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Schüttelvorrichtung für Langsiebpapiermaschinen Die Erfindung betrifft
eine Schüttelvorrichtung für Langsiebpapiermaschinen, bei der eine Ausgleichmasse
elastisch mit dem Siebtisch verbunden ist, um ein Schwingungssystem zu bilden, das
bei der gewünschten Schwingungsfrequenz in Resonanz steht. Es ist bereits bekannt,
den Siebtisch einer solchen Maschine z. B. an den Registerschienen elastisch mit
einer Ausgleichmasse zu verbinden. Dabei wird z. B. der ganze Siebtisch als ein
Bauteil gerüttelt.
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-Es ist ferner bekannt, die Ausgleichmasse elastisch mit einer der
Registerschienen im Erschütterungszentrum des Siebtisches zu kuppeln. Bei dieser
4ge der Ausgleichmasse hat- die Beanspruchung der Drehzapfen der Registerschienen
einen Mindestwert.
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Andererseits hat es sich herausgestellt, daß bei einer Kupplung der
Ausgleichmasse mit der kegister'schiene an der Brustwalze die Größe des Aüsgleichgewichts
zum Herstellen der Resonanz beider gewünschten Schwingungsfrequenz einen Mindestwert
hat.
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BeimEntwerfen neuerLangsiebmaschinenfür verhältnismäßig hohe Schwingungsfrequenzen
unter Anwendung des Resonanzschwingungssystems nach der Erfindung ist es leicht
möglich, den angegebenen Weg zu gehen, um eine Minimalgröße des Ausgleichgewichts
zu erzielen. Es hat sich aber herausgestellt, daß es beim Einbau des Resonanzschwingungssystems
bei einer bereits vorhandenen und benutzten Maschine häufig vorkommt, daß die Registerschienen
oder ihre Drehzapfen oder beide zu schwach bemessen sind, um die Beanspruchungen
auszuhalten, denen sie bei hochfrequenten Schwingungen ausgesetzt sind, sofern das
Ausgleichgewicht an der einen oder der anderen vorgenannten Stelle liegt. Unter
diesen Verhältnissen ist es natürlich durchaus möglich, die Maschine so umzubauen,
daß sie die erforderliche kräftige Bau=
art erhält. Ein solcher
Umbau ist aber nicht nur teuer, sondern die Maschine muß auch eine wesentliche Zeit
aus dem Betriebe genommen werden.
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Wie bereits ausgeführt, ist die Beanspruchung der Lagerzapfen am geringsten,
wenn die Ausgleichmasse im Erschütterungszentrum des Siebtisches liegt. Indessen
kann die Biegungsbeanspruchung der Registerschienen nur dadurch minimal gemacht
werden, daß die Ausgleichmasse längs der Schiene in der gleichen Weise verteilt
wird, in der die schwingenden Massen beim Siebtisch verteilt sind. Eine solche Maßnahme
ist offensichtlich mit sehr hohen Kosten verbunden.
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Nach der Erfindung ist es ermöglicht, eine Langsiebmaschine mit hoher
Schwingungszahl zu schütteln, ohne daß übermäßige Beanspruchungen der Registerschienen
oder der Drehzapfen auftreten und ohne daß das Ausgleichgewicht unzulässig schwer
sein muß. Gleichzeitig nutzt man jedoch sämtliche Vorteile des Resonanzsystems aus.
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Auf der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise
dargestellt; es zeigen: Fig. i in Draufsicht eine Anordnung der Ausgleichgewichte
nach der Erfindung und Fig. a ein Diagramm der Kräfte, die durch zwei Ausgleichgewichte
auf eine der Registerschienen der Maschine und den Drehzapfen einwirken.
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Die Fig. i zeigt eine Draufsicht des Siebtisches einer Langsiebpapiermaschine
mit einer Vorrichtung nach der Erfindung. Der Siebtisch besteht im wesentlichen
aus zwei Registerschienen i und 2, die bei 3 und q. angelenkt sind, um ein Hinundherschwenken
in waagerechter Ebene zu ermöglichen. Die Schienen sind auf dem Boden des Gebäudes
oder einem besonderen Fundament mittels Blattfedern o. dgl. in beliebiger Weise
unterstützt.
