Schwingungserreger für Maschinen mit vibrierendem Arbeitsbehälter
Maschinen mit vibrierendem Arbeitsbehälter sind beispielsweise Schwingsiebe, Förderrinnen, Gleitschliffmaschinen, Vibrationsmühlen und -mischer. Bei diesen Maschinen wird der Arbeitsbehälter durch eine oder durch mehrere Unwuchtwellen in eine zwei- oder dreidimensionale Schwingung versetzt. Die Schwingung des Arbeitsbehälters erteilt den einzelnen Teilen des darin enthaltenen Füllgutes eine Wurfbewegung, wodurch die ganze Masse in Schwingung gerät und das Gut sich in bezug auf den Behälter bzw. den Transportkanal der Maschine fortbewegt.
Die Arbeitsleistung beim Trennen von Teilen in Siebmaschinen, beim Mischen, beim Mahlen, beim Gleitschleifen oder beim Fördern ist von der Art und der Intensität der Relativbewegungen der einzelnen Teile bezüglich des Behälters abhängig. Sie wird aber auch von der Form des Arbeitsbehälters und von der Charakteristik der Schwingungen beeinflusst.
Die Erfindung will einen Schwingungserreger schaffen, der den Wirkungsgrad der genannten Maschinen erhöht, indem mit ihm wirksamere Relativbewegungen der Teilchen erzeugt werden können.
Der erfindungsgemässe Schwingungserreger weist dazu ein starr mit dem Arbeitsbehälter verbundenes Gehäuse auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mindestens eine motorisch angetriebene Un wuchtwel!lle enthält, deren Unwuchtmasse eine planeten ähnliche Bahn beschreibt, wobei sie um eine zentrale Achse und um die Achse der Unwuchtwelle rotiert.
Mit Hilfe eines solchen Schwingungserregers lassen sich überlagerte Schwingungen erzeugen. In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt:
Fig. 1-4 zeigen Schnitte durch verschiedene Schwingungserreger, in schematischer Darstellung und
Fig. 5 einen Schwingungserreger nach Fig. 1, zusammengebaut mit einer Gleitschliff-Bearbeitungsmaschine, mehr im Detail in grösserem Massstab und teilweise im Schnitt.
Fig. 1 zeigt einen Schwingungserreger mit einem Gehäuse 1 an dessen Boden ein konischer Zahnkranz 2 befestigt ist. Zentrisch in diesem Zahnradkranz ist eine Antriebswelle 3 drehbar gelagert, die in ihrem oberen Teil in einen kreuzförmigen Körper 4 übergeht. Im Körper 4 ist eine Welle 5 drehbar gelagert, die die Antriebswelle 3 senkrecht kreuzt. An einem Ende der Welle 5 ist ein konisches Ritzel 6 und eine Scheibe 7 mit einer Unwucht 8 befestigt. Am anderen Wellenende ist eine Scheibe 9 befestigt, die als Ausgleichsmasse dient.
Ringe 10 fixieren die axiale Lage der Welle 5. Am oberen Teil des kreuzförmigen Körpers 4 ist eine zweite Unwuchtmasse 11 befestigt.
Das Gehäuse 1 wird starr mit dem Arbeitsbehälter der Maschine verbunden. Der Behälter selber ist elastisch gelagert, damit er im Betrieb Schwingbewegungen ausführen kann. Beim Betrieb wird die Welle 3 motorisch angetrieben. Dazu dient beispielsweise ein Elektromotor, der entweder fest mit dem Gehäuse verbunden ist oder die Welle über eine elastische Kupplung treibt. Im erstgenannten Fall macht der Motor die Schwingbewegungen mit, im zweitgenannten Fall kann der Motor am stillstehenden Rahmen der Maschine befestigt sein. Treibt der Motor die Welle 3 an, so dreht sich auch der Körper 4 mit der gleichen Tourenzahl.
Da das Ritzel 6 mit dem stillstehenden Zahnkranz 2 kämmt, dreht sich die Welle 5 ebenfalls, und zwar mit einer durch das Übersetzungsverhältnis gegebenen Tourenzahl (im dargestellten Beispiel mit etwa 2,4facher Geschwindigkeit).
Die Masse der Ausgleichsscheibe 9 ist so gewählt, dass sie die Fliehkräfte des Ritzels 6, der Scheibe 7 und der Unwuchtmasse bezüglich der Welle 3 ausgleicht, damit die Lagerung der Welle 5 keine axialen Kräfte aufzunehmen braucht. Die Unwuchtmasse 8 beschreibt beim Betrieb des Schwingungserregers eine planeten ähnliche Bahn, indem es mit einer Tourenzahl N um die Welle 3 und mit einer Tourenzahl 2,4 N um die Welle 5 rotiert.
