DE842411C - Selbsterregter Vibrator - Google Patents

Description

• Selbsterregter Vibrator Die bekannten magnetischen Vibratoren zum Antrieb schwingender Arbeitsgeräte, die das Arbeitsgut rütteln, fördern, verdichten oder trennen, sind durchweg als fremderregte Geräte ausgebildet, deren Frequenz durch den Schwingungserzeuger, einen Wechselstrommagneten, starr aufgedrückt wird. Die Vibrationsfrequenz ist durch die Frequenz des Wechselstromnetzes festgelegt und läßt sich nur durch zusätzlichen Aufwand, z. B. in Form von Gleichrichtern in der Zuleitung zum Schwingmagneten, verdoppeln. Andererseits ist die Eigenfrequenz der schwingenden Arbeitsgeräte von der Masse und Elastizität des Arbeitsgerätes abhängig und kann nicht beliebig geändert werden. Insbesondere ist eine Anpassung der Eigenfrequenz des Arbeitsgerätes an die Netzfrequenz erstens im Hinblick auf die allgemeine Verwendbarkeit der magnetischen Vibratoren und zweitens durch die betriebsmäßig vorkommenden Netzfrequenzschwankungen nicht möglich. Man arbeitet daher im allgemeinen mit diesen Geräten weit außerhalb der Resonanz, um unzulässige Beschleunigungen zu vermeiden, die für das Vibrations- und Arbeitsgerät gefährlich werden könnten, und nimmt schlechten Wirkungsgrad in Kauf.
• Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil des schlechten Wirkungsgrades beseitigt, wenn der Vibrator an Stelle der Frem>erregung eine Selbsterregung erhält, so daß die Vibrationsfrequenz völlig unabhängig von der Netzfrequenz ist und jeweils auf den speziellen Antriebsfall eingestellt werden kann. Damit ist in jedem Fall ein Arbeiten in der Resonanz oder in der Nähe der Resonanz möglich, wodurch ein guter Wirkungsgrad auftritt, da bei einem Schwingungssystem bekanntlich der Höchstwert an Energie in der Resonanzlage übertragen wird.
• Der selbsterregte Vibrator besteht aus einem Arbeitskolben, der mit dem Arbeitsgerät gekuppelt wird und auf den das Druckmittel periodisch einwirkt. Als Druckmittel kommen Drucköl oder Druckluft in Frage. Die Steuerung des Arbeitskolbens dieses. selbsterregten Vibrators erfolgt durch einen Steuerschieber in Selbsterregungsschaltung. Die Selbsterregung kommt dadurch zustande, daß das an den Arbeitskolben angekoppelte Steuerschiebersystem als schwingungsfähiges System ausgebildet ist und mit seiner Eigenfrequenz so abgestimmt wird, daß sie gleich der Eigenfrequenz des angekoppelten Arbeitsgerätes ist. Dadurch tritt eine Phasenverspätung des Steuerschiebers gegenüber dem Arbeitskolben um go` auf, was gerade die richtige Steuerbedin-(rung darstellt.
• In der Zeichnung in Abb. i a ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens dargestellt, wie es sich als stationärer Vibrator eignet. Abb. 11) zeigt die Steuerbedingung und Abb. i c ein mechanisches Ersatzschaltbild des Vibrators nach Abb. i a. In den Abb. 2 bis 5 sind Vorschläge für die Ausbildung des Vibrators als Freischwinger zum Anbau an die Arbeitsgeräte dargestellt. Die Bezeichnungen sind für alle Abbildungen die gleichen.
• In Abb. i stellt i das Arbeitsgerät dar, das in Schwingung versetzt werden soll. Es wird über eine Aufspannplatte mit dem Arbeitskolben 2 verbunden, der hier als doppelt wirkender Kolben dargestellt ist. Er stützt sich- gegen das aus einem Stück bestehende und mit dem Fundament verbundene Arbeitszylindergehäuse 3" und SteuerscIiiebergehäuse 3b über die Federpaare .4 mittels der Bolzen 5 ab. Die Federn sind so ausgelegt, daß sich zusammen mit, der Arbeitsgerätmasse eine Eigenfrequenz ergibt, die gleich der gewünschten Vibratorfrequenz ist. Die Steuerung des Arheitskolbens 2 erfolgt durch den Steuerschieber 6, der über die Koppelfedern 7 und das Verbindungsstück S elastisch an das aus Arbeitsgerätmasse i und Federn .I bestehende Arbeitssystem gekoppelt ist. Die Zuführung des Druckmittels erfolgt bei 9, die Rückleitung bei io. i i ist die Leckölleitung. 