DE69732665T2

DE69732665T2 - Vibratoradapter

Info

Publication number: DE69732665T2
Application number: DE69732665T
Authority: DE
Inventors: Iona Krush; Yuri Obodan; Leonid Shifrin
Original assignee: VIBTEC ENGINEERING Ltd
Current assignee: VIBTEC ENGINEERING Ltd
Priority date: 1996-12-15
Filing date: 1997-12-15
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: IL119836A0; EP1015104B1; US6250792B1; KR20000057563A; EA000958B1; CN1254301A; CN1138588C; EA199900550A1; EP1015104A1; WO1998026863A1; EP1015104A4; HK1028363A1; ATE289861T1; KR100499113B1; IL119836A; JP2001512386A; DE69732665D1; CA2274627A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Vibrationsmaschinen im Allgemeinen und von Mehrfrequenzadaptern für eine in Schwingung versetzbare Weiterverarbeitungsanlage im Besonderen.
Hintergrund der Erfindung
Vibrationsmaschinen sind bereits seit vielen Jahren für eine große Anzahl verschiedener Anwendungen einschließlich der Siebung kohäsiver Pulver und klebriger Materialien, dem Kompaktieren von Zementmischungen und Pulvern, der Stampfverdichtung von Erde und Asphalt, dem Herausschütteln von Formen und Abgüssen, dem Zerkleinern, Mahlen und Mischen von Pulvern, dem Entgraten und der Endbearbeitung von Gussformen mit aufwändiger Formgebung und der Aktivierung von Behältern bekannt. Solche Maschinen finden weiterhin auf einer Vielzahl von Gebieten einschließlich der Bauwirtschaft, der Herstellung von Baumaterialien, der Weiterverarbeitung von Rohstoffen, im Minen-, Metallurgie- und Maschinenbauwesen, in Gießerei-bezogenen Anwendungen, in der Herstellung von Keramiken und Pulvern, der Nahrungsmittelindustrie, bei Pharmazeutika und Chemikalien Anwendung.
Zahlreiche unterschiedliche Typen von Unwuchtvibratoreinheiten, welche rotierende Wellen und exzentrisch befestigte Gewichte anwenden, werden dazu verwendet, diese Vibrationsmaschinen- und -vorrichtungen anzutreiben. Es ist insbesondere bekannt, Motoren für Unwuchtvibratoren oder Vibratoren mit externen Antriebsmotoren vorzufinden, welche dazu verwendet werden, unterschiedliche Vibrationsmaschinen anzutreiben, welche auf "weichen" elastischen Befestigungen gelagert sind. Die natürlichen Frequenzen dieser sehr stark abgeglichenen (over-tuned) Maschinen sind wesentlich niedriger als die Zwangsfrequenz der Vibratoreinheiten, die sie antreiben, und solche Vibrationseinheiten benötigen weder eine Einstellung noch einen Abgleich. Diese Vibratoreinheiten werden vom Markt als "gebrauchsfertige" austauschbare Anordnungen zur Verfügung gestellt, so dass diese Verwendung und die Bedienung solcher Aggregate einfach, relativ billig und bequem ist.
Es ist jedoch bekannt, dass die erforderlichen Erregungskräfte in sehr stark abgeglichenen Maschinen groß sein müssen, was große Lagerschäden und eine Energieverschwendung verursacht. Ein weiterer Nachteil für viele Anwendungen ist die Tatsache, dass sie Mehrfrequenz-Wellenformen erfordern, im Gegensatz zur Einfrequenz-Sinuswellenlinie, die durch einen Unwuchtvibrator erzeugt wird. Diese Anwendungen beinhalten die Verdichtung, die Kristallisation, Siebung, Mahlung, Mischung usw. durch Vibration und erfordern eine Zahl von Oberwellen unterschiedlicher Frequenzen und Amplituden, wie sie in den US-Patenten 4,891,190 (Carter) und 4,859,070 (Musschoot) diskutiert wurden.
Es sind auch Vibrationsmaschinen bekannt, in welchen eine Unwuchtvibratoreinheit ein zusätzliches Gewicht aufweist, welches mit der Vibrationsvorrichtung über elastische Bedingungen verbunden ist, wobei dadurch eine abgeglichene Vibration und die Erhöhung der Amplitude der Vibrationsvorrichtung durch eine konstante Einfrequenz-Erregungskraft ermöglicht werden. Eine bekannte Form einer Unwuchtvibratoreinheit dieses Typs wird im "Carriage Mounted Vibrating Charge Feeder " verwendet, welcher auf Seite 7 des Bulletin Nr. 580-A der General Kinematics Corporation mit dem Titel "Vibrator process equipment for the cost efficient foundry" gezeigt wird und 1992 veröffentlicht wurde. Diese abgeglichenen Maschinen ersparen ohne Zweifel Energie, wenn sie mit ähnlichen, nicht-abgeglichenen Maschinen verglichen werden. Jedoch können die Betriebs zustände der Maschine bezüglich der Beanspruchung empfindlich sein, so dass, wenn sich die Arbeitsbeanspruchung ändert, eine Abgleichseinstellung erforderlich ist. Ein weiterer Nachteil dieser Maschinen ist es, dass diese eine Einfrequenzbewegung der Arbeitseinheit bereit stellen, die, wie oben diskutiert, inhärent nicht optimal ist.
Es ist auch eine Vibrationsmaschine eines anderen Typs bekannt, welche eine Arbeitseinheit, die von elastischen Befestigungen getragen wird, ein Stoßelement mit einem fest angebrachten Unwuchtvibrator und eine Vielzahl von elastischen Scherelementen und Puffern, die zwischen dem Stoßelement und der Arbeitseinheit vorhanden sind, benötigt. Eine harmonische Kraft des Unwuchtvibrators erregt das Stoßelement, wobei aufgrund der wiederholten Kollisionen des Stoßelements mit den elastischen Puffern die harmonische Kraft in eine Mehrfrequenzkraft transformiert wird. Diese Mehrfrequenzkraft wird auf die Arbeitseinheit der Vibrationsmaschine geführt.
Eine Vibratoreinheit dieses Typs wird in Verbindung mit einem Vibrationsbeaufschlagungstisch für die Formkompaktierung einer Zementmischung im UdSSR-Patent 1821370 beschrieben. Eine Mehrfrequenz-Vibrationsmachine dieses Typs weist eine Anzahl von Vorteilen einschließlich der Bereitstellung einer optimalen Wellenform, einer hoher Arbeitseffizienz und Energieeinsparung im Vergleich zu Maschinen, die zu stark abgeglichen sind, auf. Die gegenwärtigen Erfinder haben herausgefunden, dass die Verwendung von Mehrfrequenzmaschinen, wie sie in dem oben zitierten UdSSR-Patent beschrieben sind, eine 75 %ige Reduzierung des erforderlichen Kraftinputs in den Antrieb ermöglichen. Eine Maschine dieses Typs kostet weiterhin ungefähr nur die Hälfte der Kosten einer zu stark abgeglichenen Maschine wie oben beschrieben.
Dieser Maschinentyp ist jedoch durch eine Temperaturinstabilität der elastischen Scherelemente, die mit dem Stoßelement verknüpft sind, charakterisiert, was zu einem Ausfall sowohl dieser Elemente wie auch der Maschine als Ganzes führen kann. Ein weiteres Defizit ist die schnelle ungleichmäßige Abnutzung der Oberflächen der Puffer als das Ergebnis des elliptischen Bewegungsablaufs des Stoßelements relativ zur Arbeitseinheit und resultierendes schräges Aufprallen auf die Pufferoberflächen. Beide Nachteile ziehen als Ergebnis eine notwendige häufige Einstellung oder einen Abgleich der Maschine durch erfahrenes Personal nach sich. Der Abgleich unter industriellen Bedingungen ist sehr arbeitsaufwändig und erfordert eine spezielle Ausrüstung.
Stoßvibrationseinheiten welche elektromagnetische Vibratoren und spezielle Adapter enthalten, werden in einem Artikel mit dem Titel "Vibrations und Schweißtechnik" gezeigt, der auf den Seiten 14 – 15 eines von der AEG Aktiengesellschaft veröffentlichten Katalogs mit dem Titel "Vibrator Drives, Bin Discharge Aids and Slides" erschien. Solche Vibrationseinheiten zielen auf die Stoßaktivierung der Wandung eines Behälters mittels eines direkt wirkenden elektromagnetischen Vibrators ab. Ein Adapter, der als eine separate Einheit zur Verfügung gestellt wird, enthält Gummielemente und einen Schlagbolzen, die so wirken, dass sie Vibrationskräfte und einseitige Stoßimpulse auf die Behälterwand übertragen und dadurch den Materialfluss von Bulkware aktivieren.
