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Elastische Lagerung für schnellrotierende Teile, insbesondere von Wäscheschleudern mit lotrechter Welle
Die Erfindung betrifft eine elastische Lagerung für schnellrotierende Teile, insbesondere von Wäscheschleudern mit lotrechter Welle, wobei der rotierende Teil durch in der Schwerpunktebene symmetrisch angeordnete eigengedämpfte elastische Massen gegenüber dem Gehäuse oder einem Teil davon bzw. einem besonderen Traggestell abgefedert ist.
Die Schwierigkeit bei einer solchen elastischen Lagerung liegt darin, dass die Übertragung der durch die mehr oder weniger grosse Unwucht hervorgerufenen Querbeschleunigungen des rotierenden Teiles auf das Gehäuse vermieden werden muss. Geschieht das nicht oder in nicht ausreichendem Masse, so beginnt die ganze Schleuder-die üblicherweise nicht ortsfest befestigt, sondern transportabel ist-auf dem Boden zu tanzen und zu wandern.
Im folgenden werden bei der Erläuterung der Erfindung Begriffe verwendet, die hier vorab definiert werden sollen :
Die Richtungen des durch den Schwerpunkt des abgefederten Systems gelegten kartesischen Koordinatenkreuzes x und y (und auch z) werden im folgenden häufig mit "hoch", "längs" und "quer" bezeichnet. Da das System um die Hochachse rotationssymmetrisch ist, ist die x-ybzw. Hoch-Längs-Ebene identisch mit der x-z-
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den Schwerpunkt des abgefederten Systems.
Findet in dieser Ebene eine Schwingung in der y-bzw. Quer-Richtung statt, so spricht man von einer Schwingung in Quer-Richtung ; findet eine Drehschwingung um einen Punkt in dieser Ebene statt, so spricht man von einer Schwingung in Hoch-Quer-Richtung.
Auch die Steifigkeit der elastischen Massen ordnet man den einzelnen Richtungen zu ; es gibt also eine Steifigkeit der elastischen Massen in Hochrichtung CH und eine solche in der Querrichtung CQ.
Die Erfindung besteht nun darin, dass der Teilkreis, auf dem die der Abfederung dienenden eigengedämpften Massen mit dem rotierenden Teil in an sich bekannter Weise in der achsnormalen Schwerpunktsebene verbunden sind, einen Durchmesser von der Grösse D2=8. k. i2 aufweist, worin k das Verhältnis der Steifig- keit der Federn in Quer- und Hochrichtung - CQ : CH-und i der Trägheitsradius des abgefederten Teiles um die Querachse ist,
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bestimmt, wodurch die beiden Eigenfrequenzen bei etwa 3 Hz liegen.
Man beachte, dass hier das kartesische Koordinatensystem aus der Hoch-, der Längs- und der Quer-Achse besteht. Eine Drehung um eine zur Längsachse parallele Achse findet also in der Hoch-Quer-Ebene statt und wird als eine Schwingung in der Hoch-Quer-Richtung bezeichnet.
Durch die Erfindung ergibt sich u. a. der Vorteil nur einer Eigenfrequenz des elastisch aufgehängten rotierenden Teiles. Bei den bekannten Zentrifugen werden beim Anlaufen immer zwei Eigenfrequenzen durchlaufen, u. zw. handelt es sich dabei um eine Qurrschwingung und zum andern Mal um eine Schwingung in der Hoch-Quer-Ebene, d. h. also, um eine Taumelbewegung. Der Teilkreis, auf dem die Aufhängeelemente aus den eigengedämpften, elastischen Massen angeordnet sind, steht in einem bestimmten, von der jeweiligen Ausbildung der Aufhängungsteile abhängigen Verhältnis zum Trägheitsradius. Die erfindungsgemässe Ausbildung mit der tiefen Eigenfrequenz hat darüber hinaus den Vorteil, dass die auftretenden Seitenkräfte und Amplituden gering gehalten werden können.
Weitere Merkmale der Erfindung und die sich daraus ergebenden Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes. Die Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Trockenschleudern für Wäsche.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine Trockenschleuder mit statisch auf Druck beanspruchter elastischer Aufhängung, Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine Trockenschleuder mit statisch auf Zug bean-
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spruchter elastischer Aufhängung, Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 2, Fig. 4 eine schematische Darstellung der Lagerung im Aufriss und Fig. 5 eine Draufsicht hiezu.
Bei der Ausführung nach Fig. 1 besteht die Trockenschleuder aus dem Gehäuse 1, das mit den elastischen Füssen 2 auf dem Boden aufgestellt ist. Im Gehäuse 1 ist zum Auffangen und Ableiten des Wassers der Zwischenboden 3 eingezogen.
Das rotierende Aggregat besteht aus dem Antriebsmotor 6, der über die senkrechte Welle 5 die Schleudertrommel 4 treibt. Der Schwerpunkt des rotierenden Aggregates ist mit 7 bezeichnet, wobei der Schwerpunkt bei gefüllter Schleudertrommel verstanden wird.
