DE10005934B4

DE10005934B4 - Schwingfördersystem mit Piezoantrieb

Info

Publication number: DE10005934B4
Application number: DE2000105934
Authority: DE
Inventors: Kurt Buehner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-02-13
Filing date: 2000-02-13
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2020-02-14
Also published as: DE10005934A1

Abstract

Schwingfördersystem mit mindestens einem piezoelektrischen Wandler (8, 100, 200) und einem elektronisch steuerbaren Stellglied (19, 20) zum Erzeugen einer Wechselspannung oder einer Wechselladung mit variabel einstellbarer Ausgangsfrequenz und variabel einstellbaren Ausgangsamplitudenbeträgen, um damit den mindestens einen der Wandler anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei mit je einem Stellglied (19, 20) angesteuerte piezoelektrische Wandler (8, 100, 200) vorhanden sind, daß die Stellglieder (19, 20) untereinander elektrisch verbunden sind, wobei eines der Stellglieder (19), das als Master wirkt, den bezüglich der Frequenz synchronen Betrieb des Masters und der weiteren Stellglieder (20) steuert, die als Slaves wirken, daß mindestens eines der Stellglieder (19) einen Phasenschieber enthält, um die Phasenlage der Slave-Schwingung gegenüber der Phasenlage der Master-Schwingung variabel einstellen zu können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schwingfördersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im Prinzip besteht das Fördersystem aus mindestens einem Schwinger, welcher aus dem Wandler, den mit dem Wandler erregten Massen, wie dem Oberteil (Nutzmasse) mit den Förderteilen und dem Unterteil einer Fördereinheit, die mindestens einen Teil der Freimasse d.h. der Unterkonstruktion des Fördersystems bildet und einem federnden Element besteht, das die Erregungsenergie auf die Massen überträgt. Derzeit wird üblicherweise bei Schwingfördersystemen die Erregungsfrequenz aus der Netzfrequenz abgeleitet, wobei entweder direkt mit der Netzfrequenz oder – indem eine der beiden Halbwellen unterdrückt wird – mit der halben Netzfrequenz erregt wird. Die Intensität wird über einen Phasenanschnitt gesteuert. Jede Anpassung der Resonanzfrequenz der Fördereinheiten an die Erregungsfrequenz muß mechanisch durch Änderung der Federkonstanten oder der Masse am Schwingaufsatz vorgenommen werden. Der Abgleich kann i.d.R. nur in Stufen und mit entsprechendem Arbeitsaufwand realisiert werden. Soll der Aufsatz der Fördereinheit verändert oder gar gewechselt werden, wird sich die mechanische Resonanz der Fördereinheit erneut ändern und ein Abgleich über die Mechanik wird nötig. Es kommt hinzu, daß die erforderlichen Einstellungen auf reiner Empirie beruhen. An Fördersystemen, die in einer Anlage eingebaut sind, ist ein Abgleich kaum möglich und die Fördereinheit wird gegebenfalls damit einem mitunter sehr schlechten Wirkungsgrad weiterbetrieben.

Ein Schwingfördersystem und eine dazu gehörendes Verfahren ist in der Europäischen Patentanmeldung 0 402 495 A1 offenbart, das zum Betreiben eines magnetisch angetriebenen Schwingfördergeräts (Zweimassen-Schwingungssystem) bei unterschiedlicher Fördergut-belastung und konstanter Antriebsfrequenz dient. Die Eigenfrequenz ohne Fördergutbelastung wird so gewählt und eingestellt, daß bei Fördergutbelastung die Eigenfrequenz der Arbeitsfrequenz unter zunehmender Dämpfung nähert und bei maximaler Fördergutbelastung etwa gleich der Antriebsfrequenz ist. Die Schwingbreite des Magnetantriebs wird auf einen vorgegebenen Wert geregelt.

Beim Export von Schwingförderanlagen ins außereuropäische Ausland kann ein weiteres Problem auftreten. Wenn dort die Netzfrequenz einen Wert hat, der sich von 50 Hz unterscheidet, ändert sich auch die davon abgeleitete Antriebsfrequenz. Die Folgen sind ebenfalls ein Förderbetrieb mit schlechtem Wirkungsgrad und eine Verminderung der Fördergeschwindigkeit bis hin zum Stillstand.

Angesichts dieser Probleme bestand schon seit längerem der Wunsch, bei Fördersystemen die Anpassung an die äußeren Gegebenheiten, wie Netzfrequenz und Schwankungen der Netzfrequenz, und an Änderungen der Förderbedingungen und die Behebung von Störungen mit geringerem Aufwand an Zeit, Energie als bisher bzw. – bei bereits eingebauten Fördersystemen – überhaupt erst zu ermöglichen.

In der gattungsbildenden DE 37 11 388 A1 und in der EP 0 432 881 A1 sind mit piezoeletrischen Wandlern erregte Schwingfördervorrichtungen offenbart, die mit Wechselspannungen und variabel einstellbarer Frequenz angesteuert werden, und bei denen die Arbeitsfrequenz an die Resonanzfrequenz der Schwingfördervorrichtung angepaßt wird.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein einfach handhabbares Fördersystem zum Transportieren von Teilen anzugeben, mit dem mit gutem Wirkungsgrad sehr unterschiedliche Teile unter mindestens teilweiser Ausschaltung von störenden Schwingungsinterferenzen gleichmäßig, ruhig, kontrolliert und reproduzierbar gefördert werden können.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung läßt sich mit dem Ausdruck "frequenzunabhängige Phaseneinstellung i.V.m. frequenzvariabler Synchronisation" charakterisieren. Die mit den Stellgliedern erzeugbaren symmetrischen Wechselspannungen oder Wechselladungen, die Synchronisation und der zweckdienliche Einstellung der Phasenlage, wobei der Betrag, um den die Phasenlage geändert werden muß, von den zu den Schwingern gehörenden Arbeitspunkten abhängt, und wobei es auch bei dem zwei Stellglieder und zugehörige Wandler aufweisenden Schwingfördersystem sehr einfach und mit geringem zeitlichen Aufwand möglich ist, die Förderparameter definiert und reproduzierbar einzustellen, wirken zusammen. Dadurch ist es beipielsweise möglich benachbarte piezoelektrische Wandler synchron mittels separater Stellglieder zu betreiben, was sich (s.u.) dazu benutzen läßt, um eine teilweise Rückführung der in das Fördersystem gesteckten Energie vorzusehen, die Spalte zwischen kaskadierten Fördereinheiten zu minimieren und/oder auf die Unterkonstruktion des Fördersystems wirkende Reaktionsschwingungen zu kompensieren, was beides mithilft, die Gleichmäßigkeit der Förderung weiter zu verbessern, oder auch um die gegenphasige Schwingungen der einander entgegengesetzten Oberflächen eines mit einem Stellglied angesteuerten Piezokörpers für die Kompensation von Reaktionsschwingungen auszunutzen, um gezielt eine bestimmte Impulsform der Erregungsschwingung zu erzeugen, was dazu dient, das Bewegungsverhalten, insbesondere die Gleichmäßigkeit der Förderung, zu verbessern und/oder die Fördergeschwindigkeit zu erhöhen und um festgelegte Transportwege zu realisieren.

Es ist vorteilhaft, wenn der Wandler aus einem piezokeramischen Material besteht, welches ein- oder zweiseitig eine Blattfeder kontaktiert. Ein solches federndes Element nimmt besonders wenig Raum ein.

Es ist vorteilhaft, wenn das Stellglied eine Endstufe aus symmetrisch geschalteten Hochvolt-Power- bzw. IGBT-Transistoren aufweist, zu deren Ansteuerung Treiber Verwendung finden, wenn die Endstufe über einen aus einem Gleichrichter und entsprechenden als Ladungsspeicher wirkenden Elektrolytkondensatoren bestehenden Zwischenkreis versorgt wird, wenn ein getaktetes Netzteil die Spannungen oder Ladungen für die Endstufenansteuerung liefert, wenn ein Timer die Frequenz des Ausgangssignals erzeugt und wenn die Endstufe bevorzugt elektronisch nach Art der Pulsweiten-Modulation (PWM) gesteuert wird. Mit dieser vorteilhaften Ausgestaltung lassen sich die Verfahrensparameter einfach ermitteln und einstellen und über die Dauer der Förderung konstant halten.

Die Wirkung der Synchronisierung läßt sich noch reproduzierbar verbessern, wenn mit dem (den) Slave(s) die Phasenlage(n) der über ihn (sie) erzeugten Slave-Schwingung(en) auch bezüglich der Master-Schwingung einstellbar ist (sind).

Es ist vorteilhaft, wenn alle mit den vorhandenen Stellgliedern angesteuerten Wandler einerseits dieselbe Masse und andererseits je eine von mindestens zwei unterschiedlichen, voneinander getrennten Massen erregen. Die zu erregenden Massen sind charakterisiert durch ihre Form, beispielsweise durch einen kurvigen Transportweg, und ihre physikalischen Eigenschaften, wie das Gewicht und das Dämpfungs-verhalten. Sowohl die Form als auch die physikalischen Eigenschaften beeinflussen das Förderverhalten des Fördersystems.

Bei vorteilhaften Ausgestaltungen der letzgenannten Ausführungsform mit mindestens zwei Stellgliedern wirkt der mindestens eine an das eine Stellglied angeschlossene Wandler auf das Unter- und das Oberteil einer Fördereinheit und der mindestens eine an das weitere Stellglied angeschlossene Wandler auf das Unterteil der Fördereinheit und eine freischwingende Masse m₃, welche sonst keine Verbindung mit dem System hat, oder auf das Unterteil und auf das Oberteil einer anderen benachbarten Fördereinheit wirkt, wobei im letzteren Fall die beiden Fördereinheiten an eine gemeinsame Grundplatte gekoppelt sind und wobei eines der Stellglieder ein Master und ein anderes ein Slave ist. Die Ausführungsform, bei der mindestens zwei mit einer Freimasse und einer Nutzmasse und mindestens zwei mit derselben Freimasse und mit einer freischwingenden Hilfsmasse m₃ verbundene federnde Elemente miteinander abwechselnd angeordnet sind, wobei die eine Art der federnden Elemente über einen Master und die andere Art über einen Slave erregbar sind, wird für die Reaktionsschwingungskompensation angewandt. Bei ihr lassen sich so beispielsweise zuverlässig die auf das Unterteil einer Fördereinheit bzw. die Grundplatte des Fördersystems wirkenden Reaktionschwingungen weitgehend kompensieren, indem die von den synchron schwingenden, mit den Stellgliedern angesteuerten Wandlern ausgehenden Schwingungen bezüglich ihren Amplituden und der (den) Phasendifferenz en) zwischen ihnen so eingestellt werden, daß der Summenvektor der auf die genannte, mit allen Wandlern verbundene Masse wirkenden Schwingungsvektoren minimiert wird. Optimal wird dies erreicht, wenn die Schwingungsvektoren etwa dieselbe Wirkungslinie haben, d.h., daß die Schwingungsvektoren entlang derselben Richtung schwingen. Dies ist in guter Näherung auch bei "Quasi-Linearförderern (s.o.) gegeben, die entlang einem gekrümmten Förderweg transportieren, sofern die federnden Elemente, deren Schwingungen kompensiert werden sollen, nahe (neben- oder hintereinander) beieinander liegen, wozu insbesondere die kompakten piezoelektrischen Wandler beitragen können. Bisher werden die Reaktionsschwingungen minimiert, indem – entsprechend dem Schwerpunktsatz der Mechanik – der untere Bereich der Fördersysteme, beispielsweise die Unterteile der Fördereinheiten und die gemeinsame Grundplatte, mit einer großen Masse ausgestattet wurde, die wesentlich größer war, als es für die Stabilität der Anlage notwendig gewesen wäre. Mittels der Reaktionsschwingungskompensation werden aufgrund der Beziehung FR = m∙yR∙ωA 2 (III), wobei FR die erregende Reaktionkraft, m die erregte Masse, y_R die Schwingweite der erregten Reaktionsschwingung und ω_A die Erregungsfrequenz sind, mit den Schwingungen, d.h. der Schwingweite y_R, auch die Kraft FR kompensiert. Deshalb ist es nicht mehr erforderlich, den unteren Bereich der Fördersysteme mit großen Massen auszustatten, vielmehr ist eine beachtliche Gewichtsreduzierung möglich (physikalischer Massenersatz).

