DE10129468B4

DE10129468B4 - Verdichtungseinrichtung zur Verdichtung von Formkörpern aus kornförmigen Stoffen und Verfahren zur Anwendung der Verdichtungseinrichtung

Info

Publication number: DE10129468B4
Application number: DE10129468A
Authority: DE
Inventors: Hubert Bald; Brigitte Ludwig
Original assignee: GEDIB INGBUERO INNOVATION; Gedib Ingenieurbuero und Innovationsberatung GmbH
Current assignee: GEDIB INGBUERO INNOVATION; Gedib Ingenieurbuero und Innovationsberatung GmbH
Priority date: 2000-11-11
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2021-06-20
Also published as: CN1193866C; CA2428293A1; US7025583B2; CA2428293C; EP1332028A1; WO2002038346A1; CN1478010A; DE50113129D1; DE10129468A1; US20040051197A1; ATE375237T1; EP1332028B1

Abstract

Einrichtung zum Verdichten von körnigem Formstoff, umfassend
eine Grundplatte (114), die eine Form (108) zur Aufnahme des körnigen Formstoffs trägt,
Pralleisten (114) als Auflage für die Grundplatte (112),
eine den in der Form (108) befindlichen Formstoff von oben mit einer Preßkraft beaufschlagenden Preßplatte (180),
einen Schwingtisch (120) unterhalb der Grundplatte (112), der von einer Erregereinrichtung (106) in vertikale Schwingungen versetzbar ist, wodurch der Schwingtisch (120) Stöße von unten gegen die Grundplatte (112) ausübt,
wobei ein den Schwingtisch (120) als hauptsächliche Masse umfassendes, schwingfähiges Masse-Feder-System (140) mit einer zumindest für die abwärts gerichtete Schwingbewegung hart eingestellten Systemfeder (142) vorgesehen ist, die kinetische Energie des Masse-Feder-Systems (140) speichert und wieder abgibt, wobei eine Eigenfrequenz des Masse-Feder-Systems (140) im Bereich einer vorbestimmten Verdichtungsfrequenz einstellbar oder eingestellt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Masse-Feder-System (140) durch die Erregereinrichtung (106) zur Erzeugung von erzwungenen Schwingbewegungen mit wenigstens einer vorgebbaren...

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verdichten von körnigem Formstoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Einrichtung zum Verdichten von körnigem Formstoff ist aus DE 44 34 687 A1 bekannt, bei der eine Grundplatte, die eine Form zur Aufnahme des körnigen Formstoffs trägt, Pralleisten als Auflage für die Grundplatte, eine den in der Form befindlichen Formstoff von oben mit einer Preßkraft beaufschlagenden Preßplatte, einen Schwingtisch unterhalb der Grundplatte, der von einer Erregereinrichtung in vertikale Schwingungen versetzbar ist, wodurch der Schwingtisch Stöße von unten gegen die Grundplatte ausübt, bekannt. Hierbei ist ein den Schwingtisch als hauptsächliche Masse umfassendes, schwingfähiges Masse-Feder-System mit einer zumindest für die abwärts gerichtete Schwingbewegung (gemäß einer der beiden dort aufgeführten und hier nur interessierenden Ausführungsform) hart eingestellten Systemfeder vorgesehen, die kinetische Energie des Masse-Feder-Systems speichert und wieder abgibt, wobei eine Eigenfrequenz des Masse-Feder-Systems im Bereich einer vorbestimmten Verdichtungsfrequenz einstellbar oder eingestellt ist. Die Erregereinrichtung wird hierbei durch einen Unwuchterreger mit konstantem, resultierendem statischen Moment gebildet, so daß das Masse-Feder-System hierdurch zu erzwungenen Schwingungen derart angetrieben wird, daß sich die Erregerfrequenz in der Nähe der Eigen- oder Resonanzfrequenz befindet, d.h. knapp ober- oder unterhalb hiervon liegt. Allerdings kann man dann eine Veränderung der Energiezufuhr in das Masse-Feder-System nur dadurch erreichen, indem man die vor der Veränderung eingestellte Erregerfrequenz durch Veränderung der Drehzahlen der Motoren des Unwuchterregers näher an die Eigenfrequenz heranführt bzw. weiter davon entfernt. Dementsprechend ist es zum einen nicht möglich, eine Veränderung der Energiezufuhr in das Masse-Feder-System bei konstant gehaltener Erregerfrequenz vorzunehmen, zum anderen wird bei einer Veränderung der Erregerfrequenz durch Veränderung der Motordrehzahlen zwangsläufig auch der Betrag der Fliehkräfte und damit der Betrag der Erregerkräfte geändert.

Auch aus EP 0 515 305 B1 ist eine Einrichtung bekannt, mit der eine Stoßverdichtung des körnigen Formstoffs vorgenommen wird. Hierbei wird ein mit vier Unwuchtwellen gebildeter Richtvibrator verwendet, der bezüglich Schwingwegamplitude und Schwingfrequenz verstellbar ist. Die vier Unwuchtwellen werden von jeweils einem eigenen Antriebs- und Verstellmotor über Kardanwellen angetrieben. Die Versteilung des die Schwingwegamplitude definierenden Phasenwinkels geschieht ausschließlich über entsprechend einzustellende Motordrehmomente, welche bei einem vom Wert 0° oder 180° abweichenden Phasenwinkel eine Blindleistung erzeugen (wie dies z.B. auch in DE 40 00 011 C2 beschrieben ist). Nachteilig ist hierbei:

