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Elektromagnetischer Schwingungsantrieb mit Blattfedern Die Erfindung
betrifft einen elektromagnetischen Schwingungsantrieb mit Blattfedern, deren Enden
mit einer Masse und deren Mittelteil mit einer weiteren Masse verbunden sind, wobei
die die Federenden einspannenden Halterungen, zum Ausgleich der Änderungen ihres
gegenseitigen Abstandes unter dem Einfluß der Schwingbewegungen, gegeneinander beweglich
gelagert sind.
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Bei einem bekannten derartigen Schwingungsantrieb sind die Enden der
zu einem Paket zusammenaefaßten Blattfedern zwischen Klemmbalken eingespannt. Die
Klenunbalken sind außerhalb des Blattfederpaketes durch Schraubenschäfte gegeneinandergedrückt.
Die Schraubenschäfte besitzen Verlängerungen, die als Stabbiegefedern wirken und
auf diese Weise die Klemmbalken in Richtung des Federpaketes beweglich lagern. Durch
diese Anordnung soll den Enden des Federpaketes ermöglicht werden, bei den Schwingungen
einwärts und wieder auswärts zu wandern.
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Bei derartigen Schwingungsantrieben liegt die maximale Schwingungsbreite
(doppelte Amplitude) in der Mitte des Federpaketes in der Größenordnung von 2 mm.
Die Ausgleichsbewegungen der Federenden in Richtung des Paketes sind um ein Vielfaches
geringer. Darauf ist es wohl zurückzuführen, daß man vor dem Anmeldetage der vorliegenden
Erfindung dem Problem der Einspannung der Federenden keine ausreichende Aufmerksamkeit
gewidmet hat.
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Bei den bekannten Einspannungen verschieben sich nun während der Schwingungen
die Enden der Blattfedern gegeneinander und gegenüber den Klemmbacken. Es ist praktisch
nicht möglich, eine derartige Verschiebung zu verhindern, wenn man nicht einen sehr
erheblichen und nicht mehr tragbaren technischen Aufwand in Kauf nehmen will. Auch
wenn diese Verschiebung noch so klein ist, führt sie zu folgenden nachteiligen Ergebnissen:
Die Oberfläche der Federblätter wird durch Reibung, vor allem unter Bildung von
Passungsrost beschädigt.
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Dies tritt übri-ens auch dann auf, wenn man zwischen die Federenden
Zwischenlagen einfügt. Die Federn bestehen aber aus hochwertigem Stahl, der zur
Erzielung einer hohen Wechselfestigkeit einer kostspieligen Oberflächenbehandlung
unterworfen wurde. Wird die Oberfläche beschädigt, so sinkt sofort die Wechselfestigkeit.
Die Federn gehen dann zu Bruch.
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Durch die Reibung zwischen den Blattfedern entsteht eine Dämpfung,
die an sich schon unerwünscht ist, sich aber besonders unangenehm dadurch auswirkt,
daß sie nicht kontrollierbar ist.
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Infolge des obenerwähnten Verschleißes und der damit zu erwartenden
Federbrüche ist die Anordnung nicht wartungsfrei.
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Da sich die Einspannstellen der Klemmbalken während der Schwingungen
gegenüber ihrer ursprünglichen Lage verschieben, ändern sich die Federkonstante
und die Eigenfrequenz des Schwingungssystems. Bei gleicher Antriebskraft ändert
sich damit in unkontrollierbarer Weise die Schwingungsbreite.
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Da die Endeinspannung unsicher ist, mußte man wenigstens den Mittelteil
des Federpaketes sehr fest und sicher einspannen, wozu man aber, abgesehen von hohen
Einspanndrücken, auch eine erhebliche Einspannfläche in Längsrichtung der Blattfedern
benötigte. Etwa 40 % der Länge der Blattfedem ging, hierdurch für die eigentliche
Federwirkung verloren. Der kostspielige Federwerkstoff wurde also unvollkommen ausgenutzt.
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Durch die vorliegende Erfindung werden diese Nachteile dadurch beseitigt,
daß mindestens eine der Halterungen zur Führung der Federenden in deren Längsrichtung
über mindestens eine Parallelogrammführung mit der einen Masse verbunden ist.
