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Schwingungserreger 1)ie Erfindung bezieht sich auf Schwingungserreger,
insbesondere auf solche, die dazu bestimmt sind, Schwingungen von hoher Frequenz
zu erzeugen.
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Bekanntlich erzeugt man bei den üblichen Schwingungserregern die Schwingungen
durch den Umlauf einer exzentrisch gelagerten Masse. In der Praxis erreicht man
dies entweder mit Hilfe von Massen, die als Taumelgewichte auf Wellen gelagert sind,
die auf Kugellagern oder Rollen umlaufen, oder durch die Rotation einer exzentrischen
Masse, die im Innern eines zylindrischen Gehäuses umläuft.
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Die zweite Form besitzt den Vorteil, daß man infolge des Umstandes,
daß die umlaufende Masse die Bewegung einer Epizykloide ausführt, Schwingungen vonhohenFrequenzen
erzeugen kann. Indessen stößt die Konstruktion einer mit befriedigendem Wirkungsgrad
arbeitenden Vorrichtung solcher Art auf große Schwierigkeiten. Infolge von Sekundärkräften,
die durch die Bewegungen der mit hohen Geschwindigkeiten umlaufenden Körper ausgelöst
werden, ereignen sich häufig Brüche von Teilen.
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Die vorliegende Erfindung will diese Nachteile beseitigen. Sie ermöglicht
es, die sekundären Kräfte zu vermeiden und infolgedessen auch den Bruch bewegter
Teile. Sie ermöglicht den Bau von Schwingungserregern, mit denen man Frequenzen
von mehreren Hunderttausend in der Minute erreichen kann und die eine Zentrifugalkraft
in der Größenordnung von Dutzenden oder sogar von Hunderten von Tonnen entwickeln
können.
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Das kennzeichnende Merkmal dieser Weiterent-
Wicklung
ist darin zu erblicken, daß die umlaufende Masse mit der Antriebsanordnung durch
eine nichtstarre Verbindung mit einem Freiheitsgrad gekuppelt wird, die an einem
oder mehreren außerhalb des Rollkreises liegenden Punkten angeordnet ist und die
sämtlichen Punkten der umlaufenden Masse Bewegungsbahnen erteilt, die zu ein und
derselben Ebene parallel liegen.
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Die erfindungsgemäße nichtstarre Verbindung zwischen dem Antriebsorgan
und der umlaufenden 1Iasse wird durch hin und her schwingende oder biegsame Lenker
oder durch eine andere gleichwertige Gelenkverbindung erzielt. Diese Verbindungen
sind zweckmäßigerweise zu beiden Seiten einer mittleren Rotationsebene und symmetrisch
zu dieser angeordnet.
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Dadurch, daß man die Antriebsteile für die umlaufende Masse an Punkten
außerhalb des Drehkreises angreifen läßt, beschreiben diese Angriffspunkte der Antriebskraft
auf ihrer hypözykloiden Bahn Kurven, die nur leichte Wellenform besitzen, aber weder
Schleifen noch Umkehrpunkte (Spitzen) aufweisen. Der Angriffspunkt ist mit einem
Punkt des Antriebsteiles verbunden, der einen Kreis beschreibt. Der belassene Freiheitsgrad
zwischen dem Antriebsteil und dem Angriffspunkt nimmt die Abweichungen in den Umlaufbahnen
dieser beiden Punkte auf. Die Schwingungen des Angriffspunktes der Antriebskraft
an der umlaufenden Masse vollziehen sich in vollständiger Freiheit, ohne schädliche
Sekundärkräfte hervorzurufen. Infolgedessen bildet eine besondere Widerstandsfähigkeit
gegen Sekundärkräfte, welche die Konstruktion der bisher bekannten Geräte kompliziert
hat, erfindungsgemäß kein Hindernis mehr für die Erreichung großer Frequenzen, die
auf solche Weise leicht mehrere hunderttausend Schwingungen in der Minute erreichen
können.