Nachteile dieser Vibrator-angetriebenen Einheit schließen deren niedrige Leistung von weniger als 0,5 kW und das Fehlen einer Kraftkomponente senkrecht zur Stoßrichtung ein. Beide Nachteile sind bei der elektromagnetischen Erregung inhärent vorhanden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung zielt auf die Bereitstellung eines Mehrfrequenz-Adapters für eine in Schwingung versetzbare Weiterverarbeitungsanlage ab, welche auf den gewöhnlichen Zentrifugal-Einfrequenz-Vibrationserregermaschinen basiert.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vibratorantriebseinheit zur Erzeugung einer Vibrationserregungskraft mit verschiedenen festgelegten Stärken, in festgelegte Richtungen und mit festgelegten Wellenformen bereit zu stellen.
Es ist insbesondere das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Mehrfrequenz-Vibrationsadapter bereit zu stellen, der dadurch charakterisiert ist, dass er einen erhöhten Durchfluss des Materials und der Objekte durch Beschleunigung der Weiterverarbeitung durch Vibration ermöglicht sowie durch Erzeugung eines kontinuierlichen oder eines diskreten Vibrationsbreitbandspektrums, welches die optimale Wirkung auf ein bestimmtes Medium und weiterverarbeitete Gegenstände sichert.
Die vorliegende Erfindung hat weiter das Ziel einen Mehrfrequenz-Adapter bereit zu stellen, welcher die Transformation des Einfrequenzspektrums in ein Mehrfrequenzspektrum ermöglicht, der weiter dadurch charakterisiert ist, dass er die Energieverluste in den Lagern reduziert, eine verbesserte Zuverlässigkeit und eine Erniedrigung der erforderlichen Erregungskräfte und der Antriebskraft als Folge der Verwendung von Resonanzphänomenen aufweist.
Es soll des Weiteren eingesehen werden, dass der Adapter der vorliegenden Erfindung keine signifikante Änderungen im Design der Vibrationsmaschinen erfordert.
Deshalb wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine integrierte Vibrationsadaptervorrichtung zum Vorsehen einer Mehrfrequenz-Schwingung einer in Schwingung versetzbaren Arbeitseinheit bereit gestellt, die aufweist:
Ein Arbeitselement, das der Arbeitseinheit so zugeordnet ist, dass es mit ihr in einer Kraftübertragungsbeziehung steht;
eine Zentrifugalvibrationsvorrichtung zum Erzeugen einer Einfrequenz-Sinusvibration;
eine steife Stoßvorrichtung, die angeordnet ist, um eine Einfrequenz-Sinusvibration von der Vibrationsvorrichtung zu empfangen;
eine elastische Befestigungsvorrichtung zum Befestigen der steifen Stoßvorrichtung in einer eine Bewegung übertragenden Zuordnung zu dem Arbeitselement, die, wenn die Vibrationsvorrichtung betrieben wird, so funktionsfähig ist, dass sie die steife Stoßvorrichtung in Schwingung versetzt, so dass sie Vibrationskräfte auf das Arbeitselement überträgt;
und wenigstens eine elastische Puffervorrichtung, die mit Zwischenraum zwischen der steifen Stoßvorrichtung und dem Arbeitselement angeordnet ist, so dass die steife Stoßvorrichtung, wenn die Vibrationsvorrichtung betrieben wird, durch die elastische Puffervorrichtung elastisch auf das Arbeitselement schlägt, so dass die steife Stoßvorrichtung eine kontinuierliche Folge von mechanischen Stoßimpulsen auf das Arbeitselement überträgt, um so eine Mehrfrequenz-Schwingung davon zu bewirken, wodurch auch eine Mehrfrequenz-Schwingung der Arbeitseinheit bewirkt wird,
wobei die integrierte Vibrationsadaptervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass das Arbeitselement einen Teil einer steifen Basisanordnung mit steifen Wandabschnitten, die sich schräg davon erstrecken, bildet;
dass die elastische Befestigungsvorrichtung wenigstens ein Paar elastische Elemente enthält, die von einer vorbestimmten Steifheit sind, wodurch eine vorbestimmte Schwingung der Stoßvorrichtung ermöglicht wird, und die zwischen den steifen Wandabschnitten und der steifen Stoßvorrichtung positioniert und mit diesen verbunden sind, um so die Stoßvorrichtung relativ zu dem Arbeitselement in einer schwimmenden Befestigung zu tragen, um so eine Bewegung der Stoßvorrichtung zu ermöglichen, die im Allgemeinen vordere und hintere Komponenten bezüglich des Arbeitselements besitzt;
dass die Adaptervorrichtung ferner eine Vorrichtung zum Verhindern einer Überhitzung der elastischen Elemente enthält;
dass die Stoßvorrichtung funktionsfähig ist, um über die elastische Puffervorrichtung auf das Arbeitselement zu stoßen, wenn sie sich in einer Richtung mit einer im Allgemeinen Vorwärtsbewegungskomponente bewegt, und die Stoßvorrichtung funktionsfähig ist, um sich von dem Arbeitselement weg zu bewegen, wenn sie sich in einer Richtung mit einer im Allgemeinen Rückwärtsbewegungskomponente bewegt, und die Vorrichtung zum Verhindern der Überhitzung eine Vorrichtung zum Begrenzen der Rückwärtsbewegung der Stoßvorrichtung enthält;
und dass die steife Basisanordnung ferner einen Basisabschnitt enthält, der steif mit den steifen Wandabschnitten verbunden und im Allgemeinen parallel zu dem Arbeitselement ist, und die elastische Puffervorrichtung eine Vorwärtspuffervorrichtung enthält, wobei die Vorrichtung zum Verhindern einer Überhitzung eine elastische Rückwärtspuffervorrichtung enthält, die zwischen der Stoßvorrichtung und dem Basisabschnitt angeordnet ist, um die Rückwärtsbewegungskomponente der Stoßvorrichtung zu begrenzen.
Zusätzlich enthält gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die steife Stoßvorrichtung einen im Allgemeinen ebenen steifen Stoßabschnitt, und bei welcher die elastische Befestigungsvorrichtung eine Vorrichtung zum Befestigen der steifen Stoßvorrichtung derart enthält, dass der ebene steife Stoßabschnitt davon von dem Arbeitselement beabstandet ist, und bei welcher die Puffervorrichtung zwischen dem Arbeitselement und dem ebenen steifen Stoßabschnitt angeordnet ist, um so Schwingungskräfte von der Stoßvorrichtung auf das Arbeitselement zu übertragen.
Weiter ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Vibrationsvorrichtung mit der Stoßvorrichtung über ein steifes Gehäuse verbunden, das funktionsfähig ist, um eine Einfrequenz-Sinusvibrationen auf die Stoßvorrichtung zu übertragen.
Zusätzlich enthalten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die elastischen Elemente vorkomprimierte elastische Abschnitte mit einer viel geringeren Steifheit in Scherebenen, die im Allgemeinen parallel zu den Vorwärts- und Rückwärtsbewegungskomponenten der Stoßvorrichtung anstatt senkrecht dazu sind, vorzugsweise nicht mehr als ein Zwanzigstel davon.
Weiter beinhaltet gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die elastische Puffervorrichtung einen im Allgemeinen ebenen Abschnitt aus einem elastischen Material, bei welcher die elastische Puffervorrichtung eine im Allgemeinen gleichmäßige Dicke besitzt.
Gemäß einer zusätzlichen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die elastische Puffervorrichtung wenigstens einen Abschnitt eines elastischen Materials und ist von einer variablen Dicke.
Zusätzlich hat gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Basisanordnung in einem der steifen Wandabschnitte eine Öffnung ausgebildet, die dadurch ein Einsetzen und Entfernen eines der elastischen Abschnitte ermöglicht, und ferner eine Abdeckvorrichtung enthält, die an dem einen Wandabschnitt zum Verschließen der Öffnung befestigbar ist, wodurch ebenfalls der elastische Abschnitt komprimiert wird.
