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Hydraulischer oder pneumatischer Vibrator Es ist ein hydraulischer
oder pneumatischer Vibrator bekannt, der aus einem schwingungsfähigen Arbeitssystem
und einem mit diesem elastisch gekoppelten Steuersystem mit federgefesseltem Arbeitskolben
besteht. Hierbei werden das Arbeitssystem durch einen vom Steuersystem erzeugten
pulsierenden pneumatischen oder hydraulischen Druckmittelstrom erregt und das Steuersystem
auf eine von der Eigenfrequenz des Arbeitssystems abweichende Frequenz abgestimmt.
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Der Vorteil eines solchen selbsterregten Vibrators gegenüber Vibratoren
mit starr aufgedrückter Frequenz ist die Möglichkeit der frequenzmäßigen Anpassung
des Vibrators an das jeweilige Arbeitsgerät und damit an die Möglichkeit, in die
Nähe der Resonanz arbeiten zu können, was bekanntlich den besten Wirkungsgrad ergibt.
Treten nun beim Arbeitsgut, oft bedingt durch den technologischen Prozeß während
des Arbeitsspieles oder in der Folge mehrerer Arbeitsspiele, größere Änderungen
hinsichtlich der inneren Dämpfung (Reibung) des Arbeitsgutes auf, so verstimmt sich
der selbsterregte Vibrator, und es können unerwünschte Änderungen der Schwingweite
nach oben oder nach unten eintreten.
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Die Erfindung beseitigt diesen Nachteil des bekannten Vibrators dadurch,
daß eine Regeleinrichtung die Eigenfrequenz des Steuersystems selbsttätig nachstellt,
sobald die Schwingweite der Arbeitsmasse des Arbeitssystems vom Sollwert abweicht.
Bei
Hochfrequenzoszillatoren für medizinische Zwecke ist es bekannt, die Behandlungsleistung
des Oszillators selbsttätig abzustimmen, wobei die zu behandelnde Person selbst
einen Teil des Hochfrequenzschwingkreises bildet und damit durch mehr oder weniger
starkes Verstimmen des Belastungskreises die abgegebene Hochfrequenzleistung im
Sinne einer angenäherten Konstanthaltung regelt. Es wird also der einem elektrischen
Schwingkreis zugeführte elektrische Strom dadurch konstant gehalten, daß dieser
Strom durch Beeinflussung eines einstellbaren Kondensators, der parallel zum elektrischen
Schwingkreis geschaltet ist, die Abstimmung dieses Schwingkreises beeinflußt.
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Im Gegensatz hierzu handelt es sich bei dem Gegenstand der Erfindung
um einen mechanischen, selbsterregten Schwingkreis, bei dem eine mechanische Größe,
nämlich die Schwingweite der Arbeitsmasse des Arbeitssystems, dadurch konstant gehalten
wird, daß der mechanische Schwingkreis durch Änderung der Eigenfrequenz des Steuersystems
verstimmt wird. Gegenstand des Patents sind nur solche Einrichtungen, die alle Merkmale
des Oberbegriffs des Anspruches i aufweisen.
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Abb. i zeigt ein Ausführungsbeispiel des Gerätes gemäß der Erfindung
größtenteils im Schnitt, Abb.2 einen teilweisen Längsschnitt des Synchronisierschiebers
senkrecht zum Schnitt der Abb. i.
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In der Abb. i bedeutet i die Aufspannplatte des V ibrators, an die
das Arbeitsgerät angeschlossen wird. 2 ist der Arbeitskolben, der als einfach wirkender
Kolben dargestellt ist. Er stützt sich über die Bolzen 4 a und 4 b und die Feder
5 gegen das Gehäuse 3 des Vibrators ab. Der Steuerschieber 6 ist über nicht dargestellte
Koppelfedern mit den Bewegungen des Arbeitskolbens :2 gekoppelt. Weiter ist er mit
dem Gehäuse 3 durch zwei Fesselungsfedern g verbunden, deren wirksame Länge und
damit Federkonstante durch die Synchronisierschieber Iob und Iob verändert werden
können. Die Druckmittelzuführüng erfolgt bei 7, die Rückleitung bei ä. Die Feder
i i drückt den Synchronisierschieber Io a in die äußerste Endlage, die gemäß Abb.
