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Verfahren zum Antrieb eines hin und her gehenden, aus Einzelteilen
bestehenden schwingungsfähigen Gebildes. Es bietet wesentliche Vorteile, wenn die
Eigenperiode hin und her gehender -Mechanismen mit der Antriebsquelle in Abstimmung
ist. Im praktischen Maschinen- und Apparatehau gibt es jedoch eine Reihe von Mechanismen,
die während des Betriebes ihre Eigenperiode ändern und sich daher zu einer Abstimmung
nicht eignen. Beispiele hierfü sind cerlängerbare hin und her gehende Pumpen- oder
Rohrgestänge, Förderrinnen
u. dgl. Besonders ungünstig liegen die
Verhältnisse bei Förderrinnen oder Schüttelrutschen, wie sie im Bergbau vor Ort
verwendet werden.
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Die Aufgabe der Förderrinne besteht darin, Fördergut von einem Punkte,
beispielsweise der Abbaustelle, zu einem anderen Punkte, der Verladestelle, zu transportieren.
Da die Abbaustelle mit fortschreitendem Abbau aber weiter und weiter wandert, so
muß die Förderrinne zur Aufrechterhaltung des Kontaktes, j e nach der Abbauart entweder
verlängert oder schrittweise weiter transportiert werden. Durch Verlängerung der
Förderrinne wird natürlich die Anzahl der Binnenkörper und damit Masse und Eigengewicht
der Rinne, aber auch Gewicht und Masse des Fördergutes und schließlich der Leistungsbedarf
oft um ein Vielfaches vergrößert, und es entsteht somit die Aufgabe -falls mit günstigem
Nutzeffekt gearbeitet werden soll -, eine Abstimmung zwischen der Rinne und zwischen
dem Antriebsmechanismus trotz dieser erschwerenden Verhältnisse herbeizuführen.
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Ein weiteres die Konstruktion erschwerendes Moment entsteht durch
die Forderung, die Rinne transportieren zu können, weil die Lagerungen solcher transportierbaren
Rinnen nicht fest fundiert sein können und hierauf bei der zu wählenden Konstruktion
ebenfalls Rücksicht zu nehmen ist.
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Die vorliegende Erfindung beruht nun einerseits auf der neuen Erkenntnis,
daß zur Verlängerung eines schwingungsfähigen Gebildes, dessen Eigenperiode sich
nicht ändern soll, nicht einfach Massenteile angefügt werden dürfen, sondern weitere
schwingungsfähige Gebilde von gleicher Periodenzahl. Ein. schwingungsfähiges Gebilde
möge beispielsweise nach Abb. i oder 2 aus einem einzelnen Massenkörper 3a bestehen,
der, wie dargestellt, zwischen elastischen Mitteln 3b angebracht ist oder unter
Einwirkung des Erdfeldes (bzw. beider Mittel) steht. Seine Eigenperiode ändert sich
nicht, wenn ein zweites, 2a, 2b, ein drittes, 4a, 4b, oder beliebig viele schwingungsfähige
Gebilde, die alle aus demselben Grunde dieselbe Eigenschwingung aufweisen, fest
mit dem ersten verbunden werden. Allerdings würde sich ein solches ergänztes schwingungsfähiges
Gebilde unter Beibehaltung derselben Erregerleistung bzw. derselben Kopplung mit
einem geringeren Ausschlag bewegen als das ursprüngliche Gebilde 3a, 3b, d. h. es
muß eine größere Leistung' zugeführt werden, um bei einem so zusammengesetzten schwingungsfähigen
System denselben Ausschlag zu erzielen. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn das
Gesamtgebilde der Anzahl der verwendeten Einzelgebilde entsprechend fester gekoppelt
wird. Es gehört also zu jeder bestimmten Anzahl von Einzelgebilden auch eine ganz
bestimmt bemessene Kopplung, und es entspricht nun einer weiteren Erkenntnis der
vorliegenden Erfindung, daß mit jedem zugefügten schwingungsfähigen Gebilde auch
gleichzeitig die zugehörige Kopplung 2k, 4k usf. hinzugefügt wird, wodurch automatisch
in allen Fällen die richtige Gesamtkopplung erhalten bleibt.
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Hieraus ergibt sich, daß, wenn eine Änderung schwingungsfähiger Gebilde
in der vorgeschriebenen Weise erfolgt, sowohl die Abstimmung des betreffenden Gebildes
als auch die aus praktischen Gründen erforderliche Amplitude in voller Größe aufrechterhalten
bleibt.