Weiter ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Arbeitselement ausgebildet, um die Stoßvorrichtung allgemein zu umgeben, bei welcher die elastische Befestigungsvorrichtung eine Vorrichtung zum Befestigen der steifen Stoßvorrichtung enthält, um so von dem Arbeitselement beabstandet zu sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende detaillierte Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen besser verstanden und wahrgenommen, wobei die Figuren zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Mehrfrequenz-Vibrationsadaptervorrichtung, die gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegen Erfindung konstruiert ist;
2 eine Aufrisszeichnung von der Vorderseite einer Mehrfrequenz-Vibrationsadaptervorrichtung, welche gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
3 eine bildhafte Darstellung von der Seite der Vorrichtung aus 2 und die einen externen Antrieb verwendet;
4 eine bildhafte Darstellung von der Vorderseite der Vorrichtung aus 2 und die einen Vibrationsmotor als inneren Antrieb verwendet;
5 ein teilweises Schnittbild von der Vorderseite der Mehrfrequenz-Adaptervorrichtung der 2, die jedoch elastische Scherelemente mit Ebenen der Scherung senkrecht zu der Rotationsachse einer Antriebswelle verwendet;
6 eine teilweise Schnittdarstellung von der Seite einer Mehrfrequenz-Adaptervorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, und die elastische Pufferelemente gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verwendet;
7 eine schematische Darstellung von der Seite eines Stoßelements und der seitlichen Wände einer Basisanordnung einer Vibrationsvorrichtung gemäß der Erfindung, welche Fenster im Basiselement zum Ersatz und zur Befestigung der elastischen Scherelemente besitzt;
8A–8C schematische Grundrisse von elastischen Puffern die gemäß alternativer Ausführungsformen der Erfindung gebildet werden;
9A–9B Querschnitte elastischer Puffer, die darauf befestigte zusätzliche Puffer variabler Dicke aufweisen;
10 eine Darstellung eines Querschnitts eines elastischen Puffers der eine Aushöhlung besitzt, in welcher ein zusätzlicher Puffer plaziert ist;
11 die Draufsicht auf den Puffer mit dem Ausschnitt der Aushöhlungen und zusätzlichen Puffern innerhalb der Aushöhlungen;
12A–12G schematische seitliche Ansichten der Vibrationsadaptervorrichtungen, welche verschiedene nicht-vorkomprimierte Mittel besitzen gemäß alternativer Ausführungsformen der Erfindung;
13a–13c schematische Querschnittsansichten verschiedener weiterer Ausführungsformen der Erfindung, welche eine Kombination von Schwingmetallen und flachen Schergummieelementen aufweisen; und
14A–14B Querschnittsansichten von Vibrationsvorrichtungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert sind, in welchen ein Basiselement und ein Stoßelement jeweils eine runde und ovale Querschnittsform aufweisen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In 1 wird in einem teilweisen Schnittbild von der Vorderseite eine Mehrfrequenz-Vibrationsadaptervorrichtung gezeigt, allgemein als 100 bezeichnet, die gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Die Vorrichtung 100 ist zur Befestigung an einen Abschnitt 99 einer durch Vibration arbeitenden Arbeitseinheit ausgebildet, die ein beliebiger Typ einer Vibrationsvorrichtung für Anwendungen wie beispielsweise dem Sieben von kohäsiven Pulvern und klebrigen Materialien, dem Verfestigung von Zementmischungen und Pulvern, der Stampfverdichtung von Erde und Asphalt, dem Herausschütteln von Formen und Gießformen, dem Zerkleinern, Mahlen und Mischen von Pulvern, dem Entgraten und der Endbearbeitung von Gussformen mit aufwändiger Formgebung, der Aktivierung von Behältern usw. sein kann.
Die Vibrationsvorrichtung 100 weist eine Mehrfrequenz-Adapteranordnung, allgemein als 102 bezeichnet, und eine Unwuchtvibratorvorrichtung, allgemein als 103 bezeichnet, auf. Die Adapteranordnung 102 enthält eine steife Basisanordnung 104 und ein steifes Stoßelement 107. In der vorliegenden Ausführungsform weist die steife Basisanordnung 104 ein steifes Arbeitselement 105 auf, aus welchem sich ein Paar nach unten erstreckende Kantenabschnitte 106 erstreckt, wobei jeder Abschnitt 106 einen darin gebildeten im Allgemeinen nach innen schauenden Ausschnitt 106a aufweist.
Das Arbeitselement 105 ist durch beliebige geeignete Befestigungsmittel (nicht gezeigt) am Abschnitt 99 der vibratorisch arbeitenden Arbeitseinheit befestigt und steht damit in einer die Kraft übertragenden Beziehung, so dass darauf Erregungskräfte übertragen werden, die durch die Adaptervorrichtung 100 erzeugt werden.
Es sollte festgehalten werden, dass in weiteren Ausführungsformen der Erfindung, die weiter unten in Verbindung mit 2 bis 14B gezeigt und beschrieben sind, weder eine in Schwingung versetzbare Arbeitsvorrichtung noch ein Teil davon notwendigerweise gezeigt werden, obwohl in Anspruch genommen wird, dass diese in der gleichen oder einer ähnlichen Weise vorhanden sind, in welchen sie in Verbindung mit der vorliegenden Ausführungsform gezeigt und beschrieben werden.
Die Adapterstoßvorrichtung 107 hat ein Paar von Endabschnitten 108, von denen jede darin einen im Allgemeinen nach außen zeigenden Ausschnitt 108a aufweist. Das Stoßelement 107 ist mit der Basisanordnung 104 durch ein Paar von elastischen Scherelementen 109 und 110 verbunden, von denen jedes in einem Paar von gegenüberliegenden Ausschnitten 106a und 108a sitzt, die so wirken, dass sie die Stoßvorrichtung 107 in einer "weichen" oder "schwimmenden" Befestigung zwischen den sich nach unten erstreckenden Kantenabschnitten 106 aufhängen, wobei die In Ruhe-Ausrichtung im Allgemeinen parallel zum Arbeitselement 105 erfolgt.
Die Unwuchtvibratorvorrichtung 103 beinhaltet ein Gewicht 112, welches exzentrisch auf einer Antriebswelle 114 befestigt ist. Die Antriebswelle 114 wird durch Lager 116 zur Rotation um ihre Achse 118 getragen. Die Lager 116 sind in einer geeigneten Art und Weise in einem steifen Gehäuse 117 befestigt, welches steif mit dem Stoßelement 107 befestigt ist. Dadurch ist ersichtlich, dass eine beliebige Vibrationsbewegung, die durch Rotation des Gewichtes 112 zusammen mit der Welle 114 induziert wird, direkt auf das Stoßelement 107 übertragen wird. Ein zusätzliches Gewicht 120 kann am Exzentergewicht 112 befestigt sein, wie beispielsweise über Bolzen 122, so dass die Stärke der Zentrifugalkraft erhöht wird, die auf die Welle 114 während deren Rotation wirkt.
Die Antriebswelle 114 wird durch einen Motor (nicht gezeigt) über eine geeignete elastische Kupplung (ebenfalls nicht gezeigt) angetrieben, wie es allgemein aus dem Stand der Technik bekannt ist. Es wird gleichfalls ein oberer elastischer Puffer 124 bereit gestellt, der zwischen dem Arbeitselement 105 und der Stoßplatte 107 zur Übertragung von Vorwärts- oder Aufwärtsstößen auf das Arbeitselement 105 sitzt; und ein unterer elastischer Puffer 126, der zwischen der Stoßplatte 107 und den Kantenabschnitten 106 der Basisanordnung 104 zum Abfedern des Stoßes der Rückwärtsbewegungen des Arbeitselementes 105 angeordnet ist. Der untere elastische Puffer 126 ist an der Basisanordnung 104 befestigt und weist eine Symmetrieachse 128 auf, die die Welle 118 in rechten Winkeln schneidet. Die Achse 128 steht im Allgemeinen senkrecht zum Arbeitselement 105. Die Geometrie der Adapteranordnung 103, der Basisanordnung 104 und der Puffer 124 und 126 ist so, dass das Stoßelement 107 zwischen den Puffern 124 und 126 liegt, so dass es bei Ruhe davon getrennt ist; der Raum zwischen dem oberen Puffer 124 und dem Stoßteil 107 ist eine festgelegte Trennung "s₁" und der Raum zwischen dem unteren Puffer 126 und dem Stoßelement 107 ist eine festgelegte Trennung "s₂".
