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Schwingungstechnische Behandlung zäher Maseen oder hochviskoser Flüssigkeiten
Auf dem Gebiet der Förderung, Mischung, Emulgierung, Trennung, Entwässerung, Entlüfung,
Verdichtung und ühnlichen Gebieten sind der Schwingmaschine, die mit begungssteifen
bzw. starren, schwingenden Massen arbeitet, gewisse Grenzen gesetzt, sobald die
Zähigkeit der Massen oder die Viksosität der Flüssigkeiten eine bestimmte Höhe überschreitet,
Die gewollte Wirkung auf seiten des Aufgabegutes unterblebt dann ganz oder zum grßten
Teil, weil die innere Trögheit des Aufabegutes zu groß ist, um die gewollten Bewegungsvorgänge
einzuleiten.
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Das Verhalten eines derartigen Aufgabegutes ändert sich indessen bekanntilch
von Grund auf, sobald an Stelle der starren, schwingenden Massen der Schwingmaschine
elastische Massen treten, die zu elastischen Verformungen erregt werden können.
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Unter gewissen Voraussetzungen entstehen dann auf den Berührungsflächen
bestimmte Erscheinumgen, die unter der Bezeichung Cladnysche Klangfiguren in den
technischen Sprachgebracuh einegegangen sind. Diese Klangfiguren beschränken sich
nicht auf feinkörnige Schüttgügter und ebene Berührungsflächen, sondern sie treten
auch bei anderen Stoffen auf, solange diese keinen festen Körper bilden, und sie
sind weiterhin auch an gekrümmten Flächen aller Art wahrnehmbar.
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Aus diesen Gründen ist der Schwingmaschinenbau in den letzten Jahren
dazu übergegangen, die bekannten starren Tischplatten, Behälter, Tröge u. dgl. der
Schwindgmaschinen durch entsprechend elastische Gebilde zu ersetzen, um über die
vor-
erwähnten Klangfiguren auch Massen großer Zähigkeit und Flüssigkeiten
hoher Viskosität in der gewollten Weise behandeln zu können.
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Zu den ersten dieser Bauarten zählt eine Einrichtung, die unter der
Bezeichnung tönende Platte Eingang gefunden hat. Hierbei handlet es sich um eine
Platte oder ein elastisches Band, welche beiderseits in einen starren Rahmen eingespannt
sind, dermittels rotierender Unwuchten od. dgl. in Schwingungen versetzt wird. Die
Frequenz dieser Schwingungen wird so gewählt, daß sie mit einer Eigenschwingungszahl
der Platte bzw. des Bandes übereinstimmt. Das Aufgabegut erfährt dann eine Grundschwingung,
die der Schwingung des starren Rahmens entspricht und eine Oberschwingung, die durch
die elastische Verformung der Berührungsfläche bedingt ist.
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Da das Gewicht des Aufgabegutes, ins besondere bei schwankender Beschickung,
zu einer Verschiebung der gewollten eigenschwingungszahl der Platte führen kann,
ist man im Zuge der Weiterentwicklung derartiger Mascheinen dazu übergegangen, in
den schwingenden Rahmen eine weitere Erregereindrichtung, z. B. eine frequenzgestenerten
elektromagneten einzubauen, dessen Frquenz auf die gewollte Eigenschwingungszahl
der Fläche abgestimmt ist, Gleichzeitig hat man die bekannete ebene Platte durch
gekrümmte Körper in form von geschlossenen Rohren u. dgl. ersetzt, nachdem es sich
herausstellte, daß das Aufgabegut auf einer gekrümmten Fläche selbsträtig zu wandern
begann, so daß mit einem kontinuierlichen Druchsatz geearbeitet werden konnte.
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Alle diese bekanntgewordenen Maschinen haben den Nachteil, daß sie
auf geringe Stundenleistungen beschränkt bleiben. Der Grund liegt darin, daß die
erzeugte Klangfigur nur einen verfhältnismäßög geringen Ausdenhungsbereich besiztzt,
und daß zwischen zwei benzchbarten Klangfiguren tote Zonen auftreten, die für die
gewollte wirkung ausscheiden.
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Diesem Mangel hilft die vorliegende Erfindung dadruch ab, daß sie
durch Überlagerung mehrerer Klangfiguren den gewollten Wirkungsbereich örtlich vergrößrrt
und die Wirkung selbst steigert.
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Im einzelnen baut die Erfindung auf einer Reihe von neuen Erkenntnissen
auf, die zusammengenommen die Intensivierung der Wirkung und die Steigerung der
Stundenleistung ergeben.
