DE3018142A1

DE3018142A1 - Vibrator fuer einen ruettelapparat

Info

Publication number: DE3018142A1
Application number: DE19803018142
Authority: DE
Inventors: Kenneth Jack Nacogdoches County Tex. Fewel
Original assignee: Hutson Corp
Current assignee: Hutson Corp
Priority date: 1979-08-15
Filing date: 1980-05-12
Publication date: 1981-03-26
Also published as: AU5762880A; JPS6147150B2; GB2060128A; GB2060128B; US4288165A; JPS5628681A; CA1130612A; AU542205B2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Vibrator gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Vibratoren werden im allgemeinen in Rüttelapparaten oder Schütteltischen verwendet, die zur Verfestigung gelockerter Stoffe, zur Lockerung verfestigter Stoffe, zur Lockerung, Trennung und Übertragung von teilchenförmigen Stoffen sowie zur Bearbeitung von Maschinenteilen, beispielsweise zur Polierung von deren Oberfläche dienen.

So weisen beispielsweise Endbearbeitungsrüttler ein Faß auf, in das ein Bearbeitungsmittel zusammen mit den zu bearbeitenden Teilen eingebracht wird. Das Bearbeitungsmittel ist üblicherweise eine Mischung aus einem Reibmittel und einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, wozu gelegentlich noch ein Veredelungsprodukt kommt. Das Faß i6t derart aufgehängt, daß Schwingungsbewegungen von einem exzentrischen Vibrator übertragbar sind, die das Faß umlaufen lassen und damit eine Relativbewegung zwischen den zu bearbeitenden Teilen und dem Bearbeitungsmittel erzeugen. Dadurch läßt sich gleichzeitig an vielen Teilen ein Polieren, Entgraten sowie eine andere Art von Endbearbeitung erreichen.

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Bekannte Rüttelapparate besitzen üblicherweise einen exzentrischen Vibrator mit entweder einer drehbaren Welle, auf der ein exzentrisches Gewicht montiert ist, oder aber eine exzentrische, drehbare Welle allein. In jedem Fall ist die Welle des exzentrischen Vibrators in einem Lager gelagert, und zwar in einem Kugel-, Tonnen-, Kegel- oder Nadellager. Derartige Lager unterliegen in Rüttelapparaten jedoch einer großen Beanspruchung, die insbesondere zwischen den feststehenden und beweglichen Lagerteilen auftreten. Die Lebensdauer derartiger Wälzlager ist verhältnismäßig kurz, da die wiederholten Radialbelastungen eine Materialermüdung mit sich bringen. Außerdem wirken an der Zerstörung der Wälzlager lokale Hitzestaus mit. Das Austauschen defekter Lager in exzentrischen Vibratoren stellt jedoch seit jeher ein Problem dar, da diese Lager immer wieder in mühsamer Montagearbeit ausgetauscht werden müssen.

Zur Lagerung des exzentrischen Vibrators sind auch bereits hydrodynamische Lager bekannt, bei denen ein dünner Schmierfilm zwischen den sich relativ zueinander bewegenden Teilen vorgesehen ist, um Ermüdungserscheinungen und Wärmestaus zu vermeiden, die beim mechanischen Kontakt der sich bewegenden Teile auftreten. Eine Fluidzirkulation hat sich insbesondere zur Abfuhr von Wärme als zweckmäßig erwiesen. Lagerschäden können jedoch auftreten, falls nicht genug Fluid zwischen den sich bewegenden

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Teilen vorhanden ist, was zu einer schnellen lokalen; Erhitzung führt. :

Die Aufrechterhaltung eines ausreichenden Fluidfilms in einem hydrodynamischen Lager hat sich bisher bei Lagern, als äußerst schwierig erwiesen, die den exzentrischen; Vibrator eines Rüttelapparates tragen. Und zwar sind die-" se Schwierigkeiten insbesondere darauf zurückzuführen, daß im Betrieb eines Vibrators stets Auslenkungen undl Fehlausrichtungen auftreten, die den Fluidfilm zerst'ören. Aus der US-PS 3 954 309 ist ein Vibrator bekannt, bei dem' eine Durchbiegungsanpassung von der Welle des exzentrischen Vibrators und dem Gehäuse, in dem die hydrodynamischen Lager untergebracht sind, vorgenommen ist. Diese Lösung ist jedoch äußerst aufwendig und daher von Nachteil.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten, einfacheren Vibrator zu schaffen, bei dem die konstruktionsbedingte Auslenkung und Fehlausrichtung ein Minimum.