– Die oberste Schwingfrequenz wird in der Praxis wegen der zu berücksichtigenden Dauer-Belastungsgrenze in der Regel auf 50 Hz eingeschränkt, wobei die Grenzbelastung vor allem bei den Wälzlagerungen der Unwuchtwellen und bei den mitschwingenden Kardanwellen erreicht wird. Hierzu siehe auch den oben zitierten Fachzeitschrift-Artikel auf Seite 45, mittlerer Abschnitt und auf Seite 47, mittlerer Abschnitt.
– Durch die ständig umzusetzende Blindleistung und durch die bei hohen Fliehkräften erzeugten hohen Lagerreibungs-Leistungen treten hohe Verlustleistungen auf. Da die hohen Verlustleistungen auch in den Antriebsmotoren der Unwuchtwellen umgesetzt werden müssen, werden die Motoren und deren Ansteuergeräte mit Bezug auf die reine Verdichtungsleistung unnötig groß dimensioniert.
– Bedingt durch die zu überwindenden Trägheitsmassen der Motoren und Unwuchtkörper und bedingt durch die Tatsache, daß mit einer Veränderung des Phasenwinkels sogleich auch immer eine Veränderung des ebenfalls mit auszuregelnden Blindleistungs-Drehmo-mentes verbunden ist, können die Werte der als Regelgröße vorgegebenen Phasenwinkel (statisches Moment) durch die elektronische Regelung (oder auch durch alternative mechanische Regelungen) nur mit groben Toleranzen geregelt werden, was zu entsprechenden Ungleich förmigkeiten des Schwingwegverlaufes des Schwingtisches während des über viele Schwingungsperioden ablaufenden Verdichtungsvorganges und damit zu einer schlechten Reproduzierbarkeit der Verdichtungsqualität führt. Hinzu kommt hier der Nachteil, daß von den groben Toleranzen der Regelgröße "Phasenwinkel" die relative Winkellage von insgesamt 4 Unwuchtkörpern betroffen ist, die üblicherweise mit ihren Rotationsachsen in einer Ebene liegen und deren Anodnung sich über einen großen Teil der Längsausdehnung des Schwingtisches erstreckt. Die Ungleichheiten der relativen Winkellagen führt zu ungleichen Beschleunigungen bezogen auf die ganze Tischoberfläche. Dies führt wiederum zu ungleichen Verdichtungsergebnissen an unterschiedlichen Orten der Tischoberfläche.
– Die für die Verdichtungswirkung maßgebliche Schwingwegamplitude des Schwingtisches ist nur indirekt und träge über den verstellbaren Phasenwinkel regelbar.
– Die Regelung des Phasenwinkels wird abgesehen von den Trägheitsmassen prinzipiell erschwert durch die Tatsache, daß bei dem Stoß des Schwingtisches gegen die Palette die Rotations-Geschwindigkeit der Unwuchtwellen stets eine ruckartige Veränderung erfährt, wobei wegen der vom Phasenwinkel abhängigen Relativlage der Unwuchtkörper während des Stoßes die Geschwindigkeits- und damit Drehwinkel-Veränderungen unterschiedlich ausfallen.
– Die Regelung des Phasenwinkels geschieht dadurch, daß die Drehgeschwindigkeit der Unwuchtwellen relativ zueinander geregelt wird. Dies bedeutet, daß eine gleichzeitige Regelung von Phasenwinkel und Schwingungsfrequenz praktisch nicht gleichzeitig und nur schwer zu erreichen ist.
– Es ist erwünscht, ein Verfahren anwenden zu können, bei dem während des Vorganges der Hauptverdichtung ein vorgegebener Bereich der Verdichtungsfrequenz bis hin zu höchsten Frequenzen mit vorgegebenen Werten für die Schwingwegamplitude des Schwingtisches durchfahren wird. Bei diesem Verfahren können die in dem Formstoff enthaltenen und durch die unterschiedli chen Korngrößen definierten Mikro-Schwingsysteme mit unterschiedlichen Eigenfrequenzen zu Resonanzerscheinungen angeregt werden, wodurch die Verdichtung verbessert wird. Das Durchfahren des Frequenzbereiches muß dabei in ca. 3 Sekunden durchführbar sein. Beim Stand der Technik wird die Durchführung dieses Verfahrens behindert durch die Begrenzung der Schwingungsfrequenzen des Schwingtisches und durch die schlechte gleichzeitige Regelbarkeit von Schwingfrequenz und Schwingwegamplitude.

Aus EP 0 870 585 A1 ist eine Einrichtung bekannt, bei der die Massen von Formstoff, Formkasten, Palette und Schwingtisch gemeinsam ein Massensystem bilden, das die schwingende Masse eines mit harmonischen (sinoidalen) Schwingbewegungen arbeitenden Masse-Feder-Systems darstellt. Die an der Ober- und Unterseite des Formkörpers eingeleiteten dynamischen Kräfte, die von den Schwingbeschleunigungen der mitschwingenden Massen abgeleitet sind, erzeugen einen ebenfalls sinoidal verlaufenden dynamischen Verdichtungsdruck, d.h. hier handelt es sich um eine "harmonische Verdichtung".

Aus DE-AS 25 08 074 ist eine Einrichtung bekannt, bei der keine Stoßverdichtung erfolgt. Der dortige Schwingtisch ist mit dem Unterstempel verbunden und der zu bildende Formkörper bzw. dessen Form wird immer mit dem Oberstempel gegen die Oberseite des Unterstempels beim Schwingvorgang gedrückt.

DE-OS 1 584 358 beschreibt eine Einrichtung, bei der eine Form mittels zweier Exzenterkurbelgetriebe angetrieben wird, deren gemeinsame Exzenterwelle über Lager starr mit dem Maschinengestell verbunden sind. Diese Bewegung wird über an der Form angelenkte Vibratorstangen auf die Form übertragen, so daß die Schwingungsamplitude unveränderbar ist.

Bei CH-PS 392 949 ist ein Schwingsystem vorgesehen, bei dem die Eigenfrequenz durch eine Veränderung der Federkonstanten der Systemfeder kontinuierlich verstellt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die eine Veränderung der Energiezufuhr bei konstanter Erregerfrequenz bzw. bei Veränderung der Erregerfrequenz die Einstellung vorgegebener Erregerkräfte ermöglicht.

Als Erregeraktuatoren werden hierbei Linearmotoren oder ein Unwuchtvibrator verwendet.

Durch Verwendung von Linearmotoren kann hierbei die Erregung sofort mit der vorgesehenen Erregerfrequenz beginnen. Dabei schaukelt sich der Resonanzvibrator rasch zu immer größer werdenden Schwingwegamplituden des Schwingtisches auf. Gleichzeitig werden die jeweils erreichten Schwingwegamplituden kontinuierlich gemessen und in einem Regelkreis verarbeitet, welcher bei jeder Halb- oder Vollperiode die in das System gegebene Erregerenergie beeinflußt. Bei Erreichen der vorgesehenen Schwingwegamplituden werden diese dann durch Regelung konstant gehalten oder anschließend auf einen anderen vorgebbaren Betrag eingeregelt. Hierbei werden die Einflüsse der sowohl zu Beginn des Verdichtungsvorgangs als auch im Verlauf hiervon sich einstellenden und von vornherein nicht bezüglich ihres Betrags bekannten Dämpfungs-Verlustenergiemengen mit ausgeregelt.

