je nach dem
gewünschten Effekt eine optimale Wirkung einstellt.
-
Seither scheiterten alle diese Wünsche an den Grenzen, die durch
die Aufnahmefähig--keit der elastischen Mittel gezogen waren.
-
Die Bedeutung des Erfindungsgegenstandes liegt darin. daß die Federn
beliebig große Kräfte und beliebig große Wege auszuführen gestatten, daß man also
die Resonanzmechanismen und Maschinen in dieser Beziehung vollkommen den zu leistenden
Arbeiten anzupassen vermag, ferner daß der progressiv ansteigende Widerstand der
Federn in gradueller Beziehung präzise den Bedürfnissen der Kraft- und Arbeitsmaschinen,
Werkzeuge und Apparate angepaßt werden kann, so daß die auftretenden Probleme so
gelöst werden können, daß ein optimaler Effel;t erzielt wird.