Mit einer weiteren Ausgestaltung, bei welcher mindestens ein Wandler vorgesehen ist, der die Funktionen von zwei Wandlern auszuüben vermag, der blockförmig mit zueinander parallelen und von einander abgewandten schwingenden Oberflächen ist, in einer Bohrung durch einen mit der Freimasse verbundenen Block senkrecht zur Ebene der schwingenden Oberflächen geführt ist und zwischen zwei mit ihrem einen Ende mit dem Block und mit ihrem anderen Ende mit der Nutzmasse bzw. einer freischwingenden Masse verbundenen Blattfedern eingeklemmt ist, wobei die schwingenden Oberflächen an den Blattfedern anliegen, lassen sich auf besonders günstige und einfache Weise Reaktionsschwingungen kompensieren.

Ein Fördersystem, bei dem mindestens ein an ein Stellglied angeschlossenen Wandler auf das Ober- und das Unterteil einer Fördereinheit und mindestens ein an ein anderes Stellglied angeschlossenen Wandler auf Ober- und das Unterteil einer anderen Fördereinheit wirken, wobei die Fördereinheiten kaskadiert sind und aneineinander grenzen, und wobei eines der Stellglieder der Master und das andere der Slave ist, kann in vorteilhafter Weise so betrieben werden, daß die von den synchron schwingenden, mit den Stellgliedern angesteuerten Wandlern ausgehenden Schwingungen bezüglich ihren Amplituden und der (den) Phasendifferenz(en) zwischen ihnen so eingestellt werden, daß die Abstandsschwankungen am Übergabespalt S zwischen den Fördereinheiten minimiert werden.

Es ist vorteilhaft, wenn mindestens zwei kaskadierte, auf eine gemeinsame Grundplatte montierte Fördereinheiten vorgesehen sind, bei denen mindestens ein an ein Stellglied angeschlossener Wandler auf das Ober- und das Unterteil der Fördereinheit und mindestens ein an ein weiteres Stellglied angeschlossener Wandler auf das Unterteil und auf eine freischwingene Hilfsmasse m₃ wirken, und wenn alle Stellglieder miteinander verbunden sind, und davon eines ein Master und die anderen Slaves sind. Diese Ausgestaltung des Fördersystems ermöglicht es, wenn das angehörige Verfahren entsprechend durchgeführt wird, gleichzeitig die an der Grundplatte angreifenden Störkräfte und die Abstandsschwankungen am Übergabespalts S zwischen den Fördereinheiten minimiert werden.

Bei der Schwingförderung ist vorteilhaft, wenn die auf die transportierten Teile wirkenden Schwingungsvektoren nach Betrag und Richtung (bezogen auf die jeweilige Richtung des Transportwegs) konstant sind, weil dies entscheidend für die Gleichmässigkeit der Förderung wichtig ist, Nicht konstante Schwingungsvektoren werden beispielsweise durch Rotationsschwingungs- und Biegungsschwingungsanteilen in der Förderbewegung von Linearförderern verursacht. Die Gleichmäßigkeit der Förderung läßt sich verbessern, wenn die Anzahl der federnden Elemente pro Längeneinheit des Transportwegs erhöht wird. Ist der Transportweg kurvig, gilt das o.g entsprechend. Bei kurvigen Transportwegen ist es drüber hinaus vorteilhaft, wenn bei abnehmendem Kurvenradius die Anzahl der federnden Elemente pro Längeneinheit nach zusätzlich erhöht wird. Dies trägt dazu bei, daß die geförderten Teile besser ihre Spur auf dem Transportweg halten. Wichtig ist außerdem die richtige Ausrichtung der Wirkungslinien der Wandler zum Transportweg. Bevorzugt ist bei linearen Transportwegen die Projektion der Wirkungslinien der Wandler auf die Förderebene parallel zum Transportweg ausgerichtet. Bei kurvigen Transportwegen ist bevorzugt die Projektion der Wirkungslinien der Wandler auf die Förderebene senkrecht zum jeweiligen Kurvenradius ausgerichtet, was im Ergebnis dasselbe bedeutet wie die genannte Ausrichtung des Stellwinkels. Die genannten Ausgestaltungen sind realisierbar, weil die auf dem inversen piezoelektrischen Effekt beruhenden Wandler bzw. mittels diesen erregten federnden Elemente, wie Blattfedern mit ein- oder zweiseitig aufgebrachtem piezokeramischem Material, kompakt sind und einen geringen Raumbedarf haben, und man deshalb bei der Festlegung der Anzahl der Wandler und bei ihrer Positionierung nicht wesentlich eingeschränkt ist. Mit der Erfindung läßt sich die Anwendung des Schwingförderns effektiv über die bei Linearförderern im engeren Sinn, welche geradlinig fördern, und Rundförderern (s.u.) hinaus ausweiten auf die bei "Quasi-Linearförderern", bei denen der Transportweg Kurven aufweist. Oder anders ausgedrückt: die "quasilinearen" Förderer sind also den Linearförderern unter den benannten Voraussetzungen praktisch gleichzusetzen.

Sofern die Wirkungslinien der Wandler nicht parallel zu den festgelegten Transportwegen verlaufen, ist es vorteilhaft, wenn mindestens ein zusätzliches auf die Freimasse wirkendes mit den anderen federnden Elementen synchron und – gegebenenfalls phasenrichtig federndes Element vorgesehen ist, dessen Lage bezüglich der anderen federnden Elemente und/oder dessen Schwingungsvektor zweckdienlich eingestellt werden können. Die Anzahl, die Positionierung der (des) zusätzlichen federnden Elemente (Elements) und/oder die richtige Ausrichtung seines Schwingungsvektors bzw. ihrer Schwingungsvektoren lassen sich durch einfache Versuche ermitteln, deren Ergebnisse durch Berühren der Unterkonstruktion an der maßgebenden Stelle beurteilt werden können.

Aufgrund seiner guten Überschaubarkeit, Steuerbarkeit und ausgezeichneten Reproduzierbarkeit läßt sich das Verfahren so durchführen, daß die Erregungsenergie teilweise wieder zurückgeführt wird. Dies läßt sich erreichen, indem im Wandler aufgrund des inversen piezoelektrischen Effekts erzeugte Elektrizität bevorzugt über Dioden in den Ladungsspeicher des Stellglieds zurückgeführt und in den den Wandler treibenden Strom eingespeist wird. Typischerweise lassen sich bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fördersystems und des erfindungsgemäßen Förderverfahrens etwa 2/3 der Antriebsenergie wieder zurückgewinnen. In der DE 31 10 758 A1 ist eine Steueranordnung für Vibrationsförderer offenbart, mit der sich ein Niederspan nungsbetrieb (unter 50 V) ohne proportional erhöhtem Strom erreichen läßt, indem teilweise Energie aus Spulen in den elektromagnetischen Betätigungsgliedern rückgewinnen läßt, statt als Wärme in den Wicklungen oder als Rauschen und Schwingungen verbraucht zu werden.

In vorteilhafter Weise lassen sich bei dem mit dem Wandler betriebenen System die Resonanzfrequenzen praktisch beliebig auf Werte von ≥ 1 Hz, beispielsweise durch geeignete Wahl des federnden Elements, einstellen, und das Stellglied kann daran angepaßte Frequenzen erzeugen. Es ist deshalb möglich, bei Erregerfrequenzen ≥ 1 Hz, bevorzugt zwischen 4 und 20 kHz, beispielsweise zwischen 100 Hz und 2 kHz, zu fördern.

Das Förderverfahren wird so durchgeführt, daß die Resonanzfrequenz des mit einem der Schwinger erregten Wandlers ermittelt und die Erregungsfrequenz an die Resonanzfrequenz angepaßt wird. Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung kann man die Teile bei unterschiedlichen – und insbesondere auch hohen – Fördergeschwindigkeiten ruhig gleitend und gleichmäßig fördern. Dazu trägt bei, daß das Förderverfahren entsprechend dieser Ausgestaltung nicht nur unabhängig von der Netzfrequenz und dabei auch von deren Spannungs- und Frequenzschwankungen ist, vielmehr die Erregungsfrequenz (mechanischer Arbeitspunkt) an die Resonanzfrequenz der Fördereinheit angepaßt wird, nicht umgekehrt. Man kann also mit einer beliebigen Resonanzfrequenz optimal arbeiten. Es ist dabei möglich, die Fördereinheiten zu normieren und zu typisieren. Anders ausgedrückt: die Schwingerkenngröße ω₀ kann als variabler, normierter, mechanischer Wert ausgeführt werden. Die Resonanzfrequenz ω₀ des Schwingers, d.h. seine aus dem Grundgesetz der Dynamik abgeleitete Kenngröße, ist:

wobei D_Ges (N/mm] die gesamte Federkonstante des Schwingers, m_r [kg] die resultierende Masse des Schwingers (Definition s.u.), d die Dämpfungskonstante des Schwingers (d = F_d/V_F, F_d [N] = Dämpfungskraft, V_F [m/s] = Federgeschwindigkeit) und m der sich auf die Dämpfung auswirkende Massenanteil ist. Eine gewünschte Resonanzfrequenz läßt sich also realisieren, indem man die Federkonstante gezielt einstellt, beispielsweise indem man den Wandler in spezieller Weise an das Unter- und das Oberteil der Fördereinheiten koppelt und/oder das federnde Element entsprechend ausbildet. Man kann sich dabei an sehr hohe Resonanzfrequenzen anzupassen, weil mit den piezoelektrischen Wandlern beachtlich hohe Erregungsfrequenzen erzeugt werden können. Hohe Erregungsfrequenzen erlauben es, aufgrund der Beziehung ω0 2∙y = a (II), wobei y [mm] die Schwingweite der Schwingung und a [m/s²] die Beschleunigung der Schwingung ist, die Schwingweite auch bei hohen Fördergeschwindigkeiten klein zu halten, wodurch eine sehr ruhige Gleitbewegung erreichbar ist.

In vorteilhafter Weise ergibt sich ein günstiger Arbeitspunkt der Schwinger, wenn die Erregungsfrequenz so gelegt wird, daß die Phasenlage der erzwungenen Schwingung bezüglich der erregenden Kraft ausgehend von dem Phasenlage der Resonanzfrequenz (90°) in die Bereiche zwischen etwas unter 90° und 0° oder zwischen etwas über 90° und 180° verschoben wird. Dadurch erreicht man eine stabile Fördergeschwindigkeit auch dann, wenn sich die Belastung der Schwingfördereinheit bzw. ihre Dämpfung ändert. Unter diesen Bedingungen bilden das Stellglied und die Schwingfördereinheit ein Intertialsystem, das stabil bleibt, ohne daß es notwendig ist, die Ausgangsleistung des Stellglieds an die aufgetretene Veränderung anzupassen (d.h. ohne Rückführung). Die genannte Phasenlage läßt sich vorteilhaft erreichen, wenn man die Erregungsfrequenz (Arbeitspunkt) um die Resonanzfrequenz legt, aber nicht mit der Resonanzfrequenz zusammenfallen läßt. Bevorzugt sind Frequenzbereiche, die 0,5 bis 3 Hz über oder 1 bis 5 Hz unter der Resonanzfrequenz liegen.