Wenn dagegen ein Unwuchtvibrator verwendet wird, können dessen Motoren vor und nach der Verdichtung immer mit der vorgesehenen Drehzahl durchlaufen bzw. darauf eingestellt werden, wobei zwecks Einstellung der Schwingwegamplitude auf "Null" die resultierenden statischen Momente zunächst auch auf Null eingestellt sind. Zu Beginn der Verdichtung können dann die resultierenden statischen Momente sehr schnell verstellt werden. Mit größer werdendem statischem Moment wachsen dabei auch die kontinuierlich gemessenen Schwingwegamplituden, die schließlich auf einen konstanten Wert geregelt oder einen anderen vorgebbaren Wert geregelt werden. Auch hierbei werden die Einflüsse der sowohl zu Beginn des Verdichtungsvorgangs als auch im Verlauf hiervon sich einstellenden und von vornherein nicht bezüglich ihres Betrags bekannten Dämpfungs-Verlustenergiemengen mit ausgeregelt.

Außerdem läßt sich unabhängig von der Art der hier verwendeten Erregeraktuatoren auch ein vorgegebener zeitlicher Änderungsverlauf der Schwingwegamplituden erreichen.

Erregerfrequenz und Schwingwegamplitude können unabhängig und direkt auf ihre vorbestimmten Werte eingestellt werden.

Abgesehen davon ist es vorteilhaft, daß die verlorenen Produktionszeiten relativ gering gehalten werden können, da eine Aufschaukelung von Resonanzschwingungen oder eine Verstellung des resultierenden statischen Moments schneller geht als das Hochfahren und Herunterfahren von Motoren samt den damit verbundenen Unwuchtmassen. Hierdurch wird auch die thermische Belastung der Aktuatoren beim Wechseln der Schwingwegamplituden von Null auf Sollwert und umgekehrt erheblich vermindert.

Die Erfindung nutzt unter anderem folgendes Prinzip: Bei der konventionellen Erzeugung der Schwingbewegungen des Schwingtisches mit Benutzung von Federn, welche nur der Schwingungsisolation dienen und daher weich eingestellt sind, werden die Beschleunigungskräfte, die an den Schwingmassen aufzubringen sind, ganz überwiegend durch gerichtete Fliehkräfte der Unwuchtkörper erzeugt. Bei der Erzeugung der Schwingbewegungen nach der Erfindung werden die Beschleunigungskräfte wenigstens in jenem Falle, wo sie bei den höchsten Schwingfrequenzen die höchsten Werte erreichen müssen, überwiegend durch Federkräfte aufgebracht und nur zu einem kleineren Teil durch die Erregerkräfte der Erregereinrichtung. Dies wird erreicht durch die Nutzung des Effektes der Resonanzverstärkung. In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird dieser Effekt dadurch noch besser ausgenutzt, daß vorgesehen ist, in dem betriebsmäßig abzudeckenden Bereich der Schwingfrequenzen neben der in dem Bereich höchster Schwingfrequenzen liegenden Eigenfrequenz noch wenigstens eine zweite Eigenfrequenz des Masse-Feder-Systems herstellen zu können. Dies führt dazu, wie in 6 gezeigt wird, daß die notwendigen Erreger kräfte noch weiter verkleinert werden können, was unter anderem auch den Einsatz von marktgängigen Wechselstrom-Linearmotoren erleichtert und ebenfalls auch die Möglichkeit, während eines Verdichtungsvorganges die Verdichtungsfrequenz über einen weiten Frequenzbereich zu variieren.

Zur Speicherung der bei der Aufwärts-Schwingbewegung des Schwingtisches mitgeführten kinetischen Energie der System-Masse können auch Federelemente in das Federsystem mit einbezogen sein, deren Federkraft von oben auf die Palette einwirkend ist, wozu auch solche Federkräfte zählen, die über die Preßplatte mit aufgebracht werden. Sofern es sich dabei um solche Federkräfte handelt, die nicht über die Preßplatte geführt sind, wie dies z.B. bei den Federn 124 in 1 der Fall ist, tragen diese mit dazu bei, daß die Schwingweg-Amplitude des Schwingtisches oder der Form auch dann nach vorgegebenen Werten geregelt werden kann, wenn das Verdichtungssystem im Leerlauf oder bei der Vorverdichtung schwingt. Die die kinetische Energie speichernden Federelemente der Systemfeder haben im Vergleich zu den weich eingestellten Isolationsfadern bei den konventionellen Verdichtungssystemen eine wesentlich höhere Energiemenge zu speichern. Nicht nur im Interesse ihrer Lebensdauer (Gefahr der Selbstzerstörung durch Wärme) sondern auch zwecks Vermeidung von unnötigen Energieverlusten sind die Federelemente der Systemfeder daher bevorzugt aus Stahl oder aus einem dämpfungsarmen Elastomerwerkstoff gefertigt oder sind verkörpert durch ein (von Haus aus dämpfungsarmes) flüssiges kompressibles Medium.

Der Einsatz von bezüglich ihres statischen Momentes verstellbaren Unwuchtvibratoren als Erregeraktuatoren im Rahmen der Erfindung macht durchaus einen Sinn, da selbst bei höheren als konventionell erzielbaren Erregerfrequenzen das alle hier interessierenden Eigenschaften des Vibrators bestimmende statische Moment wegen der Nutzung der Resonanzverstärkung geringer gehalten werden kann als bei einer Schwingungserregung nur durch die Fliehkräfte eines Unwuchtvibrators. Dies bedeutet: Kleinere Lagerkräfte der Unwuchtwellen, wobei bei kleineren Lagerkräften wiederum Wälzlager mit höheren zulässigen Grenzdrehzahlen verwendet werden können. Kleinere Trägheitsmomente der Unwuchtkörper selbst und der Antriebsmotoren der Unwuchten, wobei kleinere Trägheitsmomente die Regelbarkeit des Phasenwinkels verbessern. Kleinere Lagerreibungs-Verlustleistungen und kleinere Blindleistungen, wobei die Blindleistungen vom Quadrat der Größe des statischen Momentes abhängig sind. Mögliche engere Anordnung der Unwuchtwellen, wobei dieses Merkmal wegen des verbesserten zentralen Angriffes der Fliehkräfte zu geringeren Ungleichmäßigkeiten bei der Beschleunigung des Schwingtisches infolge nicht korrekter Drehpositionen der Unwuchtkörper führt.

