DE3729506A1 - Einrichtung zur drehung von massen mit grosser unausgeglichenheit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Tren­ nung, Vermischung, Trocknung, Extraktion, Reinigung und ähnlichen Behandlungen von Stoffen, bei welchen die Zentri­ fugalwirkung bei der Drehung eines Arbeitsorgans erzeugt wird. Insbesondere betrifft sie Einrichtungen zur Drehung von Massen mit großer Unausgeglichenheit.

Am effektivsten kann die vorliegende Einrichtung im Werk­ zeugmaschinenbau bei Einrichtungen zur Festigkeitsprüfung z. B. von Schleifscheiben durch Drehung angewendet werden.

Die Erfindung kann im Gerätebau sowie im Maschinenbau in zum Zentrifugieren bestimmten Einrichtungen Anwendung finden.

Es ist eine Einrichtung zur Drehung von Massen mit großer Unausgeglichenheit (US, A, 3 93 859) bekannt, die ein Gehäuse mit in diesem koaxial angeordneten Buchse und Läu­ fer sowie als Vertikalstäbe ausgebildete elastische Stüt­ zen enthält. Das eine Ende des Vertikalstabes ist im Gehäu­ se starr befestigt, während das andere Ende des Vertikal­ stabes in einem an der Buchse angebrachten Flansch starr befestigt ist. Die starre Befestigung der Vertikalstäbe be­ dingt eine konstante Steifigkeit der elastischen Stützen im ganzen Bereich der Rotationsfrequenzen des Läufers mit der unausgeglichenen Masse um eine unzureichende Festigkeit der Vertikalstäbe wegen einer alternierenden Verformung, die infolge der Schwingungen des Läufers mit der unausgegli­ chenen Masse entsteht.

Bekannt ist eine Einrichtung zur Drehung von Massen mit großer Unausgeglichenheit (US, A, 3 18 258), die ein Gehäuse enthält, in dessen Innerem eine Buchse mit Läufer koaxial angeordnet ist. Auf der einen Seite des Läufers ist eine unausgeglichene Masse angebracht, während auf der anderen Sei­ te eine mit einem Motor in Verbindung stehende Antriebsvor­ richtung vorhanden ist. Parallel zur Läuferachse sind ela­ stische Stützen angeordnet, die als Vertikalstäbe ausgebil­ det sind. Das eine Ende jedes Vertikalstabes wirkt mit der Buchse mittels eines Flansches zusammen, der an der Buchse auf der Seite der unausgerichteten Masse angebracht ist. Das andere Ende jedes Vertikalstabes wirkt mit dem Gehäuse mit­ tels einer Stützfläche zusammen, die im Gehäuse in Gestalt eines sphärischen Gelenkes auf der Seite der Antriebsvor­ richtung ausgeführt ist. Die sphärische Ausbildung der Stützfläche auf der einen Seite des Vertikalstabes bedingt eine konstante Steifigkeit der elastischen Stützen im