Der Fachmann wird erkennen, dass die Adaptereinheit der vorliegenden Erfindung sowohl eine im Allgemeinen horizontale Orientierung oder eine geneigte Orientierung aufweisen kann, wie es gewünscht wird. Demgemäß ist die vorliegende Ausführungsform der Erfindung hierin beschrieben in Begriffen einer im Allgemeinen horizontalen Ausrichtung, wobei die Begriffe "oberer" und "unterer" nur in diesem beispielhaften Zusammenhang verstanden werden sollen.
Die elastischen Scherelemente 109 und 110 werden vorkomprimiert und befestigt wie oben beschrieben. Die relative Vorkompression der Elemente 109 und 110 nach der Zusammenfügung der Adapteranordnung 102 liegt in einer Richtung senkrecht zu den Achsen 118 und 128 im Bereich von 2 bis 30 %. Die Vorkomprimierung der elastischen Scherelemente 109 und 110 innerhalb dieses Bereichs ermöglicht eine notwendige Kompressionskraft, die das Loslösen der Stoßplatte 107 während des Betriebs verhindert.
Die elastischen Puffer 124 und 126 werden durch ein normales Steifheits/Schersteüheits-Verhältnis von größer als 20 charakterisiert. Dies ist notwendig, um sowohl das Lösen der Puffer wie auch die exzessive Abnützung ihrer Oberflächen zu verhindern, wenn sie wiederholt mit der Stoßanordnung 107 in schräger Weise kollidieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die elastischen Puffer 124 und 126 an der Stoßvorrichtung 107 alternativ befestigt werden, wie durch Bolzen, Kleben usw., so dass die Spalte s₁ und s₂ zwischen dem Arbeitselement 105 und den elastischen Puffern gebildet werden. Darüber hinaus kann ohne Begrenzungen einer der elastischen Puffer mit dem Basiselement und ein anderer Puffer mit dem Stoßelement verbunden werden. Als eine weitere Alternative kann es den Puffern erlaubt werden, in der Lücke zwischen der Basisanordnung und der Stoßvorrichtung zu "schwimmen".
Unter Betriebsbedingungen werden die Vibrationen in der Unwuchtvibratorvorrichtung 103 durch Rotation der Welle 114 zusammen mit ihrem exzentrisch befestigten Gewicht 112 und optional einem zusätzlichen Gewicht 120 erzeugt. Diese Rotation gibt Anlass zu einer bekannten Zentrifugalkraft, die mit einer bekannten "erzwungenen" Frequenz auf das Gehäuse 117 und deshalb auf das Stoßelement 107 übertragen wird. Wie oben beschrieben, wird das Stoßelement 107 in einer weichen oder schwimmenden Befestigung durch elastische Scherelemente 109 und 110 aufgehängt. Demgemäß macht die beschriebene Zentrifugalkraft – die im Wesentlichen eine sinusförmige Einfrequenz-Erregungsfrequenz darstellt – wenn sie auf das Stoßelement 107 übertragen wird, eine komplexe winkelförmige Translation relativ zum Arbeitselement 105 durch. Diese resultiert in einem komplizierten Bewegungsablauf des Stoßelementes und verursacht weiter wiederholte schräge elastische Kollisionen des Stoßelements 107 mit dem oberen elastischen Puffer 124 und mit dem unteren elastischen Puffer 126, was zu einer periodischen Multifrequenz-Erreegung oder zu einer zufälligen Erregung des Arbeitselementes 105 führt.
Die Zeit- und Krafteigenschaften der Kollisionsstöße zwischen dem Stoßelement 107 und den oberen und unteren Puffern 124 und 126 sind von den Erregungs- und Systemparametern abhängig. Als hauptsächlich beeinflussende Parameter sind zu nennen:
Die Stärke, die Frequenz und Rotationsrichtung der Zentrifugalkraft, die in der Vibrationsvorrichtung 103 erzeugt werden;
das Gewicht und das Trägheitsmoment der Vibrationsanordnung 103 und des Stoßelements 107;
die normale Steifheit und die Schersteifheit der elastischen Scherelemente 109 und 110 und der oberen und unteren Puffer 124 und 126;
die Größe der Spalte s₁ und s₂; und
die relativen geometrischen Parameter aller verschiedener Komponenten.
Die elastischen Kräfte in den elastischen Scherelementen 109 und 110 und den oberen und unteren Puffern 124 und 126 resultieren in einer korrespondierenden Output-Erregungskraft des Stoßelements 107 und deshalb auch des Arbeitselementes 105, welche eine periodische oder nicht-periodische Zeitfunktion aufweisen kann, und welche ein Mehrfrequenzbreitband-Fourierspektrum gemäß der wiederholten Stoßimpulse aufweist, überlagert auf der Hauptoberwelle der Zwangsfrequenz. In Abhängigkeit von den oben erwähnten Parametern kann das Multifrequenzspektrum diskret oder kontinuierlich sein. In einigen Fällen, in denen die Spalte s₁ und s₂ entweder sehr groß oder nicht vorhanden und die Puffer vorkomprimiert sind, kann eine periodische Einfrequenz-Vibration der Zwangsfrequenz resultieren.
Es ist daher ersichtlich, dass die Einstellung der Vibrationsvorrichtung 103 die Möglichkeit der Bereitstellung eines ausgewählten optimalen Output-Spektrums für verschiedene Anwendungen ermöglicht. Während eine vollständig zusammengesetzte Adaptervorrichtung 100 während des anfänglichen Zusammenbaus im Voraus abgeglichen werden kann, kann ein endgültiges Abgleichen durch die Anpassung der Stärke der Zentrifugalkraft ermöglicht werden, d. h. durch Zunahme oder Abnahme der Gewichte auf der Welle 114 und durch Einstellung der Spalte s₁ und s₂. Ein solches Abgleichen der Adaptervorrichtung kann eine optimale Erregung der Vibrationsanordnung 103 gemäß der gestellten Erfordernisse ermöglichen.
Beispielsweise kann eine optimale Anwendung der Mehrfrequenzvibration in Verfahren zur Endbearbeitung eine Mehrfrequenzvibration des Arbeitselementes 105 in einer vertikalen Richtung und eine Einfrequenzvibration in einer horizontalen Richtung erfordern. Die vertikale Vibration enthält eine Hauptoberwelle mit niedriger Frequenz, beispielsweise 25 Hz, mit vergrößerter Amplitude und einer Kombination von Hochfrequenz-Oberwellen, die in Beschleunigungsspitzen bis zu 50 g resultieren. Die Hauptvibrationsfrequenz ermöglicht die Fluidisierung und die Mischung des Arbeitsmediums zusammen mit den Gegenständen, die verarbeitet werden. Eine hohe Beschleunigung und damit eine hohe Kontaktbeanspruchung intensivieren die Endfertigung. Weiterhin werden in einer konventionellen Endfertigung verschiedene Frequenzen benötigt, um verschiedene Teile zu verarbeiten.
Die Verwendung der vorliegenden Erfindung schließt den Gebrauch von Frequenzumwandlern des Standes der Technik für die Optimierung des Arbeitsmodus aus, da jede erforderliche Frequenz im diskreten oder kontinuierlichen Spektrum, die durch die Adaptervorrichtung 100 erzeugt wird, durch geeignetes Abgleichen ausgewählt werden kann. Eine dynamische Verstärkung der vertikalen Vibration, welche durch die Einstellspalte s₁ und s₂ eingestellt werden kann, erniedrigt die notwendige Zentrifugalkraft und den Energieverbrauch, der in den Lagern aufgezehrt wird, wodurch sowohl die Verlässlichkeit erhöht wie auch der Energieverbrauch reduziert werden.
Weiterhin erlaubt es die Bereitstellung des unteren Puffers 126, die Verlässlichkeit der Vibrationsvorrichtung in Folge der Temperaturstabilität des Systems zu erhöhen.
Ferner haben die Erfinder gefunden, dass die Anwesenheit des unteren elastischen Puffers 126 eine gewünschte Temperaturstabilität auf den oberen elastischen Puffer 124 ausübt. Dies erfolgt gemäß der Tatsache, dass eine Temperaturerhöhung der elastischen Scherelemente gemäß einer zyklischen inneren Friktion im Gummi verhütet wird, welche unter einer hohen Umgebungstemperatur noch verschlimmert würde, da die Energie des Rückwärtsstoßes teilweise durch den unteren Puffer 126 absorbiert wird,.
