-
Schwingmotor mit Schraubenfedern als Rückstellkraft Für den Antrieb
schwingender Arbeitsmaschinen, wie z. B. Fürderrinnen, Siebe u. ä., werden elektronmagnetischeSchwingmotoren
wegen ihrer unmittelbar nur in einer Richtung wirkenden Schwingung mit Vorteil verwendet.
Ein einwandfreies Arbeiten von Förderrinnen, insbesondere wenn solche im Raum frei
beweglich an Federn aufgehängt sind, setzt aber voraus, daß der Schwingmotor wirklich
genau geradlinig schwingt.
-
Ein solcher Schwingmotor besteht im wesentlichen aus zwei Hauptmassen,
von denen die eine Gien Magnetanker, die andere das Magnetsystem trägt und die durch
Schrauben- oder Blattfedern miteinander schwingfähig gekoppelt sind. Bei Schwingmotoren
mit Schraubenfedern treten nun bei der Auslegung der Federn gewisse Schwieriglc4eiten
auf. Das gesamte Schwinggebilde, das aus drm Schwingmotor und dem von ihm angetriebenen
Arbeitsgerät besteht, muß eine eindeutige Eigenschwingfrequenz haben, um damit eine
genügend stabile Schwingbreite (doppelte Amplitude) einhalten zu können. Dazu ist
es notwendig, daß die im .Schwingmotor eingebauten Federn eine eindeutige Federkonstante
haben: Wenn man ausschließlich Schraubenfedern, und zwar solche in der üblichen
Formgebung, d. h. mit angelegten Endwindungen verwendet, so ist die obige Bedingung
nicht erfüllt, weil bei solchen Federn mit wachsender Durchbiegung die rndwindung
sich fortschreitend an die benachbarte Wandung anlegt und dadurch die wirksame Windungszahl
kleiner wird. Dtdurch wächst die Federkonstante, sie ist also vom absoluten Wert
der Durchbiegung abhängig: Außerdem haben solche Federn den Nachteil, däß beim Schwingen
mit höheren Frequenzen, z. B. So oder roo Hz, durch das schnell wechselnde Anlegen
und Abheben der Endwindungen ein klirrendes Geräusch und ferner im Dauerbetrieb
durch
Oberflächenreibkorrossion eine Abnutzung der Federn mit Gefahr
des Dauerbruchs entsteht.
-
Die genannten Nachteile können durch Verwendung von Federn ohne angelegte
Endwindungen vermieden werden, wobei also die Federn mit durchgehend gleichbleibender
lichter Weite zwischen den Windungen bis zum beiderseitigen Auslaufende gewickelt
sind.
-
Solche Federn haben eine eindeutige wirksame Windungszahl, daher ist
die Federkonstante von der Durchbiegung unabhängig, wie Messungen an so ausgeführten
Federn gezeigt haben. Diesem Vorteil steht aber der Nachteil gegenüber, daß! wegen
des allmählich abnehmenden Querschnitts der Auslaufenden die von der Feder ausgeübte
Kraft nicht mehr genau zentrisch in der Federachse wirkt, außerdem verschieben sich
bei Durchbiegung der Feder ihre Endflächen gegeneinander, und zwar in Richtung quer
zur Federachse. Ferner ist die Durchbiegung je Windung in Umfangsrichtung nicht
mehr gleichmäßig.
-
Wird ein Schwingmotor nun ausschließlich mit solchen Federn ausgerüstet
in der Weise, daß die eine Hauptmasse zwischen zwei Paaren gegenseitig vorgespannter
Druckfedern gehalten wird, deren äußere Endflächen mit der anderen Hauptmasse kraftschlüssig
zusammenwirken, so zeigt sich, daß die Hauptmassen keineswegs geradlinig schwingen,
sondern daß. sich der planmäßigen, nur in einer Achse wirkenden Hauptschwingung
erhebliche Quer- undD rehschwingungen überlagern, die durch die drehmomentbildende
exzentrischeKraftwirkung und die Querverschiebungskräfte der Feder hervorgerufen
werden.
