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Elektrischer Vibrationserzeuger Die Erfindung betrifft einen umlaufenden,
elektrischen Vibrationserzeuger, bei dem exzentrisch angeordnete, umlaufende Massen
zur Erzeugung der gewünschten Vibrationen Verwendung finden. Der Hauptzweck der
Erfindung ist, einen Vibrationserzeuger mit wenigen beweglichen Teilen zu schaffen,
der keine durch die Vibrationen leicht zu beschädigenden Lager besitzt.
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Es ist bereits bekannt, exzentrische Massen unmittelbar auf der Welle
eines elektrischen Motors anzubringen, so daß während der Drehung der Welle Vibrationen
erzeugt werden, die eine der Umlaufzahl der Welle entsprechende Frequenz haben.
Bei Einrichtungen dieser Art sind jedoch die Wellenlager beträchtlichen Beanspruchungen
ausgesetzt, und die Schwingungsfrequenz kann nur durch Änderungen der Wicklung des
Motors geregelt werden, wodurch der Welle eine andere Umlaufgeschwindigkeit erteilt
wird. Vibrationserzeuger der besagten Art sind in der Regel mit einem Asynchronmotor
mit Kurzschlußläufer ausgerüstet.
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Ferner können umlaufende Vibrationserzeuger in der Weise hergestellt
werden, daß man die Motarwelle ein um sie umlaufendes, sogenanntes konisches Pendel
antreiben läßt, dessen freies Ende einen Rotationskörper bildet, der auf der Fläche
eines im Ouerschnitt kreisförmigen, der Pendelbewegung entsprechend gestalteten
Rotationskörpers rollt, so daß das freie Ende des Pendels veranlaßt wird, eine planetenförmige
Umlaufbewegung auszuführen,, die je nach dem Größenverhältnis der
einander
zugeordneten Abrollflächen eine gegenüber der Pendelumdrehung, d. h. der Umlaufgeschwindigkeit
des Magnetfeldes, schnellere oder langsamere Verschiebung des Schwerpunktes bewirkt.
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Obwohl diese Art umlaufender Vibrationserzeuger eine leichte Regelung
der Schwingungsfrequenz ermöglicht, ohne Änderungen am Antriebsmotor erforderlich
zu machen, und beispielsweise vorteilhaft als Immersionsvibratoren oder sogenannte
Stab- oder Schaufelvibratoren Verwendung finden können, ist ihre Bauweise in anderen
Fällen weniger geeignet wegen der verhältnismäßig großen. Abmessungen und wegen
der Schwierigkeit,geeignete Lager für das feststehende Ende des konischen Pendels
zu erhalten.
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Die Erfindung beruht auf der früher gemachten Beobachtung; daß einem
elektrisch leitenden, vorzugsweise lamellierten Umlaufkörper, der exzentrisch in
einem umlaufenden elektrischen Magnetfeld liegt, beispielsweise in dem Stator eines
dreiphasigen Asynchronmotors, eine Umlaufbewegung um seine eigene Achse mit einem
verhältnismäßig hohen Grad von Exzentrizität erteilt wird. Der Umlaufkörper sollte
hierbei zweckmäßig gegenüber dem umlaufenden elektrischen Magnetfeld so angeordnet
werden, daß er durch alle entstehenden Kraftfelder beeinflußt wird; er sollte daher
so angeordnet sein, daß die Rotationsachse des Magnetfeldes durch ihn hindurchgeht
und nicht außen an ihm vorbeiläuft. Wenn der Umlaufkörper derart in dem Magnetfeld
liegt, daß seine Umlaufachse, d. h. seine Mittelachse um die Rotationsachse des
Magnetfeldes frei herumlaufen kann, und zwar als Ergebnis des Umstandes, daß eine
an dem Umlaufkörper konzentrisch mit seiner Achse angeordnete Umlauffläche auf einer
größeren oder kleineren Rollbahn abrollen kann, die konzentrisch zu der Rotationsachse
des Magnetfeldes liegt, wobei beträchtliche Reibung auftritt, so kann eine Winkelgeschwindigkeit
des Schwerpunktes des Umlaufkörpers um die Rotationsachse des Magnetfeldes erzeugt
werden, die verschieden von der Umlaufgeschwindigkeit des Magnetfeldes ist.
