CH656811A5 - Schuettelvorrichtung und verfahren zum betrieb einer solchen. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schüttelvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der schweizerischen Patentschrift 585 585 ist eine Schüttelvorrichtung mit einem Gestell und einem mit Kurbeln entlang einer Kreisbahn bewegbaren Träger bekannt. Am Gestell sind vier Elektromagnete und am Träger vier Permanentmagnete befestigt. Eine der Kurbeln ist mit einem Kommutator versehen, der durch Bürsten abgetastet wird und die den Elektromagneten zugeführten Gleichströme nach jedem halben Träger-Umlauf umpolt.

Da Schüttelvorrichtungen häufig während grosser Zeiträume im Dauerbetrieb oder mit kurzen Unterbrüchen betrieben werden, ist die Steuerung mittels eines Bürsten-Kommutators wegen der Abnutzung der Bürsten unzweckmässig. Im übrigen kann die Umlaufzahl bei der Verwendung eines derartigen Kommutators nur in verhältnismässig engen Grenzen verändert werden.

Hergestellte und in der Schweiz auf den Markt gebrachte Schüttelvorrichtungen sind zum Antrieb des Trägers mit drei Elektromagneten ausgerüstet. Eine der zum Lagern des Trägers dienenden Kurbeln ist mit einer Scheibe versehen, die zum Auswuchten des Trägers und zur Darstellung von dessen Position dient und zum letzteren Zweck einen Nocken aufweist, der sich ungefähr entlang einem 120°-Kreissektor erstreckt. Am Gestell sind drei um die betreffende Kurbel herum verteilte, induktiv arbeitende Leser angeordnet, die beim Passieren des genannten Nockens elektrische Signale erzeugen und einer elektronischen Steuereinrichtung zuführen. Die letztere schaltet jedes Mal, wenn der Nocken einen Leser erreicht, vorübergehend den diesem Leser zugeordneten Elektromagneten ein.

Bei diesen Schüttelvorrichtungen wird also die Position des Trägers durch zwei mit den Lesern voneinander unterscheidbaren Zeichen dargestellt, nämlich durch den Nocken und den restlichen nockenfreien Umfangsteil der Scheibe. Die momentane Position des Trägers kann also nur auf ungefähr 120° genau festgestellt werden. Diese geringe Auflösung bei der Positionsbestimmung wirkt sich nachteilig auf verschiedene Betriebseigenschaften der Schüttelvorrichtung aus.

Nun wäre es an sich möglich die Auflösung bei der Positionsbestimmung dadurch zu verbessern, dass die Anzahl der Leser erhöht, beispielsweise verdoppelt wird. Da induktive Leser und ihre Montage jedoch verhältnismässig teuer sind, hätte diese Massnahme eine beträchtliche Verteuerung der Vorrichtung zur Folge.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Schüttelvorrichtung zu schaffen, die mit einer geringen Zahl von Lesern eine verhältnismässig genaue Positionsbestimmung des Trägers ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Schüttelvorrichtung der einleitend genannten Art gelöst, die gemäss der Erfindung

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durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet ist. Zweckmässige Ausgestaltungen der Schüttelvorrichtung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 8.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 9. Das Verfahren ist gemäss der Erfindung durch die Merkmale dieses Anspruchs gekennzeichnet.

Die Schüttelvorrichtung kann etwa zum Mischen und Emulgieren von Flüssigkeiten, Dispergieren und Lösen von Feststoffen in Flüssigkeiten, zum Schütteln von Mikroorganismen enthaltenden, flüssigen Substraten und für den allgemeinen Laborgebrauch verwendet werden.

Die Erfindung soll nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer Schüttelvorrichtung erläutert werden.

In der Zeichnung zeigen die Figur 1 eine Draufsicht auf eine Schüttelvorrichtung, die Figur 2 einen Schnitt durch die Schüttelvorrichtung entlang der Linie II—II der Figur 1,

die Figur 3 eine Draufsicht auf die den Träger im mittleren Teil haltende Kurbel, in grösserem Massstab,

die Figur 4 einen Schnitt entlang der Linie IV—IV der Figur 3

die Figur 5 eine Abwicklung der Umfangsfläche der Scheibe der in den Figuren 3 und 4 dargestellen Kurbel die Figur 6 das elektrische Blockschaltbild der Schüttelvorrichtung,

die Figur 7 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Betriebsart bei niedrigen Umlaufzahlen und die Figur 8 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Betriebsart bei hohen Umlaufzahlen.

Die vereinfacht in den Figuren 1 und 2 dargestellte Schüttelvorrichtung weist ein Gestell 1 und einen Träger 3 auf. Der letztere ist ungefähr in seiner Mitte mit einer Kurbel 5 und in der Nähe von zwei seiner Ecken mit zwei Kurbeln 7 bewegbar im Gestell gehalten. Die Kurbel 5 weist eine Scheibe 9, eine vertikale Welle 11 und einen exzentrischen, vertikalen Zapfen 13 auf. Die Kurbeln 7 weisen je einen etwas elastischen Arm 15, eine vertikale Welle 17 und einen exzentrischen vertikalen Zapfen 19 auf. Die Welle 11 ist mit mindestens einem Lager 21 im Gestell 1 gelagert und die Wellen 17 sind mit Lagern 23 im Gestell gelagert. Der Kurbel-Zapfen 13 ist mit mindestens einem Lager 25 im Träger 3 gelagert und die Kurbel- Zapfen 19 sind mit Lagern 27 im Träger 3 gelagert. Die Lager 21,23,25,27 können beispielsweise als Wälzlager ausgebildet sein. Der Träger 3 wird also mit den Kurbeln 5, 7 derart am Gestell 1 gehalten und geführt, dass er entlang einer ebenen, horizontalen, geschlossenen Bahn, nämlich entlang einer Kreisbahn bewegbar ist.

Der Träger 3 weist eine ebene, horizontale Platte 29 auf, die einen Tisch zum Tragen des in einem oder mehreren Behältern untergebrachten Schüttelgutes bildet. Die Lager 25, 27 können direkt starr mit dieser Platte 29 verbunden sein.