-
Eine genaue Untersuchung hat nun ergeben, daß auch mit solchen Federn
ein praktisch geradliniges Schwingen erreicht wird, wenn man erfindungsgemäß die
Federn so einbaut, daß die Federn keine angelegten Endwindungen besitzen und die
beiden Federpaare mit einer derartigen gegenseitigen Verdrehung um ihre Federachsen
eingebaut sind, daß das resultierende Drehmoment um 'jede der Hauptachsen der Hauptmassen
zu Null wird. Die -Anordnung ist dabei so getroffen, daß sowohl die Oberfedern als
auch die Unterfedern der Federpaare je um i8o° gegeneinander versetzt sind.
-
Die letztgenannte Maßnahme bewirkt, daß die Querverschiebungskräfte
der Federpaare gegenläufige Angriffsrichtung in der gleichen Angriffsgeraden haben
und sich daher in ihrer Wirkung auf die zwischen den Federn eingespannte Hauptmasse
aufheben, sofern die Rückstellkraft aller Federn gleich ist.
-
Eine. zweite erfindungsgemäße Maßname - besteht darin, daß die Querverschiebungskräfte
der einzelnen Federn durch symmetrisch zur Hauptschwingachse erfolgenden Einbau
gleiche oder annähernd gleiche Drehmomente um die Hauptschwingachse bilden. Die
relative Verdrehung der Federpaare zueinander um iSo° hat die weitere günstige Wirkung,
daß. die Exzentrizität der Federkräfte, die in jedem Federpaar ein Drehmoment in
bezug auf die Längsachse der zwischen den Federn gehaltenen Hauptmasse zur Folge
hat, nicht -zur Wirkung kommen kann.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.
-
F'ig. i zeigt eine Feder ohne angelegte Endwindungen in der Ansicht,
Fig. 2 dieselbe Feder in Draufsicht.
-
In Fig. 2 ist v der Anfang der oberen Auflagefläche, von hier ab verjüngt
sich der Querschnitt bis zum Auslaufende 2. Entsprechend ist 3 der Anfang der unteren-Auflagefläche,
die bei .a. ausläuft. Zur Abkürzung werden im folgenden die Anfänge als oberer bzw.
unterer Druckpunkt bezeichnet. Infolge des sich verjüngenden Querschnitts ist die
Federkraft bei Belastung der Feder nicht gleichmäßig über die Auflagefläche verteilt.
Die spezifische Flächenpressung verläuft etwa entsprechend der Dichte der Schraffur
der Auflagefläche. Weil die Auslaufenden eine abnehmende Dreh- und Biegesteifigkeit
haben, liegt die Angriffsgerade der Federkraft nicht in der geometrischen Längsachse
A-A der Feder, sondern ist um einen gewissen Betrag x gegen die Druckpunkte hin
verschiebbar.
-
Als weitere Folge des gegen die Auslaufenden hin abnehmenden Federquerschnitte
treten paarweise Kräfte an der oberen und unteren Auflagefläche auf, die diese Flächen
gegeneinander zu verschieben suchen. Ihre Wirkungslinse liegt in der Verbindungsgeraden
der Druckpunkte. In Fig. 2 ist beispielsweise das eine Paar dieser Querv erschiebungskräfte
mit Po bzw. Pu bezeichnet.
-
Werden solche Federn, wie es bisher üblich war, ohne Rücksicht auf
die auftretende Exzentrizität und die Querverschiebungskräfte paarweise in einem
beispielsweise elektromagnetischen Schwingmotor eingebaut, so ist ersichtlich, daß
ein geradliniges Schwingen der Hauptmassen nicht zu erwarten ist. Aus F'ig.3 ist
die erfindungsgemäße Einbauweise zu ersehen. D:ie @bei,dwn Unterfedern Fui und
Fug sind dabei so angeordnet, daß beispielsweise die Feder Fug gegenüber
der Feder Fui in bezug auf die Federlängsachse um i8o° verdreht ist. Ebenso ist
die Oberfeder F" gegenüber der Feder F" 1 um i18o,° verdreht. Die Feder
F" 1 ihrerseits ist wieder in bezug auf die zugehörige Unterfeder F"
1 um denselben Winkel verdreht, -wie bei dem zweiten Federpaar die Feder
F, 2 gegenüber Fug versetzt angeordnet ist.
-
Die erfindungsgemäße Erkenntnis ist nicht allein mit Vorteil auf elektromagnetische
Schwingmotoren anwendbar. Vielmehr kann auch bei Unwuchterregern, die über paarweise
angeordnete Federn an die Nutzmasse angekoppelt sind, die gegenseitige Anordnung
der Federn nach der Erfindung. Anwendung finden.