gesam­ ten Bereich der Rotationsfrequenzen (einschließlich der Resonanzzone) und eine unzureichende Festigkeit der Ver­ tikalstäbe wegen einer alternierenden Verformung. Beim Durchgang durch die Resonanzzone sind die Amplituden der Radialschwingungen des Läufers mit der unausgeglichenen Mas­ se recht groß, was hohe dynamische Beanspruchungen der La­ ger hervorruft, wodurch die Lebensdauer der letzteren ver­ ringert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ein­ richtung zu schaffen, bei welcher durch die konstruktive Ausführung der elastischen Stützen eine Verkleinerung der Amplitude der Radialschwingungen des Läufers sichergestellt wird, der mit einer großen unausgeglichenen Masse rotiert.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Einrichtung zur Drehung von Massen mit großer Unausgeglichenheit, ent­ haltend ein Gehäuse, in dessen Innerem eine Buchse mit einem Läufer koaxial angeordnet ist, auf dessen einer Seite eine unausgeglichene Masse angebracht ist, während auf der ande­ ren Seite eine mit einem Motor in Verbindung stehende An­ triebsvorrichtung vorhanden ist, elastische Stützen, die in Form von mindestens drei Vertikalstäben ausgebildet sind, welche sich außerhalb der Buchse befinden und zur Läufer­ achse parallel sind, wobei ein Ende jedes Vertikalstabes mit der Buchse mittels eines Flansches zusammenwirkt, wel­ cher an der Buchse auf der Seite der unausgeglichenen Masse angebracht ist und eine Stützfläche für die Vertikalstäbe darstellt, während das andere Ende jedes Vertikalstabes mit dem Gehäuse vermittels einer Stützfläche zusammenwirkt, die im Gehäuse auf der Seite der Antriebsvorrichtung ausge­ führt ist, erfindungsgemäß zusätzlich zumindest drei Ver­ tikalstäbe besitzt, von denen jede radial verschiebbar an­ geordnet ist, wobei das eine Ende jedes Vertikalstabes mit dem Gehäuse mittels einer Stützfläche zusammenwirkt, die im Gehäuse auf der Seite der unausgeglichenen Masse ausge­ führt ist, das andere Ende des Vertikalstabes aber mit der Buchse mittels einer Stützfläche zusammenwirkt, die in einem auf der Seite der Antriebsvorrichtung angebrachten Flansch ausgeführt ist, und im Bereich zwischen den er­ wähnten Stützflächen mindestens je eine Zwischenstütze vorgesehen ist, welche zwischen jedem Vertikalstab und dem Gehäuse untergebracht ist, wobei der Abstand zwischen der Läuferachse und den Stützflächen der Flansche der Buchse den Abstand zwischen der Läuferachse und den Stützflächen im Gehäuse übersteigt.