Umgekehrt würde die Abwesenheit eines unteren elastischen Puffers 126 zu einer Überhitzung der elastischen Scherelemente 109 und 110 und so zu einer daraus resultierenden Reduktion ihrer Steifheit führen, wodurch eine Zunahme im Pufferspalt s₁ verursacht würde. Diese Zunahme im Pufferspalt s₁ verursacht eine Zunahme des Hubs, wodurch eine noch weitere Temperaturerhöhung der Scherelemente verursacht wird. Es wird eingesehen, dass diese zyklische, sich selbst erhaltende Temperaturerhöhung der Scherelemente 109 und 110, während der Verwendung der Vibrationsvorrichtung in Abwesenheit des unteren Puffers 126 zu einem Ausfall der elastischen Scherelemente 109 und 110 und zu einem daraus folgenden Ausfall der Vibrationsadaptervorrichtung führen würde.
In allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die elastischen Puffer 124 und 126 jeweils steif mit dem Arbeitselement 105 und den Kantenabschnitten 106 verbunden werden; sie können mit den geeigneten Oberflächen des Stoßelements 107 verbunden werden oder sie können in den Spalten zwischen dem Stoßelement 107 und dem Basiselement 105 und dem Arbeitselement 105 "schwimmen".
In den 2 und 3 wird eine Mehrfrequenz-Vibrationsadaptervorrichtung gezeigt, die allgemeinen als 200 bezeichnet wird, und die gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Das allgemeine Layout und die Bedienungsprinzipien der Einheit 200 sind im Allgemeinen ähnlich zu jenen der Einheit 100 und im Detail hierin in Verbindung mit 1 gezeigt und beschrieben. Demgemäß sind Abschnitte der Vorrichtung 200, die Gegenpartabschnitte in Vorrichtung 100 aufweisen, in vielen Fällen mit den Referenzzeichen aus 1 versehen, und sind wiederum in Verbindung mit den 2 und 3 nicht spezifisch beschrieben, es sei denn dass dies ist für das Verständnis der dort gezeigten Ausführungsform erforderlich ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet eine Adaptervorrichtung 200 eine Mehrfrequenz-Adapteranordnung, die eine Stoßrahmenanordnung 207' und eine Basisanordnung 204 aufweist, wobei beide als rechtwinklige Parallelepipede ausgebildet sind; die Stoßanordnung 207' ist dabei in der Basisanordnung 204 angeordnet. Die Adaptervorrichtung 200 wird an einem Vibrationstisch 291 befestigt, der durch das elastische Gummielemente 292 auf einem befestigten Rahmen 293 gelagert wird. Die Achse 118 der Antriebswelle 114 und eine Achse 250 eines externen Motors 252 (3) sind senkrecht zur Achse 128 und parallel zur Oberfläche 254 des Puffers 124 angeordnet.
In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet die Basisanordnung 204 ein Arbeitselement 205, ein untere Basisplatte 258 und seitliche Verbindungsabschnitte 259, die dazu dienen, das Arbeitselement 205 mit der unteren Basisplatte 258 steif zu verbinden. Der Stoßrahmen 207', der im Allgemeinen innerhalb der Basisanordnung 204 gelagert wird, beinhaltet das Stoßelement 207, ein unteres Plattenelement 260, welches steif mit dem Stoßelement 207 durch steife Zugbänder 262 befestigt ist.
Die elastischen Scherelemente 109 und 110 werden zwischen dem Stoßelement 207 und den seitlichen Wandabschnitten 290 des Basisrahmens 205 aufgenommen. Versteifungsteile in den Winkeln 261 werden bereit gestellt, so dass die Wandbereiche 290 und deshalb auch das Arbeitselement 205 und die untere Basisplatte 258 seitlich abgegrenzt werden. Das Arbeitselement 205 und die untere Basisplatte 258 werden miteinander über Bolzen 280 verbunden, die innerhalb der Verbindungsabschnitte 259 angeordnet sind. Vorzugsweise sind diese Verbindungen einstellbare Bolzenverbindungen, wodurch die Einstellung des Spalts s₁ zwischen dem Stoßelement und dem oberen Puffer 124 und des Spalts s₂ zwischen dem unteren Puffer 126 und dem oberen Plattenelement 260 ermöglicht wird.
Der obere elastische Puffer 124 ist zwischen dem Arbeitselement 205 und dem Stoßelement 207 und der untere elastische Puffer 126 ist parallel zum oberen elastischen Puffer 124 und zwischen der unteren Basisplatte 258 und dem unteren Plattenelement 260 angeordnet. Die elastischen Scherelemente 109 und 110 sind ähnlich in ihrer Konfiguration bezüglich ihrer Gegenpartelemente in der Vorrichtung 100 (1) und werden zwischen und in einer senkrechten Ausrichtung zur unteren Basisplatte 258 und Stoßelement 207 durch eine beliebige geeignete Konstruktion gehalten, wie im Wesentlichen gezeigt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist beispielsweise der obere elastische Puffer 124 an einer unteren Fläche des Arbeitselementes 205 befestigt, und das Stoßelement 207 ist derart gelagert, dass ein Spalt s₁ zwischen dem Stoßelement und dem oberen Puffer 124 definiert wird. In ähnlicher Weise ist der untere elastische Puffer 126 an der unteren Basisplatte 258 angebracht, und dort ist ein Spalt s₂ zwischen dem unteren Puffer 126 und dem unteren Plattenelement 260 definiert.
Während des Zusammenbaus des Arbeitselements 205, dem unteren Plattenelement 258, den seitlichen Verbindungen 259 und den Verstärkungselementen 261 werden die elastischen Scherelemente 109 und 110' in Position befestigt und anschließend durch einen festgelegten Betrag komprimiert, wie im Wesentlichen hierin beschrieben.
Wie schematisch in den 2 und 3 erkennbar ist, werden die seitlichen Verbindungsabschnitte vorzugsweise auch mit oberen und unteren Einstellungselementen ausgestattet, die jeweils als 270 und 272 bezeichnet werden. Diese Einstellelemente, die beispielsweise Gewindeelemente sein können, dienen dazu, die Einrichtung und Einstellung sowohl der unteren wie oberen Spalte s₁ und s₂ zu gewährleisten.
Die Spalte s₁ und s₂ werden gemäß eines erforderlichen Abgleichs der Vibrationsvorrichtung und gemäß bestimmter Einschränkungen festgelegt. Unter diesen Einschränkungen sind:

1. Einer der Spalte s₁ und s₂ muss kleiner sein als die Amplitude des Stoßelements 207 relativ zum Arbeitselement 205, wenn beide Puffer fehlen;
2. Die Summe der Spalte s₁ und s₂ muß kleiner sein als der maximale Hub des Stoßelements, welches selbst abhängig ist von der Stärke und der erlaubten Selbsterhitzung der elastischen Scherelemente.

In der vorliegenden Ausführungsform wird die Vibrationsanordung 203 durch einen externen Antrieb angetrieben, wie beispielsweise dem externen Motor, der bei 252 in 3 gezeigt wird.
In 4 wird jedoch eine Adapteranordnung gezeigt, die im Allgemeinen ähnlich zu der Adapteranordnung ist, die in Verbindung mit 2 gezeigt und oben beschrieben wird, aber welche einen internen Vibrationsmotor 352 benötigt, der innerhalb des Stoßrahmens 207 und steif an dem unteren Plattenelement 260 befestigt ist.
Es soll erkannt werden, dass die Plazierung des Unwuchtvibrators innerhalb des Stoßrahmens 207, wie oben gezeigt und in Verbindung mit den 2 und 3 beschrieben, und die Plazierung des Vibrationsmotors 352 innerhalb des Stoßrahmens 207', wie oben gezeigt und in Verbindung mit 4 beschrieben, ein höchst kompaktes Design der Multifrequenz-Vibrationsadaptervorrichtung der vorliegenden Verbindung ohne damit verknüpfte Bauelemente ermöglicht. Ebenso ist gemäß der Kompaktheit der vorliegenden Adaptereinheit-Konstruktion im Vergleich mit Konstruktionen des Standes der Technik eine geringere Neigung vorhanden, schädliche Systemmomente als beim Stand der Technik zu erzeugen, und das Gewicht der Vorrichtungen ist gleichfalls relativ niedrig. Beide Eigenschaften erhöhen die mechanische Verlässlichkeit der vorliegenden Vorrichtung.
In den 2 und 4 sind die elastischen Scherelemente 109 und 110 flache Gummischerelemente, welche Scherflächen 263 senkrecht zur Oberfläche 254 des Puffers 124 und der Oberfläche 256 des Stoßelements 207 aufweisen. Begrenzende Elemente, wie sie in 4 bei 264 gezeigt werden, können dazu verwendet werden, zu verhindern, dass sich die elastischen Scherelemente 109 und 110 verschieben.