In vorteilhafter Weise wird die Fördergeschwindigkeit außer über die Erregungsfrequenz und die Schwingkraft über die Impulsform des Erregungsstroms eingestellt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Fördersystems und des erfindungsgemäßen Förderverfahrens sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. Es zeigen
1 eine Ausführungsform der Grundausstattung des erfindungsgemäßen Fördersystems in perspektivischer Darstellung,
2 den in der 1 gezeigten Linearförderer in schematischer Aufsicht (das Oberteil ist transparent und die Klemmblöcke sind nicht eingezeichnet),
3 eine etwas andere Ausführungsform der Grundausstattung des erfindungsgemäßen Fördersystems in schematischer Seitenansicht,
3a in einem Diagramm die Elongation Y_A als Funktion von U_A bzw. Q_A bei dem in den 3 gezeigten Linearförderer,
4 eine vorteilhafte Ausführungsform eines Wandlers und seine Befestigung am Unterteil einer Fördereinheit und seine Verbindung mit einer Blattfeder,
5 eine Ausführungsform eines bei der Erfindung einsetzbaren Rundförderers in schematischer Aufsicht (der Topf zum Fördern ist transparent, die Klemmblöcke sind nicht eingezeichnet),
6 in einem Diagramm die ungedämpfte Schwingung einer mit ihrer Resonanzfrequenz erregten Fördereinheit und eine erzwungene Schwingung derselben Fördereinheit, wenn sie mit einer Frequenz erregt wird, welche etwas oberhalb ihrer Resonanzfrequenz liegt,
6a das Phasendiagramm der Fördereinheit, zu welcher das in der 6 gezeigte Diagramm gehört,
7 in einem Diagramm die ungedämpfte Schwingung einer mit ihrer Resonanzfrequenz erregten Fördereinheit und eine erzwungene Schwingung derselben Fördereinheit, welche mit einer Frequenz erregt wird, welche etwas unterhalb ihrer Resonanzfrequenz liegt,
7a das Phasendiagramm der Fördereinheit, zu welcher das in der 7 gezeigte Diagramm gehört,
8 eine von einer Sinusschwingung abgeleitete Impulsform der Erregungsschwingung,
9 in schematischer Seitenansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearförderers, welcher mit Mitteln zur Reaktionsschwingungs-(Störkraft)kompensation ausgestattet ist,
9a in Diagrammen Elongationen als Funktion von angelegten Spannungen bzw. Ladungen bei dem in der 9 gezeigten Linearförderer,
10 in schematischer Seitenansicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearförderers, welcher mit Mitteln zur Reaktionsschwingungs-(Störkraft)kompensation ausgestattet ist,
11 eine Ausführungsform eines bei der Erfindung einsetzbaren Rundförderers in schematischer Aufsicht (der Topf zum Fördern ist transparent, die Klemmblöcke sind nicht eingezeichnet), wobei Mittel zur Reaktionsschwingungskompensation vorhanden sind (die Hilfsmassen m³ sind transparent),
12 ein Phasen-Betrags-Schaubild (komplexes Übertragungsmaß) von Master-Slave-Stellgliedern, mit denen die Ladungsstrom- bzw. Erreger-(Vektor)-Ortskurven von mit Slaves verbundenen Schwingern einstellbar sind,
12a ein Phasendiagramm, in dem die Phasenlage eines Schwingers über einem seine Resonanzfrequenz (Schwingerkenngröße) einschließenden Frequenzbereich [1/s] aufgetragen ist, zur Ermittlung möglicher Schwingerarbeitspunkte,
13 die Ortskurve der Reaktionsschwingungs-Kompensation (komplexes Übertragungsmaß) beim Zusammenwirken von zwei Störschwingungen,
13a in einem Diagramm der Betrag der Störschwingung als Funktion der Phasendifferenz zwischen zwei Störschwingungen,
14 eine vorteilhafte Ausführungsform eines Wandlers, der gleichzeitig zum Erregen des Oberteils einer Fördereinheit und zur Reaktionsschwingungskompensation verwendbar ist, und seine Befestigung am Unterteil und seine Verbindung mit zwei Blattfedern,
15 einen Rund- und zwei Linearförderer eines synchron betriebenen Fördersystems in perspektivischer Darstellung, anhand der die Minimierung der Spalte zwischen den Fördereinheiten erläutert wird,
16 die Ortskurve des Übertragungsspalts S zwischen zwei aneinander grenzenden, kaskadierten Fördereinheiten (komplexes Übertragungsmaß),
16a in einem Diagramm der Betrag des Übergangsspalts S als Funktion der Phasendifferenz zwischen den schwingenden Fördereinheiten,
17 eine Ausführungsform der Schaltung zur Rückgewinnung eines Teils der Erregungsenergie bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fördersystems,
17a ein Diagramm, in dem die vom Stellglied an die Fördereinheit abgegebene Stromstärke und der Wirkungsgrad der Stromrückgewinnung gegen die aus dem Netz entnommene Stromstärke aufgetragen sind,
18 in einem Blockdiagramm die Ansteuerung der Piezokeramikelemente beispielsweise des in der 9 gezeigten Linearförderers bei Anwendung der Energierückgewinnung und der Reaktionsschwingungskompensation, und
19 in einer vereinfachten Darstellung verschiedener Varianten der Steuerung für das erfindungsgemäße Schwingfördersystem.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In den Ausführungsbeispielen werden auch die folgenden Symbole verwendet:
Der Index bei den Elongationen und Kräften gibt, sofern nichts anderes angegeben ist, die Bezeichnung der zugehörigen Schwingung wieder. Die Elongationen, Kräfte usw. sind generell als Maximalwerte zu verstehen. Wenn in Gleichungen Augenblickswerte und Maximalwerte vorkommen, sind die Maximalwerte mit "y ^" bzw. "F ^" usw. gekennzeichnet. "Master-Schwinger" und "Slave-Schwinger" bedeuten einen Schwinger, dessen Wandler vom Master (s.u.) bzw. vom Slave (s.u.) angesteuert wird.
Die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Fördersystems und des erfindungsgemäßen Förderverfahrens sind zwar besonders vorteilhaft, es sei aber klargestellt, daß sie nur beispielhaft genannt sind und daß mannigfaltige Abweichungen von ihnen im Rahmen der Ansprüche möglich sind.
Die mechanischen Teile der Fördersysteme in den Ausführungsbeispielen bestehen aus mindestens einer Fördereinheit. Eine solche Fördereinheit besteht aus einem Oberteil, auf welchem die Förderteile gleiten, einem Unterteil, welches üblicherweise – gegebenenfalls zusammen mit anderen Fördereinheiten – auf eine Grundplatte montiert ist (die Unterteile und die Grundplatte bilden die Unterkonstruktion des Fördersystems). Das Oberteil und das Unterteil sind durch mindestens ein federndes Element verbunden, welches durch einen piezoelektrischen Wandler erregt wird. Das Fördersystem kann eine beliebige Anzahl von Fördereinheiten enthalten, welche räumlich nebeneinander, beispielsweise auch in der Weise, daß Fördereinheiten sternförmig von einem Punkt ausgehen, und/oder hintereinander, beispielsweise kaskadiert, angeordnet sein.
Die 1, 2 und 3 stellen im wesentlichen die Grundausstattung eines erfindungsgemäßen Fördersystems 1 dar, die aus einer Fördereinheit, dargestellt ist ein Linearförderer 3 mit drei (in den 1 und 2) bzw. zwei (in der 3) federnden Elementen 11, und einem an das Stromnetz angeschlossenen Stellglied 19, mit dem piezoelektrische Wandler auf den federnden Elementen angesteuert werden. Die Grundausstattung des erfindungsgemäßen Fördersystems wird nachfolgend hauptsächlich anhand der 3 beschrieben.
Der in der 3 gezeigte Linearförderer 3 weist ein Oberteil 5 mit einer Masse m₂ und ein zum Oberteil paralleles Unterteil 6 mit einer Masse ml auf. Das Unterteil ruht auf einer Grundplatte 7, wobei Gummischeiben 9 das Unterteil abfedern. Das Unter- und das Oberteil sind über mindestens zwei federnde Elemente 11 mit der Dämpfungskonstante D miteinander gekoppelt, wobei die Verbindung zum Oberteil und zum Unterteil über fest mit dem Unter- und dem Oberteil verbundene Klemmblöcke 12 bzw. 13 bevorzugt aus Metall zustandekommt, in welche die Enden der federnden Elemente eingeklemmt sind. Die federnden Elemente bestehen aus einer Metall- oder Kunststoffplatte, auf die ein- oder – bevorzugt – zweiseitig (wie in der 3) Piezokeramikelemente 8 aufgebracht sind. Das Stellglied 19 ist über die Klemmblöcke 13 mit den Piezokeramikelementen 8 elektrisch verbunden. Die Platte, die als Blattfeder mit der Federkonstante D wirkt, steht ein- (wie in der 3) oder beidseitig über die Piezokeramikelemente hinaus. Im letzterern Fall kommt dann der Kontakt zu den Klemmblöcken über die Enden der Blattfeder zustande. Alternativ hat (haben) das (die) Piezokeramikelement e) direkten Kontakt zu beiden Klemmblöcken (s. 10). Mit einem Stellglied lassen sich bis zu acht Wandler ansteuern. Die Anzahl der federnden Elemente pro Längeneinheit Förderstrecke wird bevorzugt so festgelegt, daß Rotationsschwingungs- und Biegungsschwingungsanteile der Förderbewegung bei Linearförderern oder Quasi-Linearförderern (s.o.) minimiert werden. Eine andere oder zusätzliche Maßnahme um diese Wirkung zu erzielen, besteht darin, den Abstand zwischen Ober- und Unterteil zu verringern, beispielweise indem die Blattfeder verkürzt wird. Die Förderteile gleiten mit der Fördergeschwindigkeit V in der durch den Pfeil angezeigten Richtung. Die Schwingungsvektoren yy_A der von den Piezokeramikelementen erregten Schwingungen haben die eingezeichneten Richtungen.
Bei einer in der 4 gezeigten Ausführungsform des federnden Elements ist ein vielschichtiger, zylindrischer Piezokeramikkörper 100 vorhanden, welcher mit seiner einen Endfläche 101 gegen eine Blattfeder 102 gedrückt wird. Der Piezokeramikkörper ist in eine Bohrung 103 eines als Klemmblock dienenden Metallblock 104 versenkt, welcher starr mit dem Unterteil verbunden ist. Die Blattfeder ist auf den Metallblock aufgeschraubt und mit einem – nicht gezeigten – mit dem Oberteil verbundenen Klemmblock verbunden. Die eine Endfläche drückt an einer Stelle zwischen der Verschraubung und dem genannten Klemmblock gegen die etwa parallel zur Endfläche liegenden Blattfeder. Damit die Endfläche mit einer ausreichenden Vorspannung gegen die Blattfeder gedrückt wird, wird – wie gezeigt – der Abstand des Piezokörpers vom Boden 105 der Bohrung durch entsprechende Abstandsscheiben 106 eingestellt oder wird – in diesem Fall ist die Bohrung durchgehend – der Piezokeramikkörper mittels eines an seiner anderen Endfläche angreifenden aufge-schraubten Flansches gegen die Blattfeder gedrückt. Der Piezokeramikkörper ist mit einem Draht kontaktiert, welcher durch den Metallblock 104 herausgeführt ist und welcher die Verbindung zum Stellglied herstellt.
Die federnden Elemente bilden mit dem Oberteil einen Neigungswinkel γ. Der Neigungswinkel γ bestimmt den Wurfwinkel # der geförderten Teile: β = 90° – γ
Die Länge des Vektors yy_A1 entlang der Wirkungslinie ist – wie die 3a zeigt – abhängig von der zum Ansteuern des Wandlers eingesetzten Spannung U_A bzw. Ladung Q_A(y_A = f(U_A) bzw. f(Q_A)).
Das erfindungsgemäße Stellglied 19 hat beispielsweise die in der Beschreibungseinleitung beschriebene vorteilhafte Ausbildung oder die im Zusammenhang mit der 18 oder der 19 beschriebene Ausbildung. Mit ihm lassen sich Frequenzwerte etwa 1 Hz, typischerweise zwischen etwa 100 Hz und etwa 2 kHz, absolut stabil einstellen. Netzfrequenz- und Netzfrequenzschwankungen wirken sich nicht aus. Die Wechselspannungen, Wechselladungen bzw. Wechselströme am Ausgang der Stellglieder sind symmetrisch. Deshalb lassen sich harmonische mechanische Schwingungen auch bei hohen Frequenzen erzeugen.
Die obigen auf Linearförderer, d.h. geradlinig transportierende Förderer, bezogenen Ausführungen gelten (s.o.) im Prinzip auch für Förderer, deren Transportweg Krümmungen bzw. Kurven aufweist (Quasi-Linearförderer), wobei die Konstanz der Schwingungsvektoren nach Betrag und Richtung (bezogen auf die jeweilige Richtung des Transportwegs) und die Genauigkeit, mit der die geförderten Teile auf der richtigen Spur gehalten werden, über die Anzahl der Erreger entlang des Transportwegs gesteuert wird. Dies ist bei Anwendung der kompakten, wenig Raum beanspruchenden Wandler flexibel möglich, ohne daß sich benachbarte Wandler gegenseitig behindern.