Zu den im Zusammenhang mit dem Federsystem verwendeten Begriffen "harte" und "weiche" Federn gelten folgende Definitionen: Eine weiche Feder wird zur Isolaton der Beschleunigungswirkung von schwingenden Massen eingesetzt. Der Wert der nach einer bekannten Formel berechenbaren "Vergrößerungsfunktion" Φ (z.B. dargestellt im Diagramm 6.3-5 auf Seite 300 der "Physikhütte, Band 1 ", 29. Auflage, Verlag Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin, München, Düsseldorf) muß bei weichen Federn Φ ≤ 1 sein. Dieser Wert wird erreicht, wenn das Verhältnis n = f_E/f_N ≥ 1,41 wird, wobei f_E die Erregerfrequenz und f_N die Eigenfrequenz bezeichnen. Für eine vernünftige Isolation wird jedoch allgemein mindestens ein Wert von n = f_E/f_N ≥ 2 gefordert. Mit anderen Worten: Die Erregerfrequenz f_E (= Verdichtungsfrequenz) muß bei einer zwecks Nutzung des Resonanzeffektes hart eingestellten Feder immer zwischen dem Wert f_E = 0 und dem Wert f_E = 1,41·f_N, optimal im Bereich f_E = f_N liegen. Die Erregerfrequenz f_E muß bei einer zwecks Isolation weich eingestellten Feder immer einen Wert von f_E = größer als 2·f_N haben. Eine hart eingestellte Systemfeder bedeutet im Falle der vorliegenden Erfindung, daß die Wirkung der Vergrößerungsfunktion Φ für Werte Φ > 1 in Anspruch genommen werden soll. Die Angabe in Patentanspruch 1, daß die Systemfeder wenigstens für die nach abwärts gerichtete Schwingbewegung hart eingestellt ist, besagt, daß eine Systemfeder auch derart aufgebaut sein kann, daß in beiden Schwingrichtungen unterschiedliche Federkonstanten wirksam sind. Beispiel für hart und weich eingestellte Federn: Gemäß einer bekannten Beziehung q = 248,5/f_N ² und q (in mm) kann die Einfederung q einer auf einer Feder gelagerten Masse mit der Eigenfrequenz f_N (in Hz) unter ihrem Eigengewicht ermittelt werden. Wenn die Eigenfrequenz bei einer "harten" Systemfeder mindestens 30 Hz (oder höher) beträgt, kann die Einfederung q unter der System-Masse berechnet werden zu: q = 0,27 mm (oder kleiner). Sollten bei einer untersten zulässigen Erregerfrequenz einer Verdichtungseinrichtung mit weich ausgelegten Isolierfedern die Isolierfedern richtig gewählt sein, so dürfte die mit ihrer Federkonstanten erreichbare Eigenfrequenz höchstens 15 Hz betragen. In diesem Falle betrüge der Wert q = 1,1 mm.

Durch die vorgesehene Möglichkeit der Regelung der Amplitude des Schwingweges s des Schwingtisches wird zurückgegriffen auf die in der Praxis beim Stand der Technik bewährte Beeinflussung dieser physikalischen Größe durch die Regelung des Phasenwinkels im Sinne der Beeinflussung der Verdichtungsintensität. Dabei wird durch den Phasenwinkel indirekt auch der Wert der Schwingwegamplitude s bestimmt, welche physikalisch gesehen das eigentliche Maß für die eigentlich zu regelnde Verdichtungsintensität ist. Die meßtechnische Ermittlung des Phasenwinkels, der durch die relative Winkellage von sich drehenden Unwuchtkörpern definiert ist, ist aufwendig und mit spürbaren Meßfehlern behaftet. Anders als beim Stand der Technik wird bei der Erfindung beim Einsatz von Linearmotoren als Erregeraktuatoren jedoch der Wert der Schwingwegamplitude s nicht indirekt über den Umweg einer anderen zu regelnden Größe beeinflußt, sondern er wird direkt geregelt (und direkt gemessen), was zusammen mit dem Umstand, daß nicht auch gleichzeitig ein sich veränderndes Blindleistungs-Drehmoment zu regeln ist, zu einer genaueren Regelbarkeit der Verdichtungsintensität führt. Beim Einsatz von hydraulischen oder elektrischen Linearmotoren können diese derart kräftemäßig beaufschlagt werden, daß, selbst wenn mehrere Linearmotoren mit paralleler Wirkung zum Einsatz kommen, ihre Kraftentwicklung präzise symmetrisch erfolgt, so daß nur wegen ihrer mehrfachen Anordnung keine unsymmetrischen Beschleunigungen am Schwingtisch auftreten.

Es ist wünschenswert, daß bei Beeinflussung des Wertes der Schwingwegamplitude s gleichzeitig auch die Schwingfrequenz in vorgebbarer Weise verändert werden kann. Diese Aufgabe wird bei der vorliegenden Erfindung ermöglicht durch die gute Regelbarkeit der Schwingwegamplitude s in Kombination mit der bei der Erfindung gegebenen Möglichkeit, daß nicht eine Drehgeschwindigkeit verändert werden muß, sondern lediglich eine Wiederholfrequenz bei der Dosierung von bestimmten Mengen von Erregerenergie pro Schwingungsperiode, was im Falle von hydraulischen Linearmotoren sehr trägheitsarm und im Falle von elektrischen Linearmotoren nahezu trägheitslos geschehen kann.

Die Anwendung von elektrischen (Dreiphasen-Wechselstrom-) Linearmotoren ist sehr vorteilhaft, da sie eine "saubere" und mit geringen Verlustenergien arbeitende Lösung darstellen. Die marktgängigen elektrischen Linearmotoren sind jedoch nicht ohne weiteres für die vorgesehene Aufgabe verwendbar, da sie mit ihren serienmäßig hergestellten Ansteuergeräten dafür vorgesehen sind, Linearbewegungen mit vorgegebenem Wegverlauf und Geschwindigkeitsverlauf durchzuführen und dabei automatisch jene Kräfte zu erzeugen, die für die Beschleunigung der bewegten Massen bzw. die für die Überwindung der sich der Linearverschiebung entgegensetzenden Kräfte (meist Bearbeitungskräfte) benötigt werden. Der typische Anwendungsfall für derartige Linearmotoren ist bei Werkzeugnaschinen gegeben. Die normal käuflichen Ansteuergeräte müssen daher durch eine spezielle Ansteuereinrichtung ersetzt werden. Die hauptsächlichsten Unterschiede bei dem Einsatz der Linearmotoren bei der Erfindung im Vergleich zu den konventionellen Aufgaben sind in folgenden Merkmalen gegeben: Die Beschleunigung und die Verzögerung der schwingenden Massen, einschließlich der Masse des mitschwingenden Motorteiles des Linarmotors, werden bei der Verdichtungseinrichtung ganz überwiegend, insbesondere, wenn die Erregerfrequenzen in der Nähe der Eigenfrequenzen liegen, durch die Kräfte der Systemfeder (im Resonanzbetrieb) bestimmt. Daher könnte eine bei den Linearmotoren übliche Regelungseinrichtung zur Erzeugung eines programmierten Bewegungsablaufes schon deshalb nicht zum Einsatz gelangen, weil sie die Federkräfte nicht kennt und nicht beeinflussen kann und weil die Motorkräfte allein für die zu erzeugenden Beschleunigungen bei weitem nicht ausreichen.