Die elastischen Scherelemente 109 und 110 werden vorkomprimiert und ihre Kompressionsteifheit in einer Richtung senkrecht zu ihren Scherflächen ist 6 bis 300 Mal größer als ihre Schersteifheit. Es ist notwendig, die Bewegung des Stoßelements 207 relativ zum Arbeitselement 205 in einer horizontalen Richtung zu begrenzen, wodurch schräge Stöße zwischen dem Stoßelement 207 und den Puffern 124 und 126 vermieden werden, die eine intensive Abnützung der Puffer verursachen würden.
Ein Weg, auf welchem es möglich ist, den Adapter zusammenzubauen, der nach der Ausführungsform der 2 aufgebaut ist, besteht in der Bereitstellung einer Öffnung in den seitlichen Wänden des Basiselements des Adapters.
Aus insbesondere 7 ist ersichtlich, dass der Mehrfrequenz-Adapter 202, der in der Gestalt eines rechtwinkligen Parallelepipeds ausgebildet ist, eine Öffnung 425 aufweist, die in einer seitlichen Wand 290 zur Aufnahme eines elastischen Scherelements 109 ausgebildet ist. Vor der Befestigung des Stoßelements 207 in einem Basiselement 205 wird anfänglich ein Scherelement 110 in Position einge fügt, wie gezeigt. Anschließend wird, nachdem das Stoßelement 207 in Position eingefügt wurde, das Scherelement 109 durch die Öffnung 425 eingefügt und in Berührungskontakt mit Stoßelement 207 befestigt. Ein steifes Abdeckelement 291 wird dann an der Wand 290 durch beliebige geeignete Befestigungsmittel befestigt, so dass das Scherelement 109 zwischen dem Abdeckelement 291 und dem Stoßelement 207 vorkomprimiert wird. Die Bereitstellung der Öffnung 425 ermöglicht wie beschrieben die Einstellung des Vorkompressionsgades der Scherelemente und deshalb die Verbesserung der Vibrationsvorrichtung.
In den 5 und 6 werden Adaptervorrichtungen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In diesen Ausführungsformen wird ein Stoßelement durch zylindrische elastische Scherelemente 109, 109', 110 und 110'' in einer Unterstützungskonstruktion, welche aus vertikalen Unterstützungsabschnitten 238 gebildet werden, welche über Verstärkungselemente 239 befestigt sind, befestigt. Die Scherebenen der Scherelemente stehen senkrecht auf der Achse der Welle 114. Die Scherelemente werden axial im Bereich von 2 bis 30 vorkomprimiert und in einer Art und Weise befestigt, welche ähnlich zu jener ist, wie sie oben in Verbindung mit den Scherelementen 109 und 110 beschrieben ist (2 und 3). Die seitlichen elastischen Puffer 224' und 224'' sitzen zwischen dem Stoßelement 207 und dem Arbeitselement 105 zusammen mit dem direkten oder oberem elastischen Puffer 124 und dem entgegengesetzten oder unterem elastischen Puffer 126.
Diese Anordnung ermöglicht eine elliptische Schubbewegung der Arbeitseinheit mit einem vorgegebenen Verhältnis der elliptischen Achsen, wodurch die Eignung der Vibrationseinheit erhöht wird. Insbesondere für Anwendungen in der Endverarbeitung und der Siebung, bei denen sich elliptische Schubbewegungen als optimal in Maschinen erwiesen haben, die einen Unwuchtvibrator mit einer vertikalen Achse aufweisen, ist die vorliegende Ausführungsform besonders anwendbar, da sie eine hohe Verlässlichkeit und eine hohe Verarbeitungseffizienz ermöglicht.
Zusätzlich kann die elliptische Schubbewegung der Arbeitseinheit während des Betriebs so geändert werden, dass sie entweder eine Hauptachse e'_maj oder e''_maj durch Umkehrung der Rotation der Welle 114 ermöglicht, wodurch auch die Richtung der Vibrationsübertragung umgekehrt wird. Dieses Merkmal kann Flexibilität in Bodenstampfmaschinen und Maschinen mit Förderbändern verleihen.
Gemäß 2, 8A, 8B und 8C können die Puffer 124 und 126 mit Öffnungen oder darin enthaltenen Ausnehmungen gebildet werden. Nur beispielhaft können Puffer 124 und 126 darin ausgebildet eine rechteckige Öffnung oder eine Ausnehmung 125 aufweisen, wie in 8A gezeigt; sie können eine zentrale Öffnung oder eine Ausnehmung 127 wie in 8B gezeigt aufweisen; und sie können eine im Allgemeinen runde oder elliptische Öffnung oder Ausnehmung 129 aufweisen wie in 8C gezeigt.
Es soll festgehalten werden, dass durch die Bereitstellung von Aushöhlungen oder Ausnehmungen unterschiedlicher Formen und Tiefen es möglich ist, die Puffer 124 und 126 mit unterschiedlicher oder variierender Steifheit bereit zu stellen, wobei gleichzeitig die Tendenz zur Rotationsvibration oder zum "Galloping" des Stoßelements reduziert wird. Genauer gesagt, ist das "Galloping" eine unerwünschte Rotationsvibration, welche eine translatorische Vibration begleitet. Es ist bekannt, dass "Galloping" die Höchstbeschleunigung erniedrigt und zu einer Instabilität der Vibration und zu einer Reduktion im Ausstoß der Vibrationsvorrichtung führt. Wenn der obere Puffer 127 mit Ausnehmungen oder Aushöhlungen ausgestattet wird wie beschrieben, kollidiert darin ein Stoßelement 207 in einer gewünschten Art und Weise, wobei das "Galloping" verhindert und deshalb die Stabilität des Ausstoßes der Mehrfrequenz-Vibration der Vibrationsvorrichtung vergrößert wird.
Gemäß der 9A und 9B können in einer Vorrichtung, die gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung konstruiert ist, als oberer Puffer 124 zusätzliche Pufferelemente, bezeichnet als 124a (9A) und 124b (9B) zwischen dem oberen Puffer 124 und dem Arbeitselement 205 bereit gestellt werden. Wie in 9A gezeigt, können die zusätzlichen Puffer 124a höher sein als Puffer 124, so dass ein Spalt s₃ zwischen der Oberfläche 124' des zusätzlichen Puffers 124a und dem Arbeitselement 205 definiert wird, wobei s₃ < s₁. Diese Anordnung verbreitert das tatsächliche Band des Frequenzspektrums gemäß dem Wechsel der nicht-linearen Eigenschaften der Rückstellkräfte in den Puffern gegenüber deren Auslenkung.
Alternativ dazu können, wie in 9B gezeigt, die zusätzlichen Puffer 124b niedriger als der Puffer 124 sein, so dass ein Spalt s₃ zwischen einer Oberfläche 124'' der zusätzlichen Puffer 124b und dem Arbeitselement 205 definiert wird, wobei s₃ > s₁.
Es soll festgehalten werden, dass, wenn das Stoßelement 207 unter einer verzerrten Mehrfrequenzvibration angeregt wird, die Änderung in der Pufferhöhe eine entsprechende Veränderung im Kollisionszeitpunkt zwischen dem Stoßelement 207 und dem Arbeitselement 205 hervorruft. Daher ermöglicht es die Verwendung von Puffern mit unterschiedlichen Höhen einem Anwender die Kraftauslenkungskurve des Rückstellsystems einzustellen, wobei dadurch eine größere Einbauflexibilität in der nicht-linearen Eigenschaft des dynamischen Systems der Adaptervorrichtung der Erfindung ermöglicht wird. Die Fachleute werden erkennen, dass diese Kraftrückstellkurve der Graph der Rückstellkraft ist, die durch den Puffer hervorgerufen wird, gegen die Auslenkung des Arbeitselements relativ zum Stoßelement, und dass dies eine wichtige Eigenschaft des nicht-linearen Oszillationssystems ist, die durch die vorliegende Erfindung ausgeführt wird.
Weiter kann ein gewünschtes Output-Frequenzspektrum gemäß der Bereitstellung einer ausgewählten Zahl von zusätzlichen Puffern durch ihre Positionen, Steifheit und relativen Höhen erhalten werden. Zusätzliche Puffer wie diese können in Verbindung mit einem beliebigen der Puffer bereit gestellt werden, sei es, dass diese die oberen oder unteren Puffer sind, oder mit den seitlichen Puffern 224' und 224'' wie in den 5 und 6 gezeigt.