2 durch den Stift i2 gebildet wird, der mit dem Gehäuse, in dem sich der Synchronisierschieber
bewegt, verbunden ist.
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Der Synchronisierschieber hat an dieser Stelle einen Längsschlitz
I9. Der Stift 12 verhindert gleichzeitig ein Verdrehen des Synchronisierschiebers.
An diesem Stift 12 ist bei 13 auch das eine Ende der Fesselungsfeder g befestigt,
während das andere Ende mit dem Steuerschieber 6 verbunden ist. Der Synchronisierschieber
greift an seinem einen Ende über die Fesselungsfeder g hinweg, wobei der mit dem
Schieber fest verbundene Stift 14 gleichzeitig die Fesselungsfeder g von innen ausfüllt,
so daß die Stellung des Synchronisierschiebers für die auftretende Längsschwingung
des Steuerschiebers die aktive Länge der Fesselungsfeder g bestimmt. Der Synchronisierschieber
besitzt einen Durchbruch 15 senkrecht zur Achsrichtung, in den ein konischer Stößel
16, der mittels der Feder 17 federnd mit dem Bolzen 4 und damit dem Arbeitskolben
verbunden ist, eintauchen kann. Dabei ist die Seitenbewegung des Synchronisierschiebers
proportional dem Stößelausschlag. In der Ruhestellung drückt die Feder i i den Synchronisierschieber
Ioa bis an den durch den Stift i2 gebildeten Anschlag. Der Stößel 16, dessen Durchmesser
etwas kleiner als der Durchbruch 15 ist, berührt dabei gerade die rechte Kante des
Durchbruchs 15. Mit zunehmender Amplitude des Stößel 16 wächst die (nach rechts
gerichtete) Seitenauslenkung des Synchronisierschiebers Ioa. Mit dem Synchronisierschieber
ist ferner noch ein Dämpfungskolben 18 verbunden, der sich in einem beiderseitig
unter Druck stehenden Zylinderraum bewegen kann.
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Die Wirkungsweise des selbsterregten Vibrators ist an sich bekannt.
Bei Resonanzabstimmung des Steuersystems auf das durch die Aufspannplatte i, den
Arbeitskolben a, die Feder 5 und das Arbeitsgerät gebildete Arbeitssystem ist der
Steuerschieber 9o° gegenüber dem Arbeitskolben phasenverspätet, was gerade die richtige
Steuerbedingung ergibt.
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Die einstellbare, nicht dargestellte Koppelfeder, welche das Steuerschiebersystem
mit dem Arbeitskolben verbindet, sei nun bei Inbetriebnahme des Vibrators so eingestellt,
daß die Eigenfrequenz des Steuersystems auf jeden Fall höher liegt als die zu erwartende
Eigenfrequenz des Arbeitssystems. Beim Einschalten des Vibrators wird nun die Koppelfeder
von Hand nachgestellt, bis der Vibrator zu schwingen beginnt und die gewünschte
Schwingweite auftritt. Dabei ist denn die Fesselungsfeder g bereits wirksam, da
bei der eingestellten und konstant zu haltenden Schwingweite des Arbeitskolbens
a der Synchronisierschieber io durch den Stößel 16 gerade um seinen halben maximal
möglichen Hub ausgelenkt sein soll. Diese Abstimmung soll noch nicht ganz der Resonanzabstimmung
entsprechen, vielmehr soll die Regelung so sein, daß immer nur in der Nähe der Resonanz
gearbeitet wird, und zwar so nahe an der Resonanzstelle, als es eben zur Erreichung
der konstant zu haltenden Schwingweite erforderlich ist, wobei diese Schwingweite
natürlich unterhalb der bei Resonanz auftretenden Schwingweite liegen muß.
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Es ist also so, daß die Eigenfrequenz des Steuersystems etwas über
der Eigenfrequenz des Arbeitssystems liegt. Tritt nun eine Änderung am Arbeitsgut
auf, derart, daß die Eigenfrequenz des Arbeitssystems kleiner wird, so würde die
Schwingweite des Vibrators kleiner werden, da sich die Frequenz des Arbeitssystems
von der Frequenz des Steuersystems entfernt. Dies hat zur Folge, daß die Feder i
i den Synchronisierschieber io a nach außen drückt, wodurch die aktive Länge der
Fesselungsfeder g größer wird und damit die Eigenfrequenz des Steuersystems abfällt.