Es wäre jedoch auch möglich, in bekannter Weise zusätzlich zur Platte 29 noch einen separaten, oberhalb von dieser angeordneten, als Auflage für die Schüttelgutbehälter dienenden Tisch vorzusehen, der wahlweise starr oder beweglich mit dem Träger verbunden werden kann. Im Fall der starren Verbindung würde der Tisch beim Betrieb die gleiche Bewegung ausführen wie der Träger. Im andern Fall könnte der Tisch in der Nähe seines einen Randes um eine ortsfeste, vertikale Achse schwenkbar mit dem Gestell verbunden werden. Die bewegliche Verbindung des Tisches mit dem Träger wäre dann derart beschaffen, dass der Tisch während eines vollen Umlaufs des Trägers ein Mal hin- und her verschwenkt wird.

An der Platte 29 sind drei nach unten ragende, gleich-massig auf einen zum Lager 25 konzentrischen und damit zum Kurbelzapfen 13 koaxialen Kreis verteilte Plättchen 31 starr befestigt. Am Gestell 1 sind drei Elektromagnete 33 starr befestigt, die gleichmässig auf einen zur Welle 11 koaxialen Kreis verteilt sind und je eine Spule 35 sowie einen Kern 37 mit horizontaler Achse aufweisen. Das eine Ende der Kerne 37 ist je einem der Plättchen 31 zugewandt und bildet also einen Magnetpol. Das andere Ende der Kerne ist mit einem Körper 39 verbunden, der nach oben bis annähernd zur Platte 29 ragt, so dass er von dieser nur durch einen schmalen Spalt getrennt ist. Die Platte 29, die Plättchen 31, die Kerne 37 und die Körper 39 bestehen aus einem fer-romagnetischen, magnetisch weichen Material und können nötigenfalls mit einem als Korrosionsschutz dienenden Überzug versehen sein. Die Elektromagnete 33 bilden zusammen mit den Plättchen 31 und den die magnetischen Kreise schliessenden Abschnitten der Platte 29 drei Krafterzeugungsaggregate 41,43,45 mit denen zum Antrieb des Trägers 3 parallel zur Bahnebene des Trägers, d.h. horizontal gerichtete Kräfte, und zwar Zugkräfte, erzeugt und auf den Träger ausgeübt werden können.

Nun soll anhand der Figuren 3,4 und 5 die Ausbildung der Scheibe 9 und der Kurbel 5 näher erläutert wrden. Die Umfangsfläche der Scheibe 9 ist im allgemeinen koaxial zur Drehachse der Welle 11. Die Scheibe 9 dient als Schwungmasse, hat jedoch bezüglich der im Gestell 1 gelagerten Welle 11 eine asymmetrische Massenverteilung, wobei die Scheibe in derjenigen Hälfte, in der sich im Grun'driss der Kurbelzapfen 13 befindet, mit zwei Öffnungen versehen ist und eine kleinere Masse aufweist als in ihrer andern Hälfte. Die Masse und die Massenverteilung der Scheibe 9 sind derart festgelegt, dass die Scheibe die Unwucht ausgleicht, die durch den bezüglich der Drehachse der Welle 11 exzentrisch an der Scheibe 9 angreifenden Träger 3 verursacht wird.

Die in Dreh-Wirkverbindung mit dem Träger 3 stehende Scheibe 9 dient ferner noch als Mittel zur Darstellung der momentanen Position des Trägers 3. Die Mantel- oder Umfangsfläche 9a der Scheibe ist hierzu in drei entlang dem Umfang verlaufende, in der Richtung der Drehachse gegeneinander versetzte Ringstreifen 51,53,55 und in sechs sich je über einen Bogen oder Zentriwinkel von 60° erstreckende Sektoren 57, 59, 61, 63, 65, 67 unterteilt. Die Umfangsfläche 9a, von der in der Figur 5 eine Abwicklung dargestellt ist, weist also insgesamt 18 Felder auf. In jedem dieser Felder ist entweder ein radial vorstehender sich entlang einem Bogen ungefähr über einen Zentriwinkel von 60° erstreckender Nocken 9b oder ein nockenfreier Abschnitt, d.h. eine sich entlang einem Bogen ungefähr über einen Zentriwinkel von 60° erstreckende Ausnehmung 9c vorhanden. Dabei hängen benachbarte Nocken 9b ohne sichtbare Grenze zusammen. Desgleichen gehen benachbarte Ausnehmungen 9c ohne sichtbare Grenzen ineinander über.

Die Nocken 9b und Ausnehmungen 9c stellen zwei Arten voneinander unterschiedbarer Zeichen dar. Zum Erfassen und Lesen dieser Zeichen sind drei Leser 71, 73, 75 mit winkelförmigen Haltern lös- und verstellbar, aber starr am Gestell 1 befestigt, wobei die drei Leser entlang der Welle 11 gegeneinander versetzt sind. Der Leser 71 ist derart angeordnet, dass er die sich im obersten Ringstreifen 51 befindenden Zeichen lesen kann. Der Leser 73 dient zum Lesen der Zeichen des mittleren Ringstreifens 53 und der Leser 75 zum Lesen der Zeichen des untersten Ringstreifens 55. Die beiden Leser 71 und 73 befinden sich in dem in den Figuren 1 und 3 dargestellten, parallel zur Drehachse der Welle 11 projizierten Grundriss übereinander, d.h. bei der gleichen Radiallinie und Umfangstelle eines zur Welle 11 konzentrischen Kreises, während der Leser 73 sich bei einer Radiallinie und Um-fangsstelle des Kreises befindet, die um 120° gegen die Leser 71 und 75 versetzt ist.