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Am einen Ende der Schienen ist, wie Fig. i zeigt. die Brustwalze 5
in entsprechenden Lagern gelagert. An die Brustwalze schließt sich eine Mehrzahl
von Registerwalzen 6 an, die ebenfalls in den Schienen gelagert sind. Das Drahtsieb
,-#, auf dem das Papier hergestellt wird, bewegt sich in bekannter Weise über die
Brustwalze und die anderen Walzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den ganzen Siebtisch um
die Zapfen 3 und a in einer waagerechten Ebene zu schütteln. Bei der einen der vorerwähnten
bekannten Einrichtungen ist nur ein Ausgleichgewzcht vorhanden, das wie das Gewicht
8 mittels elastischer Glieder mit der Registerschiene gekuppelt ist, und zwar zweckmäßig
im Erschütterungszentrum des Siebtisches. Das Gewicht und sein elastisches Kupplungsglied
sind dabei so bemessen, daß mit dem Siebtisch ein Schwingungssystem gebildet wird,
das bei der gewünschten Schüttelfrequenz in Resonanz schwingt. Nach der Erfindung
ist dagegen das Ausgleichgewicht in wenigstens zwei einzelne Teile 8 und 9 unterteilt,
von denen jeder eine entsprechende Größe hat und mit der Registerschiene mittels
einer entsprechend bemessenen Feder io bzw. ii gekuppelt ist.
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Die Schwingungsenergie bei der Resonanzfrequenz wird dem System in
geeigneter Weise erteilt, z. B. durch den Motor 12, und zwar mittels :eines Exzenters
13 und einer Verbindungsstange 14, die mit der Registerschiene bei 15
an der Brustwalze gekuppelt ist.
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Gegebenenfalls kann der Motor auf der gleichen Seite der Maschine
wie die Ausgleichgewichte liegen. Gewöhnlich ist es zweckmäßig, zwischen dem Motor
und der Maschine eine Vorrichtung einzuschalten, durch die der Schwingungshub bei
laufendem Motor leicht geändert werden kann.
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Dadurch, daß man das zum Ausgleich erforderliche Gewicht in zwei Teile
zerlegt, ist es ermöglicht, unterhalb der Sicherheitsgrenze der Biegungsbeanspruchung
der Schienen zu bleiben und unterhalb der zulässigen seitlichen Stöße auf die Zapfen,
sofern die Gewichte entsprechend bemessen sind.
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Zweckmäßig wird das Ausgleichgewicht, das am Erschütterungszentrum
des Siebtisches liegt, ausschließlich des Gewichts der Brustwalze gerade so groß
gemacht, daß es bei Resonanz auf die Registerschiene eine Kraft ausübt, die sämtliche
Beanspruchungen des Siebtisches an dieser Stelle ausgleicht, d. h. an dieser Stelle
eine Biegung der Schiene vom Werte Null bewirkt. Das andere Gewicht wird dann so
groß gemacht, daß die Summe seiner Momente und das des ersten Gewichts gleich dem
Gesamtmoment des Siebtisches ist.
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Die Größe des Ausgleichgewichts im Rüt.. telzentrum zum Erzielen einer
Biegung vom
Werte Null für die Schiene erhält man leicht nach Fig. z. In dieser
ist die eine Registerschiene A B als ein an drei Punkten unterstützter Balken
dargestellt, der einer von A
nach B gleichförmig zunehmenden Belastung unterworfen
ist. Die Schiene ist bei A angelenkt, und die Brustwalze liegt längs B C. R1 stellt
die Gegenkraft dar, die von dem Gelenkzapfen ausgeübt wird, während R2 und R3 diejenigen
Kräfte sind, die von den beiden Ausgleichgewichten w2 und w3 ausgeübt werden müssen.
R2 liegt im Erschütterungszentrum des Siebtisches ausschließlich der Brustwalze
und hat einen Abstand a vom Drehzapfen und einen Abstand b von der Brustwalze. R3
hat einen Abstand L von dem Gelenkzapfen, d. h. a + b, mit anderen
Worten:
R3 greift zweckmäßig an der Achse der Brustwalze an.
