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Elektromagnetischer Schwingantrieb
Die Erfindung bezieht sich auf elektromagnetische Schwingantriebe, die vorzugsweise für Zuteilvibrobunker bestimmt sind, die bei der Bewegung von verschiedenartigen Einzelheiten sowie Stückund Schüttgütern entlang kreis-, schraubenlinien-, spiral- oder schraubenspiralförmigen Kurven eingesetzt werden.
Bekannte elektromagnetische Schwingantriebe sind in Form eines auf Schwingungsdämpfern ruhenden Unterteils ausgebildet, auf welchem mit Hilfe von Federstangen eine Traverse gehalten ist. Die Federstangen sind am Umfang des Unterteils unter einem bestimmten Winkel zur senkrechten Achse befestigt. Die Traverse dient zur Befestigung der Arbeitsorgane, beispielsweise des Behälters eines Zuteilbunkers.
Als Schwingungserreger dient ein Elektromagnet, dessen Kern am Unterteil und dessen Anker an der Traverse befestigt ist.
Derartige Schwingantriebe versetzen die Traverse und folglich auch die Arbeitsorgane in Schwingungen mit vorgegebener, unveränderlicher schraubenförmiger Bewegungsbahn und lassen nur eine Regelung der Schwingungsamplitude zu.
Diebekannten Schwingantriebe mit nachstellbarer Federstangenneigung haben sich infolge komplizierten Einrichtens und ungenügender Zuverlässigkeit in der Produktion nicht durchgesetzt und werden nur in Laboratorien bei der Durchführung von Forschungsarbeiten eingesetzt.
Diebekannten elektromagnetischen Schwingantriebe besitzen den Nachteil, dass eine Änderung der Neigung der elastischen Aufhängungen der laufenden Anlage bzw. eine Nachstellung derselben bei Stillstand der Anlage unmöglich ist. Somit ist es auch unmöglich, das Verhältnis der Amplitudenkomponenten bei den Dreh- und Längsschwingungen der Traverse relativ zur senkrechten Achse bei laufender Anlage zu ändern. Ausserdem lassen diese Schwingantriebe nur eine ganz einfache schraubenförmige Bewegungsbahn der Traversenschwingungen zu, deren Projektion auf eine senkrechte Ebene eine Gerade ist. Diese Bewegungsbahn ist meistens nicht die günstigste.
Die erwähnten Nachteile der bekannten elektromagnetischen Schwingantriebe machen die Wahl optimaler Bewegungsverhältnisse für die zu bewegenden Einzelteile und Schüttgüter unmöglich, wodurch die technologischen Einsatzmöglichkeiten dieser Schwingantriebe und ihre Leistungsfähigkeit beschränkt sind.
Die Erfindung bezweckt, die erwähnten Nachteile zu vermeiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Schwingantrieb zu entwickeln, der eine getrennte Regelung der Amplitudenkomponenten bei den Quer- und Längsschwingungen, insbesondere Dreh- und Längsschwingungen der Arbeitsorgane relativ zur senkrechten Achse bei laufender Anlage ermöglicht, wobei auch eine Regelung des Phasenverschiebungswinkels zwischen den beiden genannten Schwingungskomponenten ermöglicht wird.
Durch Kombination der Amplitudenkomponenten und Phasenverschiebungswinkelregelung bei laufender Anlage, d. h. durch Wahl der günstigsten Bewegungsbahn für die Schwingung der Arbeitsorgane können die technologischen Einsatzmöglichkeiten der Schwingantriebe bedeutend erweitert und ihre Lei-
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stung erhöht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die elastischen Elemente in Form von zwei übereinander angeordneten elastischen Aufhängungen ausgeführt werden. Diese Aufhängungen bilden zusammen mit Unterteil, Traverse und Verbindungselementen zwei miteinander gekoppelte, elastische Schwingsysteme, deren eines in bezug auf senkrecht wirkende Kräfte steif und in bezug auf relativ zur senkrechten Achse auftretende Drehmomente nachgiebig ist. Dieses Drehschwingsystem ist dazu bestimmt, den Arbeitsorganen Drehschwingungen um die senkrechte Achse zu erteilen. Das andere elastische Schwingsystem ist dagegen in bezug auf relativ zur senkrechten Achse angelegte Drehmomente steif und in bezug auf senkrecht wirkende Kräfte nachgiebig. Dieses Längsschwingsystem erteilt den Arbeitsorganen Schwingungen längs der senkrechten Achse.