In der 5 ist ein Rundförderer 2 gezeigt. Die federnden Elemente 11 sind auf Radien eines Kreises bei gleichem Mittelpunktsabstand angeordnet sind. Üblicherweise sind die federnden Elemente, wenn n von ihnen vorhanden sind, bezüglich der Mittelachse 30 n-strahlig symmetrisch angeordnet, d.h. die drei federnden Elemente 11 bilden Winkel von 120° miteinander. Die zu den federnden Elementen gehörenden Wandler sind mit einem nicht gezeigten Stellglied verbunden. Bei den (eigentlichen) Rundförderern, wie dem in der 5 gezeigten, ist die Situation insofern etwas anders wie bei Linearförderern und "Quasi-Linearförderern" als die Förderteile ausgehend vom Zentrum spiralig ansteigend (entlang dem Förderweg 29) transportiert werden. Bei der Schwingungserzeugung kommt es teilweise auf Trägheitsmomente statt auf Massen an (Die Schwingerkenngröße bei Ru
Dies ist bei der Konstruktion der Rundförderer zu berücksichtigen. Bei Rundförderern können aber dieselben federnden Elemente wie bei Linearförderern eingesetzt werden. Am Ausgang des Rundförderers ist die Bewegung der tangential wegstrebenden Förderteile praktisch geradlinig, was den Übergang zu einem benachbarten Förderer, wie einem Linearförderer, erleichtert.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird der Schwinger bei einer Erregungsfrequenz betrieben (Arbeitspunkt), welche in der Nähe seiner Resonanzfrequenz (Schwingerkenngröße) liegt , aber nicht mit ihr zusammenfällt.
Die Elongation der erzwungenen Schwingung ist, wie sich aus dem Grundgesetz der Dynamik ableiten läßt:
Wenn mit der Resonanzfrequenz erregt wird, wird der Klammerausdruck im Nenner 0. D.h. y_A ist hyperbolisch abhängig von d, weshalb das System sehr weich und damit stark dämpfungsabhängig ist.
Wie die experimentell ermittelten Kurven 15 und 16 der erzwungenen Schwingung in den 6 und 7 zeigen, werden, wenn der Arbeitspunkt bei f₀ + 1,5 Hz liegt, Dämpfungsänderungen bei gleichzeitiger Erhaltung der harmonischen Schwingbewegung des Schwingers kompensiert, weshalb dieser Arbeitspunkt für schwierige Kunststoffteile, d.h. solche die leicht bis mittelschwer sind und nur eine geringe Auflagefläche haben, optimal geeignet ist. Weiter erhält man, wenn der Arbeitspunkt bei f₀ – 3Hz liegt, eine konstante (stabile) Fördergeschwindigkeit auch bei großen Gewichtsänderungen der Förderteile.
In dem in der 6 gezeigten Diagramm sind auf der Abszisse Frequenzwerte aufgetragen und auf der Ordinate Elongationswerte. Die Kurve 14 zeigt die Elongation y₀, wenn der Schwinger mit seiner Resonanzfrequenz ω₀ erregt wird. Die Kurve 15 zeigt Elongationswerte y_A, die sich einstellen, wenn der Schwinger bei Frequenzen zum Schwingen gezwungen wird, welche etwas höher (beispielsweise bei dem Wert f_A = f₀ + 1,5 Hz ist) als die Resonanzfrequenz ω₀ liegen. Der Verlauf der Kurve 15 zeigt, daß ein Frequenzbereich oberhalb der Resonanzfrequenz existiert, für den gilt, daß die Elongation immer denselben Wert hat, wenn sie mit einer innerhalb des Bereichs liegenden Frequenz erregt wird.
Das Ergebnis kann man sich plausibel machen, wenn man die o.g. Gleichung (IV) anwendet. Wird der Schwinger mit einer f_A erregt, welche = f₀ + 1,5 Hz ist, wobei f₀ der Resonanzfrequenz bei einer festgelegten Beladung entspricht, so erhält man eine bestimmte Elongation yA. Erhöht man die Beladung, wird ω₀ kleiner, da die Masse erhöht wird und sich gleichzeitig die Dämpfungskonstante d des Schwingers erhöht. Da ω_A gleich bleibt und sich die Masse m_r erhöht hat, wird der Absolutwert des ersten Summanden im Nenner der Gleichung (I) größer, wobei sein Vorzeichen negativ ist, und der zweite – positive – Summand wird wegen der Erhöhung von d auch größer. Da die Summanden voneinander abzuziehen sind, bleibt der Nenner in erster Näherung konstant, d.h. die Elongation yA ändert sich höchstens unwesentlich. Es ist also so, daß – was die Kurve 15 zeigt – trotz des durch die Beladungsänderung verursachten vergrößerten Abstands zwischen ω₀ und ω_A sich die Elongation y_A nicht ändert.
In dem in der 7 gezeigten Diagramm sind – wie in der 6 – auf der Abszisse Frequenzwerte aufgetragen und auf der Ordinate Elongationswerte. Die Kurve 14 zeigt die Elongation y₀, wenn der Schwinger mit seiner Resonanzfrequenz ω₀ erregt wird. Die Kurve 16 zeigt Elongationswerte yA, die sich einstellen, wenn der Schwinger bei Frequenzen zum Schwingen gezwungen wird, welche etwas niedriger (beispielsweise bei dem Wert f_A = f₀ – 3 Hz ist) als die Resonanzfrequenz ω₀ liegen. Der Verlauf der Kurve 16 zeigt, daß ein Frequenzbereich unterhalb der Resonanzfrequenz existiert, für den gilt, daß die Elongation immer denselben Wert hat, wenn sie mit einer innerhalb des Bereichs liegenden Frequenz erregt wird. Auch dieses Ergebnis kann man anhand der Gleichung (IV) plausibel machen: Wird der Schwinger mit einer f_A erregt, welche = f₀ – 3 Hz ist, wobei f₀ der Resonanzfrequenz bei einer festgelegten Beladung entspricht, so erhält man eine bestimmte Elongation y_A. Erhöht man die Beladung, wird ω₀ kleiner, da die Masse erhöht wird und sich gleichzeitig die Dämpfungskonstante d des Schwingers erhöht. Da ω_A gleich bleibt, wird der Klammerausdruck im ersten Summanden des Nenners der Gleichung (III) kleiner und zwar, da die ω-Werte quadriert sind, beachtlich kleiner, weshalb der Wert des ersten (positiven) Summanden trotz der höheren Masse m_r abnimmt. Der zweite – ebenfalls positive – Summand wird wegen des größeren d größer. Da die Summanden zusammenzuzählen sind, bleibt der Nenner, da sich die Summanden gegensinnig ändern, in erster Näherung konstant, d.h. die Elongation y_A ändert sich höchstens unwesentlich. Es ist also so, daß – was die Kurve 16 zeigt – trotz des durch die Beladungsänderung verursachten verkleinerten Abstands zwischen ω₀ und ω_A sich die Elongation y_A nicht ändert.
Die Phasenlage φ der erzwungen Schwingung bezüglich der der angreifenden Kraft ergibt sich entsprechend der aus der Schwingungslehre bekannten Gleichung:
Demnach ist bei Erregung mit der Resonanzfrequenz φ = 90°, da arc tg ∞ = 90° ist. Wird mit einer Frequenz erregt, welche etwas oberhalb der Resonanzfrequenz liegt (oberkritischer Arbeitspunkt), bewegt sich φ von 90° in Richtung 180°. Wird mit einer Frequenz erregt, welche etwas unterhalb der Resonanzfrequenz liegt (unterkritischer Arbeitspunkt), bewegt sich φ von 90° in Richtung 0°. Diese Verhältnisse geben die Diagramme in den 6a für den oberkritischen Arbeitspunkt (Kurve 17) und 7a für den unterkritischen Arbeitspunkt (Kurve 18) wieder, in denen die Phasenlage φ in [°] und [rad] gegen die Frequenz f_A in [Hz] aufgetragen ist und der Resonanzbereich (Halbwertsbreite) des Schwingers um seine Kenngröße durch von der Resonanzfrequenz ausgehende, zur Abszisse parallele gleich lange Pfeile gekennzeichnet ist.
Bei den angegebenen Bereichen der Erregungsfrequenzen bzw. der Phasendifferenzen bildet also das erfindungsgemäße Fördersystem ein Intertialsystem, welches durch eine stabile Fördergeschwindigkeit ohne Rückführung auch bei großen Gewichtsänderungen ausgezeichnet ist. Werden Arbeitspunkte eingestellt, welche die beispielhaft genannten Differenzen zur Resonanzfrequenz von etwa +1,5 und etwa –3 Hz aufweisen, liegt man bei der Anwendung auf Schwinger durchschnittlicher Güte, wie sie üblicherweise eingesetzt werden, mit der Phasendifferenz zwischen der erzwungenen Schwingung und der angreifenden Antriebskraft innerhalb der oben angegebenen Bereiche.
Die Resonanzfrequenz des Schwingfördersystems läßt sich mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmen: Dazu wird die Schwingfördereinheit mit nur einem Prüfteil beladen. Dann wird mit dem beispielsweise mittels des Handprogrammiergeräts (s.u.) gesteuerten Stellglied bei einer festgelegten Spannung U bzw. Ladung Q die Antriebsfrequenz beginnend bei kleinen Werten in Schritten ≥ etwa 1/10 Hz allmählich gesteigert (Einzelheiten s.u. im Zusammenhang mit 18). Bei der mechanischen Resonanz hat das Prüfteil die größte Geschwindigkeit, was mit dem Handprogrammiergerät festgestellt wird, wobei zu beachten ist, daß zwei oder mehr Resonanzen durchlaufen werden können. Die Hauptresonanzstelle ist die, bei der die Fördergeschwindigkeit am höchsten ist. Nunmehr wird die Erregerfrequenz auf einen Arbeitspunkt eingestellt, welcher – je nach dem Anwendungsfall – etwa 1,5 Hz höher oder etwa 3 Hz niedriger liegt als die Resonanzfrequenz.
Nachdem die Erregungsfrequenz eingestellt ist, wird die gewünschte Fördergeschwindigkeit über die Einstellung der Schwingkraft und der Impulsform des Erregungsstroms erzeugt. Die Schwingkraft FA wird bei piezoelektrischen Wandlern entsprechend der für den piezoelektrischen Effekt geltenden Beziehung F_A = K₁∙Q_A, wobei K₁ eine von den Eigenschaften des piezoelektrischen Wandlers abhängige Konstante ist, durch Zuführen einer Ladung Q_A bzw. aufgrund der Zusammenhänge Q_A = U_A∙C, wobei C eine Kapazität ist, und Q_A = I_A∙t durch Anlegen einer Spannung U_A oder durch Zuführen eines Stroms I_A erzeugt. Die Anlegung der Ladung ist bei den piezoelektrischen Wandlern vorzuziehen, weil sie genauere Ergebnisse liefert. Beispielsweise ist die Beziehung zwischen eingestellter Ladung und der am Ausgang des Stellglieds gemessenen Ladung linearer als die zwischen eingestellter und gemessener Spannung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entfällt ein Abgleichen der Mechanik, d. h. des Schwingers, an die Erregungsfrequenz, beispielsweise der Abgleich in einem Gebiet mit 60Hz-Netzfrequenz. Deshalb ist es u.a. möglich, die Mechanik zu typisieren und zu normieren. Beispielsweise sind dann Aufsatzwechsel in der Fördereinheit mit den entsprechenden Sollwerten der Schwing frequenz und der Schwingkraft (Fördergeschwindigkeit) in einem Steuerprogramm normierbar.
Die Stellglieder sind so ausgestattet, daß sie rechteckige, trapezförmige, dreieckige, sägezahnförmige und sinusförmige Impulse gezielt erzeugen können. Durch die Impulsform kann man die Fördergeschwindigkeit (s.o.) und das Bewegungsverhalten der Förderteile beeinflussen. Die rechteckige Impulsform hat den Vorteil, daß das Loslaßverhalten des federnden Elements jeweils nach Durchlaufen der maximalen Amplitude besonders gut und damit die bei sonst gleichen Verhältnissen erzielbare Fördergeschwindigkeit besonders hoch ist. Die Rechteckform macht aber wegen der bei ihrer Bildung beteiligten Oberwellen ein unangenehmes Geräusch. Bei der Dreieckform ist das Loslaßverhalten zufriedenstellend und Geräuschbelästigung ist geringer als bei der Rechteckform. Die Sinusform ist bei der Geräuschbelästigung am günstigsten, aber bei ihr läßt das Loslaßverhalten zu wünschen übrig. Diesen Nachteil kann man vermeiden, ohne daß man die Vorteile der Rechteckform einbüßt, indem eine Impulsform erzeugt wird, von der eine Variante in der 8 gezeigt wird. Sie wird erreicht, indem man ausgehend von einer Sinusform jeweile nach Durchlaufen der maximalen Amplitude kurzzeitig (Größenordnung ms) die Energie abstellt. Bei einer weiteren Variante wird noch zusätzlich nach Durchlaufen des Nullpunkts die Energie kurzzeitig abgestellt. Die Wechselströme bzw. Wechselladungen am Ausgang der Stellglieder sind symmetrisch. Deshalb lassen sich harmonische mechanische Schwingungen auch bei hohen Frequenzen erzeugen.
Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem erfindungsgemäßen Fördersystem ist ausgezeichnet durch eine präzise ruhige Gleitbewegung der Förderteile, d.h keine Sprungeffekte, sondern eine Bewegung wie bei einem Tazzelwurm. Bei der Erregung mit dem Wandler kommt als entscheidender Vorteil gegenüber der mit einem Elektromagneten wegen der hohen Schwingfrequenz bzw. der hohen Schwingbeschleunigung, die erzeugt werden kann, ein gleiches Förderverhalten von unterschiedlichen Förderteilen und eine verbesserte Bewegungscharakteristik hinzu.
Zwar findet unter den beschriebenen Bedingungen bereits eine sehr ruhige präzise Förderungsbewegung statt, aber Schwebungen, Überlagerungen (Interferenzen) von mechanischen Störschwingungen bzw. Reaktionskräften können zu Störungen im Förderfluß von Fördersystemen führen.