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Die Scheibe 9 besteht aus einem ferromagnetischen, magnetisch weichen Metall, beispielsweise einem giessbaren Metall, etwa Grauguss. Die Leser 71,73,75 sind als induktive Näherungsschalter ausgebildet und weisen Spulen auf, deren Induktivität durch das Annähern eines ferromagnetischen Nockens 9b geändert wird. Die Leser können beispielsweise Schwingkreise und ein elektronisches Schaltorgan aufweisen und derart ausgebildet sein, dass ein in die Nähe der Spule eines Lesers gelangender Nocken 9b eine Verstimmung eines Schwingkreises und dadurch eine Änderung des Schaltungstandes des elektronischen Schaltorganes verursacht. Die Schaltorgane können beim Betrieb einen elektrischen Strom oder eine Spannung ein- und ausschalten und beispielsweise während der Dauer, während der sich ein Nocken 9b bei ihnen befindet, einen elektrischen Impuls abgeben, wogegen beim Passieren einer Ausnehmung kein Impuls erzeugt wird.

Die drei Leser 71,73,75 lesen bei jeder möglichen Drehstellung der Scheibe 9 gleichzeitig ein Zeichen. Man kann nun die drei gleichzeitig gelesenen Zeichen als dreistellige, binäre Zahl auffassen, wobei beispielsweise das sich auf dem Ringstreifen 51 befindende und vom Leser 71 gelesene Zeichen die erste Stelle, das auf dem Ringstreifen 53 liegenden und vom Leser 73 gelesene Zeichen die zweite Stelle und das zum Ringstreifen 55 gehörende und vom Leser 75 gelesene Zeichen die dritte Stelle der Zahl bildet.

Eine dreistellige Binärzahl kann an sich acht verschiedene Zahlenwerte darstellen. Wie man aus den Figuren 3,4 und 5 ersehen kann, werden während einer vollen Drehung der Scheibe 9 sechs verschiedene Zahlen gelesen, von denen jede einen 60°-Sektor der Umlaufbahn des Trägers kennzeichnet. Mittels der Scheibe 9 und den drei Lesern 71,73,75 kann also elektronisch erfasst und dargestellt werden, in welchem 60°-Sektor der Umlaufbahn bzw. in welchem 60°-Pha-senwinkelbereich der Bewegung sich der Träger 3 befindet, wobei diese Positionsbestimmung sowohl bei ruhendem als auch bei bewegtem Träger möglich ist.

Wie bereits erwähnt, sind die beiden Leser 71 und 75 im Grundriss übereinander angeordnet, während der Leser 73 gegen sie um 120° versetzt ist. Dies ermöglicht, die Nocken 9b und Ausnehmungen 9c für die Darstellung von sechs verschiedenen Zahlen derart zu verteilen, dass sich in keinen der sechs Sektoren 57, 59,61, 63,65,67 entlang der Welle 11 gesehen eine Ausnehmung zwischen zwei Nocken befindet. Bei denjenigen Sektoren, bei denen der mittlere Ringstreifen 53 eine Ausnehmung 9c aufweist, ist also höchstens in einem der beiden äussern Ringstreifen 51,55 ein Nocken 9b vorhanden. Dies ermöglicht, bei der Herstellung der Scheibe 9 durch Giessen alle Nocken und Ausnehmungen unter Verwendung einer verhältnismässig einfachen, aus zwei in der Richtung der Welle 11 voneinander trennbaren Teilen bestehenden Giessform zu bilden.

Die Vorrichtung ist noch mit einer elektronischen Steuereinrichtung 81 versehen, die auf einer Seite des Gestells 1 an diesem befestigt ist und Anzeigeorgane sowie manuell bedienbare Bedienungsorgane aufweist. Wie es auch der Figur 6 ersichtlich ist, sind die drei Leser 71,73,75 über Leiter mit der Steuereinrichtung 81 und in dieser über nicht dargestellte Anpassungsglieder mit Eingängen eines Logikteils 83 sowie mit Eingängen eines Umlauf-Überwachungsteils 85 verbunden. Der letztere ist mit einem manuell einstellbaren, beispielsweise durch ein Potentiometer gebildeten Einstellorgan 87 zum Einstellen des Umlaufzahl-Sollwertes, mit einem Anzeigeorgan 89 für die digitale Anzeige des Istwertes der Umlaufzahl sowie mit einem manuell verstellbaren Einstellorgan 99 zum Einstellen eines Umlaufzahl-Grenzwertes verbunden. Der Umlaufzahl-Überwachungsteil 85 weist ferner noch Ausgänge auf, die mit dem Logikteil 83 und einem Spannungsregler 91 verbunden sind. Die Ausgänge des Logikteils 83 sind mit einem Schaltteil 93 verbunden, der elektronische Schaltorgane aufweist. Der Spannungsregler 91 weist einen direkt mit den einen Anschlüssen der Spulen der Elektromagnete 33 der drei Krafterzeugungsaggregate 41,43,45 verbundenen Ausgang und einen Ausgang auf, der über die drei Schaltorgane des Schaltteils 93 mit je einem der andern Spulenanschlüsse verbunden ist. Ferner ist noch ein Netzteil 95 vorhanden, um aus der Netz-Wechselspannung die verschiedenen, für den Betrieb notwendigen Gleichspannungen zu erzeugen. Der Netzteil 95 weist mindestens ein manuell betätigbares Ein/Aus-Schaltorgan 97 auf, um die Schüttelvorrichtung und insbesondere deren Antriebsvorrichtung ein-und auszuschalten.

Nun sollen unter Bezugnahme auf die in den Figuren 7 und 8 dargestellten Diagramme die Arbeitsweise der Schüttelvorrichtung und weitere Einzelheiten der Steuereinrichtung 81 erläutert werden.

Beim Betrieb der Schüttelvorrichtung werden durch die Elektromagnete 33 Zugkräfte auf die Plättchen 31 ausgeübt, wodurch der Träger 3 bewegt wird, so dass sich jeder Punkt des Trägers 3 entlang einer Kreisbahn bewegt. Diese Kreisbahnen sind alle gleichartig, d.h. weisen alle den gleichen Durchmesser auf.

In den Figuren 7 und 8 ist eine Kreisbahn 101 eingezeichnet, die den Phasenwinkel der Bewegung des Trägers 3 darstellt. Man kann jedoch zur Veranschaulichung auch annehmen, die räumlich voneinander getrennten Plättchen 31 und die mit ihnen zusammen die Krafterzeugungsaggregate 41, 43,45 bildenden Elektromagnete seien derart entlang der horizontalen, von der Platte 29 des Trägers 3 aufgespannten Ebene verschoben, dass die Mittelpunkte der Plättchen 31 zusammenfallen und sich entlang der Kreisbahn 101 bewegen, wobei die Elektromagnete jedoch nicht massstäblich gezeichnet sind.