Da die beiden elastischen Schwingsysteme übereinander angeordnet und fest miteinander verbunden sind, wird ihren endlichen Schwingmassen, d. h. der Traverse und dem Unterteil, und folglich auch den Arbeitsorganen (welche bekanntlich nicht nur auf der Traverse, sondern auch auf dem Unterteil angeordnet werden können), eine resultierende Schwingbewegung erteilt, d. h. sie führen eine Anzahl von Schwingungen um die senkrechte Achse und längs derselben aus.
Grundsätzlich kann ein beliebiges der beiden Schwingsysteme über dem andern angeordnet werden.
Es ist jedoch die Anordnung vorzuziehen, bei der sich das Längsschwingsystem über dem Drehschwingsystem befindet.
Jedes der erwähnten elastischen Schwingsysteme wird durch besondere elektromagnetische Erreger in Schwingung versetzt und in diesem Zustand erhalten. Diese Erreger werden mit Wechsel- oder pulsierendem Strom gespeist und sind mit Einrichtungen zur Regelung der Magnetflussstärke versehen. Dadurch wird eine getrennte Amplitudenregelung jeder der Schwingungskomponenten bei der Dreh- und Längsschwingung des Arbeitsorgans ermöglicht.
Um eine Regelung des Phasenverschiebungswinkels zwischen den Komponenten bei der Dreh- und Längsschwingung des Arbeitsorgans zu ermöglichen, wird zumindest ein elastisches Schwingsystem mit einer Einrichtung versehen, die in einen Stromkreis, beispielsweise in den des elektromagnetischen Erregers, eingeschaltet wird und eine Änderung des Phasenverschiebungswinkels zwischen den Amplitudenwerten der Magnetflüsse der elektromagnetischen Erreger beider elastischen Schwingsysteme ermöglicht.
Zur Amplitudenregelung der erwähnten Schwingungskomponenten können Spartransformatoren, regelbare Widerstände und andere bekannte Einrichtungen verwendet werden. Der Phasenverschiebungswinkel kann durch einen Phasenregler, einen Phasenschieber und andere bekannte Einrichtungen eingestellt werden.
Ist der zeitliche Verlauf der Schwingungen um die senkrechte Achse, und längs dieser sinusförmig, was bei verhältnismässig nahe auf den Resonanzzustand abgestimmten elastischen Schwingsystemen (d. h. wenn die Eigenfrequenz eines jeden der Schwingsysteme sich nicht sehr von der Erregerfrequenz unterscheidet), der Fall ist, so ermöglicht der erfindungsgemässe Schwingantrieb beliebige, an der laufenden Anlage einstellbare Bewegungsbahnen des Arbeitsorgans, deren Projektion auf eine senkrechte Ebene den Lissajous-Figuren entspricht.
Im Sonderfall, wenn die beiden Schwingungskomponenten gleiche Frequenz haben, ergibt sich eine Schar von während des Betriebes einstellbaren Ellipsenbahnen, zu denen auch die Grenzfälle : kreisrunde und gerade Bahnen gehören.
Die elliptischen Bahnen sind recht vorteilhaft bei Rüttelvorrichtung und-separierung.
Der Schwingantrieb kann auch ohne Vorrichtung zur Phasenverschiebungsregelung ausgeführt werden. In diesem Fall wird ein Phasenverschiebungswinkel vorgegeben, der durch entsprechende Berechnung der cos ?'-Werte elektromagnetischer Erreger bestimmt wird.
Um die maximale Belastung des Arbeitsorgans des Schwingantriebes zu erhöhen und einen gegen- seitigen Einfluss beider Schwingsysteme aufeinander auszuschliessen, ist das Längsschwingsystem auf eine etwas höhere Eigenfrequenz im Vergleich zu der des Drehschwingsystems abzustimmen. So können zum Beispiel bei einer Netzfrequenz von 50 Hz und bei einer Speisung des Erregers mit einem durch einen Gleichrichter gelieferten Strom eine Eigenfrequenz von 58 bis 59 Hz beim ersten bzw. 53 bis 54 Hz beim zweiten Schwingsystem angenommen werden.