Die Unwuchtmasse 11 rotiert lediglich um die Welle 3. Die mit verschiedenen Tourenzahlen umlaufenden Unwuchtmassen beschreiben verschiedene Bahnen mit unterschiedlichen Tourenzahlen. Die dadurch erzielten dreidimensionalen Schwingungen überlagern sich und ergeben einen erhöhten Wirkungsgrad der Maschine.
In Fig. 1 und in den folgenden schematischen Figuren sind die Unwuchtmassen der Deutlichkeit halber mit schwarzen Flächen angedeutet.
In Fig. 2 sind beispielsweise vier Unwuchtmassen dargestellt, die mit verschiedenen Tourenzahlen laufen und verschiedene Bahnen beschreiben. Dazu enthält das Gehäuse 20 einen fest darin angeordneten konischen Zahnkranz 21 und einen zweiten fest angeordneten Zahnkranz 22. Die Antriebswelle 23 ist oben bei 24 und unten zentrisch im Zahnkranz 21 gelagert. Zwischen den beiden Lagerstellen enthält die Antriebswelle einen Doppelkreuzkörper 25 etwa in der Form eines Lotharingischen Kreuzes. Die unteren Kreuzarme 25' bilden das Lager für eine Welle 26. Die oberen Arme 25" enthalten an ihren Enden Lagerstellen 27, 28 für kurze, vertikal angeordnete Wellen 29, 30.
Die auf der Welle 26 angeordneten Teile 6'-1 0' entsprechen den Teilen 6-10, wie bei Fig. 1 beschrieben. Die Lagerstellen 27 und 28 weisen unterschiedliche Abstände von der Mitte der Antriebsachse 23 auf.
Die Zahnräder 31, 32 haben daher verschiedene Teilkreisdurchmesser und weisen verschiedene Zähnezahlen auf. Die Zähne beider Räder kämmen mit den Zähnen des fest im Gehäuse 20 angeordneten Zahnkranzes 22.
Oben auf den Wellen 29, 30 sind Scheiben 33, 34 angeordnet, die je eine Unwuchtmasse 35, 36 tragen.
Schliesslich ist auch der Körper 25 mit einer Unwuchtmasse 11' versehen.
Beim Betrieb beschreiben die Unwuchtmassen 8', 35 und 36 planetenähnliche Bahnen. Nennen wir die Tourenzahl der Antriebswelle 23 gleich N, so beschreiben:
Unwucht 8' eine Bahn um Welle 23 und um Welle 26 mit Tourenzahlen N bzw. 2,4 N,
Unwucht 35 eine Bahn um Welle 23 und um Welle 29 mit Tourenzahlen N bzw. 9N,
Unwucht 36 eine Bahn um Welle 23 und um Welle 30 mit Tourenzahlen N bzw. 4 N,
Unwucht 11' eine Bahn um Welle 23 mit einer Tourenzahl N.
Sämtliche durch diese Unwuchten erzeugten Schwingungen überlagern sich.
Fig. 3 zeigt einen einfacheren Schwingungserzeuger mit nur zwei Unwuchtmassen, der demjenigen nach Fig. I ähnlich ist. Der Unterschied liegt darin, dass die Tourenzahlen, mit denen die beiden Unwuchten betrieben werden. variabel sind. Der Deutlichkeit halber sind gleiche Teile gleich wie bei Fig. 1 bezeichnet. Das Gehäuse 40 enthält ein konisches Zahnrad 41, das aussen mit einer zusätzlichen geraden Verzahnung 42 versehen ist. Das Zahnrad 41 ist für sich drehbar auf der Antriebswelle 3' gelagert. Letztgenannte ist drehbar in Lagern 43 und 44 gelagert.
Eine zweite Antriebswelle 45 ist mit einem Ritzel 46 versehen, dessen Zähne mit der Verzahnung 42 des Zahnrades 41 kämmen. Welle 45 ist in einem Lager 47 drehbar gehalten.
Steht beim Betrieb die Welle 45 still und wird Welle 3' mit einer Tourenzahl N getrieben, so macht die Welle 5 : 2,6 N U.iMin. Das Unwuchtgewicht 11 macht dabei nur N U./Min. Unter Beibehaltung dieser Umdrehungszahl der Antriebswelle 3' kann man nun zusätzlich Welle 45 in der einen oder anderen Richtung (Drehsinn) treiben, so dass das Zahnrad 42 sich um die Welle 3' in der einen oder der anderen Richtung dreht. Je nach der Drehrichtung wird dadurch die Tourenzahl der Welle 5 und damit der Unwuchtmasse 8 grösser oder kleiner. Auf diese Weise lassen sich die Tourenzahlen der Unwuchten 11 und 8 und damit die erzeugten, sich überlagernden Schwingungsfrequenzen unabhängig voneinander regulieren.