Dadurch nähert sich die Frequenz des Steuersystems wieder der Frequenz des Arbeitssystems,
und es stellt sich über die Schwingweite ein neuer Gleichgewichtszustand ein.
Nimmt
die Frequenz des Arbeitssystems aus irgendeinem Grunde zu, indem z. B. die innere
Dämpfung des Arbeitsgutes kleiner wird, so nähert sich die Frequenz des Arbeitssystems
der Eigenfrequenz des Steuersystems, die Schwingweite wird größer, und der Synchronisierschieber
bewegt sich nach innen, so daß die Fesselungsfeder 9 kürzer wird, was eine Erhöhung
der Steuersystemfrequenz zur Folge hat, so daß sich die alte Schwingweite wieder
einstellt.
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Man erkennt, daß sich die Frequenz des Steuersystems an die Frequenz.
des Arbeitssystems anpaßt und der Vibrator sich damit selbst synchronisiert. Es
muß jedoch darauf geachtet werden, daß bei Inbetriebnahme des Gerätes durch Ändern
der Koppelfedern die Frequenz des Steuersystems von oben nach unten an die Frequenz
des Arbeitssystems angepaßt wird, so daß auf der richtigen Seite der Resonanzkurve
gearbeitet wird (Steuersystemfrequenz - Arbeitssystemfrequenz), sonst läuft die
Selbststeuerung des Vibrators auseinander. Andererseits kann natürlich die Synchronisierung
so ausgebildet werden, daß das Verhältnis Arbeitssystemfrequenz zu Steuersystemfrequenz
größer als I bleibt, daß also bei der Inbetriebnahme des Vibrators die Steuerschieberfrequenz
von unten nach oben an die Arbeitssystemfrequenz angepaßt wird. Der Synchronisierschieber
Ioa muß dann gerade umgekehrt arbeiten, bei zunehmender Schwingweite muß die Federkonstante
der Fesselungsfeder 9 kleiner werden und umgekehrt, was leicht zu erreichen ist,
wenn die Druckfeder II durch eine Zugfeder ersetzt wird und der Stößel 16 am anderen
Ende des Längsschlitzes 15 aufläuft.
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Um kein seitliches Reaktionsmoment auf den Steuerschieber 6 zu erhalten,
ist es zweckmäßig, zwei Synchronisierschieber Ioa und Iob symmetrisch anzuordnen,
wie es in der Abbildung dargestellt ist. Die Aufgabe des Dämpfungskolbens 18 ist
es zu verhindern, daß der Synchronisierschieber innerhalb der Schwingungsdauer einer
Vibratorschwingung eine Bewegung ausführt. Erst bei Änderung der Amplitude des Vibrators
soll der Synchronisierschieber ansprechen. Durch entsprechende Bemessung des freien
Durchstromquerschnittes des Dämpfungskolbens 18 soll die Zeitkonstante der aus Dämpfungskolben
18 und Rückzugfeder II bestehenden Rückzugseinrichtung ein mehrfaches der Periodendauer
einer Vibratorschwingung sein. Damit beim Vergrößern der Schwingweite des Vibrators
keine harten Stöße auf den Längsschlitz 15 des Synchronisierschiebers Io auftreten,
ist der Stößel 16 gegenüber dem Bolzen 4a bzw. 4b gefedert, wobei diese Federung
zweckmäßig relativ kräftig ist, damit bei plötzlich auftretender Vergrößerung der
Schwingweite des Arbeitssystems die Erhöhung der Frequenz des Steuer= systems genügend
rasch nachkommt.
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Die Fesselungsfedern 9 können auch vorteilhaft als Blattfedern ausgebildet
werden, wobei die Synchronisierschieber je einen Schlitz erhalten, die die Blattfedern
mehr oder weniger abdecken. Die Fesselungsfedern 9 können auch mit Zusatzgewichten
versehen sein, die abhängig von der Schwingweite des Arbeitssystems verschoben werden.