Verfahren zum Betrieb von Schwingungserzeugern. Zur Erzeugung von Schwing- oder Rüttel kräften sind unter anderem elektxomnagne- tische und elektrodynamische Schwingungs erzeuger bekannt. Es sind dies Schwingungs erzeuger, die einen mittels Wechselstrom er regten Elektromagneten besitzen, der auf einen ihm zugeordneten Anker je nach seiner Bauart elektromagnetische oder elektro dynamische Kräfte ausübt.
Die Grösse der von; solchen Schwingungserzeugern ausgeüb ten Schwing- oder Rüttelkräfte ist von der Grösse ihrer Magnetkräfte und, ihrer Schwing massen abhängig. Will man grössere Schwing- oder Rüttelkräfte erzielen, so muss auch der Schwingungserzeuger entsprechend grösser und stärker sein.
Aus wirtschaftlichen und verwendungs technischen Gründen ist es nun; aber nicht immer zweckmässig, die Schwingungserzeu ger immer grösser und stärker zu bauen, um die gewünschte Wirkung zu erhalten. Die Erfindung zeigt ein Verfahren, das es er- möglicht, auch ohne Vergrösserung der Ma- gnebkrIfte und der Schwingmassen eine grössere Schwing- bezw. Rüttelwirkung zu erzielen.
Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, dass der Erregerstrom des Schwingungserzeugers während des Betriebes in solchen, nach Massgabe der Abstimmung bemessenen Zeitabständen wiederholt ein- und ausgeschaltet wird, dass, die Schwingungs amplitude während einer jeden Einschalt zeit auf Werte kommt, die grösser sind als ihr Betriebswert im Dauerzustand. Erfindungs- gemëss wird also mit einer grösseren Schwin gungsamplitude gearbeitet, und mit der Ver grösserung der Schwingungsamplitude nimmt auch die ,Schwing- bezw.
Rüttelkraft. verhält- nisgleich zu. Da die vergrösserte Amplitude eine entsprechend höhere Beanspruchung der Federelemente der Schwinganordnung her vorruft, so ist .es besonders vorteilhaft, wenn die grosse Amplitude nicht dauernd mit einem gleichbleibenden Betrag aufrechterhalrfien wird, sondern dass die Sehwingbewegung durch das periodische Ein- und Ausschalten :der Erregung allmählich auf den Grösst- ausschlag anschwillt, um dann abzuebben.
An Hand der Zeichnung wird ein Aus führungsbeispiel des Verfahrens nach der Er findung näher erläutert.
Die Fig. 1 und 2 zeigen zunächst zwei Ausführungsbeispiele eines elektromagneti schen Schwingungserzeugers. In Fig. 1 ist am Rand eines topfförmigen Gehäuses 1 eine Blattfeder 2 mit ihren Enden fest einge spannt.. An ihrer Mitte trägt sie eine Schwungmasse 3 und den Anker 4, der von dem ihm zugeordneten und am Boden des Gehäuses befestigten, zum Beispiel von Netz wechselstrom erregten Magnet 5 im Takte der -doppelten Netzfrequenz angezogen wird.
Fig. 2 zeigt ein ähnliches Gerät. Die Teile 1 bis 5 sind im wesentlichen die gleichen, doch ist ihre Ausbildung und Anordnung unterschiedlich. An Stelle einer Blattfeder ist hier ein Federstab 2 vorgesehen, dessen Enden fest in der Vorder- und Hinterwand des Gehäuses 1 eingespannt sind, während an seiner Mitte ein zweiarmiger Hebel 6 be festigt ist. Am Ende des längeren Armes be findet sich die Schwungmasse 3, am Ende .des kürzeren Armes der Anker 4.
Der Magnet, 5 ist wiederum fest mit dem Boden dies Gehäuses verbunden. Wird der Magnet 5 vom Netzwechselstrom erregt, so wird auch hier der Anker 4 im Takte der doppelten Netzfrequenz angezogen, so dass auch hier die Schwungmasse 3 Schwingbewegungen im gleichen Rhythmus ausführt. Der Federstab 2 wird hierbei auf Drehung beansprucht.