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In der Zeichnung ist ein Schwingungserreger nach der Erfindung beispielsweise
veranschaulicht. Fig. i zeigt in schematischer Darstellung die Verbindung der umlaufenden
exzentrischen Masse mit den Antriebselementen; Fig. 2 ist ein Querschnitt durch
einen Schwingungserreger nach der Erfindung; Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie
III-III in Fig. 2; Fig. .4 ist eine geschnittene Ansicht auf den umlaufenden Teil
des Schwingungserregers von der Linie IV-IV in Fig. 2 aus betrachtet; Fig. 5 ist
ein Teilschnitt nach der Linie V-V in Fig. 3 ; Fig.6 zeigt in gleicher Darstellung
wie Fig.5 eine abgeänderte Ausführung.
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Ein Schwingungserreger gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen
aus einer zylindrischen '-lasse io vom Durchmesser d, der auf der Innenseite eines
zylindrischen feststehenden Gehäuses i i vom Durchmesser d + e abrollt, wobei die
Masse io exzentrisch gegenüber dem Gehäuse i i gelagert ist.
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Wenn die Masse io in Pfeilrichtung umläuft, so beschreiben bekanntlich
ihre verschiedenen Punkte im Verhältnis zu dem feststehenden Gehäuse Hypozykloiden.
Diese bilden verschiedene Formen je nach der Lage des betreffenden Punktes, wie
sie in punktierten Linien in Fig. i angedeutet sind. Was die Punkte des Berührungskreises
der Masse io mit dem Gehäuse i i anbelangt, so bilden diese Kurventeile A mit Umkehrpunkten
(Spitzen). Was die innerhalb des Berührungskreises liegenden Punkte anbelangt, so
bilden diese Kurven B, die eine Reihe von Schleifen bilden. Der Mittelpunkt C selbst
der Masse io beschreibt einen Kreis, der der Exzentrizität der Kreise io und i i
entspricht. Er beschreibt diesen Kreis mit einer Umlaufgeschwindigkeit, die um so
größer ist, als der Unterschied e der Durchmesser der Kreise io und i i kleiner
ist.
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Die außerhalb des Berührungskreises der 'Masse io liegenden Punkte
beschreiben auch Hypozykloiden, die aber -weder Schleifen noch Umkehrpunkte aufweisen,
sondern eine Folge von `Fellen bilden, wie sie bei D, E. F dargestellt sind
und deren Bogenmittelpunkte die Berührungspunkte der beiden Kreise io und i i sind.
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Die Amplitude dieser Schwingungen ist stets gleich dem doppelten Betrag
der Exzentrizität der Kreise io und i i, d. h. gleich der Größe e. Je weiter entfernt
jedoch der Punkt vom Berührungskreis der Masse io liegt, desto größer sind die Radien
der Kurventeile und infolgedessen um so geringer die Beschleunigungen der Punkte
auf ihrer Bahn, besonders für diejenigen Punkte, die auf der Verlängerung eines
über den Berührungspunkt führenden Radius liegen.
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Erfindungsgemäß erfolgt der Antrieb der umlaufenden exzentrischen
Masse io von einem Punkt 12 aus, der so weit wie möglich von ihrem Berührungskreis
mit dem Gehäuse i i liegt. Dieser Punkt 12 ist an einen Punkt 13 des umlaufendenAntriebsorganes
angeschlossen, , das seinerseits zentrisch zur Achse des Gehäuses i i gelagert ist,
wobei das Verbindungsglied 14 zwischen den Punkten 12 und 13 einen Freiheitsgrad
besitzt.
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Auf diese Weise beschreibt der Punkt 13, der axial zum Mittelpunkt
des Gehäuses i i liegt, eine feststehende Kreisbahn G, während der Befestigungspunkt
12 einer Hypozykloiden F folgt. Infolge des Freiheitsgrades, welcher dem Verbindungsglied
14 zwischen den Punkten 12 und 13 belassen ist, kann jeder dieser beiden Punkte
frei seiner eigentlichen Bahn folgen. Wie Fig. i zeigt, hat Punkt 12, wenn beispielsweise
Punkt 13 des Antriebsgliedes bei 13' auf seiner kreisförmigen Laufbahn G angekommen
ist, den Funkt 12' auf der Hypozykloiden F erreicht. Das Verbindungsglied 14 hat
dabei widerstandslos zugelassen, daß sich der Punkt 12 nach 12' mehr oder weniger
weit von der Kreisbahn G entfernt hat. Auf diese `'eise entsprechen den Unterschieden
der beiden Umlaufbahnen einfach entsprechende Schwingungen des Verbindungsgliedes
14, welches nicht starr ist, so daß keine Kräfte hervorgerufen und auch keine gefährliche
Ermüdungserscheinung ausgelöst werden.