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Die Gesamtbeschleunigungskraft F zum Schütteln des Siebtisches
-ausschließlich der Brustwalze - mit der gewünschten Frequenz kann man leicht
finden, indem man die Beschleunigungskräfte, die erforderlich sind, um die verschiedenen
Walzen und Hilfsglieder zu bewegen, addiert. Es ist also F-IMaui2. (i) Hier bedeutet
M die Masse eines bestimmten Teiles der Maschine, z. B. der Brustwalze oder einer
der Registerwalzen und den Teil der Schiene, der sich im wesentlichen mit der gleichen
Amplitude bewegt. a ist die Amplitude des in Rede stehenden Teiles, d. h. die Hälfte
des Hubes, und co = z7vf. Dabei ist f die Schüttelfrequenz in Perioden/ Sekunde.
Es soll hierbei bemerkt werden, daß die allgemeine Gleichung des Resonanzsystems
mit zwei schwingenden Massen All. und M2, die durch ein elastisches Glied von der
Steifigkeit#t gekuppelt sind, lautet:
Die Größe der Kraft R2, die nur so stark sein darf, daß sie keine Biegung der Schiene
am Angriffspunkt erzeugt, erhält man dadurch, daß man die Registerschiene als einen
einfachen Balken betrachtet, der an drei Punkten R1, R2 und R3 unterstützt und in
der dargestellten Weise belastet ist. Dann ist
Das Gewicht - der beiden Ausgleichgewichte und die Kraft ihrer Federn muß darauf-bestimmt
werden.- ' Der gewünschte Hub des Siebtisches an der Brustwalze SFs wird festgelegt.
Der Hub im Erschütterungszentrum SF2 -wird dann
sein, wobei a und L die Abstände zwischen dem Drehzapfen und dem Erschütterungszentrum
bzw. der Brustwalze sind.
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Die Steifigkeit #t2 der Feder im Erschütterungszentrum wird -dann
gleich -der Kraft R2 dividiert durch die halbe Summe der Hübe des Ausgleichgewichts
8W2 und des Siebtisches SF2 im Erschütterungszentrum. Demnach ist - - ' -
Der Wert Sw2,. d: h. der Hub des- Ausgleich. gewichts am Erschütterungszentrum,
kann nach Gutdünken gewählt werden, z. B. gleich dem Hub des Siebtisches an diesem
Punkte oder zweckmäßig gleich dem Hub des Ausgleichgewichts an der Brustwalze. Letzteres
ist gewöhnlich vorzuziehen, weil es eine kleinere Gewichtsgröße ergibt und deshalb
wirtschaftlicher ist. Der Hub, des Gewichts an der Brustwalze wird häufig zweckmäßig
gleich dem Hub des Siebtisches an der Brustwalze gemacht.
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h@achdem nunmehr die Steifigkeit,% bestimmt worden ist, kann das Gewicht
w2 des am Erschütterungszentrum angreifenden Gliedes aus der allgemeinen Resonanzgleichung
(z) bestimmt werden. An Stelle von #t muß der eben bestimmte Wert von u,2 eingesetzt
werden. Die Massen, die in Betracht kommen, sind die Massen m2 des Ausgleichgewichts
w2 im Erschütterungszentrum und die effektive Masse MF2 des Siebtisches an dieser
Stelle. Infolgedessen ist
Die vorstehende Gleichung berücksichtigt natürlich nur einen Teil des Resonanzsystems,
nämlich das Ausgleichgewicht im Erschütterungszentrum, sein elastisches Kupplungsglied
und- den Teil der Masse des Siehtisches, der in Verbindung mit dem Ausgleichä gewicht
im Erschütterungszentrum wirksam ist. Dieser Teil der Siebtischmasse MF2, der die
effektive Masse im Erschütterungszentrum genannt worden ist, steht zur Masse % des
Ausgleichgewichts dadurch in Beziehung, daß das Moment beider Seiten eines Resonanzsystems
gleich sein muß. Deshalb ist
Hierin ist a2 die Maximalamplitude des Ausgleichgewichts am Erschütterungszentrum;
und ciF2 ist die entsprechende Maximalamplitude des Siebtisches
Wenn man den vorstehenden Wert von MF. in die: Gleichung (5) einsetzt, ergibt .
sich
Das Gewicht des Ausgleichelements am Erschütterungszentrum ist
dann w2 = 9M2- Hierin bedeutet g die Beschleunigung durch die Schwerkraft.
