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Elastisch nachgiebige Lagerung für Umlaufkörper, insbesondere Wuchtkörper
in Auswuchtmaschinen Umlaufkörper gelangen in den Bereich von Biegeschwingungen,
wenn sie bei Drehzahlen umlaufen, die über ihrer halben niedrigsten Eigenschwingungszahl
liegen. In diesem Zustand dürfen die Umlaufkörper, besonders in wuchttechnischer
Hinsicht, nicht mehr als starr, sondern müssen als elastisch angesehen werden. Biegeschwingungen
stören die Laufruhe der Körper auch dann, wenn die Körper vorher in üblicher Weise
bei kleineren Umdrehungszahlen als der halben iliedri-sten Eigenschwingungszahl
auf Idas mit guten Auswuchtmaschinen erreichbare hohe Gütemaß ausgewuchtet worden
waren. Diese Tatsachen sind für die Lagerung -der Umlaufkörper und auch für das
Auswuchtverfähren zu beachten. Dem üblichen niedrigtourigen Auswuchten von zwei
Ausgleichsebenen aus, muß ein Auswuchten bei Drehzahlen in Biegeschwinggungsbereichen
folgen, sofern die praktische Verwendung des Körpers Umlaufgeschwin-Z> kn digkeiten
innerhalb solcher Bereiche verlangt.
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Die drehzahlabhäng ige Ausbiegungsform und auch die kritischen Drehzahlen
eines elastischen Umlaufkörpers sind gegeben durch seine Gestalt und durch Bedingungen,
die mathematisch als Randbedingunggen bezeichnet werden und technisch als Laggereigenschaften
in Erscheinung treten. Eine glatte Welle z. B., die beiderseits in der mathematischen
Ausdrucksweise gelenkig gelagert ist, also in Pendellaggern läuft, deren Außenringe
völlig starr gehalten sind, hat in der Nähe ihrer ersten kritischen Drehzahl vermöge
der noch nicht ausgeglicheneil inneren Moment-e als Ausbiegungsform etwa
die
Gestalt der halben Periode einer Sinuslinie mit den Nullpunkten in den beiden Lagern.
Die gebogene Wellenachse liegt dabei in einer Ausbiegungsebene.,die mitder Welle
umläuft, Die gleiche. Welle mit beiderseits freien Enden, also mit Lagern, die weich
gefedert sind, hat eine Durchbiegungsform mit tzwei Knoten auf ihrer Achse zwischen
den La-gern. Die kritischen Drehzahlen liegen in diesem Fall höher als bei der Welle
in außen starr .gehaltenen Pendellagern. Die Lagermitten. bewegen sich bei freier
Lagerung und Annäherung an die kritische Drehzahl zufolge der Wellenausbiegung auf
einem kleinen Kreis in einer radialen Ebene.
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Bei modernen Auswuchtmaschinen sind die Lager im allgemeinen in der
Waagerechten weich federnd (f reie Lagerung) und in,der Lotrechten starr
gehaltene Pendelpunkte (gelenkige Lagerung). Der echnell laufend-, elastische Urnlaufkörper
wird daher im Verlauf einer Umdrehung verschiedene Ausbiegungsformen annehmen. Liegt
der Scheitel -der Ausbiegung inder Mitte gerade oben, so wirken die Lager als starrgehaltene
Pendelpunkte, indenen die beiden Knoten entstehen. Naclf einer Viertelumdrehung
ist die ausgebogene Stelle z. B. hinten, jetzt ist die Lagerung jedoch weich. Die
beiden Knoten rutschen längs der Körperachse einwärts, und die Lager bewegen sich
aus ihrer Mittellage. Der umlaufende Körper ändert also in der Nähe einer kritischen
Drehzahl während einer Umdrehung periodisch seine Form, und zwar nicht nur geringfügig,
etwa nur durch geringe seitliche Verschiebung,der Knoten aus den Lagern und zurück.
Denn in der Nähe der kritischen Drehzahl für gelenkige Lagerung findet eine große
Ausbiegung #staft, wenn die Ausbie,--ungsebene lotrecht steht. Nach einer Viertelum#drehung
gilt für die Ausbiegungsebene die freie Lagerung, für die die kritische Drehzahl
beträchtlich höher und die Ausbiegung folglich wesentlich geringer ist.
