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Mechanisch-elektrischer Schwinger zur Erzeugung großer sinusförmiger
Beschleunigungen von Massenteilchen In dein Patent 861 333 ist ein inechanisch-elektrischer
Schwinger zur Erzeugung großer sinusförmiger Beschleunigungen von Klassenteilchen
vorgeschlagen worden, bei dem die Eigenfrequenz des mechanischen Systems in einem
Frequenzbereich bis zu iooo Hz kontinuierlich durch Veränderung der Federlänge veränderbar
ist. Hierbei kann ein Schwingkreiskondensator gleichzeitig mit der Verstellung der
mechanischen Eigenfrequenz verstellbar sein. Zwischen dem mechanischen und dem elektrischen
Schwingkreis ist eine Regelstrecke angeordnet, die einen mechanisch-elektrischen
Umsetzer oder Spannungsfühler in Form einer Schwingspule od. dgl., einen Filtersatz
mit veränderlicher Frequenzkurve, einen Regelvers ti- rker und einen Phasenschieber
enthält. Um einen solchen mechanisch-elektrischen Schwinger auch für größere in
der Resonanz wirksame- Massenkräfte verwenden zu können, wird gemäß der Erfindung
die Verwendung einer zylindrischen Rohrfeder verstellbarer Länge v orgeschlagen,
die an dem für die Tief enfrequenzen wirksamen Ende als Schraubenfeder mit einer
Nut versehen ist und die nach dem anderen Federende in immer kürzer werdende Schlitze
übergeht, wobei die Stege zwischen den Schlitzen in aufeinanderfolgenden Windungen
gegeneinander versetzt sind. Eine solche zylindrische Rohrfeder kann durch eine
Gleitmutter, die in einem Gewinde auf der Feder und gleichzeitig in einem Gewinde
des äußeren Rahmens gleitet, in ihrer wirksamen Federlänge verstellbar sein.
Ein
solcher Schwinger kann auch Verwendung finden für Förder- und Mischgüter auf SchÜttelsieben
und Transportrutschen, ferner für das Schmelzen und für flüssige Massen, wie Emulsionen,
Breie oder auch feste Konglomerate.
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Für die Wirksamkeit eines solchen Schwingers sind -die Herstellung
und der Aufbau der Treibspule wesentlich. Diese kann erfindungsgemäß aus einer zylindrischen
Metalldose als Spule mit einer Windungslage durch Ausfräsen oder Ausdrehen einer
Schraubennut gewonnen werden, wobei die Spulenhalterung und die Festigkeit nachträglich
durch Einbetten der Windungen in Preßmasse oder Kunststoff und durch eine Sinterung
oder Wärmedruckbehandlung erzielt werden. Die. Spule kann aber auch mit einer Wirndungslage
aus einem Hohlzylinder gefräst sein, wobei außen oder innen Stege auf dem Zylinder
in. Richtung der Mantellinie angebracht sind, die beim Fräsen. stehengelassen werden,
bis die Windungen durch Verbacken ' in Kunststoff starr aneinander haften. Schließlich
kann die Schwingspule aus einem Metallband mit der Flachseite senkrecht zur zylindrischen
Spulenwand auf einen zylindrischen Lehrdorn unter Zugspannung gewickelt werden.
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Zur weiteren Verbesserung des Schwingers erhält die Regelstrecke ein
Regelglied aus Widerständen, von denen einer kontinuierlich veränderbar und seine
Verstellung mit der Resonanzverstellung mechanisch gekoppelt ist. Zur Anfachung
der Schwingungen des elektrisch-mechanischen Resonanzsystems ist außer der Rückkopplung
über die Regelstrecke mit ihren verschiedenen Gliedern noch ein Multivibratorkreis
parallel zur Regelstrecke an den Regelverstärker angeschlossen. An Stelle des Leistungsröhrenverstärkers
kann ein rotierendes Aggregat angewandt werden, dessen Frequenz vom Regler bzw.
durch die Tastspulenfrequenz und dessen Leistung vom Regelverstärker zu steuern
ist.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Schwingers
gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig. i einen Querschnitt
der zylindrischen Rohrfeder, Fig. 2 deren Einbau im Schnitt, Fig.3 die Anwendung
mehrerer zylindrischer Rohrfedern, Fig. q. bis 9 verschiedene Ausführungsformen
für die Schwingspule und Fig. io ein Schaltschema.
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Beim Antrieb größerer Massen läßt sich an Stelle der in dem Patent
861 333 angegebenen Blattfedern gemäß der Erfindung eine zylindrische Rohrfeder
32 benutzen, durch die größere Schwingwege m#5glich sind, ohne daß, die Feder bricht.