12 und 13 sind Dichtungen. 14 ist eine Zusatzfeder, die sich gegen das Gehäuse abstützt und deren Federkonstante durch Andern der Federlänge eingestellt werden kann, so daß eine Anpassung der Eigenfrequenz des Steuersystems an die Eigenfrequenz des Arbeitssystems möglich ist. 15 ist eine einstellbare Drossel zur Einstellung des hydraulischen Widerstandes in der Leckölleitung und 16 eine Einstellvorrichtung zur Veränderung der Federvorspannung der Koppelfedern 7, um die Nullage des Steuerschiebers justieren zu können. Dabei sei der Steuerschieber 6 in der Nullage so einjustiert, daß die Zuleitungen vom Steuerschieber zum _#,rbeitskolbeQ nicht ganz verdeckt sind. so daß ein Selbstanlauf des Vibrators möglich ist. In der Nullage soll also der Steuerschieber 6 etwas nach unten durchhängen. x ist die Koordinate des Arbeitskolbens 2 und y die Koordinate des Steuerschiebers 6, bezogen auf den Festpunkt Erde.
• Die Wirkungsweise des selbsterregten Vibrators nachA'bb. i a ist folgernde: Bei Druckeinschaltung gelaugt das Druckmittel über die Leitung 9 in den unteren Zylinderraum des Arbeitskolbens 2 und drückt diesen nach oben, wobei das im oberen Zylinderraum sich befindliche 01 über den Steuerschieber und die Leitung io herausgeschoben wird. Durch die Aufwärtsbewegung wird das Arbeitsfedernsystem q einseitig gespannt,. da sich die Bolzen 5 mit dem Arbeitskolben 2 nach oben bewegen. Der Steuerschieber 6 wird dabei über die Federn 7 mit 9o° Phasenverspätung mitgenommen. Nach Abb. i b bewegt sich z. B. der Steuerschieber 6 gerade vom Nullpunkt nach seiner Tiefstlage, wenn der Arbeitskolben aus seiner Tiefstlage nach oben schwingt. Man, erkennt aus Abb. i a, daß dann der untere Zylinderraum des Arbeitskolbens gerade mit der Druckleitung 9 verbunden ist; während der obere Zylinderraum des Arbeitskolbens die obere Endlage erreicht hat, ist der Steuerschieber gerade von unten bis zur Nullage durchgeschwungen und bewegt sich nach oben, polt also die Zuleitungen zum Arbeitszylinder gerade im richtigen Augenblick an.
• Die Feinabstimmung des Steuersystems auf das Arbeitssystem erfolgt mittels der Zusatzfeder 1¢, deren aktive Federlänge etwa durch Einschrauben einer Schraube in die Federspirale geändert werden kann. Um zu verhindern, daß im Resonanzfall die Schwingungen des selbsterregten Vibrators zu groß werden, ist eine mittels Drossel 15 einstellbare Dämpfung des Steuerschiebers mit Hilfe des Lecköls vorgesehen, das in den obersten und untersten Raum des Steuerschiebers gelangt und mit zunehmender Abdrosselung der Leckölleitung eine zunehmende Dämpfungskraft auf den Steuerschieber 6 ausübt. Die Nulljustierungseinrichtung r6 besteht aus Schraubenmuttern, mittels derer die Koppelfedern 7 mehr oder weniger stark vorgespannt werden können, was eine Verschiebung der Nullage zur Folge hat, ohne daß sich die Federkonstante .der Koppelfedern j ändert.
• Die mechanische Ersatzschaltung des Vibrators nach Abb. i a ist in Abb. i c dargestellt, aus der der Aufbau des Vibrators klar hervorgeht.
• Der vorliegende .Vibrator eignet sich für stationäre Anlagen, z. B. zum Verdichten von Formsand, zum Rütteln von Mauersteinen bei der Serienfabrikation u. dgl.; also insbesondere da, wo größere Stückzahlen einer Type hergestellt werden. Sobald eine andere Type hergestellt wird, stimmt man den Vibrator auf die neue Resonanzfrequenz nach und arbeitet dadurch jeweils mit dem besten Wirkungsgrad.
• In Abb.2 ist das Ausführungsbeispiel eines selbsterregten Vibrators dargestellt, wie er als Freischwinger zum Anhängen an das Arbeitsgerät verwendet werden kann. In manchen Fällen der Rüttel-, Verdichter- und 1,-örderteclitiik hat das