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Die beschriebenen periodischen Formänderungen vollziehen sich an jedem
Umlaufkörper, wenn er mit einer Drehzahl läuft, bei der er als elastisch zu gelten
hat. In anderen als Auswuchtmaschinen ist .der Unterschied in der Lagerung zwischen
der lot-und der waagerechten Richtung nicht groß. jedoch sind auch hier die federnde
Rückstellung der Lager und ihr Einfluß als auf die Läuferenden. aufgesetzte Ma,ssen
inden beiden Hauptrichtungen voneinander verschieden. Bei lotrechten Bewegungen
muß eine symmetrische Maschinengrundplatte auf den Fundamentstützen mit auf und
ab schwingen, während sie bei waagerechten Lagerbewegungen gekippt wird. Infolgedessen
spielt auch hier die richtige Lagerung rotierender Teile eine ausschlaggebende Rolle
für den erschütterungsfreien Betrieb einer Maschine.
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Die geschilderten und sonstige mit den bisher üb-
lichen Lagerungen
verbundenen Nachteile lassen #sich beseitigen, wenn die Lager sowohl in waagerechter
wie in senkrechter Richtung möglichst gleiche Randbedingungen, d. h. möglichst
gleiche Elastizität und Masse besitzen, also eine radial-isotrope Lagerung darstellen.
In einer Auswuchtmaschine mit radial-isotroper Lagerung gemäß der Erfindung erschwert
die Wuchtkörperresonanz die Unwuchtmessun#g nicht. Es tritt praktisch nur noch eine
einzige erste kritische -Drehzahl auf. Bei einer Wuchtdrehzahl in ,der Nähedieser
Drehzahl läuftder Wuchtkörper in ausgebogenem Zustand ohne merkbare Formänderung
um. Die Lagermitten bewegen sich mit guter Näherung auf einem klein-en Kreis, wobei
Radius und Phasenlage ein Maß fürdie Größe und Whikellage der zur Streckung der
Wuchtkörperachse erforderlichen, in den drei. Ausgleichsebenen anzubringenden Unwuchtkorrekturen
sind. Auch beim Durchgang durch die Resonanz werden nur verhältnismäßig kleine Kräfte
auf das Maschinenbett übertragen. Die Kreisbewegung der Lager kann nötigenfalls
durch bekannte Schwingungsdämpfungsmittel, wie Gummieleufente, -gedämpft werden.
je nach den Umlaufeigenschaften -der verschiedenen Umlaufkörper lassen sich die
isotropen Lagerungen gemäß der Erfindung durch Sonderaus führungen gegebenen Forderungen
anpassen.
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Die Forderungen an radial elastisch nachgiebige Lagerungen, insbesondere
Lagerungen mit radialisotroper Elastizität (isotrope Lagerungen), die vor allem
an Auswuchtmaschinenlager für hochtouriges Wuchten zu stellen sind und aus meßtechtischen
wie auch Sicherheitsgründen wenigstens teilweise erfüllt sein müs-sen, sind: i.
daß Drehung der Lager um ihre eigene Achse verhindert ist 2. daß ein Ausgleich der
Eigengewichtswirkung durch geeignete Mittel, z. B. einstellbare Federn, .gewährleistet
ist, um die Wuchtkörperachse mit dem Antrieb fluchten #zu können, 3. daß
hohe Steifigkeit gegen axiale Kräfte besteht, 4. daß elastische Nachgiebigkeit in
lotrechter Richtung voi:handen ist, jedoch mit Resonanzdrehzahl unter der Wuchtdrehzahl,
zum mindesten unter der Wuchtdrehzahl für den gebogenen Läufer, 5. daß willkürliche
Pendelung der Lagerung um eine Achsensenkrechte verhindert oder 6. eine derartige
Pendelun.g um eine oder zwei Achsensenkrechte ermöglicht ist.
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Die Lagerung nach der Erfindung zeichnet sich .demzufolge aus durch
elastische, in verschiedenen vorzugsweisesenkreclitztieinanderstehendenEbenen angeordnete
und die Lagerung tragende Mittel von solcher Beschaffenheit, die z. B. derartige
Federkonstanten besitzen, daß sie bei hochtouriggem Körperumlauf Drehschwingungen
oder Drehbewegungen der Lagerung um die Umlaufkörperachse widerstehen und im übrigen
lineare und kreis- oder ellipsenförmige Lagerschwingungen in all sich bekannter
Weise zulassen.
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Die Abbildungen veranschaulichen Beispiele der neuen radial elastischen
Lagerung, die die genannten Bedingungen erfüllen. Die Lösungen nach den Abb. i bis
3 genügen all-gemein den Forderungen i bis 5, den Forderungen
3 und 5 insbesondere dann, wenn Blattfedern als Lenkerfedern verwendet
werden. Die Lösungen nach Abb. i und 2 können exakt
i-adial-i-sotro
hinsichtlich ihrer Federung und die P Lösung nach Abb. 3 dazu noch radial-iso-Lrop
hinsichtlich ihrer mitschwingenden Masse ausgeführt werden. Die Abb. 4 bis
6 veranschaulirilen ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Pendelun
' - des Lagers lim zwei Achsensenkrechte ermöglicht ist (Forderung
6). Abb. 4 zeigt die perspektivische Gesamtansicht ein-er Laggerung mit eingelve
' gtem Umlaufkörper, Abb. 5,den Aufriß und Abb. 6 einen Schn,tt nach
der Linie V-V in Abb. 5.