Eine solche Ausführung der Vertikalstäbe vermindert ihre Steifigkeit beim Herankommen an die Resonanzfrequen­ zen, was dementsprechend die Schwingungsamplitude des Läu­ fers mit der unausgeglichenen Masse verkleinert und dynami­ sche Beanspruchungen der Lager herabsetzt. Außerdem wird die Verformung der Vertikalstäbe konstantes Vorzeichen haben.

Im folgenden wird die Erfindung durch ein Beispiel ihrer konkreten Ausführung und an Hand von Zeichnungen erläutert, in denen es zeigt

Fig. 1 die erfindungsgemäße Einrichtung zur Drehung von Massen mit großer Unausgeglichenheit, im Längsschnitt;

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 1.

Die Einrichtung enthält ein Gehäuse 1 (Fig. 1), in des­ sen Innerem eine Buchse 2 und ein Läufer 3 in Lagern 4 und 5 koaxial angeordnet sind. Auf der einen Seite des Läufers 3 ist eine unausgeglichene Masse 6, auf der anderen Seite aber eine Antriebsvorrichtung 7 montiert, die mit einem (in der Zeichnung nicht gezeigten) Motor in Verbindung steht. Die Einrichtung enthält elastische Stützen, die in Form von drei Vertikalstäben 8 und drei Vertikalstäben 9 ausgebildet sind, welche sich außerhalb der Buchse 2 befinden und zur Achse des Läufers 3 parallel sind. In einer anderen Ausführungs­ form kann die Anzahl von Vertikalstäben auch größer sein. An der Buchse 2 ist ein Flansch 10 vorhanden, welcher an der Buchse 2 auf der Seite der unausgeglichenen Masse 6 an­ gebracht ist. Am Flansch 10 ist eine Stützfläche 11 aus­ geführt. Ein Flansch 12 ist an der Buchse 2 auf der Seite der Antriebsvorrichtung 7 angebracht. Am Flansch 12 ist eine Stützfläche 13 ausgeführt. Im Gehäuse sind Stützflä­ chen 14, 15 vorhanden. Die Stützfläche 14 ist im Gehäuse 1 auf der Seite der unausgeglichenen Masse 6 ausgeführt, wäh­ rend die Stützfläche 15 im Gehäuse 1 auf der Seite der An­ triebsvorrichtung 7 ausgeführt ist. Zwischen den Stützflä­ chen 13, 14 und 15, 11 ist eine Zwischenstütze 16 ausge­ führt, die zwischen jedem der Vertikalstäbe 8, 9 und dem Gehäuse 1 untergebracht ist. Das eine Ende jedes Vertikal­ stabes 9 (Fig. 2) wirkt mit der Buchse 2 mittels des an der Buchse 2 auf der Seite der unausgeglichenen Masse 6 (Fig. 1) angebrachten Flansches 10 über die Stützfläche 11 zusammen, während das andere Ende des Vertikalstabes 9 mit dem Ge­ häuse 1 mittels der im Gehäuse 1 auf der Seite der Antriebs­ vorrichtung 7 ausgeführten Stützfläche 15 zusammenwirkt. Das eine Ende jedes Vertikalstabes 8 (Fig. 3) wirkt mit der Buchse 2 mittels des Flansches 12 über die Stützfläche 13 zu­ sammen, während das andere Ende des Vertikalstabes 8 (Fig. 1) mit dem Gehäuse 1 mittels der Stützfläche 14 zusammenwirkt. Die Vertikalstäbe 8, 9 sind radial verschiebbar angeordnet. Die Verschiebung jedes der drei Vertikalstäbe 9 ist an einem Ende jedes Vertikalstabes 9 durch die im Flansch 10 ausge­ führte Stützfläche 11 begrenzt, und an dem anderen Ende des Vertikalstabes 9 ist sie durch die im Gehäuse 1 ausgeführte Stützfläche 15 begrenzt. Die Verschiebung eines beliebigen von den drei Vertikalstäben 8 ist an dem einen Ende jedes Vertikalstabes 8 durch die im Gehäuse 1 ausgeführte Stütz­ fläche 14 und an dem anderen Ende des Vertikalstabes 8 durch die im Flansch 12 ausgeführte Stützfläche 13 begrenzt. Die Stützflächen 13, 11 der Flansche 12 und 10 liegen von der Achse des Läufers 3 in einem Abstand, der um die Größe der zumindest verdoppelten Überresonanz-Amplitude der Radial­ schwingungen des Läufers 3 mit der unausgeglichenen Masse 6 den Abstand zwischen den Stützflächen 14, 15, 16 des Gehäuses 1 und der Achse des Läufers 3 übersteigt, wodurch sich die Vertikalstäbe 8, 9 als gebogen erweisen und die Buchse 2 mit dem Läufer 3 und der unausgeglichenen Masse 6 in radi­ aler und axialer Richtung halten. Beim Herankommen an die Rotationsresonanzfrequenzen des Läufers 3 mit der unausge­ glichenen Masse 6 werden die Vertikalstäbe 8 und 9 all­ mählich geradegebogen, weil die Größe ihrer vorläufigen Biegung die Größe der Resonanzamplituden der Radialschwin­ gungen des Läufers 3 mit der unausgeglichenen Masse 6 nicht übersteigt. Die Steifigkeit der Vertikalstäbe 8 und 9 nimmt dabei ab, was auch eine Verkleinerung der Amplituden der Radialschwingungen des Läufers 3 mit der unausgeglichenen Mas­ se 6 hervorruft. Dynamische Beanspruchungen der Lager 4, 5 gehen dementsprechend zurück.