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Ein Vibrationserzeuger dieser Art bietet daher nicht nur den Vorteil,
daß das Problem der konzentrischen Anordnung umlaufender exzentrischer Massen in
Kugellagern od. dgl. beseitigt ist, sondern es kann auch die Vibrationsfrequenz
leicht durchAuswechseln der Umlauffläche oder der Rollbahn geändert werden, was
zur Folge hat, daß die Abmessungen des Vibrationserzeugers klein gehalten werden
können. Es ist daher mit dieser Anordnung möglich, die Schwingungsfrequenz nach
oben und unten zu ändern oder auch beizubehalten, falls dies erwünscht ist.
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Die Anbringung des Umlaufkörpers kann vorzugsweise derart erfolgen,
daß der Stator, in dem das Magnetfeld erzeugt wird, an seinen Seitenschilden mit
vorstehenden Wellenstümpfen versehen wird und der Umlaufkörper wenigstens an seinen
Enden als rohr- oder hülsenförmiger Körper ausgebildet wird und diese Enden von
den Wellenstumpfen der Seitenschilde getragen werden. Der Schwerpunkt des Umlaufkörpers
wird dann mit einer Geschwindigkeit, die von der Umlaufgeschwindigkeit des Magnetfeldes
abweicht, um die Achse des Magnetfeldes verschoben. Der Umlaufkörper kann aber auch
an seinen Enden mit vorstehenden Tragzapfen versehen sein, die in Öffnungen größeren
Durchmessers in den Seitenschilden des Stators eingreifen, so daß der Schwerpunkt
des Umlaufkörpers um die Achse des magnetischen Feldes wahlweise mit einer höheren
oder niedrigeren Geschwindigkeit umläuft, je nach den Durchmesserverhältnissen.
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Bei den bekannten Ausführungsformen des Vibrationsgerätes der obenerwähnten
Art, bei denen der Stator radial um den Umlaufkörper angeordnet ist, wird natürlich
ein verhältnismäßig breiter Luftspalt an einer Stelle zwischen dem Umlaufkörper
und dem Stator erzeugt, und ferner werden bei großen Leistungen des Vibrationsgerätes
die Abmessungen in radialer Richtung verhältnismäßig groß, was in einigen Fällen
unerwünscht sein kann. Um dies zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung das Vibrationsgerät
so gebaut, daß der Stator aus zwei gleichachsig zueinander angeordneten getrennten
Teilen besteht, die je neben dem Umlaufkörper angeordnet sind und zwischen sich
ein elektromagnetisches Drehfeld erzeugen,, das sich durch zwei konstante Luftspalte
zwischen den Statorteilen und dem Umlaufkörper und in axialer Richtung durch den
Umlaufkörper erstreckt.
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In der Zeichnung ist eine praktische Ausführungsform eines Vibrationsgerätes
gemäß der Erfindung im Axialschnitt dargestellt.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Vibrationsgerät, das als Immersionsvibrator
ausgebildet ist, umfaßt der Stator zwei im wesentlichen gleich ausgebildete Teile
io und ii, die je einen ringförmigen, lamellierten, mixt Wicklungen 12 und
13
für dreiphasigen Wechselstrom versehenen Kern umgeben, und zwar derart,
daß die Statorteile io und i i miteinander zwischen sich ein rotierendes elektromagnetisches
Feld erzeugen, weil sie koaxial in einemAbstand voneinander angeordnet sind. Die
ringförmigen Kerne der Statorteile können aus spiralförmig aufgewickelten Transformatorblechen
bestehen, wobei die Erzeugende der Ebene der Bleche für alle Windungen parallel
zur Achse des so gebildeten ringförmigen Kernes verläuft. Bei dem dargestellten
Vibrationsgerät können die elektrischen Wicklungen i2, 13 so ausgebildet
sein, daß die magnetischen Kraftlinien des rotierenden Magnetfeldes im wesentlichen
axial durch den Zwischenraum 14 zwischen den Statorteilen laufen; in diesem Zwischenraum
14 ist ein Umlaufkörper 15 angeordnet, der -aus einem spiralförmig unterteilten,
ring- oder hülsenförmigen Körper besteht, dessen Aufbau dem der Kerne der Statorteile
entspricht. Die Unterteilungswindungen des Umlaufkörpers sind an seinen Enden durch
radial verlaufende Kurzschlußstäbe 16 kurzgeschlossen, die ihrerseits innen und
außen untereinander durch Kurzschlußringe 17 und 18 verbunden sind. Darüber
hinaus
ist der Umlaufkörper 15 auf seinem Umfang von einer Hülse i9 mit zwei schwach geneigten
oder konischen Laufflächen 2o umgeben, die miteinander in der Axialrichtung einen
Winkel bilden. Diesen Laufflächen 2o sind entsprechend geneigte oder konisch verlaufende
Laufbahnen 21 einer Laufhülse 22 zugeordnet, die den Raum 14 umhüllt und konzentrisch
zu der Rotationsachse des elektromagnetischen Feldes zwischen den beiden Statorteilen
liegt, wobei die lichte Weite der besagten Hülse an allen Stellen größer als der
zugeordnete Durchmesser des mit seiner Hülse i9 versehenen Umlaufkörpers
15 ist. Die Laufflächen 2o des Umlaufkörpers und die Rollbahnen 21 der Laufhülse
dienen der Führung des Umlaufkörpers unter Erzeugung einer beträchtlichen Reibung.