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In den Abb. i bis 3 ist die eine Lagerbrücke mit dem Wuchtkörperlagger
einer im übrigen nicht dargestellten Wuchtmaschine zu sehen. Es bedeutet i den Zapf-en
des Wuchtkörpers:2.der im Lager 3 1,111-1-läuft. Die La" rbrücke
-1 ist auf senkrecht en Lenkerfedern 5 abgestützt und vermag auf ihnen
in waagerecht-er Richtung quer zur Wuchtkörperachse zu schwingen, ohne sich in ihrer
Ebene drehen zu können. An den sch-,vingeenden Laggerbrücken oder den Lagern
0 werden in an sich bekannter Weise die Unwuchtmessunor gen vorgenommen.
Die Lenkerfedern 5 sind im Bett oder Fundament 6 v,-ranlz.,-rt. Bei
der Ausführungsform nach Abb. i, die beim Wuchtkörperumlauf Drehschwingungen od"-r
Drehbew-egungen des Lagers um die Wuchtkörperachse verhindert, ist das Zapfenlager
3 zwischen zwei iingefähr parallel zueinander im wesentlichen rechtwinklig
zu den Lenkerfedern 5 sich erstreckende Lenkerfedern 7 eingespannt,
die an ihrem anderen Ende in einem besonderen, mit :der Brücke 4 v"rbundenem Teil
8 befestigt sind. Die Lenkerfc-dern 7
besitzen erfindungsgemäß eine
solche Konstant..-. daß si-, bei niedrigtourigem Wuchten als liart.#-Federung nähezu
unelastisch bleiben, oder sie be-
sitzen die gleicht Fed-erkonstante wie die,
Lenkerfedern # und bildendann zusammen mit diesen,--ine radial-isotrope Lagerung.
Die Fed2rn - sind außerdem wie auch die Federn 5 der Brücke 4 gegell
Kräfte, die in Richtung der Wuchtkörp-,rachse wirken wollen, unnachgiebig. Damit
die Gewichte sch-,verer Wuchtkörper i und ihrer Lager 3 Ohn-,-Einfluß auf
die Nullage der Lagerschwingungen bleiben und die Wuchtkörperachse leicht in die
Alltriebsachse gefluchtet werden kann, ist zwischen der oberen Ouerfeder
7 und dem Fuß des Beeffestigungsteiles 8 eine das Wluchtkörpergewicht
aufn--,hmz-ndi2 Hilf sfeder 9 einggespannt, deren Spannung mit Hilfe der
Vorrichtung:2o einstellbar ist. Bei der niedrigtourigen Wuc itung können die Federn
7 bei entsprechenden Konstanten als Sperrorgane für Schwingbeweg,ungen in
vertikaler Richtung wirken. Erst wenn die Wuchtdrehzahl an das Halbfache der Eigenschwingungszähl
des Wuchtkörpersheranreicht, hört auch die Zwanggsführung in der einen Ebene auf;
die elastischen -Verformungen des Wuchtkörpers wirken sich dann etwa kreissymmetrisch
auf die Lagerschwingungen aus. Die Lagrung ist bei genügend hoher Drehzahl quasi
radialisotrop. Eine Tendenz zu Laggerdrehschwinglingen beanspruchen die Federn
5 und 7 aÜf Zug bzw. Druck-, dem sie nicht nacb,-eben.
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Die Abb. 2, die in den Teilen i bis 6 und in ihrer Wirkung
hinsichtlich der Drehstarrheit mit der vorli>#-r,geli..-iid"2ii K-onstruktion übereinstimmt,
b.-sitzt zur Erzielung vertikaler Federung eine iii-direlz+.c Abstützung der Lenkerf',dern
5 gegün das Bett od,--r Fundamen t. Die Lenkerfedern 5 st,-hen auf
Stützhebeln io, di"- an einem Ende durch Verinittlung von Federn ii elastisch drehbar
auf dem Bett od#.-r Fun#dament6 stehen. am anderen Ende durch ein Federgelenk 12
miteinander verbunden sind. 13 ist die einstellbare Feder zur Aufnahme des
Eigengewichts des Wuchtkörpers. Sowohl für die -#vaa,-erechte wie auch für die lotrechte
Schwinglingshewegung sind Arretiervorrichtunggen 14 bzw. 15 vorgesehen.