In einem zylindrischen Rohr sind schraubenförmige Schlitze 33 verschiedener Länge
eingefräst. Die Schlitze sind so angeordnet, daß sie am Anfang des Rohres eine größere
Länge besitzen und nach dem Ende des Rohres immer kürzer werden. In den aufeinanderfolgenden
Windungen sind die Schlitzanfänge so versetzt gegeneinander, daß jeweils ein Steg
neben einem Schlitz liegt. Hierdurch wird eine kontinuierliche Vergrößerung der
Steifigkeit in der Längsrichtung des Rohres erreicht, so daß je nach der Einspannlänge
eine mehr oder weniger starke Änderung der Federkonstanten eintritt, wodurch auf
relativ kleine Federlänge ein großer Änderungsbereich der Eigenfrequenz des Schwingers
untergebracht werden kann. Am starren Ende der Feder ist der Schwingkäfig 5 und
an diesem die Schwingspule 2o mit der Schwingspule 27 befestigt. Es kann auch das
verlängerte starre Ende der Feder selbst als Käfig ausgebildet werden.
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Nach Fig.2 ist eine solche zylindrische Rohrfeder 32 auf einem starken
Gewindebolzen 34 aufgeschraubt. Sie besitzt am Gehäuse i3 eine Führung 35, die seitliche
Bewegungen verhindern soll. Durch Verstellen der Gleitmutter kann gemäß der Erfindung
die Eigenfrequenz des Schwingers verändert werden. Sie lä@ßt sich proportional der
Einspannlänge machen, wobei die Wurzelabhängigkeit in ein lineares Verhältnis übergeht.
Die Gleitmutter 36 läuft auf einem Innengewinde 37 der zylindrischen Bohrung des
Gehäuses 13 und zugleich auf dem Außengewinde 3'8 der Feder 32. Bei noch festerer
Einspannung soll ein. Klemmhackenfutter 39 angewandt werden, das an der Stirnfläche
der Gleitmutter angebracht ist.
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Zur Erzielung eines noch breiteren Bereichs der Amplituden der Feder
können gemäß der Erfindung mehrere solcher zylindrischer Rohrfedern 4o, 41 und 42
nach Fig. 3 ineinandergeschachteltwerden, wobei die abwechselnd verbundenen Kopfenden
möglichst biegungssteif gehalten sind. Wesentlich ist, daß die einzelnen oder auch
bestimmte Rohre von der Seite aus durch ein Spannfutter, z. B. in Form einer großen
Einspannmutter 43 wie bei .der vorher beschriebenen einfachen Rohrfeder oder in
Form eines Einschraubbolzens q:,., nacheinander erfa,ßt und in ihrer Einspamilänge
verändert werden.
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Gemäß der Erfindung können auch außerhalb des Antriebssystems befindliche
Massen oder Massenteilchen, z. B. bei Schüttelsieben oder Transportrutschen usw.,
in einstellbarer Schwingungsresonanz bewegt werden.. Diese Bewegung geschah bisher
meist auf mechanische Weise, wobei die Energiezufuhr z. B. durch rotierende Unwuchten
erfolgte. Einen elektrodynamischen Antrieb für diese Zwecke kann man mit dem vorliegenden
Schwinger erzielen. Auch bei Förder- und Transport- oder Mischanlagen ist eine bequeme
Änderung der Federkonstanten erwünscht, um die Betriebsfrequenz der jeweiligen Last
anzupassen, auch wenn nicht in der Resonanz gefahren werden kann. Gegenüber dem
Betrieb von Schwing- und Prüftischen braucht hier der Frequenzbereich nur in geringem
Umfange geändert zu werden. Der Unterschied gegenüber der bisher geschilderten Verwendung
des Schwingers liegt lediglich darin, daß sich die zu bewegenden Massenteilchen
außerhalb des Antriebssystems befinden und z. B. durch eine Zugstange 45 (Fig. 3)
oder durch eine andere Übertragung, z. B. einen Kniehebel, an das Feder-
System
im Kraftangriffspunkt 4.6 angeschlossen werden.
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Für den elektrodynamischen Antriebt ist die Ausbildung der Treibspule
von wesentlicher Bedeutung, da sie bei großer Amperewindungszahl eine hohe Festigkeit
haben muß. Dies wird durch besondere Herstellungsweisen erreicht. Nach Fig..I und
5 wird aus dem zylindrischen Teil eines metallischen Hohlzylinders .47 eine schraubenförmige
\ut .f8 ausgefräst und mit erhärtendem und die Windungen verbackendem Isolierstoff
ausgefüllt. Die Spule wird dann durch Einbetten der Zylinderwände 4.9 und 5o in
denselben Isolierstoff und durch Pressen in einer für die Herstellung von Preßmassen
gebräuchlichen Vorrichtung in die endgültige feste Form gebracht.
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ach Fig. 6 und 7 wird die Spule aus einem Hohlzylinder gefräst, bei
dem mehrere Stege 51 in Richtung der Mantellinie des Zylinders 52 angeordnet sind.