Die
Parallelogrammführung sorgt dafür, daß die Enden der Blattfedem in jeder Biegungslage
der Federn parallel zueinander und zu den Federmittelstücken verbleiben. An keiner
Stelle des Federpaketes treten also Verschiebungen zwischen den Blattfedern und
damit Reibung auf. Auch in den gebogenen Federstücken zwischen der mittleren Einspannung
und den Endeinspannungen treten keine Reibungen auf, da man in an sich bekannter
Weise an der mittleren Einspannung und an den Endeinspannungen Zwischenbleche zwischen
die einzelnen Federn einfügt.
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Es treten also nicht die obenerwähnten Nachteile der Federabnutzung
ein, und die Federenden bleiben unverrückbar fest eingespannt, so daß die Federkonstante
und damit die Eigenfrequenz des Schwingungssystems unverändert bleiben. Die Mitteleinspannung
kann wesentlich kleiner als bisher nötig gemacht werden. Sie kann z. B. weniger
als 10 % der gesamten Federlänge einnehmen. Das Federmaterial wird demnach
gut ausgenutzt. Der Schwingungsantrieb nach der Erfindung hat eine praktisch unbegrenzte
Lebensdauer. Es treten keine Federbrüche auf und die Anordnung wird wartungsfrei.
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Aus diesen Gründen kann man mit dem Schwingungsantrieb nach der Erfindung
wesentlich größere Schwingbreiten erzielen als mit dem bekannten Antrieb, ohne Federbrüche
befürchten zu müssen. Im Gegensatz zu dem bekannten System sind der Ausnutzung des
Federwerkstoffes und der Anzahl der Federblätter von der Einspannung her keine Grenzen
gesetzt. Man kann wesentlich höhere Rückstellkräfte erzielen als bisher und damit
höhere Antriebskräfte auf die Nutzmasse übertragen.
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Es kommt aber noch eine Wirkung der Erfindung hinzu, die von vornherein
nicht abzusehen war.. Bei der Anbringung eines elektromagnetischen Schwingungsantriebes
sorgt man im allgemeinen dafür, daß der Schwerpunkt der Nutzmasse in die verlängerte
Symmetrieachse des Schwingungsantriebes fällt. Liegt der Schwerpunkt der Nutzmasse
auch nur um einen geringen Betrag außerhalb dieser Achse, so verläuft die Resultierende
der Beschleunigungskräfte unter einem Winkel zu dieser Achse, denn sie fällt immer
in die Verbindungsgerade beider Schwerpunkte. Infolgedessen fällt eine Komponente
der pulsierenden Beschleunigungskräfte in die Richtung des Federpakets und muß von
diesem auf die andere Masse übertragen werden. Wie oben erwähnt, verschieben sich
die Federenden des bekannten Systems laufend zwischen den Kleininbalken. Sie »schwimmen«
also innerhalb ihrer Einspannung. Diese schwimmende Lagerung kann aber der Kraftkomponente
in Richtung des Federblattes keinen Widerstand leisten. Das Paket muß sich infolgedessen
innerhalb der Klemmbalken verschieben.
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Im Gegensatz dazu liegen die Federenden nach der Erfindung infolge
der Parallelogrammführung absolut fest. Die Endeinspannung kann also Kraftkomponenten
in Richtung des Paketes übertragen. Damit kann man einige Abweichungen der Schwerpunktlage
in Kauf nehmen. Dies bedeutet eine wesentliche Vereinfachung der Anbringung. Denn
erstens spart man sich die Schwierigkeiten, den Schwerpunkt der Nutzmasse genau
festzustellen, und zweitens braucht man keine komplizierten Einstellmittel, Unterlegscheiben
unterschiedlicher Dicken u. dgl., bei der Befestigung des Schwingungsantriebes.
Vorzugsweise kann die Paralleiführung oder können die Parallelführungen aus einer
Platte mit einer Ausnehmung bestehen, derart, daß an einander gegenüberliegenden
Seiten der Ausnehmung nur zwei zueinander parallele Stege verbleiben. Damit erreicht
man zuverlässig, daß die Steggenden starr mit den übrigen Teilen der Parallelogrammführung
verbunden sind. Die Parallelogrammführung läßt sich billig herstellen.
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Vorzugsweise besitzt die Ausnehmung an den Enden der Stege
je eine den Stegquerschnitt erweiternde Rundung. Es werden also Winkel an
den Stegenden vermieden, die zu einem Abbrechen der Stege an diesen Stellen führen
könnten.