Zur Aufhängung des rotierenden Teiles dienen Gummifedern, u. zw. vorteilhafterweise in Form von Gummimetallbauteilen. Im vorliegenden Fall sind die Gummimetallbauteile 8 rings um die senkrechte Welle und parallel zu ihr angeordnet. Sie stützen sich auf den Zwischenboden 3. Auf ihnen ist ein Kragen 9 befestigt, der seinerseits am Flansch des Motors 6 angeschraubt ist. Die Gummimetallbauteile 8 sind also statisch auf Druck beansprucht. Ihr Angriffspunkt am rotierenden Teil, d. h. also am Kragen 9, liegt in der achsnormalen Schwerpunktsebene 10.
Die Anzahl der Aufhängungspunkte kann verschieden sein, muss jedoch mindestens drei betragen. Für jeden Aufhängungspunkt ist ein Gummimetallbauteil 8 vorgesehen. Diese haben beim dargestellten Ausführungsbeispiel runden Querschnitt, es können also hiefür an sich bekannte, zylindrische Gummimetallbolzen verwendet werden.
Die Befestigung am Zwischenboden 3 und am Kragen 9 erfolgt über ihre Metallteile z. B. durch Verschraubung. Im vorliegenden Fall wird es zweckmässig sein, die Gummimetallbauteile 8 auf einen Teilkreis anzuordnen, dessen Radius etwa die Hälfte des Trägheitsradius des rotierenden Teiles beträgt.
Fig. 2 zeigt eine Trockenschleuder prinzipiell gleichen Aufbaues, die unter dem Motor 11 eine Bremse 12 hat. Der Schwerpunkt 13 des rotierenden Teiles liegt hier verhältnismässig tief. Die Aufhängung erfolgt zweckmässig durch statisch auf Zug beanspruchte Gummimetallbauteile 14. Diese liegen nicht parallel zur Welle 15, sondern sind zu ihr geneigt, so dass sie, insgesamt gesehen, auf einem Kegelmantel liegen.
Die Spitze des Kegelmantels zeigt nach unten.
Wiederum müssen mehrere, u. zw. mindestens drei, Gummimetallbauteile 14 vorgesehen sein ; beim dargestellten Beispiel sind es vier. Wie Fig. 3 zeigt, haben die Gummimetallbauteile 14 rechteckigen Querschnitt und sind so angeordnet, dass die längere Achse des Rechteckes tangential zur Welle 15 liegt.
Man kann an Stelle des rechteckigen auch einen ellipsenförmigen Querschnitt wählen und die Gummimetallbauteile so anordnen, dass ihre längere Querschnittsachse radial zur Welle liegt.
Auch hiebei liegt der Angriffspunkt der Gummimetallbauteile 14 am rotierenden Teil in der
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möglichstMotorflansch und Gummimetallbauteilen 14 noch besondere Abstandsstücke''17 angeordnet sein. Gegebenenfalls kann man auswechselbare Abstandsstücke verschiedener Höhe vorsehen. Oben sind die Gummimetallbauteile 14 am Zwischenboden 18 festgelegt.
Bei den vorstehenden Beispielen können für jeden Aufhängungspunkt auch zwei oder mehr Gummimetallbauteile vorgesehen werden, die man parallel oder hintereinander schalten kann.
So kann z. B. bei den Anordnungen nach Fig. 1 oder 2 der am Motor befestigte Teil-der Kragen 9 oder die Abstandsstücke 17 - an jedem Aufhängungspunkt zwischen zwei Gummimetallteilen 8 oder 14 liegen. Dabei würde dann eines davon statisch auf Druck, das andere auf Zug beansprucht. Man kann es auch so einrichten, dass die statische Last nur von einem der Gummimetallbauteile aufgenommen wird, während das andere in erster Linie die Dämpfung bei den Betriebsschwingungen übernimmt.
Die zur Abfederung dienenden eigengedämpften Massen 8 bzw. 14 sind mit dem rotierenden Teil in der achsnormalen Schwerpunktebene 10 bzw. 16 auf einem Teilkreis verbunden, dessen Durchmesser sich nach der Formel D2 = 8. k. i2 errechnet, wobei k das Verhältnis der Steifigkeit der Federn in Quer- und Hochrichtung - CQ : CH- und i der Trägheitsradius des abgefederten Teiles um die Querachse ist. Die Eigenfrequenzen des rotierenden Teiles sind demnach in Querrichtung und in der HochQuerrichtung im wesentlichen gleich.
Diese Bemessungsverhältnisse sind im nachfolgenden an Hand der schematischen Darstellung gemäss den Fig. 4 und 5 näher erläutert.
Diese Erläuterung stützt sich auf eine Dissertation von Dipl.-Ing. Konrad Oeser an der Technischen Hochschule Darmstadt aus dem Jahre 1933 mit dem Titel Gummifederung für ortsfeste Maschinen".
Es soll sein :
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worin m die Masse des schwingenden Teiles und z die Anzahl der Federn ist, zu bestimmen. Damit liegen die beiden Eigenfrequenzen bei etwa 3 Hz. Nur bei derartig tief liegender Eigen- frequenz ist es möglich, die Wäscheschleuder standfest auszuführen.