Alle Teile des Vibrationsgerätes sind in einem Gehäuse 23 angeordnet, das im vorliegenden
Beispiel bei 24 halbkugelförmig oder spitz abgeschlossen ist. Die Statorteile können
elektrisch durch Leitungen 25 verbunden sein, die entweder in außen oder innen an
der Laufhülse 22 vorgesehenen Nuten liegen oder die durch die Mittelöffnung 26 des
hülsenförmigen Umlaufkörpers gehen.
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Wenn, wie bereits gesagt wurde, elektrischer Strom den mit den Wicklungen
12, 13 versehenen Statorteilen io, i i zugeleitet wird, wird in dem Raum 1q. ein
axial ausgerichtetes rotierendes Magnetfeld erzeugt, das das Bestreben hat, den
Umlaufkörper um seine eigene Rotationsachse und die Achse der Laufhülse in Umlauf
zu setzen, so daß er eine Planetenbewegung ausführt, die Schwingungen einer anderen
Frequenz erzeugt als der, die durch die Rotationsgeschwindigkeit des Magnetfeldes
hervorgerufen wird, und zwar in Abhängigkeit von dem Verhältnis des Durchmessers
der Laufflächen des Umlaufkörpers und dem entsprechenden Durchmesser der Rollbahnen
der Laufhülse 22.
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Das in der Zeichnung veranschaulichte Vibrationsgerät bietet unter
anderem den Vorteil, daß der Luftspalt zwischen Umlaufkörper und Stator (Statorteilen)
klein und konstant gehalten werden kann und den weiteren Vorteil, daß die radialen
Abmessungen klein sein können. Dies wiederum hat zur Folge, daß eine größere Leistung
bei unverändertem Gewicht und gleichen Abmessungsverhältnissen zwischen Umlaufkörper
und Stator erzielbar ist als bei den bekannten Bauweisen, und ferner, daß der Vibrator
in Geräte eingebaut werden kann, deren radiale Abmessungen klein gehalten werden
müssen, wie dies beispielsweise bei Stab- oder Schaufelvibratoren für Beton der
Fall ist. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte und beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt; es lassen sich vielmehr bei der Umsetzung der im
Prinzip erläuterten Erfindung in die Praxis zahlreiche bauliche Änderungen vornehmen,
ohne daß man sich von dem Wesen der Erfindung entfernt. Gemäß einer anderen Ausführungsform
kann z. B. die Lauffläche des Umlaufkörpers auch aus der Innenfläche eines sich
durch die Mitte des Umlaufkörpers erstreckenden Rohres bestehen, wobei die zugeordnete
Rollbahn vorzugsweise als sich durch das Rohr erstreckender Bolzen ausgebildet ist
und die Lauffläche in eine Anzahl Ringe aufgeteilt sein kann. Die Rollbahn wird
unabhängig davon, ob sie als zentraler Bolzen oder als Außenhülse ausgebildet ist,
vorzugsweise so gestaltet, daß sie imstande ist, den Umlaufkörper zu führen; das
kann durch Flansche, Schlitze od. dgl. oder, wie in der Zeichnung gezeigt, durch
geneigte oder konische Rollbahnen bewirkt werden, die selbstverständlich in eine
Anzahl Rollbahnen unterteilt sein können.
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Die Rüttelfrequenz des Vibrationsgerätes kann in allen Fällen leicht
durch Auswechselung der Rollbahnen oder durch Vornahme von Änderungen an den den
Rollbahnen zugeordneten, die Führung der Planetenbewegung des Umlaufkörpers bewirkenden
Gliedern geändert werden. Selbstverständlich kann man Stator und Umlaufkörper miteinander
vertauschen.