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sind, um die Aufrechterhaltung eines Schmierfilms in ei-;

nem hydrodynamischen Lager zu erhalten.

Zur Lösunge dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen des, Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen. Demnach arbeitet der erfindungsgemäße Vibrator wie eine Kombination aus

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einem hydrodynamischen Gleitlager und einer mit einem exzentrischen Gewicht belasteten Welle und hält Auslenkungen, die sonst den Schmierfilm zerstören würden, innerhalb sehr kleiner Grenzen. Der Vibrator besitzt ein Gehäuse, in dem ein Exzentergewicht auf einer .sich durch das Gehäuse erstreckenden Welle montiert ist. Ein Schmiermittel trägt das Exzentergewicht während dessen Drehung. Die vom Exzentergewicht auf das Gehäuse wirkenden·Radialkräfte werden zur Gänze vom Schmierfilm aufgenommen. Ein Rüttelapparat kann ein oder mehrere erfindungsgemäße Vibratoren aufweisen. Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der Vibrator einfacher und wirtschaftlicher herstellbar ist, zuverlässiger und sicherer arbeitet, leichter einstellbar sowie wartungsfreier ist und eine längere Lebensdauer besitzt.

Vorzugsweise ist das Gehäuse im Inneren zylindrisch und bildet eine Vollkreisschale. Ein Teil der Welle wirkt als Exzentergewicht, das im Inneren des Gehäuses auf der Welle montiert ist. An dieser Teilwelle ist eine kleinere Zentralwelle befestigt, die sich durch Dichtungen im Gehäuse erstreckt und mit einem Antrieb verbunden ist. Die Teilwelle bzw. das Exzentergewicht besitzt vorzugsweise eine Weißmetalloberfläche. Schmiermittel wird in das Gehäuse eingeleitet und kann durch dieses um die Welle und das Exzentergewicht zirkulieren. Es strömt durch eine

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Einlaßöffnung in einem Ende des Gehäuses ein und tritt' durch eine Auslaßöffnung am gegenüberliegenden Gehäuseende aus. Wenn sich die Welle mit dem Exzentergewicht dreht, dann wirkt letzteres wie ein Lagerzapfen in einem Gleitlager.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht eines Rüttelapparates; ,

Figur 2 einen Teilschnitt durch eine andere Ausführung eines Rüttelapparates;

Figur 3 eine Seitenansicht eines Vibrators mit exzentrischer Schwungmasse;

Figur 4 eine Stirnansicht des in Figur 3 dargestellten Vibrators;

Figur 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 aus Figur 3 in Richtung der Pfeile gesehen; und

Figur 6 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 in Figur 4; in Richtung der Pfeile gesehen. :

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Figur 1 zeigt einen Rüttelapparat 10

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mit zwei erfindungsgemäßen Vibratoren. Der Rüttelapparat 10 dient zur Polierung, Entgratung oder Oberflächenfeinbearbeitung von Teilen, insbesondere Maschinenteilen.

Der Rüttelapparat 10 weist eine Rüttelschale 12 auf, die mit Hilfe mehrerer Federn 14 auf einem Rahmen 16 gehaltert ist. Die Rüttelschale 12 hat einen U-förmigen Querschnitt und ist mit einer Abdeckung versehen. Die Federn 14 sind entweder Gasfedern, Stahlfedern oder Gummifedern. Der Rahmen 16 ist beispielsweise aus Kanalprofilen aufgebaut. Eine Abflußanlage 18 dient zur Entfernung von Flüssigkeit aus der Rüttelschale 12 nach Beendigung eines Arbeitsvorganges. Eine Auslaßeinrichtung 20 an einem Ende der Rüttelschale 12 dient zum leichten Entnehmen der im Rüttelapparat 10 fertiggestellten Teile.