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D#-r Unterschied zwischen den Ausführungsform-en gemäß Abb. i und2
ist in schwingun-stechnischer Hinsicht der, daß bei Abb. i die mitschwingende
Masse in der Vertikalen geringer ist als in der Horizontalen und bei Abb. 2 nint'el
-o# zehrt.
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Abb. 3 zeigt einc Lösung, um die '-,\lass--ndifier#2iiz auszugleichen.
An das Lager 3 ist die Hilfsmasse 17 an-gel,-iilzt. Um sie an züi hindern,
ist die Hilfsmasse durch ein elastisches Organ 18 mit dem Bett oder Fundanient
6 verbunden.
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Sind die Lenkerfedern Blattfedern und soll an Stelle von Forderung
5 die Forderung 6 erfüllt ,verden, dann muß in das Lager
3 der Abb. i und ein sphärisch einst,-Ilbare.s Zwischenlager eingefügt werden,
in dem der Wuchtkörper läuft.
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In den Abb.,1 bis 6 bedeutet ioi einen Umlaufkärpcr mit den
Lagerzapfen io2. Lagerträger 103 sind auf feststehenden Sockeln io-t od. dgl. in
ge-
eigneter Weise angeordnet. Der Antrieb für den Umlaufkörper ist nicht
dargestellt, weil er auf beliebige Art ausgeführt werden kann.
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Jeder Lagerträgger 103 nimmt in zylindrischen Öffnungen io5
die Tragzapfen 107 eines Kardanringes io6 auff. Innerhalb der Kardanringge liegen
die Innenlager io8 für die Zapfen io2 des Umlaufkörpers ioi. Die Innenla-."r io8
werden gehaltni und geführt durch ihre Tragzapfen iog in entsprechenden Zylinderöffnungen
iio des Kardanringes io6. Die Richtung der Zapfen iog-iog schneidet die Richtung
der Zapfen 107-107 vorzugsweist- rechtwinklig. Der Kardanring io6 und die
Inn-.nlager io,9 sind, wie die Abbildungen erkenne-ii lassen, zweiteilig ausgl-führt,
um das Ein- und Ausbringendes Umlauflziirpers ioi züi -erleichtern. Das Innenlageer
io8 kann zweckmäßiggerweise auch austauschbar sein' damit Umlaufkörper verschiedener
Zapfenstärke 102 aufgenommen werden können.
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Die vier im Kardankreuz angeordneten Zapfenstellen 107-107 und iog-iog
sind erfindungsgemäß elastisch ausgekleidet z. D. mit Gummihülsen 107'
bzw.
io911. Welche Querschnittsform für diese Hülsell zu wählen ist, z. B. ob zylindrisch,
wie gezeichnet, oder prismatisch, richtet sich im weselltlichen nach den 'Eigenschaften
des verwendeten elastischen -Materials. Die -,#£tislzlei,dting ist derart bemessen,
daß sie Dreh- und Längsbewegtingen der Zapf-en im Zylinder wenig Federwiderstand
und Querbewegungen der Zapfen viel Widerstand entgegensetzt.
Es
-ist vorteilhaft, die-Zapfenstellen und ihre elastische Auskleidung vom Gewicht
des Umlaufkörpers zu entlasten. Dies geschieht in einfacher Weise Z. B. dadurch,
daß für den oberen Zapfen iog eine federnde Aufhängung oder für den unteren Zapf-eniog
eine federn-de Abstützung angeordnet wird. Die Abb. 5 und 6 zeiglen
eine schematisch angedeutete Lösung für die letztere Abstützung. Die Stützfeder
iii ist zwischen dem Zapfen iog und einem einstellbaren Widerlager 112 eingespannt.
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Bei Wuchtmaschinen mit Schwingungsanzeigeinstrumenten, z. B. den bekannten
elektrischen Tauchspulen, werden die Tastorganedieser Spulen zweckmäßig an die vertikalen
Zapfen oder durch ,die horizontalen Zapfen 107-107 bis zum inneren Lager io8 geführt,
damit sie dessen Schwingungen messen und zur Anzeige bringen.
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Die Abb. i bis 5 deuten nur einen Teil der möglichen Ausführungsformen
an. Es sind u. a. auch Kombinationen derart möglich, daß z. B. für die horizontale
Schwingungsrichtung Lenkerfedern und für die vertikale Schwingungsrichtung Gummihülsenfedern
verwendet werden. Konstruktionen, die im Wagenbau zur Parallelführung von Brücken
dienen,sind auch für,die Lösung der hier gestellten Auf-gaben oft mit Vorteil anwendbar.