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Das Gewicht ws des Gliedes, das mit der Registerschiene an der Brustwalze
gekuppelt werden soll, und die Steifigkeit u3 müssen nunmehr bestimmt werden.
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Die Masse des Ausgleichgewichts am Erschütterungszentrum ist bekannt
und deshalb auch sein Moment mzx2w. Durch Abziehen dieses Wertes vom Gesamtmoment
des Siebtisches erhält man das Moment und daraus das Gewicht w3 des Gliedes, das
an der Brustwalze angebracht werden soll, um das ganze System bei der gewünschten
Frequenz in Resonanz zu bringen. Das Gesamtmoment des Siebtisches erhält man durch
Addieren der Momente der einzelnen Walzen und der anderen Teile der Maschine als
IM a a). Dabei ist M die Masse eines einzelnen Gliedes und a dessen Maximalamplitude.
Man erhält dann na, a3 a) --_ (IM a co) - m.
a, (v (9)
und daraus
Das Gewicht des Ausgleichgliedes an der Brustwalze ist dann w3 - gm3. (ii)
Die Steifigkeit "a.3 der Feder zum Kuppeln des Ausgleichgewichts an der Brustwalze
mit dem Siebtisch erhält man dann aus der Resonanzgleichung
Hierin ist MF3 die .effektive Masse des Siebtisches, die zusammen mit dem Ausgleichgliede
an dieser Stelle wirksam ist. Die effektive Masse ist nicht bekannt; aber ihren
Wert, ausgedrückt in den einzelnen Werten von m3, kann man leicht finden, indem
man wieder die Momentengleichung anwendet:
Daraus ergibt sich
Hierin bedeutet 0x3 die Amlitude des Ausgleichgliedes an der Brustwalze, m3 dessen
Masse nach der Gleichung (i o) und aps die Amplitude des Siebtisches an der Brustwalze.
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Indem man diesen Wert von MFs in die Gleichung (12) einsetzt, findet
man die Steifigkeit der Feder, die an der Brustwalze erforderlich ist, durch
Es ist zu beachten, daß das vorgenannte wt das Gewicht des Massengliedes 8 nach
Fig. i und u2 die Kraft der Kupplungsfeder io ist. In gleicher Weise ist w3 das
Gewicht des Massenteiles 9 und u3 die Kraft der Kupplungsfeder i i.
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Nach der Erfindung stellt es sich heraus, daß gewöhnlich die zulässige
Biegungsbeanspruchung der Schienen selbst bei alten Maschinen nicht überschritten
wird, wenn sie mit verhältnismäßig hoher Schüttelfrequenz, z. B. q.oo bis
500 Perioden/Minute, arbeiten. Weil ferner ein erheblicher Teil der Ausgleichmasse
im Erschütterungszentrum des Siebtisches liegt, liegt die Beanspruchung der Zapfen
ebenfalls unterhalb eines zulässigen Wertes.
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Sollte man aber eine Maschine vorfinden, bei der die Stärke der Schiene
noch zu schwach ist, oder sollte es erwünscht sein, die Maschine mit noch höheren
Frequenzen zu betreiben, so ist es leicht möglich, die Ausgleichmasse und die Kupplungsfeder
noch weiter zu unterteilen. Wenn z. B. in einem solchen Falle ein dritter Massenteil
verwendet werden soll, so bleibt der Massenteil im Erschütterungszentrum zweckmäßig
von der bisherigen Größe, d. h. derjenigen, die an dieser Stelle keine Biegung der
Schiene ergibt. Die zweite Masse muß darauf anteilmäßig so be# messen werden, daß
sie an ihrem Angriffspunkt keine Biegung der Schiene ergibt. Die übrige Masse, die
erforderlich ist, um der Momentengleichung zu genügen, muß dann an der Brustwalze
angreifen.
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Es ist zu beachten, daß dort, wo vom Erschütterungszentrum des Siebtisches
in bezug auf die Erfindung die Rede ist, dies auf den Drehzapfen bezogen ist und
die Masse der Brustwalze nicht eingeschlossen ist.