Die Kreisbahn 101 ist in sechs gleich grosse Sektoren eingeteilt, denen je eine mit den Lesern 71,73,75 lesbare Binärzahl zugeordnet ist. Die Grenzen zwischen den verschiedenen Sektoren, d.h. den verschiedenen Phasenwinkel- oder Bahnbereichen, entsprechen denjenigen Positionen des Trägers 3, bei denen sich die die Nocken 9b und Ausnehmungen 9c gegeneinander abgrenzenden Nockenflanken gerade beim betreffenden Leser 71,73,75 befinden, und sind in den Figuren 7 und 8 mit 103,105,107,109,111,113 bezeichnet. Diejenigen Bahnpunkte oder Phasenwinkel, bei denen sich die Plättchen 31 am nächsten bei den Polen der zugehörigen Elektromagnete befinden, sind phasenwinkelmässig um 120° gegeneinander versetzt und liegen auf den Sektorgrenzen 105, 109, 113.

Beim Betrieb führen die Leser 71,73,75 dem Logikteil 83 der Steuereinrichtung 81 elektronische Signale zu, die die erwähnten Binärzahlen darstellen. Der Logikteil 83 weist einen Decoder für die Verarbeitung dieser Signale auf und steuert die elektronischen Schaltorgane des Schaltteils 93 aufgrund dieser Signale derart, dass den Elektromagneten 33 der Krafterzeugungsaggregate 41,43,45 in bestimmten, gleich-mässig verteilten Phasen- bzw. Umlauf-Bahnbereichen ein Gleichstrom zugeführt wird.

Der Träger 3 wird beim Betrieb beispielsweise derart angetrieben, dass er sich in der Draufsicht im Gegenuhrzeigersinn bewegt. Wie noch erläutert wird, sind die Umlaufzahlen des Trägers 3 veränderbar und in zwei Bereiche unterteilt. Beim Anlauf des Trägers 3 und bei niedrigen Umlaufzahlen werden die Elektromagnete gemäss dem in der Figur 7 dargestellten Diagramm gesteuert, d.h. ein- und ausgeschaltet. Der zum Krafterzeugungsaggregat 41 gehörende Elektromagnet wird während des durch den Pfeil 121 dargestellten Bewegungsabschnittes des zugehörigen Plättchens 31 einge4

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Der Elektromagnet des Krafterzeugungsaggregates 41 wird dabei jeweils in demjenigen Zeitpunkt eingeschaltet, in dem sich das zugehörige Plättchen 31 auf seiner Bahn bei der Sektorgrenze 103 befindet und den grösstmöglichen Abstand von dem ihm zugewandten Ende oder Pol des Magnetkerns 37 hat. Der Elektromagnet bleibt dann eingeschaltet, bis sich das Plättchen auf seiner Bahn bis zur Sektorgrenze 109 bewegt hat und sich am nächsten beim Pol des Elektromagne-tes befindet.

Die übrigen Elektromagnete werden in analoger Weise ein- und ausgeschaltet, so dass die Einschaltbereiche der drei Elektromagnete phasenwinkelmässig gleichmässig verteilt sind und einander überlappen. Beim Umlauf des Trägers 3 sind daher in aufeinanderfolgenden 60°-Sektoren jeweils abwechslungsweise ein Elektromagnet oder zwei Elektromagnete eingeschaltet.

Wenn sich der Träger 3 beispielsweise bei einer der Sektorgrenzen 103 oder 109 befindet, ist die vom Krafterzeugungsaggregat 41 erzeugte Zugkraft quer zur Bewegungsrichtung des Trägers 3 gerichtet, so dass das Krafterzeugungsaggregat 41 dort also gewissermassen Totpunkte hat. Bei diesen beiden Träger-Positionen ist jedoch zusätzlich noch das Krafterzeugungsaggregat 45 bzw. das Krafterzeugungsaggregat 43 eingeschaltet, so dass die insgesamt erzeugte Kraft auch bei diesen beiden Träger-Positionen eine in der Bewegungsrichtung des Trägers gerichtete Komponente hat. Das Analoge gilt für die Fälle, bei denen sich der Träger bei einer der restlichen Sektorgrenzen befindet.

Die durch die Figur 7 veranschaulichte Betriebsart ergibt daher ein gutes Startverhalten des Trägers 3, d.h. der letzteren läuft ausgehend von jeder beliebigen Ruhestellung sofort an, wenn die durch die Krafterzeugungsaggregate gebildete Antriebseinrichtung in Betrieb gesetzt wird. Die durch die Figur 7 veranschaulichte Betriebsart gewährleistet aber auch nach dem Start einen zuverlässigen Antrieb bei niedrigen Umlaufzahlen. Der Träger 3 wird dabei auch bei verhältnismässig kleinen Umlaufzahlen, die wesentlich kleiner sind als die vorgesehene Maximal-Umlaufzahl nmax, mit nahezu gleichmässiger Geschwindigkeit bewegt.

Bei verhältnismässig grossen Umlaufzahlen schaltet die Steuereinrichtung 81 die Elektromagnete 33 der Krafterzeugungsaggregate 41,43,45 gemäss dem in den Figuren 8 dargestellten Diagramm ein und aus. Der Elektromagnet des Krafterzeugungaggregates 41 ist während des durch den Pfeil 131, der Elektromagnet des Krafterzeugungsaggregates 43 während des durch den Pfeil 133 und der Elektromagnet des Krafterzeugungsaggregates 45 während des durch den Pfeil 135 dargestellten Phasenwinkel- oder Umlaufbahnbereiches eingeschaltet.

Bei der durch das Diagramm der Figur 8 veranschaulichten Betriebsart sind die Einschaltpunkte der Elektromagnete gleich festgelegt wie bei dem in der Figur 7 dargestellten Diagramm. Dagegen sind die Ausschaltpunkte gemäss der Figur 8 anders festgelegt als gemäss der Figur 7.