  Arbeitsgerät eine beträchtliche Größe, an das dann

  ein oder mehrere Vibratoren angehängt werden,

  wobei (las Arbeitsgerät gegen Erde durch beson-

  dere Federn abgestützt ist oder in sich so viel

  I?lastizität hat, daß eine besondere Abfederung

  überflüssig ist. Bei dieser Art Vibratoren führt

  nun das Gehäuse 3p des Arbeitskolbens ebenfalls

  Schwingungen aus (Koordinate z), und zwar ist

  nach Abb. 21) z gerade 18o° phasenverschoben

  gegenüber .t- (Arbeitskolben). Damit nun für den

  Steuerschieber wieder die 9o° Phasenverschie-

  bungsbedingung!en zwischen Arbeitskolbenhub

  (x-2) und der Steuerschieberöffnung erfüllt ist,

  muß das Steuerschiebergehäuse 3b getrennt und

  mittels der Federn 18 und i9 so aufgehängt

  \\-erden, daß es relativ zur Erde in Ruhe ist. Da die

  gegeneinanderschwingenden Massen des Arbeits-

  gerätes i und des Arbeitskolbengehäuses 3° durch

  ein Federsystem 4 miteinander verbunden sind

  (s. auch Ersatzschaltung Abb. 2b), gibt es an der

  Feder einen Punkt, der gegenüber ,dem Festpunkt

  I?rde in Ruhe ist. Hängt man also das Steuerschieber-

  geliäuse 3b in diesem Punkt auf, so wird die

  Steuerbedingung wieder erfüllt, weil das auf

  Resonanz abgestimmte Federmassesystem 6,

  gegenüber der '.hasse i mit dem Schwingungsweg x

  und damit auch gegenüber der für den Hub des

  Arbeitskolbens maßgebenden Differenz der

  Sch-,viitgungswege :r-z dann gerade die für die

  .\ufrechterhaltung der Schwingung erforderliche

  Phasenverschiebung von nahezu 9o° aufweist.

  Die Schwingungswege x, y, z sind hierbei immer

  auf den Festpunkt Erde bezogen. Bei Änderung

  der Masse des Arbeitsgerätes ändert sich auch

  dieser Ruhepunkt. Will man also den Vibrator zum

  .\itschluß an Arbeitsgeräte mit verschiedener

  Masse nehmen, so ist eine Naclistellmöglichkeit des

  \ufhängepunktes vom Steuerschiebergehäuse er-

  forderlich. Iti :11>1i. 2 d ist eine dierartige Verstell-

  möglichkeit sc1ieinatisch dargestellt. Über die

  Feder 4 greift eine Federmutter 17, die einen Nut-

  ring zur Auf»ahtne einer Verbindungslasche zum

  Steuerschiebergehäuse 3b hat. Durch Drehen der

  .#lutter 17 kann der :\ufliängel>unkt des Steuer-

  schiebe rgeliiitise, in Längsrichtung der Feder 4 ver-

  schoben werde».