Die Rüttelschale 12 des Rüttelapparats 10 wird durch zwei Vibratoren 22 betätigt, die mit Hilfe von jeweils zwei Armen 24 an der Rüttelschale 12 starr befestigt sind. Die Vibratoren 22 sind mittels einer Welle 26 sowie mit Hilfe von zwei flexiblen Kupplungen 28 untereinander verbunden. Beide Vibratoren 22 werden gleichzeitig von einem Motor 30 angetrieben, der über eine Kupplung 32 mit einem Ende der Welle 26 verbunden ist. Der Motor 30 kann ein Elektromotor, ein Hydraulikmotor oder irgendein anderer Antrieb sein.

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Der Rüttela^rarat 10 weist ein Schmiersystem mit Zufuhr; und Rückführleitungen 34 und 36 auf, die an eine nicht dargestellte Hydraulikfluidquelle angeschlossen sind. Die Vibratoren 22 sind über die Schmiermittelleitungen 34 und' 36 miteinander verbunden und es wird eine ausreichende, Strömungsgeschwindigkeit aufrechterhalten, die eine Kühlung und Schmierung während des Betriebes sicherstellt.

Figur 2 zeigt eine andere Ausführung eines Rüttelappara-; tes 40, der ebenfalls durch die Vibratoren 22 antreibbar ist. Der Rüttelapparat 40 besitzt eine Basis 42, die ei-= nen Rahmen 44 mit einer toroidförmigen Schale 46 trägt.¹· Die Basis 42 und der Rahmen 44 sind durch eine Anzahl vonj Federn 48. miteinander verbunden, die die Drehbewegung der Schale 46 und des Rahmens gegenüber der Basis des Rüttel-' apparates 40 trennen. Die Federn 48 sind beispielsweise-Stahlfedern, Gasfedern oder Elastikfedern, beispielsweise' aus Kautschuk.

Im Gegensatz zum Rüttelapparat 10 weist die Ausführung; gemäß Figur 2 vertikal übereinander angebrachte Vibrato-: ren 22 auf, die mit dem Rahmen 44 verschraubt und durch'

eine senkrechte Welle 50 sowie durch Kupplungen 52.verbunden sind. Die Vibratoren 22 werden gemeinsam von einem Motor 5.4 angetrieben, auf dessen Abgabewelle eine Riemenscheibe 56 befestigt ist. Riemen 58 übertragen das Drehmoment von der Riemenscheibe 56 des Motors 54 auf eine am

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untersten Ende der Welle 50 aufgekeilte Riemenscheibe 60. Der Rüttelapparat 40 weist kein Schmiersystem auf, das an die Vibratoren 22 angeschlossen ist. Wahlweise kann dies jedoch vorgesehen sein.

Die Rüttelapparate arbeiten auf ähnliche Weise und dienen zur Endbearbeitung von Teilen, insbesondere Maschinenteilen. Derartige Teile werden zusammen mit einem Bearbeitungsmittel mit einem Flüssigkeits- und ReibmitteXzusatz · in die Schale eingebracht. Ferner kann ein besonderes Bearbeitungsprodukt zugesetzt werden, das für die Endbearbeitung zweckmäßig ist. Die zu bearbeitenden Teile werden lose in die Schale eingebracht oder in einer anderen Ausführung in Gestellen oder ähnlichen Einrichtungen gehalten. Hierauf werden die Exzentervibratoren 22 in Drehung versetzt, wodurch Schwingungsbewegungen entstehen, welche die Schale und damit die eingelegten Teile sowie das darin enthaltene Bearbeitungsmittel mit den Zusätzen ." rütteln. Am Ende des Bearbeitungsvorganges werden die bearbeiteten Teile und das Bearbeitungsmittel aus der Schale entfernt.