Der erfindungsgemässe elektromagnetische Schwingantrieb ist praktisch universell. Er ist besonders in den folgenden Fällen wirkungsvoll anwendbar :
1) wenn hohe oder besonders niedrige Fördergeschwindigkeiten erforderlich sind ;
2) wenn eine wirksame, kontinuierliche Förderung (Zubringung) von schwer zu orientierenden, ins-
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besondere dünnen, leichten und zerbrechlichen Teilen erforderlich ist ;
3) wenn eine wirksame Förderung in Behältern bei verhältnismässig grossen Steigungswinkeln der Rinnen erforderlich ist ;
4) bei der Förderung von Teilen verschiedener Gestalt und unterschiedlichen Gewichtes in mehrstöckigen Behältern mit mehreren Förderrinnen, insbesondere, wenn die Behälter unterschiedliche För- der-und Austragsrinnenneigungen aufweisen ;
5) bei der Förderung von Teilen in flüssigen Medien ;
6) beim Abrunden, Polieren, Hohnen und Läppen in Rüttelvorrichtungen ;
7) wenn eine wirksame Förderung von Schüttgütern mit oder ohne Trennung der Fraktion erforderlich ist ;
8) wenn die notwendige Betriebsweise des Schwingantriebes im voraus nicht bekannt ist ;
9) wenn die Betriebsweise desSchwingantriebes bekannt ist und mit einem speziell zu diesem Zweck zu entwickelnden Schwingantrieb üblicher Bauart erreicht werden kann, jedoch die Berechnung und das Entwerfen des Schwingantriebes mit unzulässigem Zeit- und Kostenaufwand verknüpft sind ;
10) wenn Förderrichtungswechsel erforderlich ist.
Die Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus nachfolgender Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen ersichtlich. Es zeigen Fig. 1 einen Querschnitt des erfindungsgemässen elektromagnetischen Schwingantriebes, bei dem die elastische Aufhängung des Drehschwing- systems für die Arbeitsorgane in Form einer Kombination aus Torsionswelle und hochkant gestellter Blattfeder ausgebildet ist, während die Aufhängung des Längsschwingsystems eine Kombination aus vier flach liegenden Blattfedern ist, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie I-1 gemäss Fig. 1, Fig. 3 eine andereAusführungsvariantedes elektromagnetischen Schwingantriebes im Schnitt, bei der die elastische Aufhängung des Drehschwingsystems aus einer Torsionswelle besteht, Fig.
4 den Schnitt nach der Linie lI-lI gemäss Fig. 3, Fig. 5 eine weitere Ausführungsvariante des elektromagnetischen Schwingantriebes teilweise im Schnitt und teilweise in Ansicht, bei der die elastische Aufhängung des Drehschwingsystems aus einer Kombination zweier hochkant gestellter Blattfedern besteht, Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie III-III gemäss Fig. 5, Fig. 7 einen Schnitt des elektromagnetischen Schwingantriebes, bei dem das elastische Drehschwingsystem für die Arbeitsorgane auf dem elastischen Längsschwingsystem aufgestellt ist und Fig. 8 eine Steuerungsschaltung der elektromagnetischen Schwingungserreger beider elastischer Schwingsysteme.
Der elektromagnetische Schwingantrieb (Fig. 1) ist auf einem Unterteil 1 aufgebaut, der auf Schwingungsdämpfern 2 ruht. Eine Torsionswelle 3 ist mit ihrem unteren Ende auf dem Unterteil 1 starr befestigt, während ihr oberes Ende mit einer Muffe 4 verbunden ist, durch welche eine Blattfeder 5 durchgeführt ist. Diese Feder ist hochkant gestellt und ist mit ihrer Mitte in der Muffe 4 spielfrei befestigt. Die Enden der Blattfeder 5 sitzen in zwei Stützen 6, die auf dem Unterteil 1 aufgestellt sind. Die Kerne 7 zweier Elektromagneten sind ebenfalls auf dem Unterteil 1 angeordnet und wirken mit den Ankern 8 der Magnete zusammen. Diese Anker sind an der Muffe 4 fliegend befestigt. Auf der oberen Stirnseite der Muffe 4 sind vier flach liegende Blattfedern 9 kreuzweise angeordnet.
Auf der oberen Stirnseite der Muffe 4 ist der Kern 12 eines Elektromagneten angeordnet, dessen Anker 13 mit einem Tragrahmen 10 verbunden ist. Am Gehäuse 14 des Elektromagneten und an dem Tragrahmen 10 sind die Arbeitsorgane 15 befestigt.
Die Torsionswelle 3, Muffe 4 und Blattfeder 5 bilden zusammen das Schwingsystem, das die Arbeitsorgane in Drehschwingung um die senkrechte Achse beim Einschalten der Elektromagnete versetzt. Zum Regeln der Schwingungsfrequenz dieses Systems sind die Enden der Blattfeder 5 in Stützen 6 mit Hilfe von verschiebbaren Klemmen 16 befestigt (Fig. 2).
Die vier auf der oberen Stirnseite der Muffe 4 befestigten Blattfedern 9 bilden zusammen mit der Traverse 10 das Schwingsystem, das beim Einschalten des Elektromagneten die Längsschwingung der Arbeitsorgane in Richtung der senkrechten Achse erregt. Zum Regeln der Schwingungsfrequenz dieses Systems sind die Enden der Blattfedern 9 an der Traverse 10 durch verschiebbare Klemmen 11 befestigt.