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Zunächst geht die Erfindung von der Erkenntenis aus, daß die gewollten
Wirkungen, auf das Aufgabegut besonders dann gewährleistet sind, wenn gleichzeitig
mindestens zwei Freiheitsgrade bzw. zwei Resonanzlagen des e;astischen Gebildes
angeschlagen werden. Wenn beispielsweise ein beiderseits eingespanntes Band zu Oberwellen
erregt wird, so können zwar bei feinkörnigem Aufgabegut an den Stellen der Wellenböuche
Klangfiguren wahrgenommen werden. Wählt man dagegen als Aufgabegut ein etwas zähes
Material oder eine dickflüssuge flüssigkeit, so treten keinerlei praktisch verwertbare
Klangfiguren in Erscheinung, und zwar auch dann nicht, wenn man die Amplitude der
Schwingung bis an die Grenze der Ermüdungsfestigkeit des Bandes steigert. Sobald
indessen das Band auch normal zur Längsachse Biegungsschwingungen ausführt, geraten
die erwähnten Aufgabegüter an den Stellen, an denen sich die Wellenbäuche begegnen,
ind erartige Bewegungen, daß auf diesem Wege Mischungen, Emulgierungen u. dgl. vorgenommen
werden können. Die Erfindung sieht deshalb. vor, daß stets mindestens zwei Klangfiguren
überlagert werden.
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Weiterhin macnht sich die Erfidnung die Erkenntnis zuntze, daß der
Charakter der einzelnen Klangfiguren ganz verschieden ist, je nachdem, ob diese
auf Biegungs- oder Verdrehungs- oder Stauchschwingungen zurückzuführen sind. Da
nun, wie die Beobachtung zeigt, die Überlagerung verschiedenartiger Klangfiguren
höhere Wirkungen ergebe, sicht die Erfidnung vor, daß neben Klangfiguren gleicher
Entstehungsursache auch Klangflguren verchiedenartiger Entstehungsursache überlagert
werden, also beispielsweise Klangfiguren, die auf Biegungsschwingungen beruhen mit
Klangfiguren, die auf Verdrehungsschwingumgen zurückzufübren sind, Für die Zusammenfassung
derartiger Klangfiguren kommen daher nur solche in Frage, die zeitlich und örtlich
gesehen ganz oder angenähert zusammenfallen. Die Erfindung sieht deshlab vor, daß
für jedes vorliegende elastische Gebilde im Wege der Rechnung oder des praktischen
Versuchs für alle drei der genannten Erregungsarten die Kette der örtlich und' zeitlich
verschiendenen Klangfiguren bestimmt wird, und dß dann aus der Fülle dieser Figuren
diejenigen ausgezeichneten Figuren herausgegriffen werden, die örtlich und zeitlich
ganz oder angenähert zusammenfallen.
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Schließlich geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß jede derartige
Überlagerung zu Schwebungszuständer führt, die eine weitere Leistungs- und Wirkungssteigerung
im Gerolge haben.
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Liegen beispielsweise drei Kalngfiguren verschiedener Prägung örtlich
dicht nebeneinander, so werden sich Schwebungserscheinungen derart ergeben, daß
jede der drei Klangfiguren bestrebt ist, sich gegenüber den anderen durchzusetezen,
Die Folge wird die sein, daß in einem bestimmten Rhythmus bald die eine, bald die
andere die Oberhand gewinnt und dern Bewegungsvorgang innerhalb des Aufgabegutes
ihren Stempel aufdrückt.
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Angenommen, die erste der drei Klangfiguren vermag, für sich genommen,
die zähe masse zum Auseinanderfließen zu bringen, die zweite erreicht, wiederum
für sich genommen, ein schichtenartiges Zusammenrollen um eine liegende Achse und
die dritte eine kreisende Bewiegung um eine achse normal zur Berührungsfläche, dann
werden im Verlauf des resultierenden Schwebezustandes diese drei einzelerschienungen,
zu einer resultierenden Erscheinung zusammengefaßt, die einer Steigerung der Einzelerscheinungen
gelcihkommt.
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Das Wesen dieser Erfindung wird an Hand einiger schematischer Darstellungen
näher erläutert, wobei der Einfachheit halber als Erregung
durchgehend
ein frequenzgesteuerter Elektromagnet angenommen wird.
