DE968044C - Hydraulischer oder pneumatischer Vibrator - Google Patents

Hydraulischer oder pneumatischer Vibrator

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DE968044C
DE968044C DEE146A DEE0000146A DE968044C DE 968044 C DE968044 C DE 968044C DE E146 A DEE146 A DE E146A DE E0000146 A DEE0000146 A DE E0000146A DE 968044 C DE968044 C DE 968044C
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DE
Germany
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working
spring
vibrator
frequency
ioa
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Expired
Application number
DEE146A
Other languages
English (en)
Inventor
Dr-Ing Alfred Lang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Elektro Mechanik GmbH
ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Original Assignee
Elektro Mechanik GmbH
ELMEG Elektro Mechanik GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
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Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/18Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency wherein the vibrator is actuated by pressure fluid
    • B06B1/183Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency wherein the vibrator is actuated by pressure fluid operating with reciprocating masses

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Description

  • Hydraulischer oder pneumatischer Vibrator Es ist ein hydraulischer oder pneumatischer Vibrator bekannt, der aus einem schwingungsfähigen Arbeitssystem und einem mit diesem elastisch gekoppelten Steuersystem mit federgefesseltem Arbeitskolben besteht. Hierbei werden das Arbeitssystem durch einen vom Steuersystem erzeugten pulsierenden pneumatischen oder hydraulischen Druckmittelstrom erregt und das Steuersystem auf eine von der Eigenfrequenz des Arbeitssystems abweichende Frequenz abgestimmt.
  • Der Vorteil eines solchen selbsterregten Vibrators gegenüber Vibratoren mit starr aufgedrückter Frequenz ist die Möglichkeit der frequenzmäßigen Anpassung des Vibrators an das jeweilige Arbeitsgerät und damit an die Möglichkeit, in die Nähe der Resonanz arbeiten zu können, was bekanntlich den besten Wirkungsgrad ergibt. Treten nun beim Arbeitsgut, oft bedingt durch den technologischen Prozeß während des Arbeitsspieles oder in der Folge mehrerer Arbeitsspiele, größere Änderungen hinsichtlich der inneren Dämpfung (Reibung) des Arbeitsgutes auf, so verstimmt sich der selbsterregte Vibrator, und es können unerwünschte Änderungen der Schwingweite nach oben oder nach unten eintreten.
  • Die Erfindung beseitigt diesen Nachteil des bekannten Vibrators dadurch, daß eine Regeleinrichtung die Eigenfrequenz des Steuersystems selbsttätig nachstellt, sobald die Schwingweite der Arbeitsmasse des Arbeitssystems vom Sollwert abweicht. Bei Hochfrequenzoszillatoren für medizinische Zwecke ist es bekannt, die Behandlungsleistung des Oszillators selbsttätig abzustimmen, wobei die zu behandelnde Person selbst einen Teil des Hochfrequenzschwingkreises bildet und damit durch mehr oder weniger starkes Verstimmen des Belastungskreises die abgegebene Hochfrequenzleistung im Sinne einer angenäherten Konstanthaltung regelt. Es wird also der einem elektrischen Schwingkreis zugeführte elektrische Strom dadurch konstant gehalten, daß dieser Strom durch Beeinflussung eines einstellbaren Kondensators, der parallel zum elektrischen Schwingkreis geschaltet ist, die Abstimmung dieses Schwingkreises beeinflußt.
  • Im Gegensatz hierzu handelt es sich bei dem Gegenstand der Erfindung um einen mechanischen, selbsterregten Schwingkreis, bei dem eine mechanische Größe, nämlich die Schwingweite der Arbeitsmasse des Arbeitssystems, dadurch konstant gehalten wird, daß der mechanische Schwingkreis durch Änderung der Eigenfrequenz des Steuersystems verstimmt wird. Gegenstand des Patents sind nur solche Einrichtungen, die alle Merkmale des Oberbegriffs des Anspruches i aufweisen.
  • Abb. i zeigt ein Ausführungsbeispiel des Gerätes gemäß der Erfindung größtenteils im Schnitt, Abb.2 einen teilweisen Längsschnitt des Synchronisierschiebers senkrecht zum Schnitt der Abb. i.