Der zum Krafterzeugungsaggregat 41 gehörende Elektromagnet wird also gemäss der Figur 8 dann eingeschaltet, wenn das zugehörige Plättchen 31 die Sektorgrenze 103 passiert. Wenn das Plättchen 31 im Verlauf seiner Bewegung die Sektorgrenze 107 erreicht, wird der Elektromagnet wieder ausgeschaltet. Der Elektromagnet wird also schon ausge656 811

schaltet, wenn das Plättchen 31 sich bei einem Punkt seiner Bahn befindet, der phasenwinkelmässig 60° vor dem sich am nächsten beim Pol des Elektromagneten befindenden Bahnpunkt liegt.

Die übrigen Elektromagnete werden in analoger Weise ein- und ausgeschaltet. Bei hohen Umlaufzahlen, d.h. gemäss dem in der Figur 8 dargestellten Diagramm ist also jeder Elektromagnet während eines 120°-Bahn- oder Phasenwinkelbereichs eingeschaltet, wobei die drei Bereiche gleichmässig auf die ganze Umlaufbahn verteilt sind und daher lückenlos aneinander anschliessen ohne einander zu überlappen. Dadurch dass in jedem Phasenwinkel- oder Bahnbereich nie mehr als ein Elektromagnet eingeschaltet ist, können die in diesen und in ihre Speisespannung regelnden Regelschaltung entstehenden Energieverluste tief gehalten werden, so dass sich insbesondere in der durch die Figur 8 veranschaulichten Betriebsart ein sehr guter Wirkungsgrad ergibt.

Wegen der Selbstinduktion und der Hysterese der Elektromagnete 33 beanspruchen der Aufbau und der Abbau der Magnetfelder Zeit und folgen dem Ein- bzw. Ausschalten der Elektromagnete eventuell mit einer gewissen Verzögerung. Wenn die Scheibe 9 beim Betrieb gedreht wird, können zudem eventuell auch die Leser 71, 73, 75 beim Lesen kleine Verzögerungen ergeben, so dass die elektronische Signalisierungen der Sektorgrenzen gegenüber den Zeitpunkten, in denen die Flanken der Nocken 9b tatsächlich die Leser passieren, etwas verzögert sein können.

Bei niedrigen Umlaufzahlen des Trägers 3 und insbesondere beim Anlaufen von diesem sind die Verzögerungen der Magnetfelder phasenwinkelmässig sehr klein, so dass die Phasenwinkel- bzw. Umlaufbahnbereiche, während denen die Elektromagnete 33 Magnetfelder erzeugen, praktisch mit den in der Figur 7 durch die Pfeile 121,123,125 dargestellten Bereichen übereinstimmen und gegen diese höchstens geringfügig in der Umlaufrichtung des Trägers 3 versetzt sind. Bei grossen Umlaufzahlen des Trägers können die von den Elektromagneten 33 der Krafterzeugungsaggregate erzeugten Magnetfelder und Kräfte phasenwinkelmässig eventuell merkbar gegen die Einschaltdauer der Elektromagnete versetzt sein. Wenn daher die Elektromagnete auch bei grossen Umlaufzahlen gemäss der Figur 7 gesteuert würden, könnte es beispielsweise geschehen, dass der Elektromagnet des Krafterzeugungsaggregates 41 auch dann noch ein Magnetfeld erzeugen und eine Zugkraft auf das zugehörige Plättchen 31 ausüben würde, wenn dieses die Sektorgrenze 109 bereits überschritten hätte. Dadurch würde der Träger 3 gebremst. Durch die bei hohen Umlaufzahlen tatsächlich benutzte, durch die Figur 8 veranschaulichte Betriebsart wird eine derartige Abbremsung jedoch vermieden. Wenn man nämlich beispielsweise das Krafterzeugungsaggregat 41 betrachtet, so wird dessen Elektromagnet 33 im idealisierten Fall dann ausgeschaltet, wenn das zugeordnete Plättchen 31 die Sektorgrenze 107 passiert. Auch wenn sich das Plättchen 31 bis zum Abbau des Magnetfeldes und dem Verschwinden der Zugkraft noch bis zur Sektorgrenze 109 bewegen sollte, wirkt diese Zugkraft immer noch antreibend und nicht bremsend. Es ergibt sich daher auch bei grossen Umlaufzahlen ein zuverlässiger Antrieb und eine gleichmässige Trägergeschwindigkeit.

Die in Abhängigkeit von der Umlaufzahl erfolgende Änderung der Betriebsart und der Steuerung der Krafterzeugungsaggregate ermöglicht daher, die Umlaufzahl einer bestimmten Schüttelvorrichtung in einem verhältnismässig grossen Bereich zu variieren und dabei im ganzen Umlaufzahl-Bereich optimale Betriebseigenschaften zu erzielen. D-Umlaufzahl kann beispielsweise in einem Bereich einsteL-sein der sich von 10 bis löü% oder sogar von J oss iOu ua

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vorgesehenen, maximalen Umlaufzahl nmM erstreckt. Wenn beispielsweise nmax auf einen Wert von 400 Umläufen pro Minute festgelegt ist, kann die Umlaufzahl zwischen 40 und 400 oder sogar zwischen 20 und 400 Umläufen pro Minute einstellbar sein.

Die beim Betrieb von den Lesern 71,73,75 erzeugten elektrischen Signale werden auch dem Umlauf-Überwachungsteil 85 zugeführt. Dieser weist unter anderem einen Impulsformer auf, der beim Bewegen des Trägers bei jeder Sektorgrenze 103,105,107,109,111,113 einen elektrischen Impuls erzeugt. Die zeitlichen Abstände dieser Impulse geben ein Mass für die Umlaufzahl, wobei die letztere umgekehrt proportional zu den Impulsabständen ist. Die Umlaufzahl, oder genauer gesagt, deren Istwert, werden beim Betrieb von Anzeigeorgan 87 digital angezeigt.