Bei der bei der Erfindung vorliegenden Aufgabenstellung dagegen hat der Linearmotor pro Schwingungsperiode (nach einmal in Gang gebrachter Schwingung) im Prinzip nur jene Energiemengen an die System-Masse weiterzugeben, welche der schwingenden System-Masse durch Reibung oder durch die bei dem Stoß abgegebene Verdichtungsenergie entzogen werden. Es kommt bei einer konstant zu haltenden Schwingwegamplitude also darauf an, bei jeder Schwingungsperiode der schwingenden System-Masse jene Energieportion wieder zuzuführen, die benötigt wird, um die vorgegebene Schwingwegamplitude aufrecht zu erhalten. Die Kraftentwicklung am Linearmotor muß dabei in ihrer Größe auch nicht einer durch die Schwingzeit bestimmten Zeitfunktion (z.B. Rechteck- oder Sinus-Funktion) folgen, da nur die (pro Periode) übertragene Energieportion entscheidend ist, wobei natürlich die Zeitpunkte für Anfang und Ende der Kraftentwicklung ebenfalls eine Rolle spielen und durch die Steuerung festgelegt werden müssen. Die Ansteuereinrichtung muß auch das Phänomen des Auftretens eines Phasenverschiebungswinkels γ und der sich bei fortschreitendem Verdichtungsvorgang selbsttätig einstellenden Änderung seines Wertes berücksichtigen können (Der Phasenverschiebungswinkel γ definiert das Winkelmaß, um welches die Schwingwegamplitude der Erregerkraftamplitude nacheilt), was übrigens auch für die einen hydraulischen Linearmotor beeinflussende Steuerung gilt. Da der Zeitpunkt der Messung der zu regelnden physikalischen Größe s, s', s" oder f, f', f'', und der Zeitpunkt der Umsetzung des daraus durch einen Regelalgorithmus abgeleiteten Wertes für die Stellgröße γ (zur Festlegung der Größe der nächsten zu übertragenden Energieportion) nicht identisch ist, müssen gemessene Werte und/oder abgeleitete Werte kurzzeitig zwischengespeichert werden.

Es ist vorteilhaft, den Schwingtisch in seiner dreidimensionalen Bewegungsfreiheit nicht ausschließlich durch die Systemfeder zu begrenzen, sondern zur Erzwingung einer gleichgerichteten Beschleunigung aller Teile des Schwingtisches denselben durch eine einzige zentrale Linearführung gerade zu führen. Dabei hat die Linearführung, die optimalerweise eine zylindrische Führung ist, alle horizontalen Beschleunigungskräfte, die sich z.B. aus dem Stoß ergeben können, aufzunehmen. Auf eine derartige Linearführung kann bei Anwendung eines elektrischen Linearmotors auch verzichtet werden, wenn der in den Motoren vorhandene Luftspalt zwischen festem Teil und beweglichem Teil die horizontalen Abweichungen des Schwingtisches noch aufzunehmen vermag. Beim Einsatz eines hydraulischen Linear motors und bei Verwendung von Hydraulikzylindern üblicher Bauart sollte auf eine Linearführung jedoch nicht verzichtet werden, es sei denn, daß Hydraulikzylinder und Linearführung durch entsprechende konstruktive Maßnahmen in einer Baueinheit integriert sind. Eine Linearführung hat nicht nur den Vorteil, daß für eine gleichmäßige Verteilung der Stoßbeschleunigungen gesorgt ist, sondern er hat auch eine Verminderung des Formenverschleißes zur Folge.

Die besonderen Vorteile der Erfindung können wie folgt zusammengefaßt werden: Beseitigung oder Verminderung der erwähnten Nachteile der bezüglich der Schwingwegamplitude regelbaren Unwuchtvibratoren, verbunden mit einer Erhöhung der Qualität des Verdichtungsprozesses durch größere Reproduzierbarkeit des Ergebnisses bei der Umsetzung der kinetischen Schwingenergie in Verdichtungsenergie. Hohe erreichbare Schwingfrequenzen. Geringere notwendige Erregerleistung. Speziell beim Einsatz von Linearmotoren als Erregeraktuatoren wird die Erregerenergie auf direktem Wege in Verdichtungsenergie umgesetzt und es wird Energie eingespart durch Wegfall der Blindleistungen und der Lagerreibleistung. Kontinuierliche schnelle Verstellbarkeit der Verdichtungsfrequenz bei gleichzeitiger Regelung der Schwingwegamplituden.

Besondere Vorteile ergeben sich beim Einsatz eines elektrischen Linarmotors anstelle eines hydraulischen Linearmotors durch folgende Merkmale: Die elektrischen Linearmotorten arbeiten praktisch verschleißfrei. Die Entwicklung der Erregerkräfte ist besonders trägheitsarm durchführbar, weshalb diese Linearmotoren auch dynamischer und genauer regelbar sind. Der Kraftverlauf muß nicht, wie es bei dem hydraulischen Linearmotor sich praktisch durch die Verwendung von Servoventilen ergibt, sinoidisch sein. Bei dem Stoß des Schwingtisches gegen die Palette entstehen bei einem hydraulischen Linearmotor hohe schädliche Druckspitzen. Der elektrische Linearmotor ist in dieser Beziehung im Vorteil, weil die Kraftsprünge im elastischen Feld des Luftspalt wirksam sind und weil elektrische Stoßspannungen mit elektrischen Mitteln absorbiert werden können.