  • In der Abb. i bedeutet i die Aufspannplatte des V ibrators, an die das Arbeitsgerät angeschlossen wird. 2 ist der Arbeitskolben, der als einfach wirkender Kolben dargestellt ist. Er stützt sich über die Bolzen 4 a und 4 b und die Feder 5 gegen das Gehäuse 3 des Vibrators ab. Der Steuerschieber 6 ist über nicht dargestellte Koppelfedern mit den Bewegungen des Arbeitskolbens :2 gekoppelt. Weiter ist er mit dem Gehäuse 3 durch zwei Fesselungsfedern g verbunden, deren wirksame Länge und damit Federkonstante durch die Synchronisierschieber Iob und Iob verändert werden können. Die Druckmittelzuführüng erfolgt bei 7, die Rückleitung bei ä. Die Feder i i drückt den Synchronisierschieber Io a in die äußerste Endlage, die gemäß Abb. 2 durch den Stift i2 gebildet wird, der mit dem Gehäuse, in dem sich der Synchronisierschieber bewegt, verbunden ist.
  • Der Synchronisierschieber hat an dieser Stelle einen Längsschlitz I9. Der Stift 12 verhindert gleichzeitig ein Verdrehen des Synchronisierschiebers. An diesem Stift 12 ist bei 13 auch das eine Ende der Fesselungsfeder g befestigt, während das andere Ende mit dem Steuerschieber 6 verbunden ist. Der Synchronisierschieber greift an seinem einen Ende über die Fesselungsfeder g hinweg, wobei der mit dem Schieber fest verbundene Stift 14 gleichzeitig die Fesselungsfeder g von innen ausfüllt, so daß die Stellung des Synchronisierschiebers für die auftretende Längsschwingung des Steuerschiebers die aktive Länge der Fesselungsfeder g bestimmt. Der Synchronisierschieber besitzt einen Durchbruch 15 senkrecht zur Achsrichtung, in den ein konischer Stößel 16, der mittels der Feder 17 federnd mit dem Bolzen 4 und damit dem Arbeitskolben verbunden ist, eintauchen kann. Dabei ist die Seitenbewegung des Synchronisierschiebers proportional dem Stößelausschlag. In der Ruhestellung drückt die Feder i i den Synchronisierschieber Ioa bis an den durch den Stift i2 gebildeten Anschlag. Der Stößel 16, dessen Durchmesser etwas kleiner als der Durchbruch 15 ist, berührt dabei gerade die rechte Kante des Durchbruchs 15. Mit zunehmender Amplitude des Stößel 16 wächst die (nach rechts gerichtete) Seitenauslenkung des Synchronisierschiebers Ioa. Mit dem Synchronisierschieber ist ferner noch ein Dämpfungskolben 18 verbunden, der sich in einem beiderseitig unter Druck stehenden Zylinderraum bewegen kann.
  • Die Wirkungsweise des selbsterregten Vibrators ist an sich bekannt. Bei Resonanzabstimmung des Steuersystems auf das durch die Aufspannplatte i, den Arbeitskolben a, die Feder 5 und das Arbeitsgerät gebildete Arbeitssystem ist der Steuerschieber 9o° gegenüber dem Arbeitskolben phasenverspätet, was gerade die richtige Steuerbedingung ergibt.
  • Die einstellbare, nicht dargestellte Koppelfeder, welche das Steuerschiebersystem mit dem Arbeitskolben verbindet, sei nun bei Inbetriebnahme des Vibrators so eingestellt, daß die Eigenfrequenz des Steuersystems auf jeden Fall höher liegt als die zu erwartende Eigenfrequenz des Arbeitssystems. Beim Einschalten des Vibrators wird nun die Koppelfeder von Hand nachgestellt, bis der Vibrator zu schwingen beginnt und die gewünschte Schwingweite auftritt. Dabei ist denn die Fesselungsfeder g bereits wirksam, da bei der eingestellten und konstant zu haltenden Schwingweite des Arbeitskolbens a der Synchronisierschieber io durch den Stößel 16 gerade um seinen halben maximal möglichen Hub ausgelenkt sein soll. Diese Abstimmung soll noch nicht ganz der Resonanzabstimmung entsprechen, vielmehr soll die Regelung so sein, daß immer nur in der Nähe der Resonanz gearbeitet wird, und zwar so nahe an der Resonanzstelle, als es eben zur Erreichung der konstant zu haltenden Schwingweite erforderlich ist, wobei diese Schwingweite natürlich unterhalb der bei Resonanz auftretenden Schwingweite liegen muß.