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Nun kann aber auch in gewissen Fällen eine Änderung der Eigenperiode
durch andere Faktoren herbeigeführt werden. So z. B. kann bei Förderrinnen die Förderlast
in weiten Grenzen schwanken. Es ist aber möglich, auch solchen Einflüssen in der
Praxis zu begegnen, wenn man beispielsweise eine Förderrinne so einjustiert, daß
erst bei voller Belastung der Resonanzfall eintritt und in diesem Falle die höchste
Leistung übertragen wird. Mit abnehmender Belastung nimmt dann die Eigenperiode
zu, so daß zwischen ihr und der langsameren Antriebstourenzahl eine Verstimmung
eintritt, die einen Abfall der Amplitude (des Ausschlages) der Rinne im Gefolge
hat. Da jedoch andererseits auch mit Verringerung der Nutzlast eine Verringerung
der Dämpfung Hand in Hand geht, so müßte die Nutzdämpfungs-Verringerung bei gleichbleibender
Kopplung ihren Ausgleich in einer Vergrößerung der Verlustdämpfung finden, die nur
bei größerer Amplitude erzielbar ist. Beide Erscheinungen wirken also gegeneinander,
und es ist verhältnismäßig leicht, eine Einstellung zu finden, wo sich beide Einflüsse
nahezu aufheben, so daß auch durch Verstimmungen, die durch änderbare Förderlast
hervorgerufen werden, praktisch eine Störung des Förderbetriebes nicht einzutreten
braucht. Würde die durch Verstimmung hervorgerufene Leistungsänderung unverhältnismäßig
groß ausfallen, so wird eine Ansammlung des Fördergutes und damit vorübergehend
eine Annäherung an die Resonanzlage eintreten, wodurch dann wiederum eine Leistungssteigerung
und damit ein Ausgleich hervorgerufen wird (Schwebung).
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Beim Auseinanderreihen schwingender Systeme kann sowohl eine Art Parallelschaltung
nach Abb. i als auch eine Hintereinanderschaltung nach Abb. z Anwendung finden.
Als koppelnde Organe können Trägheitskopplungen,
Kopplungen der
Lage, elastisch kinetische Kopplungen, Reibungskopplungen oder Zeitkopplungen bzw.
beliebige Kombinationen zur Anwendung gelangen.
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Die praktische Ausführung eines solchen schwingenden Systems, beispielsweise
zur Förderung von Massengütern, kann nach Abb. 3 und q. vorgenommen werden.
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Abb. 3 zeigt im Querschnitt und in Seitenansicht ein Schüttelrutschen-Element.
Abb. 4. . zeigt schematisch mehrere Schüttelrutschen-Elemente. i stellt die eigentliche
Förderrinne dar, die nach Abb.3 unterstützt von zwei Böcken 2 auf einem Bügel 3
ruht und nach der durch den Pfeil kenntlich gemachten Richtung fördern möge. Dieser
Bügel hängt in einem Träger q., der auf den Schneiden oder Lagern 5 einer Grundplatte
6 ruht. Am Träger 4 befinden sich zwei Zapfen 7, durch welche er beiderseits mittels
Verbindungsstangen 8 mit den entsprechenden Zapfen des vorangehenden Trägers verbunden
ist. Die Aufhängung der Förderrinne in einen auf Schneiden gelagerten Träger stellt
eine Kopplung der Lage dar. Es sind, wie schon eingangs erwähnt, andere Koppelarten
denkbar, und in Abb. 2 z. B. sind Massenkopplungen, und in Abb. 5 eine elastische
Kopplung zur Darstellung gebracht. Natürlich sind auch andere Koppelarten, insbesondere
Kombinationen von obenerwähnten Kopplungen denkbar.
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Die Grundplatte 6 wird durch ein Distanzstück 9 an die vorangehende
Grundplatte angeschlossen und in richtigem Abstand gehalten. Hierdurch wird verhindert,
daß durch die Erschütterung des Fördervorganges die Grundplatten, die an sich in
vielen Fällen nicht fest fundiert werden können, eine Verschiebung gegeneinander
erleiden. Die Gesamtrutsche wird dann noch festgelegt durch die an jeder Grundplatte
angebrachten Sporen i i, die in der Förderrichtung eingreifen. Die Distanzstücke
können an den Grundplatten 6 durch einfaches Einhängen oder sonstige Mittel befestigt
werden. Sie können nach Art der Geometerkette aus einzelnen mit äsen versehenen
Stäben, aus Ketten oder auch aus Bandstahl hergestellt sein. An dem Förderkörper
i ist eine Feder io befestigt, die mit einem Anschlag oder einer weiteren Feder
kombiniert werden kann oder so dimensioniert bzw. geformt ist, daß sie eine Flachschwingung
verursacht, d. h. eine Schwingung, deren Kurve flacher verläuft als eine normale
Sinusschwingung. Die Feder io wird so eingestellt, daß sie im geeigneten Moment
an einem aufgebogenen Teil der Grundplatte 6 anstößt und die kinetische Energie
", @ "2 des Rinnenkörpers in potentielle Energie
umgewandelt aufnimmt, -wobei der Rinnenkörper entsprechend der Schwingungskurve
verhältnismäßig rasch angehalten wird, so daß das Fördergut über ihn hin-,veggleiten
muß.