Die Figuren 3 bis 6 zeigen Einzelheiten des Vibrators 22, der ein Gehäuse 62 aufweist. Das Gehäuse 62 bildet eine Zylinderkammer und hat dazu eine Wand 64 in Form eines Rohrstutzens sowie zwei Stirnplatten 66. Die Wand 64 kann

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außen jede beliebige Form haben, so lange ihr Inneres zylindrisch ist. Die Stirnplatten 66 sind dreieckig, es ist jedoch auch jede andere Form möglich, so lange die Wand 64 verschlossen wird. Das Gehäuse 62 besteht aus einem starren Material, beispielsweise Gußeisen oder einem anderen Metall. Gemäß Figur 5 weisen die Stirnplatten 66 Ringnuten auf, in die O-Ringe 68 zur Abdichtung des Gehäuses 62 eingelegt sind.

Das Gehäuse 62 des Vibrators 22 ist mit Hilfe von Schrauben 70, Schraubenköpfen 72 und Muttern 74 verschraubt. Die Stirnplatten 66 sind durch drei Kopfschrauben 70 miteinander verschraubt, die symmetrisch angeordnet sind. Die Bolzen 72 der Kopf schrauben 70 erstrecken sich demnach durch die Stirnplatten 66 und die Wand 64 derart, daß der Kopf jeder Kopfschraube an einer Seite des Gehäuses 62 und die Mutter 74 an dem gegenüberliegenden anderen Ende des Gehäuses liegt. Die Muttern 74 sind vorzugsweise gleich stark angezogen, und zwar beispielsweise mit? etwa 50 kpm, um eine Verformung der Zylinderwand 64 zu vermeiden.

Arme 76 verbinden den Vibrator 22 mit dem zu rüttelnden Teil. Verstärkungrippen oder andere Verstärkungsflansche lassen sich als Arme 76 verwenden. Die Form des Gehäuses 62 und seine Aufhängung sind unkritisch, solange das

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Gehäuse starr mit dem zu rüttelnden Teil verbunden ist und solange das Gehäuse im Inneren Zylinderform hat. So kann das Gehäuse 62 beispielsweise mit dem zu rüttelnden Teil durch Schweißen, Schrauben, Klemmen oder auf andere Weise starr verbunden sein.

Im Gehäuse 62 liegen eine zentrale Welle 78 und ein Exzentergewicht 80, die beide drehbar sind. Gemäß Figur 5 erstreckt sich die Welle 78 in Längsrichtung durch das Gehäuse 62 und liegt locker in einer Buchse 82 und einem Drucklager 84, die jeweils in den Stirnplatten 66 vorgesehen sind. Die Buchse 82 und die Drucklager 84 dienen zur Aufnahme von an der Welle 78 angreifenden Stoßkräften, wenn sich das Exzentergewicht 80 auf einem Schmierfilm im Inneren des Gehäuses 62 dreht. Es wird darauf hingewiesen, daß die Buchse 82 und das Drucklager 84 die Welle 78 praktisch nicht abstützen, sondern lediglich Auflagekräfte beim Anlaufen und Anhalten des Vibrators 22 aufnehmen. Außerhalb der Drucklager 84 sind Ringdichtungen 88 zwischen die Welle 78 und die Stirnplatten 66 eingelegt. Ein Ende der Welle 78 ist mit einem Motor oder einem anderen Antrieb verbunden, während das andere Ende in einer Ausführung mit einem weiteren Vibrator 22 gekoppelt ist. Es kann allerdings auch als freies Ende ausgeführt sein. In einer anderen Ausführung sind die reduzierten Endbereiche der Welle 78 gegenüber dem Mittelteil versetzt, so daß

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der Vibrator 22 um seine Antriebsachse schwenkt, wodurch die auf die Antriebswelle wirkenden Biegekräfte reduziert werden. Die nicht dargestellte Antriebswelle ist mit der Welle 78 verbunden.