Die Erfindung wird anhand von 6 Zeichnungen näher erläutert. 1 zeigt in schematischer Weise eine Verdichtungseinrichtung der ersten Gattung, bei der der Schwingtisch bei jeder Schwingungsperiode einmal von unten gegen die Palette stößt. In 2 ist im oberen Teil der Zeichnung der gleiche Schwingtisch wie in 1 gezeigt, jedoch verbunden mit einer anderen Systemfeder, wobei das in 1 gezeigte untere Federsystem ausgetauscht ist gegen ein bezüglich der Federkonstante verstellbares Federsystem mit einer einzigen Blattfeder als federndes Element. 3 zeigt Details einer anderen Variante der Verdichtungseinrichtung nach 1, wobei es um zusätzliche zu- und abschaltbare Federelemente geht.
In 4 werden andere Möglichkeiten der Weiterbildung einer Verdichtungseinrichtung nach 1 dargestellt. 5 zeigt ein Diagramm mit dem Verlauf der Schwingwegamplitude A über der Erregerfrequenz f_E der System-Masse einer Verdichtungseinrichtung nach der Erfindung mit einer einzigen Eigenfrequenz zur Erläuterung von möglichen Amplituden-Regelungen. In 6 wird ein Diagramm ähnlich wie das der 5 gezeigt, wobei der Vorteil einer zusätzlichen Eigenfrequenz des Schwingsystems erläutert wird.
In 1 ist 100 der Rahmen der Verdichtungseinrichtung, welcher auf dem Fundament 102 steht und durch welchen die von der Preßeinrichtung 104 und von der Erregereinrichtung 106 zu übertragenden Kräfte gegeneinander abgestützt werden. Der Rahmen kann in diesem Falle fest mit dem Fundament verbunden sein, was durch die Linien 190 symbolisch dargestellt ist, wobei jedoch bei kleiner Masse des Rahmens erhebliche Erregerkräfte auf das Fundament zu übertragen sind. Der in der Formausnehmung des Formkastens 108 eingeschlossene Formkörper 110 liegt mit seiner Unterseite auf einer Palette 112 auf. Die Palette selbst liegt auf einer am Rahmen 100 befestigten (und der Deutlichkeit halber durch Schraffur gekennzeichneten) Prall-Leiste 114 auf, welche mit Ausnehmungen 116 versehen ist, durch welche die Stoßleisten 118 des Schwingtisches 120 hindurch greifen und bei der Schwingbewegung des Schwingtisches nach Überwindung des Luftspaltes 122 gegen die Unterseite der Palette stoßen können. Der auf der Palette aufliegende Formkasten 108 wird über Federn 124, welche sich über Nasen 126 gegen den Rahmen abstützen, fest auf die Oberseite der Palette 112 gepreßt. Auf diese Weise behält der Formkasten eine feste Verbindung mit der Palette auch in dem Falle, wo die Palette von den Stoßleisten 118 nach oben gestoßen wird und sich dabei von der Prall-Leiste 114 abheben kann. Der Formkasten könnte jedoch auch (durch eine nicht gezeigte Festspanneinrichtung) fest mit der Palette verspannt sein. Der Schwingtisch 120 bildet mit seiner Masse den Hauptanteil der System-Masse des schwingfähigen Masse-Feder-Systems 140, dessen Schwingkräfte in erster Linie von der zugehörigen Systemfeder 142 aufgenommen bzw. erzeugt werden.
Die Systemfeder besteht aus einem oberen Federsystem 144, durch welches mindestens ein Teil der bei der Aufwärts-Schwingbewegung maximal mitgeführten kinetischen Energie gespeichert wird und aus einem unteren Federsystem 146, durch welches der Hauptanteil der bei der Abwärts-Schwingbewegung maximal mitgeführten kinetischen Energie gespeichert wird. Das obere Federsystem 144 bzw. das untere Federsystem 146 besteht aus mehreren Federelementen 148 bzw. 150, welche bezüglich ihrer Federkonstanten auch veränderbar oder verstellbar sein können, was durch die Pfeile 152 symbolisch angedeutet ist. Die Federelemente 148 und 150 können als Druckfedern, Schubfedern, Torsionsfedern oder Biegefedern ausgebildet sein und sind im Falle der 1 derart gegeneinander ver spannt, daß sie auch bei den größten durchzuführenden Schwingungsamplituden der System-Masse noch eine restliche Federverformung aufweisen. Die Kräfte der Federelemente 148 und 150 sind an den einen Enden zwischen Teilen des Rahmens 100 eingespannt und an den anderen Enden gegen ein Kraftanschlußteil 154 abgestützt, welches Teil eines Kraftübertragungsteiles 156 ist, mit dem die Kräfte des oberen und unteren Federsystems auf die System-Masse übertragen werden. Es ist vorteilhaft, die Kräfte der Federelemente des Federsystems wenigstens an jenen Enden, an welchen die Kräfte der Federn in die System-Masse übertragen werden, durch Druckkräfte und/oder Schubkräfte in die Kraftanschlußteile zu übertragen, da diese Stellen bezüglich der Betriebssicherheit und Dauerhaftigkeit kritische Stellen sind, welche bei Anschluß der Federelemente an die Kraftanschlußteile bei überwiegender Anwendung von Zugkräften an dieser Stelle schnell versagen.
Die Erregereinrichtung 106 umfaßt einen Erregeraktuator 170, bestehend aus einem mit dem Rahmen 100 verbundenen festen Aktuatorteil 172, einem mit der System-Masse verbundenen beweglichen Aktuatorteil 174 und einer Ansteuerungseinrichtung 196, welche auch einen Regler 198 mit beinhaltet. Mithilfe der Ansteuerungseinrichtung werden die Energieübertragungs-Mittel (elektrischer Strom oder hydraulischer Volumenstrom) derart geformt bzw. gesteuert, daß bei Anwendung einer vorgebbaren konstanten oder veränderbaren Erregerfrequenz durch das bewegliche Aktuatorteil 174 bei jeder Halbperiode oder Vollperiode der Schwingung Erregerkräfte und damit Erregerenergie-Portionen auf das Masse-Feder-System übertragen werden, wodurch dieses zur Durchführung von Schwingungen und zur Abgabe von Stoßenergie für den Verdichtungsvorgang gezwungen wird. Je nach Größe des eingestellten Luftspaltes 122, (der auch auf den Wert Null oder einen negativen Wert eingestellt sein kann) sind dabei die Schwingwegamplituden A mit einer derartigen Größe zu erzeugen, daß eine ausreichende Stoßenergie für die in an sich bekannter Weise stattfindende Verdichtung übertragen werden kann. Vorzugsweise soll die die übertragbare Verdichtungsenergie definierende physikalische Schwingungsgröße, z.B. die Schwingwegamplitude A, steuerbar oder regelbar sein, und zwar auch bei konstantgehaltener Schwingfrequenz.