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Abb. 5 zeigt die praktische Anwendung der vorliegenden Erfindung bei
Tiefbohranlagen. Das Bohrloch wird mit einem Rohr ausgekleidet, welches aus verschraubten
Schüssen i C, 2c . . . Xe besteht und Innenflanschen d besitzt. Im
Inneren dieses Rohres befindet sich ein aus gleich langen und ebenfalls verschraubten
Schüssen ia, 2a ... x" bestehendes Innenrohr, welches Außenflanschen
e besitzt. Auf die Innenflanschen d des Außenrohres stützt sich mit zwecks Ausbau
und Wiedereinbau des Innenrohres einholbare Knacken f ein Ring i, auf welchem, von
Schraubenfedern i d, 2d . . . xd getragen, das Innenrohr mit seinen Flanschen
e lastet. Diese Schraubenfedern id, 2d ... xd bilden zusammen mit
den entsprechenden Schüssen ia, 2,11 . . . xa des Innenrohres schwingungsfähige
Gebilde, die einzeln gleiche Eigenschwingung aufweisen; werden nach oben hin aus
Festigkeitsgründen starkwandigere Innenrohre verwendet, so werden durch Wahl entsprechend
stärkerer Schraubenfedern die anzufügenden schwingungsfähigen Gebilde auf gleiche
Periodenzahl abgestimmt. Damit besitzt das gesamte Innenrohr eine Eigenschwingungszahl
gleich derjenigen, die für jeden einzelnen Rohrschuß gilt. Dieses im Außenrohr schwingungsfähige
Innenrohr trägt am unteren Ende die Scblagkrone a, «-eiche in gleicher Weise wie
ein Rohrschuß durch eine Schraubenfeder b zu einem schwingungsfähigen Gebilde ergänzt
ist.
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Am oberen Ende wird das gesamte Innenrohr, einschließlich der Schlagkrone,
durch eine lose, beispielsweise elastisch kinetische Kopplung k von einem Kurbeltrieb
g, Iz aus in Eigenfrequenz erregt. Die Kopplung wird hierbei, je nach der Anzahl
der Rohrschüsse, verstärkt bzw. der gewünschten Schwingungsamplitude angepaßt. Da
bei den in dieser Weise unterhaltenen Schwingungen des Innenrohres gegenüber dem
Außenrohr die Reaktionskräfte auf der ganzen Länge des schließlich kilometerlangen
Bohrrohres gleichmäßig verteilt am Außenrohr abwärtstreibend angreifen, wird ein
selbsttätiges sicheres Nachfolgen des Außenrohres selbst bei größter Teufe gewährleistet.
Die eingezeichneten Pfeile deuten die Preßwasserführung zur Beseitigung des Bohrgutes
an.
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Es steht nichts im Wege, jedem einzelnen Bohrschuß eine besondere
Kopplung zu geben. Ferner kann am unteren Ende des Innenrohres (oder an mehreren
Stellen desselben
) ein Klappventil eingebaut werden, wodurch dem
schwingenden Innenrohr gleichzeitig die Pumparbeit übertragen werden kann.
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Das Wesen des beschriebenen Verfahrens kann - soweit man von Schwingungsvorgängen
absieht - als eine Art Pupinisierung mechanischer Gebilde angesehen werden, d. h.
als ein Verfahren, bei dem analog der Aufhebung kapazitiver Wirkung durch in gewissen
Abständen eingeschalteter Selbstinduktionsspulen im vorliegenden Falle die Trägheitswirkung
mechanischer Massen durch in bestimmten Abständen eingeschaltete elastische Mittel
aufgehoben wird. Daß im vorliegenden Falle die Eigenperiode derartig pupinisierter
mechanischer Gebilde zu Abstimmzwecken und Verlängerung der Leistungsübertragung
verwendet wird, bedeutet dem Pupinverfahren gegenüber eine Erweiterung.