Die Schwingbewegung der Schwungmasse 3 erfolgt bei, beiden Geräten in der eingezeich neten Pfeilrichtung. Werden die in Fig. 1 und 2 gezeigten Rüttelgeräte an irgendeinem Körper 7, beispielsweise an der zu rüttelnden Wandung eines Gutbehälters, befestigt, so übertragen sich die Rüttelkräfte der Geräte auch auf diesen Körper 7.
Bei der Überprüfung der Schwingbewe gung derartiger Schwingungskörper ist nun zu beachten, dass jedes Schwingsystem eine bestimmte Eigenschwingungszahl bezw. Eigenfrequenz hat, die von der netzabhängi gen erregenden Frequenz in der Regel ab weicht-. Gewöhnlich bemisst man Schwing systeme derart, dass ihre Eigenfrequenz von der erregenden Frequenz etwas .abweicht.
In Fig. 3 stellt beispielsweise die Linie 8 die freie Schwingung eines Schwingungs- erzeugers mit seiner Eigenfrequenz c)" und ,die Linie 9 die erzwungene Schwingung mit der erregenden Frequenz w dar. Schaltet man einen derart abgestimmten Schwingungs erzeuger ein, so überlagern sich diese beiden Schwingungen zu einer resultierenden Schwin gung. Die freie Schwingung klingt jedoch ,schon kurz nach dem Einschalten schnell wieder ab, so dass dann nur die erzwungene Schwingung übrig bleibt.
In Fig. 4 ist dies bildlich dargestellt. Die Linie 10 ist durch Überlagerung der beiden Linien 8 und 9 ent standen; ihre Ordinate entspricht der jewei ligen Höhe der in Fig. 3 schraffierten Fläche. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, schaukelt sich die Linie 10 allmählich bis auf den Grösstwert hoch, um dann wieder abzunehmen.
Dies ist aus den gestrichelt eingezeichneten Um hüllungslinien 11 ersichtlich. Zeichnet man diese Umhüllungslinien für eine ;gegenüber Fing. 4 ,grössere Zeitspanne auf, so ergibt sich das Bild der Fig. 5, in der der Zeitmassstab erheblich grösser ist: Die in Fig. 4 erfasste Zeitspanne ist in Fig. 5 mit der Strecke 12 angedeutet.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich, schwillt die Amplitude x allmählich bis auf einen Grösst- wert x"",-, an, um dann biss auf den Wert x", die Aniplitlide des Normalbetriebes, wieder abzuebben. Bei to,, @@ (v ist x"", praktisch gleich 2x".
Ungefähr das ,gleiche Grössen verhältnis liegt jedoch auch bei den praktisch gebräuchlichen Abweichungen zwischen o@" und, oj vor.
Die Grisse dieses Verhältnisses erhält; man am einfachsten clüdurch, dass man die Schwingbewegung während des Einschalt- vorganges von einem Schwingungsmesser selbsttätig aufzeichnen lässt und dann die Grösse,der Schwingungsweite unmittelbar ab- liest. Auch rechnerisch kann man :
dieses Ver hältnis ermitteln, doch ist -die Rechnung ver hältnismässig langwierig. Über diese rech nerische Überprüfung sei daher nur kurz folgendes amgeführt: Da die Induktion im Magneteisen mit guter Annäherung nach einer Sinus- oder Cosinus-Linie verläuft, ,so erhält man für die Magnetkraft P, die mit dem Quadrat der Induktion wächst, die Gleichung R = R0 I R1 + R2.
Hierbei ist R0 eine konstante Anziehungs kraft, R1 eine harmonisch-periodische Kraft gleicher Maximallamplitude und R2 eine Summ verschiedener Einzelkräfte. An sich ruft jedes :dieser Einzelglieder eine Bewegung der Schwingmassen hervor; da jedoch die das Glied R2 bildenden Einzelkräfte nach einer Exponentialkurve schnell wiederabklin gen und ausserdem der Wert R2 bei den für Schwingungserzeuger gebräuchlichen Fre quenzverhältnissen sehr klein gegenüber :dem Wert R1 ist, so bleibt auch beim Einschalt vorgang praktisch nur eine Magnetkraft von R = R0 + R1 übrig.