Die Preßeinrichtung 104 umfaßt einen festen Teil 182, einen beweglichen Teil 184, an welchen die Preßplatte 180 angeschlossen ist und einen (zeichnerisch nicht dargestellten) Steuerungsteil zur Durchführung einer durch den Pfeil 186 angedeuteten vertikalen Verstellbewegung der Preßplatte.
Die die Kräfte des oberen und unteren Federsystems aufnehmenden Teile des Rahmens 100 könnten auch zusammen mit den die Kräfte der Erregereinrichtung 106 aufnehmenden Teile des Rahmens von dem Rahmen 100 getrennt sein und zusammen auf einem von dem Fundament 102 getrennt vorhandenen, besonderen (nicht zeichnerisch dargestellten) Fundamentteil angeodnet sein, welches Fundamentteil in diesem Falle (als Dämpfungsmasse dienend) bevorzugt über (nicht zeichnerisch dargestellte) Isolationsfedern gegen das Fundament 102 abzustützen wäre. Die Erregereinrichtung 106 mit ihrem Erregeraktuator 170, von der gefordert wird, daß sie zusammen mit einer Ansteuereinrichtung auch bei konstant gehaltener Erregerfrequenz imstande sein muß, variable Energiemengen in das Schwingsystem zu übertragen, kann in unterschiedlichen Varianten ausgeführt sein. Der Erregeraktuator kann ein bezüglich des statischen Momentes regelbarer Unwucht-Richtvibrator sein oder ein bezüglich der umsetzbaren Erregerenergie-Portionen hydraulisch oder elektrisch betriebener Linearmotor sein. Zur Messung der zu regelnden Schwingwegamplitude A ist eine Meßeinrichtung vorgesehen, die aus einem fest mit dem Rahmen verbundenen Teil 192 und aus einem mit dem Schwingtisch verbundenen Teil 194 besteht. Das Signal der gemessenen Göße ist dem Regler 198 zur Verarbeitung zugeführt (nicht gezeichnet).
Es sind in dem oberen Federsystem 144 und/oder in dem unteren Federsystem 146 hydraulische oder mechanische Federn vorgesehen, deren Federkonstanten im einfachsten Falle konstant sind und mit denen eine resultierende Systemfeder gegeben ist, deren Eigenfrequenz an einer bestimmten Stelle, z.B. in der Mitte des Frequenzbereiches der Erregerfrequenz gelegen sein kann, wodurch an dieser Stelle eine Resonanzstelle gebildet ist. Obwohl an der Resonanzstelle der erfindungsgemäß auszunutzende Resonanzeffekt der Amplitudenverstärkung am größten ist, soll der Rersonanzeffekt in einem dann zwangsläufig gemäß der Resonanzkurve abgeschwächten Maße (bei der erfindungsgemäß auch vorgesehenen Möglichkeit des kontinuierlichen Durchfahrens der Erregerfrequenz durch einen vorgegebenen Frequenzbereich) auch oberhalb und/oder unterhalb der Resonanzstelle genutzt werden. Durch den Resonanzeffekt bedingt, erfolgt die Schwingbeschleunigung der System-Masse überwiegend unter Mitwirkung der Federkräfte bzw. unter Mitwirkung der in den Federn gespeicherten Energiemengen. Das hat den Vorteil, daß diese Kräfte und die ihnen zuzuordnenden Energiemengen nicht mehr von der Erregereinrichtung erzeugt werden müssen, was sich erheblich auf die Baugröße der Erregereinrichtung und auf die Größe der in dieser umgesetzten Verlustenergie auswirkt. Dabei muß im Idealfalle der Gleichheit von Erregerfrequenz und Eigenfrequenz von der Erregereinrichtung nur noch die dem Schwingsystem durch dessen Reibungsverluste und die dem Schwingsystem als Verdichtungsenergie entzogene Verlustenergie umgesetzt werden.
Man erkennt, daß es von großem Vorteil sein muß, wenn jeder Erregerfrequenz innerhalb des Frequenzbereiches der verstellbaren Erregerfrequenz eine Eigenfrequenz der Systemfeder zugeordnet werden könnte. Dieser Idealfall soll erfindungsgemäß mit einer kontinuier lich verstellbaren Eigenfrequenz der Systemfeder erreicht werden, wobei mit der Verstellung der Erregerfrequenz f_E die Eigenfrequenz f_N simultan mitverstellt werden kann unter Einhaltung eines beliebigen Wertes für n = f_E/f_N. Alternativ kann anstelle einer kontinuierlich verstellbaren Eigenfrequenz mit geringerem Aufwand auch eine schrittweise Verstellung der Eigenfrequenz in Frage kommen.
Die Federkonstante der Systemfeder ist immer als eine resultierende Federkonstante C_R aufzufassen, welche sich aus den Federkonstanten aller an der Systemfeder beteiligten Federelemente ergibt. Die resultierende Federkonstante C_R kann definiert werden dadurch, daß sie zusammen mit der System-Masse die resultierende Eigenfrequenz bestimmt. Bei einer schrittweisen Veränderung der resultierenden Federkonstante (während des Stillstandes oder während der Verdichtung) kann z.B. vorgesehen werden, daß eine oder mehrere Federn ständig voll im Einsatz bzw. eingeschaltet sind und daß zu diesen ständig eingeschalteten Federn stufenweise andere Federn zusätzlich mit in die Kraftübertragung der Schwingkräfte mit einbezogen werden. Dies kann z.B. dadurch geschehen, daß Federn unterschiedlicher Federkonstanten derart zugeschaltet werden, daß ihr Deformationsweg vollständig mit dem Schwingweg der System-Masse übereinstimmt, oder auch derart, daß ihr Deformationsweg nur einen vorherbestimmbaren und einstellbaren Anteil des Schwingweges der System-Masse ausmacht. Bei letzterem Falle handelt es sich dann um eine Verstellung der "Progression" der Federkennlinie der resultierenden Federkonstanten. Beim Einsatz einer stufenweise verstellbaren oder mit veränderlicher Progression arbeitenden Systemfeder soll es gemäß der Erfindung auch möglich sein, die durch die Veränderungen der resultierenden Federkonstante hervorgerufene Veränderung der physikalischen Größen des schwingenden Systemes (z.B. Schwingwegamplitude A) mithilfe einer dafür speziell ausgestatteten Ansteuereinrichtung für die Erregereinrichtung über den Einflußparameter der zu- oder abzuführenden Erregerenergie im Sinne einer Konstanthaltung der physikalischen Größen wieder zu glätten oder auszuregeln. Eine zu- und abschaltbare Feder wird in 3 näher erläutert.