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Auf diese Weise wird es also ohne irgendwelche Nachteile möglich,
den Sch-,vingungen der 'lasse io
ein<# sc#lir hohe Fre<luc»r
zu erteilen, die einen Wert von mehreren Hunderttausend in der Minute erreichen
kann. Die daraus resultierende Zentrifugalkraft, welche bis auf den Wert von Hunderten
von Tonnen steigen kann, ruft keine Brüche irgendwelcher Teile des Gerätes hervor.
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In dem in den Fig.2 bis 5 gezeichneten Ausführungsheispiel rollt die
exzentrisch gelagerte Masse io auf der Innenfläche i i eines feststehenden Ringgehäuses
44 ab. Der Ring 44 wird von einer Wand 15 (leg Außengehäuses 16 getragen und ist
mit diesem durch Schrauben 17 verbunden. An der umlaufenden Masse io sind mit Hilfe
der Schrauben 18 zwei seitlich liegende runde Scheiben i9 befestigt, die das Mitnehmerteil
12 tragen, über das der Drehantrieb zugeleitet wird. Der Durchmesser der Scheiben
i9 ist erheblich größer als der der Masse io, so daß sich der Mitnehmer 12 von dein
Berührungskreis der Masse io mit dem Gehäuse i i verhältnismäßig weit entfernt befindet.
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Das Maschinengehäuse 16 ist an der Seite durch Scheiben 20 abgeschlossen,
welche Lager 21 tragen. In diesem ruht eine Welle 22, die durch Riemenscheiben 23
angetrieben wird. Es sei darauf hingewiesen, daß die Welle 22 durch eine geeignete
Ztittelöffnurlg 24 der umlaufenden :fasse io hindurchgeführt ist, ohne sie zu berühren.
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Auf der Welle 22 sind zwei Arme 25 aufgekeilt, die sorgfältig ausgewuchtet
sind, und durch die der Drehantrieb auf die runden Scheiben i9 und von cla auf exzentrische
Masse io übertragen wird.
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Zu diesem Zweck trägt jeder der Arme 25 an einem seiner Enden einen
überstehenden zylindrischen Zapfen 13, der mittels einer Mutter 26 gehalten ist.
Der zylindrische Zapfen 13 ragt in ein Loch 27 der Scheibe i9 mit Spiel an allen
Seiten hinein, das ausreicht, um den erforderlichen Freiheitsgrad in allen Richtungen
sicherzustellen.
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Jede der Scheiben i9 besitzt eine runde Ausnehmung 28, in die ein
Teil 12 eingepreßt und mittels eines Keiles 38 befestigt ist, das den Angriffspunkt
für die Antriebskraft an der Scheibe bildet. Außerdem besitzt die Scheibe eine rechteckige
Ausnehmung 29. In dem Teil 12 der Scheibe i9 einerseits und im Zapfen 13, der mit
dem Arm 25 fest verbunden ist, andererseits sind geeignete Ausnehmungen
30 und 31 zur Aufnahme der Enden eines lenkerartigen Schubgliedes 14 vorgesehen,
welches eine freie gelenkige Verbindung des Armes 25 mit der Scheibe i9 herstellt.
Das Glied 14 findet in der rechteckigen Ausnehmung 29 der Scheibe mit ausreichendem
Spiel Aufnahme. Es wird in seiner Arbeitslage gehalten durchseitlichePlättchen 32,
die auf die Scheibe i9 aufgeschraubt werden. An den Enden der Arme 25, die dem Zapfen
13 gegenüber liegen, sind Ausgleichsgewichte 33 befestigt, die sich nach innen in
eine geeignete Ausnehmung 34 der Scheibe i9 hineinerstrecken.
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Die Führung der Scheiben i9 in seitlicher Richtung wird durch Zwischenstücke
35 bewirkt, die an der Wand 15 des Gehäuses oder auf den Armen 25 befestigt werden.