Die rechnerische Ermittlung zeigt also, dass sich die Magnetkraft im wesentlichen aus einer konstanten Anziehungskraft und einer harmonisch-periodischen Kraft gleicher Maximalamplitude zusammengesetzt.
Berech net man unter Zugrundelegung dieser Magnet kraft den Bewegungsvorgang des Schwing systems, der sich aus der erzwungenen und der Eigenschwingung zusammensetzt, so kommt man auch hierbei zu :dem Ergebnis, dass sich die Schwingungsamplitude beim Einschafen der Erregemstromes in jedem Falle zunächst allmählich bis über ihren normalen Betriebswert hochschaukelt, und zwar in der Regel bis, ungefähr auf :den dop pelten Betriebswert, um denn allmählich wieder abzuklingen..
Wird' nun der :Schwingungserzeuger wie- dierholt ein- und ausgeschaltet, beispielsweise derart, dass er in :der Fig. 5 im Zeitpunkt t, ausgeschaltet und im Zeitpunkt t2 wieder eingeschaltet wird, so :ergibt sich ein Schwin gungsvorgang nach Fig. 6. Wie aus dieser Figur ersichtlich, setzt .dann im Zeitpunkt t2 vom. neuem, der gleiche Aufschaukelvorgang ein wie im Zehrpunkt to.
Ein Vergleich der Fig. 6 mit Fig. 5 zeigt den erheblichen Vor teil des beschriebenen Verfahrens zum Be- trieb von Schwingungserzeugern: Während nach Fig. 5 die Schwingungsweite nach Be endigung wies Einschaltvorganges dauernd ,den normalen Betriebswert xn behalten würde, wird sie nach Fing. 6 immer wieder so stark aufgeschaukelt, dass sie dien Betriebswert xn während eines ;
grossen Teils der Betriebszeit, im vorliegenden Falle wie auch in der Regel sogar während des grössten Teils der Betriebs zeit, erheblich überschreitet.
Die Einschaltdauer des Erregerstromes, also die :Zeitspanne vom Zeitpunkt to bis zum Zeitpunkt t1, muss mindestens so gross sein, -dass sich die Schwingungsweite innerhalb ,dieser Zeitspanne im :der erstrebten Weise über Ihren normalen Betriebswert xn hinaus hochschaukelt. In Fig. 4 muss also diese Zeit spanne grösser als die Zeitspanne von to bis tmin sein.
Nach oben hin ist die Einschalt dauer t0 bis t1 an sich unbegrenzt, doch wind man sie schon aus Zweckmässigkeitsgründen nicht zu gross machen, um die erzielbaren Vorteile möglichst weit auszunutzen. Die Ausschaltdauer t, bis; t2 :des Erregerstromes kann grundsätzlich beliebig Wang und beliebig kurz sein:.
Ein, bestimmtes Verhältnis zwischen den Werten :der Ein- und Ausschaltdauer oder :etwa zwischen diesen Werten und :der Dauer einer einzelnen Schwingung lässt sich allge meingültig nicht angeben., da diese Werte nicht nur vom, der Frequenz, sondern, wieg er, wähnt, auch von dem Verhältnis zwischen der Eigenfrequenz und :
dem erregendiien Fre quenz des Schwingsystems abhängig sind. Auf Grund der vorstehend gegebenen Riclht- linien ist :es aber ohne weiteres möglich"dieso Werte nach Massgabe der jeweiligen Abstim- mung von Fall zu Fall. so zu bemessen, :
d'ass sie den praktischen Verhältnissen möglichst gut entsprechen. Erwähnt sei noch, dass es für das beschrie bene Verfahren zum Betrieb von Schwin gungserzeugern vollkommen gleichgültig ist, welches zeitliche Verhältnis der Einschalt- und der Ausschaltzeitpunkt zur augenblick lichen Phasenlage der Erregerspannung haben., denn dieses Verfahren ist von der Grösse des augenblicklichen Spannungswertes praktisch una=bhängig. In jedem Falle schau kelt sich die Schwingungsamplitude zunächst auf Werte hoch,
die grösser als ihr normaler Betriebswert und in der Regel ungefähr dop pelt so gross sind.