Die Einrichtung arbeitet folgenderweise. Der Läufer 3 mit der Buchse 2 wird mittels der Antriebsvorrichtung 7 in Umdrehungen versetzt, wobei eine Drehmassenkraft entsteht, die hohe Werte erreicht, was dementsprechend große Amplitu­ den der Radialschwingungen des Läufers 3 mit der unausgegli­ chenen Masse 6 hervorruft. Beim Herankommen an die Rotations­ resonanzfrequenzen des Läufers 3 mit der unausgeglichenen Masse 6 werden die Vertikalstäbe 8 und 9 allmählich gerade­ gebogen, weil die Größe ihrer vorläufigen Biegung die Größe der Resonanzamplituden der Radialschwingungen des Läufers 3 mit der unausgeglichenen Masse 6 nicht übersteigt. Bei weite­ rer Vergrößerung der Amplituden der Radialschwingungen ein­ schließlich der Resonanzfrequenz werden die Vertikalstäbe 8 und 9 geradlinig und hören auf, sich an den Stützflächen 11 und 13 der Flansche 10 und 12 abzustützen. Als Folge davon wird die Steifigkeit der Vertikalstäbe 8, 9 praktisch gleich Null. Die Steifigkeit des gesamten Satzes der Vertikalstäbe (es sollen mindestens sechs davon vorhanden sein) geht da­ durch zurück. Dieser Steifigkeitsabfall führt zum positiven Effekt einer wesentlichen Verkleinerung der Amplitude der Radialschwingungen des Läufers 3 mit der unausgeglichenen Masse 6 beim Durchgang durch die Resonanzfrequenzen. Eine wesentliche Verkleinerung der Schwingungsamplituden gewährlei­ stet auch eine Herabsetzung der dynamischen Beanspruchungen der Lager 4 und 5, was dementsprechend ihre Lebensdauer er­ höht.

Der Vorteil der Einrichtung liegt in der in den Ver­ tikalstäben 8, 9 entstehenden Verformung mit gleichem Vor­ zeichen, wodurch ihre Ermüdungsfestigkeit wesentlich er­ höht wird. Die konstruktive Ausführung der elastischen Stüt­ zen in Form der Vertikalstäbe 8, 9 vereinfacht ihre Her­ stellungstechnologie, weil die Vertikalstäbe als zylindri­ sche Stäbe konstanten Querschnitts ausgebildet sein können.

Claims (1)

1. Einrichtung zur Drehung von Massen mit großer Unaus­ geglichenheit, die enthält:

   • - ein Gehäuse (1);
   • - eine Buchse (2) mit Läufer (3), die innerhalb des Gehäuses (1) koaxial angeordnet ist;
   • - eine unausgeglichene Masse (6), die auf einer Seite des Läufers (3) befestigt ist;
   • - eine Antriebsvorrichtung (7), die
     • 1. auf der anderen Seite des Läufers (3) montiert ist und
     • 2. mit einem Motor in Verbindung steht;
   • - elastische Stützen, die in Form von mindestens drei Vertikalstäben (8) ausgebildet sind, welche I. außerhalb der Buchse (2) angeordnet und II. zur Achse des Läufers (3) parallel sind, wobei III. ein Ende jedes Vertikalstabes (8) mit der Buchse (2) mittels eines Flansches (10) zusam­ menwirkt, welcher a) an der Buchse (2) auf der Seite der un­ ausgeglichenen Masse angebracht ist und b) eine Stützfläche für die Vertikalstäbe (8) darstellt, während IV. das andere Ende jedes Vertikalstabes (8) mit dem Gehäuse (1) vermittels einer Stützfläche (15) zusammenwirkt, die im Gehäuse (1) auf der Seite der Antriebsvorrichtung (7) ausgeführt ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zusätzlich zumindest drei Vertikalstäbe (9) besitzt, von denen jede radial verschiebbar angeordnet ist, wobei I. das eine Ende jedes Vertikalstabes (9) mit dem Gehäuse (1) mit­ tels einer Stützfläche (14) zusammenwirkt, die im Gehäu­ se (1) auf der Seite der unausgeglichenen Masse (6) ausge­ führt ist, II. das andere Ende des Vertikalstabes (9) aber mit der Buchse (2) mittels einer Stützfläche (13) zusam­ menwirkt, die in einem auf der Seite der Antriebsvorrich­ tung (7) angebrachten Flansch (12) ausgeführt ist, und III. im Bereich zwischen den erwähnten Stützflächen (13, 14 und 11, 15) mindestens je eine Zwischenstütze (16) vorgese­ hen ist, welche zwischen jedem Vertikalstab (8, 9) und dem Gehäuse (1) untergebracht ist, wobei IV. der Abstand zwischen der Achse des Läufers (3) und den Stützflächen (11, 13) der Flansche (10, 12) der Buchse (2) den Abstand zwischen der Achse des Läufers (3) und den Stützflächen (14, 15) im Ge­ häuse (1) übersteigt.