Der Überwachungsteil 85 weist ferner Mittel auf, um die momentane Umlaufzahl mit einem mit dem Einstellorgan 99 einstellbaren Grenzwert zu vergleichen. Der Überwachungsteil 85 führt dem Logikteil dann derart Signale zu, dass die Elektromagnete 33 bei unterhalb des genannten Grenzwertes liegenden Umlaufzahlen gemäss dem in der Figur 7 dargestellten Diagramm und bei höhern Umlaufzahlen gemäss dem in der Figur 8 dargestellten Diagramm gesteuert werden. Der Grenzwert kann mit dem etwa als Potentiometer ausgebildeten Einstellorgan 99 in einen Bereich einstellbar sein, der sich ungefähr von mindestens 2% bis höchstens 50% und beispielsweise von 5% bis 25% der vorgesehenen, maximalen Umlaufzahl erstreckt. Wenn also die letztere beispielsweise 400 Umläufe pro Minute beträgt, kann der genannte Grenzwert in einem Bereich einstellbar sein, der zwischen Umlaufzahlen von mindestens 8 und höchstens 200 Umläufen pro Minute liegt und sich beispielsweise von 20 bis 100 Umläufen pro Minute ersteckt. Das Einstellorgan 99 ist zweckmässigerweise derart angeordnet, dass es im normalen Zustand der Vorrichtung von aussen unzugänglich ist und nur durch Entfernen einer Abdeckung oder dergleichen zugänglich gemacht werden kann. Die optimale Grösse des Grenzwertes kann bei der Prüfung und Inbetriebnahme einer Vorrichtung oder einer Serie gleichartiger Vorrichtungen durch einige Versuche ermittelt und dann entsprechend festgelegt werden.

Der Überwachungsteil 85 weist ferner einen Regelverstärker auf, der den momentanen Istwert der Umlaufzahl mit dem mittels des Einstellorganes 87 eingestellten Sollwert vergleicht. Wenn der Istwert kleiner als der Sollwert ist, erzeugt der Regelverstärker eine zur Differenz von Soll- und Istwert proportionale Regelspannung. Wenn dagegen der Istwert gleich oder grösser als der Sollwert ist, hat die Regelspannung den Wert Null, d.h. die Regelspannung verschwindet. Die Regelspannung wird dem Spannungsregler 91 zugeführt. Dieser regelt eine als Speisespannung für die Elektromagnete dienende Gleichspannung in einem zwischen einem unteren und oberen Grenzwert liegenden Bereich derart, dass sie proportional zur Regelspannung ist.

Die Regelung der Umlaufzahl erfolgt also durch Ändern der an die Spulen 35 der Elektromagnete 33 angelegten Spannung, wogegen die Einschaltdauer der Elektromagnete zum Regeln der Umlaufzahl nicht verändert wird. Anstelle der Spannungsregelung könnte auch eine Stromregelung vorgenommen werden.

Beim Betrieb der Schüttelvorrichtung kann es vorkommen, dass ein Störzustand eintritt, bei dem der Träger zum Stillstand gelangt, obschon die Vorrichtung und deren Antriebseinrichtung sich an an sich im Betriebszustand befinden. Ein solcher Störzustand kann beispielsweise eintreten, wenn eine Person den sich bewegenden Träger beim Betrieb für die Durchführung irgendwelcher Manipulationen am Schüttelgut anfasst und blockiert.

Der Umlauf-Überwachungsteil 85 weist daher auch noch elektronische Schaltungsmittel auf, um die Zeitintervalle, die der Träger 3 für die Zurücklegung des zwischen zwei einander benachbarten Sektorgrenzen 103, 105,107,109,111,113 vorhandenen Bahnbereichs benötigt, mit einem fest vorgegebenen, eventuell einstellbaren Grenz-Zeitintervall zu vergleichen. Solange die für den Durchlauf eines 60°-Sektors benötigten genannten Zeitintervalle kleiner als das Grenz-Zeitintervall sind, befindet sich die Schüttelvorrichtung im normalen Betriebszustand, in dem sie gemäss einer der anhand der Figuren 7 und 8 beschriebenen Betriebsarten arbeitet. Wenn hingegen der Träger 3 einen der einem 60°-Sektor entsprechenden Bahnbereiche nicht innerhalb des Grenz-Zeitinter-valls durchläuft, führt der Überwachungsteil 85 dem Logikteil 83 mindestens ein den Störzustand kennzeichnendes elektrisches Signal zu. Dieses bewirkt, dass der Logikteil 83 den gerade eingeschalteten oder die beiden gerade eingeschalteten Elektromagnete während einer vorgegebenen Zeitdauer ausschaltet und danach wieder während einer ebenfalls vorgegebenen Zeitdauer einschaltet und dies abwechselnd periodisch wiederholt, bis der Störzustand verschwindet, d.h. bis sich der Träger nach der Aufhebung der Blockierung wieder bewegt oder aber die Schüttelvorrichtung oder mindestens deren Antriebseinrichtung durch manuelles Betätigen des Schaltorgans 97 ausser Betrieb gesetzt wird. Während des Störzustandes werden die Elektromagnete also gemäss einer Stör-Betriebsart gesteuert, bei der jeder beim Eintreten des Störzustandes eingeschaltete Elektromagnet, aber kein anderer Elektromagnet, abwechselnd aus-und eingeschaltet wird, wobei die Längen dieser Schaltperioden sowie der Ausschalt- und Einschalt-Intervalle konstant sind. Sobald sich der Träger wieder bewegt, werden die Elektromagnete dann wieder entsprechend einer der anhand der Figuren 7 und 8 erläuterten, normalen Betriebsarten gesteuert.

Das erwähnte Grenz-Zeitintervall kann etwa im Bereich von 0,5 bis 20 Sekunden liegen und beispielsweise 1 bis 5 Sekunden betragen. Die Zeitintervalle, während denen der bzw. jeder eingeschalteten Elektromagnet bei der Stör-Betriebsart aus- und dann wieder eingeschaltet wird, können derart festgelegt sein, dass die Einschaltdauer jedes Elektro-magnetes auch bei blockiertem Träger höchstens 70%, vorzugsweise höchstens 50% und beispielsweise 30% der vollen Aus/Ein-Schaltperiode beträgt. Die Unterbrüche können beispielsweise 0,7 Sekunden und die Einschaltdauern 0,3 Sekunden betragen.