Das Exzentergewicht 80 ist mit Hilfe von Maschinenschrauben 90 mit der Welle 78 verschraubt und dadurch im Gehäuse 62· zusammen mit" der Welle 78 drehbar. Ein Sicherungsdraht 92 sichert die Maschinenschrauben 90 vor einer Lockerung. Das Exzentergewicht 80 ist ein starrer Teilzylinder aus Stahl oder einem anderen ähnlichen Material. Das Exzentergewicht 80 erstreckt sich zwischen den Buchsen 82 und damit im.wesentlichen über die gesamte Breite der im Gehäuse 62 gebildeten Kammer. Die Enden des Exzentergewichts 80 liegen im Abstand zu den Innenflächen der Stirnplatten 66. Ein in den Figuren 5 und 6 übertrieben¹ groß dargestellter Spalt nimmt den Schmierfilm auf undtrennt die Zylinderfläche des Exzentergewichts 80 von der inneren Zylinderwand 64. Vorzugsweise ist der Spalt etwa 0,Oi bis 0,025 mm groß. Die Spältgröße hängt von der Art, des verwendeten Schmiermittels ab.

Das Exzentergewicht 80 ist ein Halbzylinder von halbkreisförmigem Querschnitt; in einer anderen Ausführung überdeckt der .Bogen des Exzentergewichts 80 einen von 180° verschiedenen Winkel. Beispielsweise kann das Exzentergewicht einen Bogen von 60°, 90°, 120°, 150° oder einen,

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anderen Winkel besitzen. Die Außenfläche des Exzentergewichts 80 ist mit Weißmetall 94 ausgekleidet und am Umfang gemäß den Figuren 5 und 6 hinterschnitten, um die Befestigung am Exzentergewicht zu erleichtern. Die Form des Exzentergewichts 80 und seine Anordnung gegenüber dem Gehäuse 62 stellt ein wesentliches Merkmal der Erfindung dar.

Das Gehäuse 62 des Exzenter-Vibrators 22 enthält als Schmiermittel beispielsweise Wasser oder ein leichtes Öl. Es sind auch andere, nicht-flüchtige Flüssigkeiten geringer Viskosität geeignet. Unter bestimmten Einsatzbedingungen können sogar Luft oder Gase zur Füllung des Spaltes zwischen Exzentergewicht und Zylinderwand zum Einsatz kommen..

Das hydrodynamische Fluid füllt somit den zwischen dem Exzentergewicht 80 und der Zylinderwand 64 des Gehäuses 62 gebildeten Spalt. In Abhängigkeit von der Drehzahl, den Schwingungskräften und der im Vibrator 22 erzeugten Wärme kann es wünschenswert sein, das Fluid zur Kühlungszwecken sowie zur Erneuerung zirkulieren zu lassen. Die Einleitung und Abführung des Fluids in das bzw. aus dem Gehäuse 62 erfolgt über an Öffnungen in den Stirnplatten 66 angeschlossene Fluidleitungen 96. Unter gewissen Einsatzbedingungen ist keine Zirkulierung des hydrodyna-

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mischen Fluids durch das Gehäuse 62 erforderlich, so daß der Vibrator 22 als geschlossene Einheit herstellbar ist.

Bei einer Drehung der Welle 78 dreht sich das Exzentergewicht 80 im Gehäuse 62 und ist von der Zylinderwand 54j durch den dünnen hydrodynamischen Schmierfilm getrennt. Da die Welle 78 lose in den Buchsen-82 und den Drucklagern 84 gelagert ist, hängt die Dicke des hydrodynamischen Film zwischen dem Gehäuse 62 und dem Exzenterge-; wicht 80 von der Art des verwendeten Fluids ab. Wenn sich' das Exzentergewicht 80 dreht, werden Schwingungskräfte erzeugt und über das Gehäuse 62 auf die mit dem Vibrator 22 verbundene Schale übertragen. Der Vibrator 22 wirkt somit wie ein hydrodynamisches Zapfenlager, wobei das Exzentergewicht 80 einen Teilzapfen und die Zylinderwand 64 eine, vollständige Lagerschale bildet. Die Belastung der Oberfläche des Exzentergewichts 80 ist konstant und nicht wechselnd, so daß der Verschleiß der Weißmetallschicht 94; verringert ist. Die Zentrifugalkräfte werden gleichmäßi-

ger über die Zylinderwand 64 und das Exzentergewicht 80 verteilt und minimieren bzw. unterdrücken praktisch voll-; ständig Durchbiegungen der exzentrisch belasteten Welle;. 78 im Gehäuse 62.