Die Befestigung des Gehäuses 16 an der Vorrichtung, in der Schwingungen erzeugt
werden sollen, wird z. B. durch zwei Bolzen sichergestellt, die durch geeignete
Löcher am Gehäuse hindurchgehen. Eine Kühlung des Gerätes kann in zweckmäßiger Weise
mit "ilfe des Um-Laufes von Druck- oder Saugluft erreicht werden.
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Wenn sich die Welle 22 unter dem Antrieb der Riemenscheibe 23 dreht,
nimmt sie die Arme 25 j mit. Diese übertragen die Drehbewegung über die Zapfen 13,
die Schublenker 14 und die Teile 12 auf die Scheiben i9 und infolgedessen auf die
umlaufende Nfasse io. Infolge der entwickelten Zentrifugalkraft legt sich diese
unverzüglich an die Innenwandung des zylindrischen Gehäuses ii an und rollt auf
dieser ab, wobei jeder ihrer Punkte eine hypozykloide Bewegung ausführt, wie es
mit Bezug auf Fig. i beschrieben wurde. Die Frequenz der erzeugten Schwingungen
ist dabei um so größer, je kleiner der Unterschied in den Durchmessern der Kreise
io und ii ist. Im Zuge dieser Bewegung führen die Befestigungspunkte 12 an den Scheiben
i9 sinusartige Schwingungen aus, wie es bei F gezeigt ist, deren Wellenlinien um
so weicher sind, je weiter die Punkte 12 von dem Berührungskreis der Teile io und
i i abliegen. Die funkte 12 sind es, auf die die Antriebskraft für die Drehbewegung
durch die Lenker 14 von den mit den Armen 25 fest verbundenen Zapfen 13 übertragen
wird. Die Punkte 13 beschreiben eine feststehende Kreislinie (G in Fig. i). Die
Unterschiede in den Bahnen 12 und 13 werden ausgeglichen durch die Schwingbewegungen
des Schubgliedes 14, das sich frei in seiner Ausnehmung 29 hin und her bewegen kann.
Die Mitnahme erfolgt also über eine gelenkige Verbindung. An Stelle eines Schubgliedes
i4, das durch Schub auf den Teil 12 der Scheiben 19 wirkt, kann man die Mitnahme
dieser Scheiben (Fig. 6) auch dadurch erreichen, daß man die Arme 25 mit den Scheiben
i9 durch Zuglenker 36 verbindet. In Fig.6 sind zwei solcher Zuglenker 36 gelenkig
auf dem Zapfen 13 gelagert, der fest im Arm 25 sitzt. Ihre anderen Enden sind auf
einem Zapfen 37 gelagert, der fest mit den Scheiben i9 verbunden ist, und der die
Stelle des Teiles 12 in Fig. 5 einnimmt.
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An Stelle starrer Verbindungsglieder 14 oder 36 kann die Verbindung
der Arme 25 mit den Scheiken i9 auch durch beliebige geeignete elastische oder biegsame
Elemente erfolgen, welche die erforderliche Freiheit der Bewegung sicherstellen
und die Unterschiede in den Laufbahnen der Verbindungspunkte des Antriebsgliedes
(Arme 25) mit der umlaufenden Masse io ausgleichen. Die Anzahl solcher freien Verbindungen
zwischen dem Antriebsglied und den Scheiben i9 kann eine beliebige sein und entsprechend
verteilt werden, um das Gleichgewicht der umlaufenden Teile sicherzustellen.
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Das Anliegen der Masse io an das Gehäuse i i erfolgt normalerweise
von selbst, indem sie sich sofort gegen die Innenwandung des Gehäuses i i legt,
sobald die Drehbewegung eingeleitet ist. Zusätzlich könnte man jedoch,um dies sicherzustellen,
auch noch Einrichtungen, wie z. B. Rollen vorsehen, die sieh beim Anlaufen von außen
gegen die Schei-
| ben 19 legen, um die Berührung der Masse io mit |
| dem Gehäuse i i sicherzustellen. |
| Es versteht sich ohne weiteres, daß die vor- |
| stehende Beschreibung eines Ausführungsbeispieles |
| keinen beschränkenden Charakter haben soll und |
| daß alle für den Fachmann gegebenen Abänderun- |
| gen des Erfindungsgedankens eingeschlossen sind. |