Da die Elektromagnete bei den beiden normalen Betriebsarten höchstens während drei aufeinanderfolgenden 60°-Phasenwinkelsektoren eingeschaltet sind, kann jeder Elektromagnet beim Auftreten einer Blockierung höchstens während eines Zeitintervalls dauernd eingeschaltet sein, dessen Grösse gleich dem dreifachen Grenz-Zeitintervall ist. Die Begrenzung der Zeit für den Durchlauf des Trägers durch einen sich über einen 60C-Sektor erstreckenden Bahnbereich ergibt also auch eine mittelbare Begrenzung der Zeitinterval-le, während denen ein Magnet ununterbrochen eingeschaltet ist. Im übrigen könnte man natürlich statt der erwähnten Zeit für den Durchlauf eines vorgegebenen Bahnbereichs oder zusätzlich dazu, unmittelbar die Einschaltdauer der Elektromagnete begrenzen. Die Elektromagnete können also auch bei verhältnismässig kleiner Bemessung nie überlastet werden und der Träger läuft im Fall einer vorübergehenden Blockierung wieder automatisch an.

Die Schüttelvorrichtungen können in verschiedener Hinsicht modifiziert werden.

Bei hohen Umlaufzahlen könnte das Krafterzeugungsaggregat 41 statt in der anhand der Figur 8 veranschaulichten Weise zwischen den Sektorgrenzen 105 und 109 eingeschaltet

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werden. Die Einschaltbereiche der andern Krafterzeugungsaggregate würden dann analog verschoben, so dass sich wieder eine phasenwinkelmässig gleichmässige Verteilung der Einschaltbereiche ergibt.

Des weitern wäre es möglich, bei extrem hohen Umlaufzahlen nochmals eine Änderung der Betriebsart vorzunehmen und jedes Krafterzeugungsaggregat pro Umlauf nur noch während eines 60°-Sektors einzuschalten.

Beim vorgängig beschriebenen Ausführungsbeispiel weist die Antriebseinrichtung zum Antreiben des Trägers drei Krafterzeugungsaggregate auf. Man könnte jedoch auch sechs Krafterzeugungsaggregate mit je einem Elektromagneten vorsehen. Dies ist beispielsweise dann zweckmässig,

wenn die Umlaufbahn einen verhältnismässig grossen Durchmesser hat und dann bei gewissen Träger-Positionen entsprechend grosse Luftspalte zwischen der Elektromagneten und der von ihnen angezogenen Plättchen vorhanden sind. Die sechs Elektromagnete würden dann gleichmässig und die Welle 11 der Kurbel herum verteilt. Die Elektromagnete könnten dann analog zu den Diagrammen in den Figuren 7 und 8 bei niedrigen Umlaufzahlen jeweils während 180°-Sektoren und bei hohen Umlaufzahlen während 120°-Sektoren eingeschaltet werden. Man könnte jedoch jeden Elektromagnet bei niedrigen Umlaufzahlen auch nur während 120°- und bei hohen Umlaufzahlen nur während 60°-Sektoren einschalten. Beispielsweise könnte derjenige Elektromagnet, der dem Krafterzeugungsaggregat 41 entspricht, bei niedrigen Umlaufzahlen zwischen den Sektorgrenzen 105 und 109 und bei hohen Umlaufzahlen zwischen den Sektorgrenzen 105 und 107 eingeschaltet sein.

Des weitern könnten auch vier oder acht Elektromagnete und eine gleiche Anzahl den Plättchen 31 entsprechender Plättchen vorgesehen werden. Die Elektromagnete und Plättchen würden dann derart angeordnet, dass die von ihnen gebildeten Krafterzeugungsaggregate während phasenwinkelmässig gleichmässig verteilten Bahnabschnitten Kräfte erzeugen könnten. Anstelle der Scheibe 9 würde dann eine Scheibe vorgesehen, mit der acht 45°-Sektoren durch je eine dreistellige Binärzahl identifiziert werden könnten. Die Elektromagnete könnten dann derart gesteuert werden, dass jeder von ihnen pro Umlauf höchstens während eines 180°-Sektors eine Zugkraft erzeugt, dass sich die Einschaltdauern bei niedrigen Umlaufzahlen überlappen und dass die Elektromagnete bei hohen Umlaufzahlen pro Umlauf während eines mindestens 45° kleineren Phasenwinkels eingeschaltet sind als bei niedrigen Umlaufzahlen.

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Anstelle mehrerer separater Plättchen 31 könnte auch ein polygonaler Block am Träger befestigt werden, der jedem Elektromagnet eine Fläche zuwendet. Eine andere Möglichkeit bestände darin, die Plättchen 31 durch Permanentmagnete zu ersetzen. Dies würde ermöglichen mit den Elektromagneten abwechselnd anziehende und abstossende Kräfte zu erzeugen.

Es wäre zudem möglich, die Elektromagnete am bewegbaren Träger zu befestigen und die den Plättchen 31 entsprechenden Teile starr mit dem Gestell zu verbinden.

Femer könnte man Krafterzeugungsaggregate vorsehen, die anstelle von Elektromagneten Pneumatik- oder Hydraulikzylinder mit Kolben aufweisen. Diese Zylinder könnten dann analog gesteuert werden wie die Elektromagnete.

Es bestände auch noch die Möglichkeit, anstelle der drei Leser 71 nur zwei Leser oder mehr als drei Leser vorzusehen. Zudem könnte die Vorrichtung statt mit induktiven Lesern mit andern berührungslos arbeitenden Lesern, etwa optischen Lesern, oder sogar mit nicht berührungslos arbeitenden Lesern, etwa Tastschaltern, ausgerüstet werden. Des weitern könnten die von den Lesern lesbaren Zeichen statt an der Scheibe einer Kurbel auch direkt am bewegbaren Träger angebracht werden. Im übrigen könnten die zur Kennzeichnung der Träger-Position dienenden Zeichen ortsfest am Gestell angebracht und dafür die Leser mit dem Träger unbewegbar angeordnet sein.