Die Wirkung der Störkraft ist bei solchen Fördersystemen abhängig von der erregenden Kraft, von χ₁ und von χ₂. Abhilfe kann nach Ausschöpfung verschiedener mechanischer Maßnahmen, wie der Verbesserung der Dämpfungs- bzw. Abstützfunktion der einzelnen Fördereinheiten, durch das Zusammenwirken von Master- und Slave-Stellglieder mit gutem Erfolg erreicht werden. Dabei einsetzbare Fördereinheiten sind in den 9 und 10 gezeigt.
Die Fördereinheit 21 in der 9 hat eine Reihe von Komponenten, welche identisch bei der in der 3 gezeigten vorhanden sind. Sie sind in beiden Fig. mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Zur Kompensation von Reaktionsschwingungen ist bei der in der 9 gezeigten Fördereinheit jedem federnden Element 11 ein zusätzliches federndes Element 22 zugeordnet; dessen Enden in Klemmblöcke 23 bzw. in freischwingende Hifsmassen 24 eingeklemmt sind. Die Hilfsmassen 24 haben eine Masse m₃. Die Klemmblöcke 23 sind fest mit dem Unterteil verbunden, während die Hilfsmassen 24 direkt unter dem Oberteil angeordnet sind, aber keinen Kontakt zu ihm haben. Der Neigungswinkel γ der federnden Elemente 22 ist derselbe wie der der federnden Elemente 11. Die die federnden Elemente 22 erregenden Piezokeramikelemente 8 sind über die Klemmblöcke 23 mit einem weiteren Stellglied 20 elektrisch verbunden, mit dem sie erregt werden. Die federnden Elemente 11 und 22 können auch die in der 4 gezeigte Ausgestaltung aufweisen.
Die Stellglieder sind untereinander elektrisch verbunden. Das Stellglied 19 steuert den synchronen Betrieb aller Erreger. Mit anderen Worten: das Stellglied 19 (Master) ist unabhängig veränderlich, während das Stellglied 20 (Slave) abhängig veränderlich ist (umgekehrt kann auch das Stellglied 20 der Master und das Stellglied 19 der Slave sein). Bei einer Ausführungsform unterscheiden sich die Stellglieder zusätzlich dadurch, daß das Stellglied 19 (als Master) einen Phasenschieber enthält, mit dem die Phasenlage(n) der Slave-Schwingung(en) bezüglich der der Master-Schwingung variabel einstellbar synchronisiert werden können und gegebenenfalls die Phasenlage der Master-Schwingungeingestellt werden kann. Die Slaves können auch Phasenschieber enthalten, mit denen sie die Phasenlagen der über sie erregten Slave-Schwingungen bezüglich der der Master-Schwingung einstellen können.
Das Oberteil 5 der Fördereinheit 21 (s. 9) wird mit den Kräften F_A1 und die Hilfsmassen m₃ mit den Kräften F_A2 betrieben und dabei werden die dazugehörenden Elongationen y_A1 der Aktionsschwingungen (Nutzschwingungen) und y_A2 der die Hilfsmassen m₃ erregenden Schwingungen (bei denen es sich um den der Aktionsschwingung entsprechenden Anteil der Reaktionskompensationsschwingung handelt. Dazu entsprechend wird das Unterteil 6 mit den Kräften F_R1 und F_R2 betrieben und dabei werden die dazugehörenden Elongationen y_R1 der Reaktionsschwingungen (Störschwingungen) und y_R2 der auf das Untertei 6 wirkenden Anteile der Reaktionskompensationsschwingung erzeugt, bei denen es sich im Grunde um Reaktionssschwingungen handelt. Der zum Oberteil parallel verlaufende Pfeil zeigt die Richtung, in der die Aktionsschwingungen die Teile fördern.
In der 10 ist eine Alternative zu der in der 9 gezeigten Fördereinheit abgebildet (identische Komponenten sind mit demselben Bezugszeichen versehen). Wie die Einheit der 9 weist sie ein Oberteil 5 mit einer Masse m₂ und ein zum Oberteil paralleles Unterteil 6 mit einer Masse ml auf und an dem Oberteil sind dem Unterteil zugewandt Klemmblöcke 12 angebracht, in denen das eine Ende von federnden Elementen 25 eingeklemmt ist. Auf dem Unterteil stehen gegenüber jedem Klemmblock 12 derart ein Klemmblock 26 in Form eines auf dem Kopf stehenden großen L, daß der waagrechte Teil 27 etwa in der Mitte zwischen dem Unterteil und dem Oberteil positioniert ist. In die Oberseite des Teils 27 ist das andere Ende der federnden Elemente 25 eingeklemmt, welcher ein auf eine Blattfeder aus Metall oder Kunststoff mit der Feder konstante D aufgebrachtes Piezokeramikelement 8 bildet. In die Unterseite des Teils 27 sind mit ihrem einen Ende federnde Elemente 28 eingeklemmt, die mit den federnden Elementen 25 identisch sind. Die anderen Enden der federnden Elemente 28 sind in Hilfsmassen 24 mit der Masse m₃ eingeklemmt, welche unmittelbar über dem Unterteil – aber ohne Kontakt zu ihm – positioniert sind. Nicht gezeigte Stellglieder sind über die Klemmblöcke 26 mit den Piezokeramikelementen auf den federnden Elementen 25 bzw. 28 verbunden. Der Neigungswinkel γ, welcher für die federnden Elemente 25 und 28 identisch ist, ergibt sich aus dem Abstand (in der Förderrichtung) der Einklemmstellen in den Klemmblöcken 12 und den Einklemmstellen in den Oberseiten der zugehörigen Teile 27.
In der 9a, die entsprechend auch für die in der 10 abgebildete Fördereinheit gilt, sind der aus dem Neigungswinkel γ den die federnden Elemente 11 und 22 mit dem Unterteil bilden, abgeleitete Wurfwinkel β und als Funktion der Ansteuerungsspannungen U_A1 bzw. U_A2 und der Ansteuerungsladungen Q_A1 bzw. Q_A2 die Elongationen Y_A1 und Y_A2 (Y_A1 = f(U_A1) bzw. f(Q_A1) und y_A2 = f(U_A2) bzw. f(Q_A2)), die von den federnden Elementen 11 bzw. 22 mit der in der 9 gezeigten Fördereinheit erzeugt werden, in Diagrammen dargestellt.
Das Master-Slave-Verfahren zur Kompensation (Reduzierung) von Reaktionsschwingungen, Schwebungen, Störkräften und Reaktionskräften an den benachbarten, synchron betriebenen federnden Elementen 11 und 22 beruht darauf, daß Störkraft- bzw. Reaktionsschwingungen sich gegenseitig teilweise auslöschen. Aufgrund der Reduzierung der Störkräfte lassen sich die Förderteile bereits beachtlich präzise und ruhig fördern. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird zusätzlich der Phasenunterschied zwischen den Reaktionsschwingungen so eingestellt, daß der resultierende Summenvektor der Störkraftvektoren der synchron schwingenden Einzelschwinger durch Phasen- und Betragsabgleich ein Minimum erreicht bzw. beim Vorliegen besonders günstiger Bedingungen Null wird. Zu den genannten Bedingungen gehören u.a., daß die Schwingungsvektoren der Schwingungen, die sich kompensieren sollen etwa dieselbe Wirkungslinie haben, d.h., daß die Schwingungsvektoren etwa in derselben Richtung oder entgegengesetzt dazu schwingen (mit den piezoelektrischen Wandlern ist dies auch dann realisierbar, wenn der Transportweg gekrümmt ist (s.o.)). Haben die Schwingungsvektoren nicht etwa dieselbe Wirkungslinie, kann der Summenvektor nicht Null werden. Es läßt sich aber eine teilweise Reaktionsschwingungskompensation erreichen, die umso besser ist, je weniger die Wirkungslinien voneinander abweichen. Eine weitgehende Minimierung des resultierenden Summenvektors ist aber auch bei abweichenden Wirkungslinien durch den Einbau mindestens eines zusätzlichen federnden Elements möglich, dessen Position bezüglich der anderen federnden Elemente, mit denen es synchron schwingt und von denen es sich gegebenenfalls gezielt in der Phasenlage unterscheidet, und dessen Schwingungsvektor nach Betrag und Richtung entsprechend dem Ergebnis einfacher Versuche eingestellt werden kann. Entsprechend läßt sich (s.u.) das Master-Slave-Verfahren auch für die Minimierung der Übergangsspalte zwischen benachbarten Fördereinheiten einsetzen.
In der 11 ist in Aufsicht ein (entlang dem Förderweg 29 fördender Rundförderer 2' gezeigt, welcher wie der in der 5 gezeigte Rundförderer drei mit einem – nicht gezeigten – Master verbundene federnde Elemente 11 aufweist, die bezüglich der Mittelachse 30 3-strahlig symmetrisch zueinander angeordnet sind, d.h. Winkel von 120° miteinander bilden, und über nicht gezeigte Klemmblöcke mit dem Topf (Nutzmasse) und dem Fuß (Freimasse) des Förderers verbunden simd. Außerdem sind drei mit einem – nicht gezeigten – Slave verbundene federnde Elemente 22 vorhanden, welche auch bezüglich der Mittelachse 30 3-strahlig zueinander symmetrisch sind und welche über nicht gezeigte Klemmblöcke mit der Freimasse und mit je einer Hilfsmasse m₃ 24 verbunden sind (Master und Slave können auch vertauscht sein). Experimente haben gezeigt, daß eine gute Kompensation der Reaktionsschwingungen der beiden synchron und phasenrichtig schwingenden Gruppen von federnden Elementen möglich ist und zwar auch dann, wenn die Wirkungslinien benachbarter Master- und Slave-Schwinger nicht annährend gleich sind, sondern – beispielsweise – wie in der 11 einen Winkel von etwa 60° miteinander bilden.
Das Phasen-Betragsschaubild (komplexes Übertragungsmaß) in der 12 zeigt Phasenlagen und Q_A-Beträge der Schwingung eines Slave-Schwingers, wobei der Slave mit dem Master verbunden ist. Die Phasenlage der Schwingung läßt sich dabei zwischen 0° und 360° (+/–3,6°) gesteuert vom Master oder vom Slave einstellen und die Q_A-Beträge sind von 1% bis 98% mit dem Slave wählbar, wobei Master und Slave synchron betrieben werden. Wie die 12 zeigt, ist auf diese Weise jeder Punkt in der Phasen-Betragsebene einstellbar. Übertragen auf die in den 9, 10 und 11 gezeigten Systeme ergibt sich aus dieser Erkenntnis, daß, wenn der Betrag des Störvektors und sein Phasenunterschied abgestimmt auf den entsprechenden Störvektor der Schwingung des mit dem Master betriebenen Schwingers richtig eingestellt wird, die Störvektoren FF_R1 bzw. yy_R1 und FF_R2 bzw. yy_R2 sich gegenseitig mindestens teilweise auslöschen lassen. Für den Fall, daß der resultierende Summenvektor sich in Richtung 0 bewegt, gilt für die Störkraftkompensation: FFR1 + FFR2 → 0 und yyR1 + yyR2 → 0
Bei der Einstellung der Phasenlage müssen – wie die 12a zeigt – die mechanischen Schwingerarbeitspunkte berücksichtigt werden. In dem Diagramm in der 12a ist die Phasenlage φ der Erregungsschwingung in [°] und in [rad] bezogen auf die der erregenden Kraft gegen die Antriebsfrequenz in [1/s] aufgetragen. Gezeigt sind (jeweils durch von der Resonanzfrequenz ausgehende gleich lange und zur Abszisse parallele Pfeile) der Resonanzbereich des Schwingers um seine Kenngröße und der Bereich, in dem der Schwingerarbeitspunkt liegen kann. Während also der Phasenunterschied zwischen der ungedämpften Schwingung in Resonanz und der erregenden Kraft immer 90° beträgt, hängt die Phasenlage am Schwingerarbeitspunkt davon ab, ob die Antriebsfrequenz ω_A unterhalb oder oberhalb der Resonanzfrequenz ω₀ liegt und wie groß dabei der Frequenzunterschied ist. Die Schwingerkenngößen ω₀ von Master- und Slave-Schwinger sollten etwa im 5%-Bereich übereinstimmen, damit die Beträge der Elongationen gleichwertig gemacht werden können.
Die Störkraft-Kompensation zwischen Rund- und Linearförderern ist an der Materialflußlinie ebenfalls mit gutem Erfolg möglich, da hier die Drehschwingung des Rundförderers als Längsschwingung wirkt (s. die mathematische Darstellung).
Mathematisch läßt sich die Reaktionsschwingungskompensation, d.h. die Minimierung (Null-Indikation) des resultierende Summenvektors der Störkraftvektoren, wie folgt darstellen:
Der oben angeführte Begriff "Längsschwingung" ist eine vereinfachte Darstellung für die in Wirklichkeit vorhandene dreidimensionale, longitudinale, mechanische Reaktionsschwingung, die durch den komplexen Ausdruck yR = y ^ R∙ejωt + φR beschrieben werden kann, wobei j für "imaginär" und φ_R für die Phasenlage der Schwingung mit der Elongation y_R bezüglich eines Bezugspunkts, beispielsweise der Phasenlage der Schwingung, mit der sie interferiert, steht. Die Schwingung mit der Elongation y_R wird erzeugt durch eine an der Feder (mit der Federkonstante D) wirkende, ladungsproportionale Erregerkraft von der Form FR = K∙QA∙sinωt
Die Elongation y_R der Reaktionsschwingung ist nach dem Schwerpunktsatz eine Funktion der Massen- bzw. Massenträgheitsmoment-Verhältnisse der mechanischen Schwinger. Es verhält sich die Aktionschwingung y_A zur Reaktionsschwingung y_R umgekehrt (reziprok) wie die Nutzmasse m₂ zur Grund- bzw. Freimasse m₁ bzw. die entsprechenden Trägheitsmomente J₂ und J₁ zueinander. Es ist
somit ergibt sich:

a) für die Aktions-(Nutz)Schwingung
b) für die Reaktions-(Stör)Schwingung
c) der Reaktionsanteil in % der Gesamtschwingung
d) der Übertragungsfaktor (Kopplungsgrad) der mech. Einheiten (Störkraftfluß als Funktion des Dämpfungsfaktors)
e) die Bedingung für die Minimierung (Null-Indikation): Störschwingung des 1. Schwingers y_R1 = y ^ _R1∙e^jωt (Master) Störschwingung des 2. Schwingers y_R2 = y ^ _R2∙e^jωt + φ_R2 (Slave) (wobei φ_R2 die Phasenlage der Slaveschwingung bezüglich der Phasenlage (Bezugspunkt) der Masterschwingung ist) Beinflussung der Schwinger gegenseitig: yy_R1 +/– χ₂ yy_R2 für Master yy_R2 +/– χ₂ yy_R1 für Slave Reststörung nach Minimierung Δyy_R = χ₂(yy_R1 +/– yy_R2 ) [mm] (nach Phasen- und Betragsabgleich) Für yy_R2 = yy_R3 und φ_R2 = [180°] ergibt sich dabei yy_R = 0.

In der 13 ist die Ortskurve der Reaktionsschwingungskompensation von Störschwingungen mit den Elongationen y_R1 und y_R2 für yy_R1 = yy_R2 bei Synchronbetrieb und konstantem ω gezeigt, wobei Δyy_R = f(φ_R2) bzw. Δy_R = y ^ _R1∙e^jωt + y ^ _R2∙e^jωt + φ_R2 gilt. Die 13 veranschaulicht die Veränderung von Δyy_R für Δyy_R → 0, wobei Δyy_R = 0 bedeutet, daß der Summenvektor Null ist. In dem Diagramm der 13a ist der Betrag Δy_R der Störschwingung bei y_R1- bzw. y_R2-Werten von je 1mm im Synchronbetrieb von zwei benachbarten Schwingern als Funktion des Phasenlage φ_R2 von y_R2 aufgetragen.
Eine Ausgestaltung, die mit der in der 4 gezeigten Ähnlichkeit hat und die verwendet werden kann, wenn die Reaktionsschwingung kompensiert werden soll, ist in der 14 gezeigt. Der Piezokeramikkörper 200 ist vielschichtig und zylindrisch. Der Piezokeramikkörper ist in einer Bohrung 202 eines als Klemmblock dienenden Metallblocks 203 geführt, welcher starr mit dem Unterteil verbunden ist. Die Achse der Bohrung verläuft senkrecht zu den Endflächen 204 und 205 des Piezokeramikkörpers. Dieser ist mit seinen Endflächen zwischen eine Blattfeder 206 und eine zweite Blattfeder 207 eingeklemmt, welche mit ihrem einen Ende auf dem Metallblock aufgeschraubt sind und mit ihrem anderen Ende mit einem – nicht gezeigten – mit dem Oberteil verbundenen Klemmblock bzw. mit einer – nicht gezeigten – freischwingenden Masse verbunden sind. Die beiden Endflächen schwingen – wie der nach entgegengesetzten Richtungen weisende Pfeil zeigt – um 180° versetzt gegeneinander (Phasenverschiebung 180°). Die von den beiden Blattfedern auf das Unterteil übermittelten Schwingungen schwingen also ebenfalls gegeneinander und kompensieren sich deshalb gegenseitig. Zum Ansteuern des Piezokeramikkörpers wird ein – nicht gezeigtes – Stellglied benötigt. Der Piezokeramikkörper ist mit einem Draht kontaktiert, der durch eine Bohrung im Metallblock 203 herausgeführt ist und der die Verbindung zum Stellglied herstellt. Die in der 14 gezeigte Ausgestaltung kann als Alternative zu den in den 9 und 10 gezeigten Kombinationen von federnden Elementen 11 und 22 bzw. 25 und 28 eingesetzt werden, zu deren Ansteuerung zwei Stellglieder erforderlich sind.
Die Hilfsmasse m₃ läßt sich entsprechend Gleichung FR = m3∙#A 2∙yR (III') festlegen, wobei FR die für die Kompensation der Reaktionschwingung angewandte Reaktionskraft und y_R die Elongation der die Reaktionsschwingung kompensierenden Schwingung ist. Um einer bestimmten Vektor FR zu erzielen, kann man, da ω_A konstant gehalten werden muß m₃ und y_R verändern, d.h. mit anderen Worten, man kann m₃ klein machen, was aus konstruktiven Gründen günstig sein kann, wenn man y_R groß werden läßt.
Anhand der 15 soll die Minimierung der Spalte zwischen kaskadierten Fördereinheiten erläutert werden. In der 15 sind drei aneinander gekoppelte Fördereinheiten 2', 3 und 4 eines – gegebenenfalls viele Fördereinheiten aufweisenden – Fördersystems 1' gezeigt, welche auf einer gemeinsamen Grundplatte 10 stehen. Die Aktionsschwingungen mit den Elongationen y_A1, y_A2 und y_A3 wirken mit dem Wurfwinkel β auf die Oberteile 5 (Förderschienen), deren Nutzmassen bzw. Nutzträgheitsmomente m₂ bzw. J₂ sind. Die Förderrichtung ist mit einem Pfeil angezeigt. Übergangsspalte S (Bezugsnummer 80) trennen die Fördereinheiten. Die Fördereinheiten 2', 3 und 4 werden von mit ihnen und untereinander elektrisch verbundenen Stellgliedern 19, 20 bzw. 20' gesteuert. Mit den Stellgliedern werden die Beträge U_A und U_A, Q_A und Q_A bzw. I_A und I_A und die Frequenz ω eingestellt, mit denen die zugehörigen Fördereinheiten angesteuert werden. Das Stellglied 19 hat zusätzlich die Funktion des Masters, der für den synchronen Betrieb der Fördereinheiten sorgt, d.h. dafür, daß ω_A1 = ω_A2 = ω_A3 usw. ist. Der Master 19 kann außerdem den Phasenunterschied zwischen den Master- und den Slave-Schwingungen – bevorzugt an Slave-Schwingern – einstellen. Die Stellglieder 20 und 20' und gegebenefalls weitere vorhandene Stellglieder haben die Funktion von Slaves, d.h. sie sind dem synchronen Betrieb unterworfen. Die Stellglieder 20, 20' usw. können so ausgestattet sein, daß sie die Phasenlage der ihnen jeweils zugehörigen Slave-Schwingung bezüglich der Master-Schwingung einstellen können (Alternativ können auch die Stellglieder 20, 20' usw. als Master und die jeweils anderen Stellglieder als Slaves fungieren).
Die Fördergeschwindigkeit V der kaskadierten Fördereinheiten 2', 3 und 4 (s. 15) soll einheitlich sein. V = f(y_A) und die Elongation yA der Aktionsschwingung ist eine harmonische Bewegung für die gilt: y_A = y ^ _A∙sinωt. Für eine einheitliche Förderung müssen also die Fördereinheiten synchron und mit gleichem y_A betrieben werden. Auch wenn diese Bedingungen erfüllt sind, kann der Übergangsspalt S zwischen einzelnen Fördereinheiten insbesondere bei kritischen Förderteilen trotzdem Probleme verursachen (Anschlag- bzw. Berührungseffekte, Spaltvergrößerung, gegenläufige Bewegung der Förderteile). Der Grund hierfür ist die von ihrem Schwingerarbeitspunkt abhängige mechanische Phasenlage der Schwinger (s. 12). Die spezifischen mechanischen Phasenlagen der Aktionsschwingungen werden mit φ_A1, φ_A2, φ_A3 usw. bezeichnet. Sie sind auf eine gemeinsame Bezugsphasenlage (insbesondere auf die Phasenlage der Master-Schwingung, d.h. auf φ_A1) bezogen. Sind die Phasenlagen unterschiedlich, schwingen die Fördereinheiten so, daß die Breite der Spalte zwischen ihnen nicht konstant sind, da gilt: yA1 = y ^ A1(sinωt + φA1) yA2 = y ^ A2(sinωt + φA2) yA3 = y ^ A3(sinωt + φA3) usw.
Abhilfe ist mittels der Master-Slave-Stellglieder 19, 20, 20' usw. möglich, indem mit ihnen die Phasenlagen der die Fördereinheiten erregenden Schwingungen und deren Elongation eingestellt werden. Wird die Bedingung y_A1 = y_A2 usw. und φ_A1 = φ_A2 usw. durch entsprechenden Betrags- und Phasenabgleich der sychronisierten Stellglieder erfüllt, erreicht man, daß der differentielle mechanische Bewegungsablauf der einzelnen Fördereinheiten synchron und betrags- und phasenmäßig absolut gleich verläuft, was bedeutet, daß die Spaltbreiten konstant sind. Dies erlaubt, die Spalte 80 sehr klein zu machen. Bei optimalen mechanischen Bedingungen sind Spaltbreiten von ≤ 0,1 mm möglich.
In der 16 ist die Ortskurve des Übertragungsspalts S, wenn auf zwei aneinander grenzende, kaskadierte Fördereinheiten Aktionsschwingungen mit den Elongationen y_A1 und y_A2 wirken, für yy_A1 = yy_A2 bei Synchronbetrieb und konstantem ω gezeigt, wobei yΔy_S = f(φ_A2) bzw. yΔy_S = y ^ _A1∙e^jωt – y ^ _A2∙e^jωt + φ₁₂ gilt. Die 16 veranschaulicht die Veränderung von yΔy_S für y Δy_S → 0, wobei yΔy_S = 0 dem Zustand entspricht, bei dem die Fördereinheiten betrags- und phasengleich schwingen. In dem Diagramm der 16a ist der Betrag Δy_S des Übergangsspalts S bei y_A1- bzw. y_A2-Werten von je 1 mm im Synchronbetrieb von zwei gekoppelten Fördereinheiten als Funktion der Phasenlage #_A2 von y_A2 aufgetragen.
Mit dem erfindungsgemäßen Fördersystem kann Energie gespart werden, wenn die nicht für die mechanische Arbeit verbrauchte Energie in Form eines Stroms I_R vom Piezokeramikelement zum Stellglied zurückfließt.
Die 17 zeigt die Schaltung, die diese Energierückführung ermöglicht und wie folgt funktioniert. Der treibende, aus dem Primärkreis stammende Strom I_A setzt sich zusammen aus I_E (Strom aus dem Versorgungsnetz) und I_C (Strom aus einem Ladungsspeicher 34). Dieser Strom I_A fließt über einen Zweig der Vollbrückenendstufe 35 (Sekundärstromkreis) des Stellglieds in den piezoelektrischen Wandler 31 (Last) am Schwinger. Dort bewirkt es eine Verformung des Wandlers. Werden die Transistoren 32 der Endstufe gesperrt, dann wird durch die Rückverformung des Wandlers eine Spannung erzeugt. Diese Spannung treibt einen Strom I_R, der dann über Dioden 33 zurück zum Ladungsspeicher fließt. So wird ein Großteil der Energie, die in den Wandler fließt, wieder zurückgewonnen. Nur ein geringer Teil, der durch Reibung (mechanische Dämpfung) verloren geht, muß vom Versorgungssnetz zugeführt werden.
Messungen haben ergeben (s. das Diagramm in der 17a, in dem I_A und der Wirkungsgrad η (= I_A/I_E) der Stromrückgewinnung als Funktion von I_E aufgetragen sind), daß der Wirkungsgrad deutlich größer als 2 ist und mit zunehmendem Strom abnimmt. Mit dieser vorteilhaften Ausführungsform lassen sich also bis zu 2/3 des Erregungsstroms zurückgewinnen.
Anhand des in der 18 gezeigten elektrischen Blockschaltbilds soll erläutert werden, wie die Erfindung unter Einsatz der Reaktionsschwingungskompensation und der Energierückgewinnung – bevorzugt – programmgesteuert funktioniert. Die Fördereinheit soll wie die in der 9 gezeigte ausgebildet sein. Beschrieben wird die Ansteuerung der Stellglieder mit einer Wechselladung. Das Gesagte gilt aber (s.o.) für die Ansteuerung mit einen Wechselspannung entsprechend.