  • Es ist also so, daß die Eigenfrequenz des Steuersystems etwas über der Eigenfrequenz des Arbeitssystems liegt. Tritt nun eine Änderung am Arbeitsgut auf, derart, daß die Eigenfrequenz des Arbeitssystems kleiner wird, so würde die Schwingweite des Vibrators kleiner werden, da sich die Frequenz des Arbeitssystems von der Frequenz des Steuersystems entfernt. Dies hat zur Folge, daß die Feder i i den Synchronisierschieber io a nach außen drückt, wodurch die aktive Länge der Fesselungsfeder g größer wird und damit die Eigenfrequenz des Steuersystems abfällt. Dadurch nähert sich die Frequenz des Steuersystems wieder der Frequenz des Arbeitssystems, und es stellt sich über die Schwingweite ein neuer Gleichgewichtszustand ein. Nimmt die Frequenz des Arbeitssystems aus irgendeinem Grunde zu, indem z. B. die innere Dämpfung des Arbeitsgutes kleiner wird, so nähert sich die Frequenz des Arbeitssystems der Eigenfrequenz des Steuersystems, die Schwingweite wird größer, und der Synchronisierschieber bewegt sich nach innen, so daß die Fesselungsfeder 9 kürzer wird, was eine Erhöhung der Steuersystemfrequenz zur Folge hat, so daß sich die alte Schwingweite wieder einstellt.
  • Man erkennt, daß sich die Frequenz des Steuersystems an die Frequenz. des Arbeitssystems anpaßt und der Vibrator sich damit selbst synchronisiert. Es muß jedoch darauf geachtet werden, daß bei Inbetriebnahme des Gerätes durch Ändern der Koppelfedern die Frequenz des Steuersystems von oben nach unten an die Frequenz des Arbeitssystems angepaßt wird, so daß auf der richtigen Seite der Resonanzkurve gearbeitet wird (Steuersystemfrequenz - Arbeitssystemfrequenz), sonst läuft die Selbststeuerung des Vibrators auseinander. Andererseits kann natürlich die Synchronisierung so ausgebildet werden, daß das Verhältnis Arbeitssystemfrequenz zu Steuersystemfrequenz größer als I bleibt, daß also bei der Inbetriebnahme des Vibrators die Steuerschieberfrequenz von unten nach oben an die Arbeitssystemfrequenz angepaßt wird. Der Synchronisierschieber Ioa muß dann gerade umgekehrt arbeiten, bei zunehmender Schwingweite muß die Federkonstante der Fesselungsfeder 9 kleiner werden und umgekehrt, was leicht zu erreichen ist, wenn die Druckfeder II durch eine Zugfeder ersetzt wird und der Stößel 16 am anderen Ende des Längsschlitzes 15 aufläuft.
  • Um kein seitliches Reaktionsmoment auf den Steuerschieber 6 zu erhalten, ist es zweckmäßig, zwei Synchronisierschieber Ioa und Iob symmetrisch anzuordnen, wie es in der Abbildung dargestellt ist. Die Aufgabe des Dämpfungskolbens 18 ist es zu verhindern, daß der Synchronisierschieber innerhalb der Schwingungsdauer einer Vibratorschwingung eine Bewegung ausführt. Erst bei Änderung der Amplitude des Vibrators soll der Synchronisierschieber ansprechen. Durch entsprechende Bemessung des freien Durchstromquerschnittes des Dämpfungskolbens 18 soll die Zeitkonstante der aus Dämpfungskolben 18 und Rückzugfeder II bestehenden Rückzugseinrichtung ein mehrfaches der Periodendauer einer Vibratorschwingung sein. Damit beim Vergrößern der Schwingweite des Vibrators keine harten Stöße auf den Längsschlitz 15 des Synchronisierschiebers Io auftreten, ist der Stößel 16 gegenüber dem Bolzen 4a bzw. 4b gefedert, wobei diese Federung zweckmäßig relativ kräftig ist, damit bei plötzlich auftretender Vergrößerung der Schwingweite des Arbeitssystems die Erhöhung der Frequenz des Steuer= systems genügend rasch nachkommt.