Die Stromzuführung zu den Spulen der Magnetkerne 7 und 12 des Schwingantriebes erfolgt durch eine Schaltung, die in Fig. 8 dargestellt ist. Nach dieser Schaltung wird der einem Wechselstromnetz entnommene Strom über Transformator 19 und Gleichrichter 20 den Spulen 21 der Magnetkerne 7 zugeführt. Vom gleichen Netz wird der Strom über einen Phasenregler 22, einen Transformator 23 und einen Gleichrichter 24 auch der Spule 25 des Magnetkernes 12 zugeleitet.
IndcrSchaltung dient der Spartransformator 19 zur Regelung der Amplituden bei der Drehschwingung
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der Arbeitsorgane 15 um die senkrechte Achse, während der Spartransformator 23 dieselbe Aufgabe in bezug auf die Längsschwingungen der Arbeitsorgane 15 in Richtung der senkrechten Achse erfüllt. Zur Amplitudenregelung wird die an die Spulen 21 und 25 der Magnetkerne 7 und 12 gelegte Spannung geändert. Der Phasenregler 22 dient zur Regelung des Phasenverschiebungswinkels zwischen Längs- und Drehschwingung der Arbeitsorgane relativ zur senkrechten Achse.
Das elastische Drehschwingsystem des Schwingantriebes der Arbeitsorgane 15' (Fig. 3-4) kann auch durch eine Torsionswelle 3'und eine mit ihr verbundene Muffe 4'gebildet werden. An dieser Muffe sind vier flach liegende Blattfedern 9'angeordnet, die anderseits mit der Traverse 10' durch verschiebbare Klemmen 11'verbunden sind. Hiebei wird ein Schwingsystem gebildet, das Längsschwingungen der Arbeitsorgane 15'in Richtung der senkrechten Achse ermöglicht.
Es ist auch eine Variante möglich, bei der das elastische Drehschwingsystem des Schwingantriebes Schwingungen der Arbeitsorgane 15" (Fig. 5-6) um eine senkrechte Achse ermöglicht und eine Muffe 4" und zwei parallele, hochkant gestellte Blattfedern 5" enthält. Diese Blattfedern sind kreuzweise übereinander angeordnet. Die Blattfedern 5" sind in ihrer Mitte in der als Kupplung ausgebildeten Muffe 4" und an den Enden mittels verschiebbaren Klemmen 16" in den Stützen 6" be- festigt, die auf dem Unterteil l"des Schwingantriebes aufgestellt sind.
Dabei werden auf der Kupplung 4" vier flach liegende Blattfedern 9" befestigt, die durch verschiebbare Klemmen 11" mit der Traverse 10" verbunden sind und ein elastisches Schwingsystem bilden, das Längsschwingungen der Arbeitsorgane 15" in Richtung der senkrechten Achse ermöglicht.
Es ist noch eine weitere Variante möglich, bei der das elastische Längsschwingsystem des SchwingantriebesderArbeitsorgane 15"' (Fig. 7) vier flach liegende Bandfedern 9'"enthält, wobei die einen Enden dieser Federn auf der Stirnseite der Muffe 411 1 und die andern Enden an der auf dem
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senkrechte Achse ermöglicht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. ElektromagnetischerSchwingantriebfürArbeitsorgane, vorzugsweise Zuteilbunker, der einen auf SchwingungsdämpfernruhendenUnterteil, einen auf dem Unterteil durch elastische Elemente abgestützten Tragrahmen und einen elektromagnetischen Schwingungserreger enthält, dadurch gekenn-
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mit dem Tragrahmen (10, 10', 10") verbunden ist, wobei beide Aufhängungen miteinander durch ein starres Element, beispielsweise eine Muffe (4, 4', 4"), verbunden sind und zwei gekoppelte, elastische
Schwingsysteme bilden, von denen das eine, das Drehschwingsystem, in bezug auf längs der Senkrecht- achse wirkende Kräfte steif und in bezug auf ein relativ zu dieser Achse wirkendes Drehmoment nach- giebig ist und Drehschwingungen der Arbeitsorgane (15, 15', 15", 15"')
um die Senkrechtachse ermög- licht, während das andere, das Längsschwingsystem, in bezug auf relativ zur Senkrechtachse angelegte
Drehmomente steif und in bezug auf längs dieser Achse wirkende Kräfte nachgiebig ist und die Längsschwingung der Arbeitsorgane in Richtung der Senkrechtachse ermöglicht, wobei jedes Schwingsystem
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