Gemäß der 10 und 11 ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gleichfalls möglich, eine oder mehrere zusätzliche Puffer 124c, 124c' und 124c'' in einer Aushöhlung oder Ausnehmung 224 des oberen Puffers 124 bereit zu stellen. Die Aushöhlung 224 kann eine beliebig geformte Aushöhlung sein, beispielsweise eine beliebige Aushöhlung oder Ausnehmung wie sie in einer der 8A bis 8C gezeigt werden. Diese zusätzlichen Puffer besitzen vorzugsweise eine Form, die der Gestalt der entsprechenden Aushöhlung oder Ausnehmung entspricht, können jedoch definierte seitliche Spalte 255 mit dem Puffer 124 oder eine vorbestimmte Höhe unterschiedlich zu jener des Puffers 124 aufweisen. Diese Unterschiede in der Gestalt erzeugen eine bekannte Einstellung in den Eigenschaften der Kollision zwischen dem Stoßelement 207 und dem Arbeitselement 205, wie oben in Verbindung mit den 9A und 9B beschrieben.
Allgemein Bezug nehmend auf die 12A bis 14 ist es gleichfalls möglich, verschiedene nicht-vorkomprimierte elastische Arbeitsmittel für die elastische Unterstützung des Stoßelements 407 in relativer Bewegung zu einem Arbeitselement 405 bereit zu stellen, mit einer Steifheitscharakteristik ähnlich zu jener, wie sie oben in Verbindung mit den elastischen Scherelementen 109 und 110 beschrieben ist.
Es ist deshalb vorgesehen, ein elastisches Unterstützungssystem durch Verwendung paralleler Blattfedern 400 bereit zu stellen, die auf einer Seite 402 eines Stoßelements 407 mit einem Arbeitselement 405 verbunden sein können, wie in 12A gezeigt. Alternativ dazu können parallele Blattfedern bereit gestellt werden, um gegenüberliegende Seiten 402 und 404 des Stoßelements 407 mit dem Arbeitselement 405 zu verbinden, wie in 12B gezeigt.
Alternativ dazu können Schwingmetallarme oder Torsionsarme als elastische Elemente 412 in den 12C, 12D, 12E, 12F und 12G verwendet werden, entweder alleine oder in Kombination mit anderen elastischen Arbeitsmitteln.
Um eine nötige Steifheit der elastischen Arbeitsmittel zu ermöglichen, die für bestimmte Anwendungen wichtig sein können, können zusätzliche elastische Elemente 440 eines beliebigen geeigneten Typs zwischen dem Stoßelement 407 und dem Arbeitselement 405 bereit gestellt werden, wie es in den 12F und 12G gezeigt wird. Sie können in eine jede geeignete Position zwischen dem Stoßelement 407 und dem Arbeitselement 405 plaziert werden, und können eine beliebige geeignete geometrische Form aufweisen oder können aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet werden, wie beispielsweise Metall, Gummi usw., gemäß der festgelegten Erfordernisse.
Die Verwendung eines beliebigen der oben beschriebenen elastischen Arbeitsmittel anstatt der vorkomprimierten Gummiblöcke ermöglicht eine erhöhte Verlässlichkeit, eine Reduktion des Gewichts und der Kosten und eine Zunahme in der Leistungsfähigkeit gemäß eines großen Senkrecht-/Quer-Steifheitsverhältnisses.
Bezüglich der 13A, 13B und 13C werden gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung Vibrationsvorrichtungen bereit gestellt, welche wenigstens ein elastisches Gelenk 419 verwenden, vorzugsweise ein "Schwingmetall-" oder ein Gummi-Metall-Gelenk, welche das Stoßelement 407 und das Arbeitselement 405 verbindet. Es werden auch vorzugsweise drei Puffer bereit gestellt, bezeichnet als 424, 426 und 427, von denen jeder mit oder ohne Spalte in Verbindung mit einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgestattet sein kann. Die gezeigten Anordnungen ermöglichen eine periodisch oder chaotisch gepulste Wechselwirkung zwischen dem Stoßelement 407 und dem Arbeitselement 405. Die gepulsten oder chaotischen Kräfte werden bezüglich der Hebelarme um die Drehachse 419 angewendet.
Das Stoßelement 407 kann eine beliebige geeignete Gestalt aufweisen, und nur beispielhaft kann es in Form eines einfachen linearen Elements vorliegen, wie es in 13C gezeigt wird: Es kann abgewinkelt oder gebogen vorliegen wie in 13B gezeigt, oder es kann eine geschlossene Querschnittsform in einer Ebene senkrecht zur Drehachse aufweisen, wie beispielsweise eine Dreiecksform, wie es in 13A gezeigt wird. In diesen Anordnungen sind das Arbeitselement 405 der Vibrationsvorrichtungen (und deshalb auch die Arbeitsvorrichtungen der Vibrationsmaschinen, die durch die gezeigten Vorrichtungen angetrieben werden) einer Mehrfrequenz-Erregung unterworfen, welche sowohl gepulste Mehrfrequenzkräfte und Mehrfrequenz-Momente beinhalten. Es soll eingesehen werden, dass durch Variation der Zentrifugalkräfte, der Pufferspalte (wie oben in Verbindung mit 8A – 11 beschrieben) und der gesamten Geometrie des Systems es möglich ist, einen breiten Bereich der relativen Phase zwischen den oben erwähnten Kräften und Momenten zu erhalten. Dieser Typ der variierten komplexen Mehrfrequenz-Erregung, wie er durch eine der obigen Vorrichtungen bereit gestellt wird, ist für die optimale Erregung der Vorrichtungen zum Mischen und Mahlen von Pulvern nützlich, und für Maschinen zum Reinigen, Entgraten und Polieren von kompliziert geformten Teilen.
Es soll weiter festgehalten werden, dass jede der Ausführungsformen der 13A bis 13C eine besondere Beziehung zwischen dem Hebelarm, der Richtung des Stoßpulses und dem Pulsmoment ermöglicht.
Besonders gemäß der Ausführungsformen der 13B und 13C wird weiter gezeigt, dass die Stoßelemente 407 daran befestigte zusätzliche Gegengewichte 444 aufweisen. Die Positionen der Gegengewichte 444 können entlang der Stoßelemente 407 bezüglich der Drehachse 419 eingestellt werden, wobei eine entsprechende Einstellung der Erregungskräfte und -momente erfolgt.
Nun kurz auf 13A Bezug nehmend beinhaltet die Dreieckskonstruktion der gezeigten Vibrationsvorrichtung elastische Elemente 421' und 421'', die eine relativ steife elastische Unterstützung des Stoßelements 407 ermöglichen, ungeachtet der Ausrichtung der Vibrationsvorrichtung. Die Ausführungsform der 13A beinhaltet weiter ein zusätzliches Gelenk 419'. Das zusätzliche Gelenk 419' verbindet das Arbeitselement 405 mit einem Element 291 einer in Schwingung versetzbaren Arbeitseinheit, die zur Vibration gebracht werden soll. Da das zusätzliche Gelenk 419' coaxial mit der elastischen Drehachse 419 ist, wendet die Vibrationsvorrichtung Erregungskräfte auf das Vibrationselement 291 in einer der Ebenen 437' oder 437'' an. Diese Anordnung ermöglicht eine Erregung des Elementes 291 sowohl in einer Vorwärtsrichtung, wie durch den Pfeil mit den durchgehenden Linien gezeigt, oder in einer Rückwärtsrichtung, wie durch den Pfeil mit der gestrichelten Linie gezeigt.