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Vorzugsweise ist die Ausnehmung U-förmig gestaltet, und der zwischen
den U-Schenkeln der Ausnehmung stehengebliebene Plattenteil ist an dem Gehäuse des
Schwingungsantriebes durch Ringschweißung innerhalb einer in der Gehäusewandung
vorgesehenen öffnung befestigt. Hierdurch wird eine billige, aber sehr betriebssichere
Anordnung geschaffen.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindun- an Hand der
Zeichnung beschrieben.
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F i 1 zei-t einen Schwingungsantrieb nach der Erfindung vom
Magnetanker her gesehen. Und zwar entspricht der linke und der mittlere untere Teil
von F i g. 1 einer Ansicht A in F i g. 2. Der rechte und der
mittlere obere Teil in F i g. 1 entspricht einer Ansieht B in F i
g. 2; F i g. 2 ist ein Längsschnitt durch den Schwingungsantrieb nach
F i g. 1 nach Linie V-V; F i 3 ist ein Querschnitt durch den Schwingung%-antrieb
nach Linie VI-VI in F i g. 1..
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Der Schwingungsantrieb besitzt ein Gehäuse 1, an dem der Elektromagnet
9 mit Hilfe von Schraubbolzen 11 befestigt ist. In den Gehäuseenden
sind die Enden des Blattfederpaketes 1-3 mit Hilfe von Parallelogrammfübrungen
festgelegt. In der Mitte des Federpaketes sind mit Hilfe von Spannbolzen 4 Spannplatten
2 und 3 befestigt. An die Spannplatte 2 wird die Nutzmasse angeschlossen,
während die Spannplatte 3 den Magnetanker 10 trägt. Die ein-, Masse
des schwingenden 7' Systems wird durch das Gehäuse 1 und den Elektromagneten
9 gebildet. Die andere Masse besteht aus dem Anker 10, den Spannplatten
2 und 3 und der anzuschließenden nicht dar-,gestellten Nutzmasse, z. B. einer
Förderrinne oder einem Bunkerabzu-Die Schrauben 11 c* dienen auch zur Einstellung
des Luftspaltes zwischen dem Magneten 9 und dem Anker 10.
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Die Enden des Federpaketes 13 sind in je einen Schwingsattel
eingespannt. Zur Bildung jedes Schwingsattels ist beiderseits des Federpaketendes
je
eine Platte 14 vorgesehen, die einen U-förmigen Schlitz 15 aufweist.
Ihr Hauptteil 16 ist durch Ringschweißung an der Wandung des Gehäuses
1 befestigt. Beiderseits außerhalb des U-Schlitzes sind die biegeelastischen
Stege 8 stehengeblieben, die oberhalb des Ringschlitzes den beweglichen Teil
17 der Platte 14 tragen.
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Zwischen die Teile 17 einander gegenüberliegender Platten 14
ist eine Spannplatte 5 eingeschweißt. Zwischen diese und eine Spannplatte
6 wird das Ende des Federpaketes mit Hilfe von Spannbolzen 7 eingespannt.
Durch
die Parallelogrammführungen bleiben die Federenden parallel zu dem mittleren Teil
der Federn. Die Federn biegen sich also beiderseits symmetrisch zur mittleren Einspannstelle
S-förmig durch. Die vier biegeelastiscben Stege 8 je Einspannstelle sind
so dimensioniert, daß sie durch elastische Deformation die erforderlichen Längenänderungen
des Federpaketes ausgleichen.
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Zur Verstellung der wirksamen Federlänge sind seitlich des Federpaketes
13 zwischen diesem und den Platten 14 keilförmige Verstellplatten
18 angeordnet, die mit U-fönnigen Schienen 19 verbunden sind. Die
Schienen umfassen die seitlich vorstehenden Enden von Zwischenplatten 20. Nach dem
Lösen der unteren Spannplatte 6 können die Verstellplatten 18 durch
Eintreiben von Keilen gegen eine ihrer keilförmigen Flächen in Federlängsrichtung
verstellt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Zur verschiebbaren Einspannung können auch Gelenk-, Gleit- und Schubweich- oder
Rollenelemente verwendet werden, die zwischen den Federn und dem Gehäuse angeordnet
sind.