Diese Stege 51, die außen oder innen an der Zvlinderwand sein können, bleiben beim
Durchfräsen der Wand stehen. In die Fräsnuten 53 preßt man nunmehr Isoliermasse,
warm ein, Nach dem Erkalten und Erhärten der Masse können die Stege entfernt werden.
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Zur Herstellung von Spulen sehr hoher Festigkeit läßt man die Stege
5 r stehen, sie werden nach dem Einbringen der Isoliermasse ebenfalls durchfräst
und die in ihnen entstehenden Nuten mit Isoliermasse ausgefüllt. Die Stege erhalten
dann eine Bohrung 5.4 zur Aufnahme einer Stütze 55 aus hartem Isclierstoff (Keramik)
oder aus isoliertem Metall.
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Schließlich kann man die Spule auch auf folgende Weise herstellen:
Um einen glatten zylindrischen Lehrdorn 56. wird ein flaches Kupferl>a.nd 57 so
gewickelt, daß das Band senkrecht zur Zylinderachse geführt wird (Fig. 8 und 9).
Hierbei (lehnt sich hei weichem Kupfer der äußere Umfang des Bandes so stark, daß
das Band glatt ausgewickelt «-erden kann. Während des Wickelns lackiert man das
Band mit Emaillelack oder einen ähnlichen hartverbackenden Isoliermittel und trocknet
unter Vorspannung. Beide Bandenden sind auf Kupferringe 58 aufgeschweißt. Zur Erzielung
besonders hoher Festigkeit können diese Ringe miteinander verbunden und isoliert
miteinander verschraubt «-erden. Dieses Herstellungsv erfahren eignet sich am besten
für große Spulendurchmesser.
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Um schließlich bei einem Schwinger eine Selbsterregung für jede eingestellte
Frequenz sicher zu bekommen, kann das rückgekoppelte System entweder mechanisch
oder elektrisch angestoßen werden, Bei schweren Massenschwingern kommt eine mechanische
:Anregung nicht in Betracht, auch für normale Schwinger ist eine elektrische Anfachung
bequemer. Um diese zu erzielen, wird gemäß der Erfindung nach Fig. io vor den Regelverstärker
59 am Eingang der Steuerspannung eine Schwingschaltung (Multivihrator) 6o angeschlossen.
Diese bekannten Schwingschaltungen haben die- Eigenschaft, ein sehr breites Frequenzspektrum
zti erzeugen, so da.ß für jede Frequenz eine Anregespannung zur Verfügung steht.
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Für Anlagen mit kleinerer Schwingleistung (unter roo W) ist ein gleichzeitig
mit dem mechanischen Schwinger abzustimmender elektrischer Schwingkreis nicht unbedingt
erforderlich. Bei seiner Verwendung soll dieser nunmehr zwischen dem Multivihrator
und dem Regelverstärker angec.rdnet «erden, da so die Multivibratorspannung gefiltert
werden kann. Auch tritt dann kein Leistungsverlust im elektrischen Schwingkreis
auf, der leim Anschluß hinter dem Verstärker 61 zu erwarten ist.
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Bei der Veränderung der Federlängen verändert sich infolge der Änderung
der Gleitziffer der Reibungsbeiwert und damit die Dämpfung des mechanischen Resonanzsystems.
Um diese Änderung zu kompensieren und gegebenenfalls darüber hinaus eine bestimmte
Abhängigkeit der Dämpfung von der Regelstellung, d. h. der Federlänge, zu erreichen,
wird gemäß der Erfindung der Ohinsche Widerstand auf der Regelstrecke IITP und damit
die Entdämpfung des mechanischen Schwingkreises infolge Verstärkungsänderung mit
der Einstellung der Frequenz geändert. Das Zahnrad 16, durch das nach dem Hauptpatent
die Spindel 14 gedreht wird. um die Backenklemmen 9 und damit die Einspannlänge
der Blattfedern 7 zu verändern, ist zu diesem Zweck mit einem Regelwiderstand 62
und 63 der Regelstrecke mechanisch gekoppelt. Dieser Widerstand besteht aus einem
T-Glied, worin der Ouerwiderstand 63 als Potentiometer ausgebildet ist (Fig. iä).
In diesem Potentiometer werden die Wickelstufen, d. h. die Folge der Widerstandswerte,
so gewählt, daß diese, proportional den mechanischen Widerstandswerten des Schwingers
längs der Verstellstrecke sind.
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An Stelle des Röhrenleistungsverstärkers 61 kann auch ein rotierendes
Aggregat treten, dessen Drehzahl gleichzeitig mit der Verstellung der Feder-Z, vorn
Zahnrad 16 eingestellt wird. Seine Ausgangsleistung läßt sich durch Veränderung
des Ma.gnetisierungsstrc:mes der Maschine vom Verstärker L', aus einstellen.