Gemäß 14A und 14B kann als eine weitere Alternative auch eine Vibrationsvorrichtung 500 zur Verfügung gestellt werden, die in Übereinstimmung mit den Prinzipien funktioniert, wie sie oben für die Vorrichtung 100 beschrieben sind, welche aber eine im Allgemeinen runde (14A) oder ovale (14B) Querschnittskonfiguration aufweist, wobei die Schwingung unter geringerer Erre gung zufällig ausgewählt und das erzeugte Mehrfrequenz-Spektrum aufgeweitet wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind das Arbeitselement 505 und das Stoßelement 507 in einer ovalen oder runden Form ausgeführt, und das Arbeitselement 505 beinhaltet ausgeschnittene Segmentabschnitte 510 mit bogenförmigen Metallbändern 512 und Trennelementen 514. Die Trennelemente 514 werden bereit gestellt, um so die Einstellung der Spalte zwischen den Puffern 521, 522, 523 und 524 und dem Stoßelement 507 zu ermöglichen, wobei die Puffer so ausgeformt sind, dass sie eine Form haben, die den Segementabschnitten 510 entspricht. Die elastischen Arbeitsmittel werden in Form von Ringen 516 bereit gestellt, und können beispielsweise aus einem geeigneten Elastomer hergestellt werden. Die Ringe 516 wirken, wie gezeigt, so, dass sie zwischen dem Stoßelement 507 und dem Arbeitselement 505 verbinden und eine vorbestimmte radiale und axiale Steifheit aufweisen, so dass sie ein geeignetes abgeglichenes System bereit stellen. Es ist ersichtlich, dass in den Ausführungsformen der 14A und 14B das Stoßelement 507 durch das Unwuchtgewicht 112 einer erzwungenen Oszillation unterworfen ist.
Der Fachmann wird erkennen, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf das begrenzt ist, was in der Anmeldung bloß beispielhaft gezeigt und beschrieben wurde. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird vielmehr alleine durch die folgenden Ansprüche definiert.

Claims

Integrierte Vibrationsadaptervorrichtung (100) zum Vorsehen einer Mehrfrequenz-Schwingung einer in Schwingung versetzbaren Arbeitseinheit (99), die aufweist: ein Arbeitselement (105), das der Arbeitseinheit so zugeordnet ist, dass es mit ihr in einer Kraftübertragungsbeziehung steht; eine Zentrifugalvibrationsvorrichtung (103) zum Erzeugen einer Einfrequenz-Sinusvibration; einer steifen Stoßvorrichtung (107), die angeordnet ist, um eine Einfrequenz-Sinusvibration von der Vibrationsvorrichtung zu empfangen; eine elastische Befestigungsvorrichtung (109, 110) zum Befestigen der steifen Stoßvorrichtung (107) in einer eine Bewegung übertragenden Zuordnung zu dem Arbeitselement (105), die, wenn die Vibrationsvorrichtung (103) betrieben wird, so funktionsfähig ist, dass sie die steife Stoßvorrichtung (107) in Schwingung versetzt, sodass sie Vibrationskräfte auf das Arbeitselement (105) überträgt; und wenigstens eine elastische Puffervorrichtung (124, 126), die mit Zwischenraum zwischen der steifen Stoßvorrichtung (107) und dem Arbeitselement (105) angeordnet ist, sodass die steife Stoßvorrichtung (107), wenn. die Vibrationsvorrichtung (103) betrieben wird, durch die elastische Puffervorrichtung elastisch auf das Arbeitselement (105) schlägt, sodass die steife Stoßvorrichtung (107) eine kontinuierliche Folge von mechanischen Stoßimpulsen auf das Arbeitselement (105) überträgt, um so eine Mehrfrequenz-Schwingung davon zu bewirken, wodurch auch eine Mehrfrequenz-Schwingung der Arbeitseinheit (99) bewirkt wird, wobei die integrierte Vibrationsadaptervorrichtung (100) dadurch gekennzeichnet ist, dass das Arbeitselement (105) einen Teil einer steifen Basisanordnung (104) mit steifen Wandabschnitten (106), die sich schräg davon erstrecken, bildet; dass die elastische Befestigungsvorrichtung wenigstens ein Paar elastische Elemente (109, 110) enthält, die von einer vorbestimmten Steifheit sind, wodurch eine vorbestimmte Schwingung der Stoßvorrichtung (107) ermöglicht wird, und die zwischen den steifen Wandabschnitten (106) und der steifen Stoßvorrichtung (107) positioniert und mit diesen verbunden sind, um so die Stoßvorrichtung (1O7) relativ zu dem Arbeitselement (105) in einer schwimmenden Befestigung zu tragen, um so eine Bewegung der Stoßvorrichtung (107) zu ermöglichen, die im Allgemeinen vordere und hintere Komponenten bezüglich des Arbeitselements (105) besitzt; dass die Adaptervorrichtung (100) ferner eine Vorrichtung zum Verhindern einer Überhitzung der elastischen Elemente (109, 110) enthält; dass die Stoßvorrichtung (107) funktionsfähig ist, um über die elastische Puffervorrichtung (124, 126) auf das Arbeitselement (105) zu stoßen, wenn sie sich in einer Richtung mit einer im Allgemeinen Vorwärtsbewegungskomponente bewegt, und die Stoßvorrichtung (107) funktionsfähig ist, um sich von dem Arbeitselement (105) weg zu bewegen, wenn sie sich in einer Richtung mit einer im Allgemeinen Rückwärtsbewegungskomponente bewegt, und die Vorrichtung zum Verhindern der Überhitzung eine Vorrichtung zum Begrenzen der Rückwärtsbewegung der Stoßvorrichtung (107) enthält; und dass die steife Basisanordnung (104) ferner einen Basisabschnitt enthält, der steif mit den steifen Wandabschnitten (106) verbunden und im Allgemeinen parallel zu dem Arbeitselement (105) ist, und die elastische Puffervorrichtung (124, 126) eine Vorwärtspuffervorrichtung (124) enthält, wobei die Vorrichtung zum Verhindern einer Überhitzung eine elastische Rückwärtspuffervorrichtung (126) enthält, die zwischen der Stoßvorrichtung (107) und dem Basisabschnitt angeordnet ist, um die Rückwärtsbewegungskomponente der Stoßvorrichtung (107) zu begrenzen.
Adaptervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die steife Stoßvorrichtung einen im Allgemeinen ebenen steifen Stoßabschnitt enthält, und bei welcher die elastische Befestigungsvorrichtung eine Vorrichtung zum Befestigen der steifen Stoßvorrichtung derart enthält, dass der ebene steife Stoßabschnitt davon von dem Arbeitselement beabstandet ist, und bei welcher die Puffervorrichtung zwischen dem Arbeitselement und dem ebenen steifen Stoßabschnitt angeordnet ist, um so Schwingungskräfte von der Stoßvorrichtung auf das Arbeitselement zu übertragen.
Adaptervorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Vibrationsvorrichtung mit der Stoßvorrichtung über ein steifes Gehäuse verbunden ist, das funktionsfähig ist, um Einfrequenz-Sinusvibrationen auf die Stoßvorrichtung zu übertragen.
Adaptervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Paar elastische Elemente funktionsfähig ist, um den Vorwärts- und Rückwärtsbewegungskomponenten der Stoßvorrichtung teilweise zu widerstehen.
Adaptervorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher das Paar elastische Elemente funktionsfähig ist, um den Vorwärts- und Rückwärtsbewegungskomponenten der Stoßvorrichtung in Scherung zu widerstehen.
Adaptervorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die elastischen Elemente vorkomprimierte elastische Abschnitte mit einer viel geringeren Steifheit in Scherebenen enthalten, die im Allgemeinen parallel zu den Vorwärts- und Rückwärtsbewegungskomponenten der Stoßvorrichtung anstatt senkrecht dazu sind.
Adaptervorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher das Verhältnis der Steifheit der elastischen Elemente entlang der Scherebenen zu der Steifheit der elastischen Elemente in einer Richtung senkrecht dazu geringer als 1/20 ist.
Adaptervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die elastische Puffervorrichtung einen im Allgemeinen ebenen Abschnitt aus einem elastischen Material enthält.
Adaptervorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher die elastische Puffervorrichtung eine im Allgemeinen gleichmäßige Dicke besitzt.
Adaptervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die elastische Puffervorrichtung wenigstens einen Abschnitt eines elastischen Materials enthält und von einer variablen Dicke ist.
Adaptervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Basisanordnung in einem der steifen Wandabschnitte eine Öffnung ausgebildet hat, die ein Einsetzen und Entfernen eines der elastischen Abschnitte dadurch ermöglicht, und ferner eine Abdeckvorrichtung enthält, die an dem einen Wandabschnitt zum Verschließen der Öffnung befestigbar ist, wodurch ebenfalls der elastische Abschnitt komprimiert wird.
Adaptervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Arbeitselement ausgebildet ist, um die Stoßvorrichtung allgemein zu umgeben, bei welcher die elastische Befestigungsvorrichtung eine Vorrichtung zum Befestigen der steifen Stoßvorrichtung enthält, um so von dem Arbeitselement beabstandet zu sein.