Die Aufrechterhaltung einer richtigen hydrodynamischen Schmierfilmstärke wird damit erleichtert und die Lagerdrücke sind aufgrund der großen Auflagefläche der ZyIin-

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derwand 64 verhältnismäßig klein. Eine eventuell trotzdem auftretende Durchbiegung schwächt lediglich den hydrodynamischen Film im Bereich der Enden des Exzentergewichts 80 und erhöht dabei den Stützdruck an der Stelle, in der er bei üblichen Zapfenlagern abnehmen würde. Ferner erfolgt die Bewegung des Exzentergewichts 80 ausschließlich im Gehäuse 62, was einen leiseren und sichereren Betrieb gewährleistet. Werden zwei oder mehrere Vibratoren zusammengeschaltet, dann läßt sich die Phasenlage der erzeugten Schwingungskräfte leicht durch anfängliches Einstellen der relativen Winkelstellungen der Wellen 78 und der Exzentergewichte 80 verändern.

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Claims

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^ESEUERSTRASSE 4 -

D-20O0 HAMBURG 82 DR J.-D FRHR von UEXKUU.

DR ULRICH GRAF STOLBERG DIPL. ING JÜRGEN SUCHANTKE DIPL -ING. ARNULF HUBER DR. ALLARD von KAMEKE DR. KARLHEINZ SCHULMEYER

The Hutson Corporation (Prio.:.15. August 1979

South Cooper Street, US 06/066 672 - 16628) Arlington, Tarrant County,

Texas 76010,

V.St.A. Mai 1980

Vibrator für einen Rüttelapparat

ANSPRUCHE

Vibrator für einen Rüttelapparat, gekennzeichnet durch

- ein Gehäuse (62) mit einer als Lagerfläche dienenden Zylinderwand (64);

- ein Exzentergewicht (80), das zur Erzeugung von Schwingungskräften drehbar in dem Gehäuse (62) gehaltert ist;

- wobei das Exzentergewicht (80) eine Außenfläche (94) in Form eines Teilzylinders besitzt, welche zur Bildung eines Schmiermittelspaltes im Abstand zur Zylinderwand (64) des Gehäuses (62) liegt;

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- unr' durch ein im Gehäuse (62) vorhandenes Schmiermittel, welches das sich drehende Exzentergewicht (80) trägt.
2. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet," daß das Gehäuse (62) eine Zylinderwand (64) mit offenen Enden sowie zwei die offener Enden der Zylinderwand (64) verschließende Stirnplatten (66) aufweist.
3. Vibrator · nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß das Exzentergewicht (80) auf einer das Gehäuse (62) durchsetzenden Welle (78) befestigt ist und eine gegenüber der Welle (78) versetzte Lauffläche (94) besitzt.
4. Vibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch, gekennzeichnet, daß die Lauffläche (94) des Exzenter— gewichtes (80) in Längsrichtung des Gehäuses (62) in, der Nähe eines größeren Teils der Zylinderwand (64) verläuft.
5. Vibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch· gekennzeichnet, daß die Lauffläche (94) des Exzentergewichts (80) eine Bogenlänge entsprechend einem Winkel von etwa 60° bis etwa 180° entspricht.

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6. Vibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Zirkulieren des Schmiermittels durch das Gehäuse (62) vorgesehen sind.
7. Vibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche (94) des Exzentergewichts (80) aus Weißmetall besteht.
8. Vibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (78) in in den Stirnplatten (66) montierten Lagern (84) gelagert ist,
9. Vibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (78) gegenüber dem Gehäuse (62) durch in der Nähe der Lager (84) vorgesehene Ringdichtungen (88) abgedichtet ist.
10. Vibrator nach einem der Ansprüche 1. bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Exzentergewicht (80) einen Teil der Welle (78) bildet.

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