  Die Zusatzfeder 14 zur Einstellung der

  IZeso»anzfrequenz für den Steuerschieber stützt

  sich dann zweckmäßig gegen (las Steuerschieber-

  gehä use all. Die Wirkungsweise des Vibrators ent-

  spriclit der trach Abh. i a. Der Arbeitskolben ist im

  vorliegenden 1#a11 zur Vermeidung von Dichtungen

  auf der Druckseite des Kolbens als einfach wir-

  kender Kolben ausgebildet. Dementsprechend ist

  der Steuerschieber 6 etwas anders ausgebildet. Zur

  (le@iälirleistu»gr des Selbstanlaufes bei Druckein-

  schaltung ist die Nullstellung des Steuerschiebers

  so vorzunehmen. daß der Steuerschieber etwas

  unterhalb Gier Nullstellung eingestellt wird. Beim

  Vil)rator mit einfach wirkendem Arbeitskolben ist

  auch eine -zusätzliche Dämpfung des Arbeitskolbens

  müglicli, inde»i die nicht dargestellte Leckö'I-

  lcitmig des olleren 7ylin(ierratimes vom Arbeits-

  kolben über die Drosselstelle 15 oder- eine besondere Drosselstelle geführt wird.
• In Abb.3 ist das Beispiel eines frei schwingenden, selbsterregten Vibrators dargestellt, bei dem das Steuerschiebergehäuse 3b starr mit dem Arbeitskolben verbunden ist. Diese Vereinfachung ist möglich, wenn durch gute Abstimmung dafür gesorgt wird, daß die Steuerschieberamplitude y wesentlich größer als die Amplitude x des Arbeitskolbens ist. Dann wird. nämlich, wie aus Abb. 3b hervorgeht, die für die Öffnung der Steuerwege maßgebende Schwingung y-x nur um einen kleinen Winkel der eigentlichen Steuerfunktion y nacheilen, was dann nur eine geringe Verschlechterung der Resonanzabstimmung und des Wirkungsgrades zur Folge hat. Die Ersatzschaltung dieser Anordnung ist in Abb. 3 c dargestellt.
• Nach Abb. 4 ,ist eine Verbindung des Steuer= schiebergehäuses 3b mit dem Arbeitskolbengehäuse möglich in den Fällen, in denen die Masse- des Arbeitsgerätes kleiner oder höchstens etwa so groß wie die Masse des Arbeitskolben- und Steuerschiebergehäuses ist, so daß die Amplitude der Gehäuseschwingung z kleiner oder höchstens-etwa gleich der Amplitude des Arbeitskolbens x ist. Die Steuerfunktion y-z ist dann gegenüber der exakt erforderlichen Funktion y nur um den kleinen Winkel d 9 phasenverfruht, wenn wieder dafür gesorgt wird, daß das Steuerschiebersystem gut auf das Arbeitssystem abgestimmt ist, so daß der Steuerschieber eine genügend große Amplitude y entwickelt. Die Ersatzschaltung dieser Anordnung ist in Abb. 4c dargestellt. Die Abstimmfeder 2o ist zwischen der Masse i und dem Steuerschieber angeordnet.
• In Abb. 5 ist schließlich ein frei schwingender Vibrator dargestellt, bei dem das Steuerschiebergehäuse 3b durch ein besonderes Federsystem 18 an dein Arbeitskolben i aufgehängt ist, wobei die Eigenfrequenz der aus Federsystem 18 und Steuerschiebergehäuse 3b bestehenden Anordnung unterhalb der Vibratorfrequenz liegt, so daß die Schwingungen des Arbeitskolbens 2 nur in geringem Maße auf das Steuerschiebergehäuse 3b übertragen werden. Der Schwingungsverlauf der Steuerfuniktion entspricht dann dem der Abb.3b, wobei die Abweichung d (p von der idealen Steuerschieberschwingung um so kleiner wird, je weiter die Eigenfrequenz des Steuerschiebergehäusesystems von der Vibratorfrequenz entfernt ist.
• Abl). 51> zeigt die entsprechende Ersatzschaltung.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Hydraulischer oder pneumatischer Vibrator zum Rütteln, Fördern, Verdichten oder Trennen von Arbeitsgut, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerschiebersystem elastisch mit dem Arbeitssystem gekoppelt ist und die Eigenfrequenz des Steuersystems auf die Frequenz des Arbeitssystems abgestimmt ist. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz des Steuersystems mittels einer Zusatzfeder (i4) oder mittels Zusatzgewichte betriebsmäßig verstellbar ist. 3. Vibrator nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben als einfach wirkender Kolben ausgebildet ist und die Druckzuführung auf der Seite des Arbeitskolbens erfolgt, auf der keine Dichtung erforderlich ist. 4. Vibrator nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nulljustierung des Steuerschiebers durch Ändern der Vorspannung der Koppelfedern (7) erfolgt. 5. Vibrator nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nulljustierung des Steuerschiebers so vorgenommen ist, daß der Steuerschieber in der Ruhelage etwas außerhalb der exakten Nullage ist, und zwar nach der Seite, daß bei Druckeinschaltung Druckmittel an den Arbeitskolben gelangen kann. 6. Vibrator nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leckölräume des Steuerschiebers zu einer Leckölleitung geführt sind, deren hydraulischer Widerstand zur Dämpfungseinstellung des Steuersystems und damit auch des ganzen Vibrators verwendet werden kann (Drossel i5). 7. Vibratör nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Leckölausfluß am einfach wirkenden Arbeitskolben einstellbar gedrosselt werden kann, um eine zusätzliche Dämpfung des Arbeitskolbens zu erzielen. B. Vibrator nach Anspruch r bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei stationären Vibratoren das Arbeitskolbengehäuse (3a) und das Steuerschiebergehäuse (3 b) mit dem Fundament verbunden sind. 9. Vibrator nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für frei schwingende Vibratoren Arbeitskolbengehäuse und Steuerschiebergehäuse getrennt sind und letzteres im Ruhepunkt der Arbeitsfedern (4) aufgehängt ist (Abb. 2). i o. Vibrator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängung des Steuerschiebergehäuses (3 b) an den Arbeitsfedern (4) betriebsmäßig geändert werden kann. i i. Vibrator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerschieberge'häuse (3 b) mit dem Arbeitskolben (2) starr verbunden ist, während das Arbeitskolbengehäuse frei schwingen kann. 12. Vibrator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerschiebergehäuse (3 b) mit dem Arbeitskolben (2) elastisch verbunden ist, wobei die Eigenfrequenz dieses Steuerschiebergehäusesystems unterhalb der Vibratorfrequenz liegt (Abb. 5). 13. Vibrator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerschiebergehäuse (3b) mit dem Arbeitskolbengehäuse (3 a) starr verbunden ist, wobei die Masse der beiden Gehäuse (3a-3 b) mindestens gleich oder größer als die Masse des Arbeitsgerätes ist (Abb. 4).