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In Abb. 1 ist angenommen, daß eine beiderseits eingespannte, gewelite
Membran 1 gleichzeitig zu Stauch- und biegeschwingungen erregt werden soll. zu diesem
Zweock werden, die beiden starren Einspannleisten 2 und 3 in der Horizontalebene
und in der Vertikalebene an Lenkerfedern 4 und 5 angeschlossen, deren Füße in einem
starren Gehäuse 6 eingespannt sind. die vertikale Lenkerfeder 5 erhält außerdem
mittels der Zugfedern 7 eine Vorspannung, die etwa der Amplitude in der Hirizontalen
entsprechen möge. Die Erregung in beiden Ebenen erfolgt durch die beiden Magneten
8 und 9. deren Spalt mechanisch verstellbar ist, um in bekannter Weise die Zugkerft
zu regeln. Für sich genommen wird dann der liegende Magnet 9 der Membran 1 eine
Stauchschwingung aufzwingen, die dadurch charakterisiert ist, daß die Höhe und Breite
der Wellungen ab- und zunehmen. die Resonanzlagen dieser Stauchschwingungen seine
a, b, c ... Der stehende Magnet dagegen wird gleichzeitig die unter Vorspannung
stehende Mambran 1 in Biegeschwingungen mit den Resonanzlagen A, B, C ... versetzen.
Die Wirkung der überlagerten Schwingungen auf das Aufgabegut wird dann am stärketen
sien, wenn eine Resonanzlage der Stauchschwingungen mit einer Resonanzlage der Biegeschwingungen
zeitlich ganz oder nahezu zusammenfälit. In letzterem Fall werden Schwebungen auftreten.
mit der Maßgabe, daß wechselweise in einem ganz bestimmten Rhythmus bald die eine,
bald die andere Resonanzschwingung überwiegt. Die Folge davon ist die, daß sich
jede der beiden Schwingungsarten zugeordneten Klangfigunren wechselweise ablösen
und daß auf breiter Fläche bestmmte Wirkungen auf das Aufgabegut ausgelöst werden.
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In Abb. 2 ist angeonmmen, daß eine Förderrinne 1' gleichzeitig zu
Verdrehungs- und Biegeschwingungen erregt wird. Die Reinne ist an dem einen Ende
an horizontale Lenkerfedern 2' und 3' angeschlossen, die quer zur Förderrichtung
bzw.
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Längsachse der Rinne stehen. An den Köpfen dieser Lenkerfedern sind
stehende Magneten 4' und 5' spiegelbil dlich angeordnet, die der Rinne 1' eine Schaukelbewegung
mit den Resonaznzalgen a', b', c'. ... aufzwingen. Am anderen Ende ist die Reinne
an eine horizontale Lenkerfeder 6' angeschlossen, deren, Längsachse mit der Rinnenachse
zusammenfällt. Am Kopfe dieses Lenkers greift ein Magnet 7' an, der die Rinne in
Biegungsscdhwingnungen mit den Resonanzalgen A', B', C' ... versetzt. Beide Magneten
werden auf diejenigen Frequenzen eingesteuert, bei denen eine Verdrehungsresonanz
und eine Biegungsresonanz zeitlich nahzu zusammenfallen. Auch in diesem Falle entstehen
Schwebungserscheinungen mit der Maßgabe, daß zwei Klangfigunren verschiedener Art
gegenseitig im Kampfe liegen und eine ganz bestimmte Wirkung auf das Aufgabegut
ausüben.
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Abb. 3 zeigt eine Anordnung, bie der ein aufrechtstehendes rohr 1''
zu Stauch- und Beigeschwingungen erregt wird. Das Rohr ist an der oberen Aufgabestelle
2'' ortsfest eingespannt. An dem freien unteren Ende 3'', an dem sich der Materialabfluß
4'' befindet, ist ein Magnet 5'' angesetzt,d er periodische Zugkeräfte auf das Rohr
1'' ausübt. am gleichen. Ende 3'' greift in der Horizontalen ein zweiter Manget
6'' an, der das rohr 1'' in Biegeschwingungen versetzt. Auch hier werden die Erregerfrequenzen
so gewählt, daß zwei Resonanzlagen nachezu zusammenfallen.
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Abb. 4 zeigt die Erweiterung des vorerwähnten Beispiels dadhingehend,
daß noch eine dritte Erregung zur Erzeugung von Verdrehungsschwingungen angesetzt
ist. Zu diesem Zweck sind von oben gesehen an der Mantelfläche des Rohres 1'' zwei
tangential stehende Arme 10 und 11 angebracht, die als Anker für die Magneten 12
und 13 dienen. Aus den drei Ketten von Resonanzalgen werden dann diejeingen Reseonanen
herausgegriffen, die zeitlich ganz oder angenähert zusammenfallen, so daß insgesamt
drei verschlieden geartete Klangfiguren überlagert werden.
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An Hand dieser Abbildung ist ohne weiteres ersischtlich, daß dem Konstrukteur
in bezug auf den Angriffsort und die Anzahl der Erregungen alle Möglichkeiten offenstehen,
d. h. daß sich die Überlagerung nicht auf äußerst drei Klangfiguren zu beschränke
braucht.