Des weitern könnte die Steuereinrichtung derart modifiziert werden, dass im Fall, dass die Bewegung des Trägers bei sich im Betriebszustand befindender Antriebseinrichtung unterbrochen wird und der vorgängig erwähnte Störzustand eintritt, die Krafterzeugungsaggregate unabhängig von der Position des Trägers zyklisch ein- und ausgeschaltet werden. Dabei wäre es möglich, entweder immer nur ein Krafterzeugungsaggregat oder gleichzeitig zwei solche einzuschalten. Diese zyklische Steuerung sollte dabei derart erfolgen, dass während jeder Zyklusphase mindestens ein Krafterzeugungsaggregat ausgeschaltet ist. Die zyklische Zwangsumschal-tung würde zudem mit einer konstanten Frequenz vorweggenommen, die einer verhältnismässig kleinen Umlaufzahl entspricht. Die zyklische Zwangsumschaltung könnte beispielsweise mit einer Umlaufzahl erfolgen, die 2 bis 10% der vorgesehenen, maximalen Umlaufzahl entspricht. Wenn der Träger sich wieder bewegt, würde dann wieder auf die normale Betriebsart umgeschaltet, bei der die Krafterzeugungsaggregate in Abhängigkeit von der Trägerposition gesteuert werden.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Schüttelvorrichtung mit einem Gestell (1), einem entlang einer Bahn (101) bewegbar von diesem gehaltenen Träger (3), verschiedenen Arten von Positionsdarstell-Zeichen (9b, 9c), ferner mit zum Lesen der letzteren dienenden Lesern (71,73,75), und mit Mitteln (5,9,81), um die Zeichen (9b, 9c) und Leser (71,73,75) beim Bewegen des Trägers (3) bezüglich einander zu bewegen und aus ihren Stellungen bezüglich einander die Position des Trägers (3) zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeichen (9b, 9c) mindestens zwei Stellen aufweisende Zahlen darstellen und dass zum Lesen jeder Stelle ein Leser (71,73,75) vorhanden ist.
2. 2. Schüttelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeichen (9b, 9c) eine Binärzahl darstellen.
3. 3. Schüttel vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (3) entlang einer ebenen, geschlossenen Bahn (101), vorzugsweise einer Kreisbahn, bewegbar ist, die in mindestens vier Bereiche unterteilt ist, denen je eine andere durch die Zeichen (9b, 9c) dargestellte Zahl zugeordnet ist.
4. 4. Schüttelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsdarstell-Zeichen (9b, 9c) an einem um eine Drehachse drehbar im Gestell (1) gelagerten, in Dreh-Wirkverbindung mit dem Träger (3) stehenden Körper (5) angeordnet sind und die verschiedenen Stellen der Zahl darstellenden Zeichen auf verschiedenen, zur Drehachse koaxialen Ringstreifen (51, 53, 55) angeordnet sind.
5. 5. Schüttelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeichen eine dreistellige Binärzahl darstellen und durch radial nach aussen vorstehende Nocken (9b) und Ausnehmungen (9c) eines einstückigen Körpers (9) gebildet und auf drei entlang der Drehachse des Körpers (9) gegeneinander versetzten Ringstreifen (51, 53, 55) und eine Anzahl Sektoren (57,59, 61, 63, 65, 67) verteilt sind, dass sich jedes Zeichen (9b, 9c) mindestens annähernd entlang des Körpers (9) dem ganzen zum betreffenden Sektor gehörenden Umfangsabschnitt erstreckt und dass in keinem Sektor (57, 59, 61,63, 65,67) des Körpers (9) zwischen zwei in diesem Sektor vorhandenen Nocken (9b) eine Ausnehmung (9c) vorhanden ist.
6. 6. Schüttelvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeichen (9b, 9c) auf sechs Sektoren (57,59,61, 63,65, 67) verteilt sind, dass sich die Leser (71, 75) zum Lesen der auf den beiden äusseren Ringstreifen (51, 55) angeordneten Zeichen (9b, 9c) in einer zur Drehachse parallelen Projektion bei der gleichen Umfangsstelle eines zur Drehachse konzentrischen Kreises und das der zum Lesen der Zeichen (9b, 9c) des mittleren Ringstreifens (53) dienende Leser (73) in der genannten Projektion auf dem Kreis um 120° gegen die beiden andern Leser (71,75) versetzt ist.
7. 7. Schüttelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeichen (9b, 9c) derart ausgebildet sind, dass die Abschnitte der Bahn (101), die durch das Lesen der Zeichen (9b, 9c) identifizierbar und voneinander unterscheidbar sind, mindestens annähernd lückenlos aneinander anschliessen.
8. 8. Schüttelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei zum Antrieb des Trägers (3) dienende, separat ein- und ausschaltbare Krafterzeugungsaggregate (41,43,45) und eine mit diesen und den Lesern (71, 73, 75) verbundene Steuereinrichtung (81) vorhanden sind und dass die letztere Mittel (83,93) aufweist, um aus ihr von den Lesern (71,73,75) zugeführten, elektrischen Signalen die Position des Trägers (3) zu bestimmen und die Krafterzeugungsaggregate (41,43,45) bei vorgegebenen Positionen ein- und auszuschalten.
9. 9. Verfahren zum Betrieb der Schüttelvorrichtung nach Anspruch 1, bei dem ein Träger (3) entlang einer Bahn (101) bewegt wird, Leser (71,73, 75) und voneinander unterscheidbare Arten von Positionsdarstell-Zeichen (9b, 9c) bezüglich einander bewegt werden und durch das Lesen der Zeichen (9b, 9c) die Position des Trägers (3) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeichen (9b, 9c) mindestens zwei Stellen aufweisende Zahlen darstellen, die mit den Lesern gelesen werden, und dass alle durch je ein Zeichen (9b, 9c) dargestellten Stellen einer Zahl gleichzeitig gelesen werden.