Das Stellglied 19 (Master) wird mittels eines – nicht gezeigten – mit dem Master verbundenen Handprogrammiergeräts betätigt, mit dem alle erforderlichen Schritte gesteuert werden. Mit dem Potentiometer 41 des Stellglieds wird – wahlweise manuell – eine gewünschte Ausgangsladung eingestellt (die Sollwerte für die Ladungs- bzw. Spannungsansteuerung d.h. die Eingangsdaten liegen zwischen 0 und 10 V(olt), 0 und 20 mA oder werden an einem 10K-Potentiometer abgegriffen). Das Stellglied erzeugt entsprechend der Einstellung aus den vom Netzteil 42 gelieferten und aus der bei der bei der Energierückführung in der 1. Endstufe 43 gewonnenen Energie die tatsächliche Ausgangsladung Q_A1. Anschließend wird verglichen ((Ladungsmesser 44, Vergleichskomponente 45), ob Q_A1 mit der eingestellten Ausgangsladung übereinstimmt. Ist dies nicht der Fall, wird mittels des Regelverstärkers 46 der gemessene Wert korrigiert. Der Regelverstärker ist mit einem Wahlschalter 47 ausgestattet, um sowohl Ladungen als auch Spannungen verstärken zu können. Beginnend bei 1 Hz wird mit einem Frequenzgenerator 48 in Schritten ≥ etwa 1/10 Hz die Frequenz des Ausgangssignals erhöht, bis die Resonanzfrequenz des mit dem Wandler 55 erregten Schwingers erreicht ist. Bei der Resonanzfrequenz ist die Fördergeschwindigkeit am höchsten. Das Maximum wird visuell, akustisch anhand der Fördergeraüsche oder mittels der Zeit, welche ein Probekörper benötigt, um eine festgelegte Strecke zu durchlaufen, ermittelt (Messvorrichtung 49). Wird festgestellt (beispielsweise mittels der Vergleichskomponente 50), daß die Resonanzfrequenz erreicht ist, wird die Erregungsfrequenz auf einen Wert 1,5 Hz über oder 3 Hz unter der Resonanzfrequenz eingestellt. Mit einer Komponente 51 wird die Form der Ausgangsimpulse, beispielsweise eine Sinus- oder Rechteckform ausgewählt. Die Fördergeschwindigkeit wird erneut gemessen. Entspricht sie nicht dem gewünschten Wert (Vergleichskomponente 52), wird Q_A1 mit dem Potentiometer entsprechend geändert. Am Ausgang des anderen Stellglieds (Slave) 20, das – nicht gezeigt – den Komponenten 41 bis 48 und 51 entsprechende Komponenten enthält, wird – wie im Zusammenhang mit dem Master beschrieben – die Ausgangsladung Q_A2 erzeugt, welche gleich Q_A1 ist, deren Impulsform und Frequenz ebenfalls mit dem im Master erzeugten übereinstimmt, und mit welcher der Wandler 66 erregt wird. Mit dem Phasenschieber 53, der zum Master oder zum Slave gehören kann, wird eine Phasenverschiebung im Bereich 0 bis 360° zwischen der Master- und der Slave-Schwingung durch Verändern der Phasenlage der Slaveschwingung eingestellt. Dann wird beispielsweise mit einem Stroboskop 54 oder durch Berühren oder Auflegen eines Prüfteils gemessen, ob das Unterteil schwingt (vibriert). Ist dies der Fall, wird der Phasenunterschied so verändert, daß die Schwingung (Vibration) am Unterteil schwächer wird. Läßt sich damit keine vollständige Auslöschung erreichen, wird auch Q_A2 noch etwas verändert, daß die Schwingung am Unterteil noch mehr gegen Null geht. Gegebenenfalls werden die genannten Schritte ein – oder mehrfach wiederholt, bis die Schwingung am Unterteil ausgelöscht wird oder wenigstens einen minimalen Wert erreicht. Mit diesen Einstellungen werden der Master und der Slave synchron betrieben (Frequenz identisch), wobei die Ladungen Q_A1 und Q_A2, die Impulsform, die Frequenz und der Phasenunterschied konstant gehalten werden.
Anhand der 19 werden nachfolgend verschiedene vorteilhafte Varianten der Ansteuerung der Fördereinheiten erläutert. Zugrundegelegt ist ein Fördersystem wie es in der 9 gezeigt ist.
Die Wandler auf den federnden Elemente 11 und 22 in der Fördereinheit 21 sind je mit einem der Stellglieder 19 und 20 und diese untereinander verbunden. Für die Stellglieder sind Steuerungen vorgesehen, welche mit den Stellgliedern räumlich eine Einheit bilden und/oder als externe Steuerung ausgebildet sind.
Die Stellglieder beinhalten im erstgenannten Fall eine Endstufe mit Ansteuerung, die Stromversorgung der Endstufe und der Ansteuerung und die interne Steuerung. Die Endstufe wird von einer symmetrischen Vollbrücke bestehend aus sehr schnellen Hochvolt-Power-MOS-FET- bzw. IGBT-Transistoren und sehr schnellen Rückstromdioden für die teilweise Rückgewinnung der Erregungsenergie gebildet. Zur Ansteuerung und der Strom- und Spannungsüberwachung der Power-Transistoren sind entsprechende Ansteuerbausteine, wie MOS-FET-Treiber, vorgesehen.
Zur Versorgung der Endstufe ist ein Zwischenkreis, bestehend aus einem Gleichrichter und entsprechenden Elektrolytkondensatoren, vorgesehen. Entscheidend ist hier die Größe der Kapazität. Auf der einen Seite muß die Kapazität so groß sein, daß keine Spannungseinbrüche (Welligkeiten) zustande kommen. Auf der anderen Seite besteht, wenn die Energie zurückgewonnen werden kann, d.h. wenn die Kondensatoren durch Rückstrom wieder aufgeladen werden können, die Möglichkeit, die Kapazität klein zu halten und somit Platz und Kosten zu sparen. Zur Versorgung der Ansteuerung dient bevorzugt ein getaktetes Netzteil, wie ein Sperrwandler-Netzteil. Es liefert sowohl die Spannungen für die Endstufenteile, als auch für die Steuerung.
Die interne Steuerung erfolgt bevorzugt über einen Microcontroller, beispielsweise der NEC-K3-Serie. Er steuert die Endstufe bevorzugt über einen ON-Chip PWM-Generator. Um die CPU bei der Berechnung beispielsweise der Sinuswellenform zu entlasten, wird bevorzugt die Kurvenform als Datentabelle im internen ROM-Speicher abgelegt. Zur Regelung der Ausgangsintensität lassen sich die digitalen Informationen aus der Datentabelle in 1%-Schritten zurückrechnen (Modulationsgradbestimmung). Aus der bestehenden Tabelle lassen sich auch modifizierte Kurvenformen berechnen, beispielsweise wenn die Sinusflanke zum Nulldurchgang hin verändert werden soll. Läßt man beispielsweise diese Flanke steiler verlaufen, so wird ein besserer Energierückfluß und ein besseres Ausschwingen der Mechanik (Feder) erreicht (s.o. 8). Wahlweise kann man auch die Frequenz direkt als Rechteck, Dreieck usw. auf den Ausgang legen, was ein anderes mechanisches Laufverhalten der Teile in der Fördereinheit bewirkt.
Die Frequenz des Ausgangsignals wird über einen internen Timer, beispielsweise einen 16-Bit-Timer, erzeugt. Mit einem solchen Timer wird der Frequenzbereich > 1 Hz (nach oben keine Grenze die in der Praxis interessanten Frequenzen liegen aber nicht höher als etwa 20 kHz) mit einer Genauigkeit von etwa 0,1 Hz erfaßt. Der interne UART-Baustein des Mikrocontrollers bildet die serielle Schnittstelle zur Steuerung der Endstufe. Bevorzugt über einen aus Software gebildeten Befehlsinterpreter erfolgt die Steuerung aller Funktionen des Stellglieds. Die Steuerung des synchronen und gegebenenfalls phasenrichtigen Betriebs der mit den Stellgliedern 19 und 20 angesteuerten Wandlern durch eines der Stellglieder (Master), wie das Stellglied 19, beispielsweise bei der Reaktionsschwingungskompensation (s.o.) und bei der Konstanthaltung des Übergangsspalts zwischen den Fördereinheiten 2 und 3, erfolgt auch durch dessen Befehlsinterpreter.
Über zwei interne Analog/Digital-Converter lassen sich die elektrischen Parameter, wie die Netzspannung und den Ausgangsstrom für die Kompensation von Netzschwankungen, ständig überwachen.
Die Programmierung der Software für die interne Steuerung erfolgt aus Gründen der Leistungsfähigkeit bevorzugt in der controllereigenen Assemblersprache. Die komplexe Aufgabenstellung der Software erfordert den Aufbau eines eigenen Betriebssystems für den Microcontroller. Sämtliche Programmodule müssen parallel ablaufen können. Der Hauptprozessor des Microcontrollers muß hierfür in maximal acht virtuelle Prozessoren aufgeteilt werden (Echtzeit-Multitasking).
Die Programmierung der internen Steuerung der Stellglieder 19 und 20 erfolgt insbesondere über ein Handprogrammiergerät 57. Nach der Programmierung wird, wenn an der Einstellung nichts mehr geändert werden muß, im Grunde das Handprogrammiergerät nicht mehr benötigt. Soll die Möglichkeit einer späteren Änderung der Einstellung gegeben sein, wird das Handprogrammiergerät vorteilhaft anstelle der internen Steuerung angewandt. Es beinhaltet außerdem gegenüber der internen Steuerung zusätzliche Funktionen.
Das Handprogrammiergerät ist ebenfalls mit einem Microcontroller der NEC-K3-Serie bestückt. Ein Anzeigeelement, bevorzugt ein LCD-Display, ist vorhanden, das über ein paralleles Interface mit dem Microcontroller verbunden ist. Als Eingabeeinheit ist eine Tastatur mit 21 Tasten vorgesehen. Als Schnittstelle 58 (RS485) zum Stellglied dient ebenfalls der UART-Baustein des Microcontrollers.
Die Betriebsparameter können mit einer Zehner-Tastatur direkt eingegeben werden. Beispielsweise kann die Frequenz- und Intensitätseinstellung wahlweise über UP/DOWN-Tasten oder direkt mit der Zehnertastatur eingegeben werden. Das Handprogrammiergerät kann die Funktionen von bis zu 32 Stellgliedern steuern. Das Handprogrammiergerät wird über eines der Stellglieder mit Strom versorgt.
Die Programmierung der Software für das Handprogrammiergerät erfolgt aus Gründen der Leistungsfähigkeit ebenfalls bevorzugt in der controllereigenen Assemblersprache. Auch mit dem Handprogrammiergerät müssen parallele Programmabläufe bewältigt werden, wozu bevorzugt ebenfalls die Multitaskingtechnologie angewandt wird.
Mittels eines RS485/RS232-Interfaceconverters 59 mit galvanischer Trennung, welcher die Steuersignale des RS485-Bussystems in die einer Standard-RS232-Schnittstelle 60 umsetzt, und der entsprechenden Steuersoftware kann jeder handelsübliche PC oder Laptop 61 mit RS232-Schnittstelle das Stellglied steuern. Der Converter bietet auch die Möglichkeit, an der RS232-Schnittstelle anstelle eines PCs ein handelsübliches Modem 62 anzuschließen. Durch die Modemanbindung läßt sich über das öffentliche Telefonnetz 63, ein weiteres Modem 64 und eine weitere Schnittstelle RS232 das Stellglied von entfernten PC-Arbeitsplätzen 65 steuern.
Als Basis der PC-Steuersoftware eignet sich beispielsweise das Betriebssystem Microsoft Windows 95 oder Windows NT und als Programmiersprache beispielsweise Microsoft VISUAL BASIC. Der Aufwand für die Programmierung der PC-Steuersoftware ist dem beim Programmieren des Handprogrammiergeräts vergleichbar.