In Fig. 4 ist ein Schwingungserzeuger dargestellt, bei dem sich die Antriebswelle und die Sekundärwelle nicht senkrecht, sondern schräg kreuzen. Ferner trägt die, die Ausgleichsmasse für das konische Ritzel bildende Scheibe selber ein Unwuchtgewicht. Als Variante ist hier ein Kegelrad 50 fest im oberen Teil eines Gehäuses 51 angeordnet und die Antriebswelle 52 ist sowohl oben in diesem Rad als unten in einem Lager 53 drehbar gelagert. Die Balken des kreuzförmigen Körpers 54 kreuzen sich schräg. 55 ist ein Ritzel, dessen Zähne mit dem festen Kegelrad 50 kämmen, 56 sind Fixierungsringe für Welle 57 und 58 ist eine Scheibe, die die Masse des Ritzels 55 ausgleicht. Die Scheibe 58 trägt eine Unwuchtmasse 59 und Körper 54 ist mit einer Unwuchtmasse 60 versehen.
Das Übersetzungs- verhältnis ist hier 1: 2; macht die Antriebswelle N U./Min., so macht Welle 57 2 N U./Min.
Es dürfte klar sein, dass durch andere Anordnung der Teile noch viele Varianten von derartigen Schwingungserzeugern möglich sind. Es können ausserdem noch weitere Unwuchtgewichte angebracht oder auch weggelassen werden. Bei der Ausführung nach Fig. 1 kann man beispielsweise das Unwuchtgewicht 11 weglassen. Man kann auch den Massenausgleich durch die Scheibe 9 unvollständig machen, womit ein ähnlicher Effekt erreicht wird wie mit der Masse 11. Allerdings werden dann die Lager der Welle 5 zusätzlich axial belastet. Bei der Ausführung nach Fig. 2 kann man beispielsweise sämtliche Teile 28, 30, 32, 34, 36 weglassen.
Es ist auch möglich, die Antriebswelle 3 und die Sekundärwelle 5 kreuzend anzuordnen, so dass sie nebeneinander verlaufen. Dies bedingt dann allerdings eine teurere Hypoidverzahnung.
In Fig. 5 ist ein Schwingungserzeuger nach dem Schema von Fig. 1 dargestellt, der fest mit der Rüttelmulde einer Gleitschliff-Maschine verbunden ist. Die Maschine umfasst einen auf dem Boden stehenden Rahmen 70 auf dem eine Rüttelmulde 71 auf Federn 72 elastisch gelagert ist. Die Mulde 71 bildet den Arbeitsbehälter in dem die zu bearbeitende Ware 73 zusammen mit Bearbeitungskörpern (s. g. Chips) und Zuschlagstoffen enthalten sind. Im Rahmen 70 ist ein Antriebsmotor 74 mit einer verstellbaren Keilriemenscheibe 74' verschiebbar gelagert und damit die Tourenzahl der Antriebswelle 75 des Schwingungserzeugers 76 regulieren zu können. Ein Keilriemen 77 treibt einen fest im Rahmen 70 gelagerten Wellenstummel 78 mit einer Keilriemenscheibe 79. Wellenstummel 78 und Welle 75 des Schwingungserzeugers sind durch die flexible Kupplung 80 miteinander verbunden.
Die Kupplung ist genügend flexibel, um dem Schwingungserzeuger eine Schwingung zu erlauben.
Der Schwingungserzeuger, der als Ganzes mit 76 bezeichnet ist, ist mittels der ringförmigen Scheibe 81 und den Platten 82 starr mit der Rüttelmulde 71 ver bunden. Das Gehäuse des Schwingungserzeugers ist zweiteilig und enthält einen unteren Teil 83 mit einem Deckel 84. Die Antriebswelle 75 ist oben und unten mittels Rollenlagern 85 im Gehäuse gelagert. Eine Sekundärwelle 86 ist mittels Kugellagern 87 im erweiterten, kubischen Mittenteil 88 der Welle 75 drehbar gelagert.
Die Sekundärwelle trägt eine Ausgleichsscheibe 89 mit einer Unwuchtmasse 90 und einem Zahnritzel 91.
Dieses kämmt mit dem fest im Gehäuse 83 angeordneten Zahnkranz 92. Oben in die Welle 75 ist eine zweite Unwuchtmasse 93 eingeschraubt. Die Welle ist dazu mit vier Gewindebohrungen 94 versehen, so dass die Unwuchtmasse in vier verschiedenen Lagen eingeschraubt werden kann.
Die beweglichen Teile des Schwingungserzeugers werden durch einen Ölnebel geschmiert. Dazu ist ein Pumpaggregat 95 vorgesehen, welches durch die flexible Leitung 96 dem oberen Lager 85 Öl zuführt. Das aus dem Lager austretende Öl wird herumgeschleudert und vernebelt und tritt zum Schluss beim unteren Lager 85 wieder aus dem Gehäuse aus. Hier gelangt es auf die Schleuderscheibe 97, die es in den ringförmigen Fangbehälter 98 bringt und das darin gesammelte Öl fliesst durch die Leitung 99 zum Pumpaggregat 95 zurück.