  • Die Fesselungsfedern 9 können auch vorteilhaft als Blattfedern ausgebildet werden, wobei die Synchronisierschieber je einen Schlitz erhalten, die die Blattfedern mehr oder weniger abdecken. Die Fesselungsfedern 9 können auch mit Zusatzgewichten versehen sein, die abhängig von der Schwingweite des Arbeitssystems verschoben werden.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Hydraulischer oder pneumatischer Vibrator, bestehend aus einem schwingungsfähigen Arbeitssystem und damit elastisch gekoppelten Steuersystem mit federgefesseltem Arbeitskolben, von denen das Arbeitssystem durch einen vom Steuersystem erzeugten pulsierenden pneumatischen oder hydraulischen Druckmittelstrom erregt wird und das Steuersystem auf eine von der Eigenfrequenz des Arbeitssystems abweichende Frequenz abgestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung die Eigenfrequenz des Steuersystems selbsttätig nachstellt, sobald die Schwingweite der Arbeitsmasse (I) des Arbeitssystems (1, 3, 5) vom Sollwert abweicht.
  2. 2. Hydraulischer oder pneumatischer Vibrator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung wenigstens einen mit der Arbeitsmasse (I) verbundenen Stößel (16) und einen die wirksame Länge der Fesselungsfeder (9) für den Steuerkolben (6) beeinflussenden Synchronisierschieber (Ioa) aufweist und daß eine am Stößel (16) vorgesehene, geneigt zu seiner Bewegungsrichtung verlaufende Steuerfläche (konische Spitze) eine Gegenfläche (Durchbruch 15) am Synchronisierschieber (Ioa) beaufschlagt und dadurch die für die Eigenfrequenz des Steuersystems maßgebliche wirksame Länge der Fesselungsfeder (9) einstellt.
  3. 3. Vibrator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Länge der Fesselungsfeder (9) mit zunehmender Schwingweite des Arbeitskolbens kleiner wird. Vibrator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Synchronisierschieber (Ioa) eine Kolbendämpfung (18) einwirkt. 5. Vibrator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Rückzugfeder (II) jeder Schwingweite des Vibrators eine bestimmte Stellung des Synchronisierschiebers (Ioa) entspricht, wobei die äußerste Endlage durch einen Anschlag (12) begrenzt ist. 6. Vibrator nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante der aus Dämpfungskolben (18) und Feder (II) bestehenden Rückzugeinrichtung für den Synchronisierschieber (Ioa) ein Mehrfaches der sich aus der Vibrationsfrequenz ergebenden Schwingungsdauer ist. 7. Vibrator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (16) zur Betätigung des Synchronisierschiebers (ioa) gegenüber dem Arbeitskolbensystem abgefedert ist (Feder 17). B. Vibrator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (12) zur Einstellung der untersten Eigenfrequenz des Steuerschiebersystems einstellbar ist. 9. Vibrator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei symmetrisch angeordnete Synchronisierschieber (Ioa und Iob) vorgesehen sind. Io. Vibrator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die eigentlichen Koppelfedern, welche das Steuersystem mit dem Arbeitssystem verbinden, einstellbar sind und bei Inbetriebnahme des Vibrators so geändert werden, daß die Annäherung der Steuersystemfrequenz an die Arbeitssystemfrequenz von oben nach unten erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 438 o63, 54o 764, 603 585, 728 196; schweizerische Patentschrift Nr. 243 475. Entgegengehaltene ältere Rechte: Deutsches Patent Nr. 842 411 .
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