Claims

Schwingfördersystem mit mindestens einem piezoelektrischen Wandler (8, 100, 200) und einem elektronisch steuerbaren Stellglied (19, 20) zum Erzeugen einer Wechselspannung oder einer Wechselladung mit variabel einstellbarer Ausgangsfrequenz und variabel einstellbaren Ausgangsamplitudenbeträgen, um damit den mindestens einen der Wandler anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei mit je einem Stellglied (19, 20) angesteuerte piezoelektrische Wandler (8, 100, 200) vorhanden sind, daß die Stellglieder (19, 20) untereinander elektrisch verbunden sind, wobei eines der Stellglieder (19), das als Master wirkt, den bezüglich der Frequenz synchronen Betrieb des Masters und der weiteren Stellglieder (20) steuert, die als Slaves wirken, daß mindestens eines der Stellglieder (19) einen Phasenschieber enthält, um die Phasenlage der Slave-Schwingung gegenüber der Phasenlage der Master-Schwingung variabel einstellen zu können.
Fördersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler und eine aus Metall oder Kunststoff bestehenden Feder aus der Gruppe Blattfeder, Biegefeder, Drehfeder, Zugfeder, Spiralfeder und Druckfeder gebildet wird, die vom Wandler erregt wird, zu einem federnden Element (11, 22, 25, 28) gehören.
Fördersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (8, 100, 200) aus einem piezokeramischen Material besteht, der ein- oder zweiseitig eine Blattfeder kontaktiert.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (19, 20) eine Endstufe aus symmetrisch geschalteten Hochvolt-Power- bzw. IGBT-Transistoren aufweist, zu deren Ansteuerung Treiber Verwendung finden, daß die Endstufe über einen aus einem Gleichrichter und entsprechenden als Ladungsspeicher wirkenden Elektrolytkondensatoren bestehenden Zwischenkreis versorgt wird, daß ein getaktetes Netzteil die Spannungen oder Ladungen für die Endstufenansteuerung liefert, daß ein Timer (48) die Frequenz des Ausgangssignals erzeugt und daß die Endstufe bevorzugt elektronisch nach Art der Pulsweiten-Modulation (PWM) gesteuert wird.
Fördersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Timer (48) die Ausgangsfrequenz in Schritten von 1/10 Hz eingestellt werden kann.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem mindestens einen Slave die Phasenlage(n) der über ihn erzeugte Slave-Schwingung einstellbar ist.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle mit den vorhandenen Stellgliedern (19, 20) angesteuerten Wandler einerseits dieselbe Masse und andererseits je eine von mindestens zwei unterschiedlichen, voneinander getrennten Massen erregen.
Fördersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der voneinander getrennten Massen eine Nutzmasse und eine andere gegebenenfalls eine freischwingende Hilfsmasse m₃ (24) ist und die Masse, die von allen Wandlern erregt wird, mindestens einen Teil der Freimasse des Systems bildet.
Fördersystem nach einem der Anprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler in einem starr mit der Unterkonstruktion des Fördersystems, wie dem Unterteil einer Fördereinheit, verbundenen Block gelagert ist und eine mit der Nutzmasse und der Unterkonstruktion verbundene Blattfeder erregt.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine an das eine Stellglied (19, 20) angeschlossene Wandler (8) auf das Ober- und das Unterteil (5, 6) einer Fördereinheit (3) und der mindestens eine an das weitere Stellglied (19, 20) angeschlossene Wandler auf eine freischwingende Hilfsmasse m₃ (24), welche sonst keine Verbindung mit dem System hat, und auf das Unterteil (6) der genannten Fördereinheit oder auf das Ober- und das Unterteil (5, 6) einer anderen benachbarten Fördereinheit (4) wirkt, wobei im letzteren Fall die beiden Fördereinheiten (3, 4) an eine gemeinsame Grundplatte (7) gekoppelt sind und wobei eines der Stellglieder (19, 20) ein Master und ein anderes ein Slave ist.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei mit einer Freimasse und einer Nutzmasse und mindestens zwei mit derselben Freimasse und mit einer freischwingenden Hilfsmasse m₃ (24) verbundene federnde Elemente (11, 22) miteinander abwechselnd angeordnet sind, wobei die eine Art der federnden Elemente (11) über einen Master und die andere Art (22) über einen Slave erregbar sind.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Freimasse und einer Nutzmasse mindestens ein mit der Freimasse verbundener Klemmblock (26) angeordnet ist, mit dessen Oberseite und der Nutzmasse ein federndes Element (25) und mit dessen Unterseite und einer freischwingenden Hilfsmasse m₃ (24) ein anderes federndes Element (28) verbunden ist, wobei je eines der federnden Elemente (25, 28) über den Master und den Slave erregt wird.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinheit ein Rundförderer (2') ist, daß zwei Gruppen von Wandlern (8) vorhanden sind, von denen die eine mit einem Master und die andere mit einem Slave angesteuert wird, daß die Gruppen aus n oder m Wandlern (8) bestehen, daß die Wandler jeder Gruppe n- oder m-strahlig symmetrisch bezüglich der Mittelachse des Rundförderers angeordnet sind und daß die eine Gruppe von Wandlern auf die Unterkonstruktion und den Topf und die andere auf die Unterkonstruktion und auf eine Hilfsmasse m₃ (24) wirken.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Wandler (200) vorgesehen ist, der blockförmig ist und zueinander parallelen und von einander abgewandten schwingenden Oberflächen (204, 205) ausgestattet ist, der in einer Bohrung (202) durch einen starr mit der Freimasse verbundenen Block (203) senkrecht zur Ebene der schwingenden Oberflächen des Wandlers geführt ist und zwischen zwei Blattfedern (206, 207) eingeklemmt ist, von welchen die eine mit ihrem einen Ende mit dem Block und mit ihrem anderen Ende mit der Nutzmasse und die andere mit ihrem einen Ende mit dem Block und mit ihrem anderen Ende mit einer freischwingenden Hilfsmasse m₃ (24) verbunden ist, wobei die schwingenden Oberflächen (204, 205) des Wandlers an den Blattfedern (206, 207) anliegen.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein an ein Stellglied (19) angeschlossener Wandler (8, 200) auf das Ober- und das Unterteil (5, 6) einer Fördereinheit (3) und mindestens ein an ein anderes Stellglied (20) angeschlossener Wandler (8, 200) auf das Ober- und das Unterteil (5, 6) einer anderen Fördereinheit (4) wirken, wobei die Fördereinheiten kaskadiert sind und aneinander grenzen, und wobei das eine der Stellglieder der Master und das andere der Slave ist.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei kaskadierte, aneinander grenzende und auf eine gemeinsame Grundplatte (7) montierte Fördereinheiten (2', 3, 4) vorgesehen sind, bei denen mindestens je ein an ein Stellglied (19, 20) angeschlossener Wandler (8) auf das Ober- und das Unterteil (5, 6) jeder der Fördereinheiten (2', 3, 4) und mindestens ein an mindestens ein weiteres Stellglied (20') angeschlossener Wandler (8) auf das Unterteil (6) und auf eine freischwingene Hilfsmasse m₃ (24) jeder der Fördereinheiten (2', 3, 4) wirken, daß alle Stellglieder (19, 20, 20') miteinander verbunden sind, und davon eines ein Master und die anderen Slaves sind.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellglied (19, 20) bis zu acht Wandler (8, 100, 200) ansteuert.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der federnden Elemente pro Längeneinheit des Transportwegs erhöht wird, um die Gleichmässigkeit der Förderung zu verbessern.
Fördersystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zur Eliminierung von Rotationsschwingungs- und Biegeschwingungsanteilen in der Förderbewegung von Linearförderern die Anzahl der federnden Elemente pro Längeneinheit entlang dem Transportweg erhöht wird.
Fördersystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei kurvigen Transportwegen mit abnehmendem Kurvenradius die Anzahl der federnden Elemente pro Längeneinheit erhöht wird.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß bei linearen Transportwegen die Projektion der Wirkungslinien der Wandler auf die Förderebene parallel zum festgelegten Transportweg ausgerichtet ist.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß bei kurvigen Transportwegen die Projektion der Wirkungslinien der Wandler auf die Förderebene senkrecht zum jeweiligen Kurvenradius ausgerichtet ist.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsvektoren interferierender Schwingungen entlang derselben Wirkungslinie verlaufen.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinheiten (3, 4, 2') im Übergabebereich miteinander fluchten.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß, sofern die Wirkungslinien nicht entlang des festgelegten Transportwegs verlaufen, mindestens ein zusätzliches auf die Freimasse wirkendes federndes Element vorgesehen ist, dessen Position bezüglich der anderen federnden Elemente (11, 22), mit denen es synchron schwingt, und von denen es sich gegebenenfalls gezielt in der Phasenlage unterscheidet, und dessen Schwingungsvektor nach Betrag und Richtung mittels eines zusätzlichen Stellglieds variabel einstellbar ist.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 8 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten freischwingenden Hilfsmassen m₃ (24) entsprechend der Gleichung FR = m3∙ωA 2∙yR auf die Schwingweite ihrer Schwingungsbewegung eingestellt werden, wobei FR die für die Kompensation der Reaktionschwingung angewandte Reaktionskraft, ω_A die Erregungsfrequenz und y_R die Schwingweite der kompensierenden Schwingung ist.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß im Wandler (8, 100, 200) aufgrund des inversen piezioelektrischen Effekts erzeugte Elektrizität zurückgeführt und in den den Wandler treibenden Strom eingespeist wird.
Fördersystem nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Elektrizität in den in der Endstufe (35) des Stellglieds vorhandenen und zum Ausgang des getakteten Netzteils parallel geschalteten Ladungsspeicher (34) über Dioden (33) geleitet wird.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des Schwingers zwischen 4 Hz und 20 kHz liegt.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Stellglieds ein programmierter Mikrocontroller angeordnet ist.
Fördersystem nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Microcontroller mittels eines peripheren Geräts programmier- und steuerbar ist.
Fördersystem nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Gerät ein mit dem Stellglied verbundenes Handprogrammiergerät (57) ist.
Fördersystem nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Gerät ein PC (61, 65) ist, mit dem gegebenenfalls ferngesteuert programmiert und/oder gesteuert wird.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 29 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des mit dem Wandler erregten Schwingers ermittelt und die Erregungsfrequenz an die Resonanzfrequenz angepaßt wird.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Erregungsfrequenz gearbeitet wird, die 0,5 bis 3 Hz über der Resonanzfrequenz des Schwingers liegt.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erregungsfrequenz gewählt wird, welche 1 bis 5 Hz unter der Resonanzfrequenz des Schwingers liegt.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördergeschwindigkeit außer über die Erregungsfrequenz und die Schwingkraft über die Impulsform der erregenden Ladung oder der erregenden Spannung eingestellt wird.
Fördersystem nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß bei sinusförmigen Impulsen die Zufuhr von Ladung, Spannung oder Strom nach Durchlaufen der Maxima kurzzeitig abgeschaltet wird, bevorzugt für ein Viertel der jeweiligen Periodenzeit.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem Master und mindestens einem Slave angesteuerten Wandler (19, 20) mit identischer an die Resonanzfrequenz des einen der Wandler einschließenden Schwingers angepaßter Erregungsfrequenz synchron betrieben werden.
Fördersystem nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler (19, 20) mit derselben Ladung oder Spannung betrieben werden.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 40 dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenlage der Slave-Schwingung bezüglich der Master-Schwingung mit dem Master auf einen Wert zwischen 0 und 360° eingestellt wird, wobei der Betrag, um den die Phasenlage geändert werden muß, von den zu den Schwingern gehörenden Arbeitspunkten abhängt.
Fördersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die von den synchron schwingenden, mit den Stellgliedern (19, 20) angesteuerten Wandlern (8) ausgehenden Schwingungen bezüglich ihren Amplituden und der Phasendifferenz zwischen ihnen eingestellt sind.
Fördersystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, von den synchron schwingenden, mit den Stellgliedern (19, 20) angesteuerten Wandlern (8) ausgehenden Schwingungen bezüglich ihren Amplituden und der (den) Phasendifferenz en) zwischen ihnen eingestellt sind.
Fördersystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Unterteile (6) der kaskadierten, aneinander grenzenden und auf eine gemeinsame Grundplatte (7) montierten Fördereinheiten (2', 3, 4) wirkenden Schwingungen eingestellt werden und die auf die Oberteile (5) der Fördereinheiten (2', 3, 4) wirkenden Schwingungen eingestellt werden.