Sofern das untere oder obere Federsystem als ein bezüglich seiner resultierenden Federkonstanten verstellbares Federsystem ausgeführt wird und die resultierende Federkonstante des unteren oder oberen Federsystems durch mindestens eine nicht verstellbare und mindestens eine zuschaltbare verstellbare Feder bestimmt ist, kann damit unter Verminderung des Aufwandes erreicht werden, daß der Verstellbereich der Eigenfrequenz erst ab einer bestimmten Frequenz aufwärts beginnt. Dies ist für die Bedürfnisse der Praxis ausreichend, wo z.B. ein Verstellbereich der Eigenfrequenz etwa von 30 Hz bis 75 Hz vorgesehen werden kann.
Ein verstellbares mechanisches Federelement wird nachfolgend in der 2 beschrieben. Ein verstellbares hydraulisches Federelement kann dadurch geschaffen werden, daß ein Federelement der Systemfeder verkörpert ist durch ein wenigstens teilweise in einem Zylinderkörper durch einen Federkolben eingespanntes kompressibles Druckfluid-Volumen (Hydrauliköl) und daß die Federrate veränderbar ist durch eine Veränderung der Größe des Druckfluid-Volumens, entweder dadurch, daß die Größe des Druckfluid-Volumens gebildet ist durch mehrere voneinander durch schaltbare Sperrventile abtrennbare Unter-Volumina, oder dadurch, daß ein Teil des Druckfluid-Volumens eingespannt ist in einem Zylinder, dessen Zylinderraum veränderbar ist durch einen in dem Zylinder nach vorgegebener Weise und bevorzugt kontinuierlich verschieblichen Kolben, wobei die Verschiebung des Kolbens z.B. durch einen Gewindespindel-Trieb durchgeführt wird.
2 zeigt eine Variante des in 1 prinzipiell dargestellten schwingfähigen Masse-Feder-Systems mit der System-Masse und mit der hier andersartigen Systemfeder. Eine Erregereinrichtung ist der Einfachheit halber nicht dargestellt und man könnte sie sich in Form von zwei als Erregeraktuatoren dienenden Linearmotoren zusätzlich am Schwingtisch 120 angreifend vorstellen. Im oberen Teil der 2 sind die Bauteile, deren Bezugszeichen mit der Ziffer 1 beginnen, identisch mit den gleichnamigen Bauteilen in 1. Die die Schwingkräfte übertragenden Anschluß-Körper 202 könnten mit dem in 1 gezeigten Rahmen 100 identisch sein. Die Systemfeder verfügt in diesem Falle über ein oberes Federsystem 144, bestehend aus Druckfedern 124 und über ein unteres Federsystem 244, welches eine bezüglich ihrer Federkonstante verstellbare und überwiegend auf Biegung beanspruchte Blattfeder 282 aufweist. Die zwischen der Blattfeder 282 des unteren Federsystems und dem Schwingtisch 120 bei einer Schwingung der System-Masse in Richtung des Doppelpfeiles 230 bei einer Abwärts-Schwingbewegung auszutauschenden dynamischen Massenkräfte (bzw. Federkräfte) werden über den Schwingkraft-Stempel 280 geführt, welcher oben am Schwingtisch 120 befestigt ist und am unteren Ende eine Rundung aufweist, mit der er sich in die Rundung 284 der Blattfeder einschmiegt, wobei das untere Ende als ein Krafteinleitungs-Element erster Art fungiert über welches die Massenkraft Fm unter ausschließlicher Erzeugung von Druckkräften an der Krafteinleitungsstelle 209 mittig in die Blattfeder eingeführt wird. Eine (vorzugsweise vorgesehen) auch bei den größten Schwingwegamplituden A noch vorhandene Vorspannung an den Federn 124 und an der Blattfeder 282 sorgt dafür, daß der Kontakt zwischen Schwingkraft-Stempel 280 und Blattfeder 282 niemals verlorengeht. Die bei der dynamischen Belastung der Blattfeder an dieser angreifenden Massenkräfte Fm werden auf die in gleichen Abständen L1 unterhalb der Blattfeder an den Krafteinleitungsstellen 211, 211' angeordneten rollenförmigen Krafteinleitungs-Elementen zweiter Art 210, 210' hälftig unter ausschließlicher Erzeugung von Druckkräften als Abstützkräfte Fa übertragen.
Die Haupt-Erstreckungsrichtung der Blattfeder ist durch den Doppelpfeil 240 symbolisiert. Die rollenförmigen Krafteinleitungs-Elemente zweiter Art 210, 210' sind in Rollenträgern 212 und 212' gelagert. Die Doppelpfeile 216 und 216' deuten an, daß die Rollenträger in beiden Richtungen und übrigens auch unter der impulsförmigen Belastung durch die Abstützkräfte Fa verschoben werden können. Bei ihrer Verschiebung ist es den Krafteinleitungs-Elementen zweiter Art 210 und 210' auch gestattet, sich zu verdrehen, was durch die Doppelpfeile 218, 218' angedeutet ist.
Die Verschiebung der Rollenträger 212 und 212' in jeweils entgegengesetzten Richtungen wird synchron vorgenommen, was durch eine Gewindespindel 220 mit gegenläufigem Gewinde bewirkt wird. Die Gewindespindel 220 wird angetrieben von einer motorisch betriebenen Antriebseinheit 222, die ihrerseits von einer (nicht dargestellten) Steuerung gesteuert wird. Mittels der Steuerung und der Antriebseinheit 222 können die Rollenträger 212, 212' und somit die Einleitungsstellen zweiter Art 211, 211' für die Abstützkräfte Fa in beliebige vorbestimmbare Positionen gebracht werden, um z.B. die Abstände L1 oder L2 herzustellen. Die in die Stellungen L2 gebrachten Rollenträger sind durch Strichlinien angedeutet. Die Abstände L1 und L2 beziehen sich auf die Einleitungsstelle erster Art 209. Es ist offensichtlich, daß mit den beliebig einstellbaren Positionen für die Einleitungsstellen zweiter Art 211, 211' (innerhalb bestimmter Grenzen) beliebig und auch kontinuierlich einstellbare Federkonstanten der Blattfeder verbunden sind.
3 zeigt eine Variation der Verdichtungseinrichtung nach 1, wobei zwei gleichartige Zusatz-Federsysteme 300 und 300' mit zusätzlichen zu- und abschaltbaren Federelementen dargestellt sind, welche zwischen dem Schwingtisch 120 und dem Fundament 102 kraftübertragend angeordnet sind. In einem Kraftübertragungsteil zweiter Art 302 sind zwei als Druckfedern ausgebildete und auch im abgeschalteten Zustand unter Druckspannung stehende Federelemente 304 und 306 derart angeordnet, daß sie ihre Federkräfte auf ein unteres Kragteil eines Kraftübertragungsteils erster Art 308 übertragen. Das Kraftübertragungsteil erster Art ist über ein oberes Kragteil fest mit dem Schwingtisch verbunden und dazu bestimmt, die bei der Verformung der Federelemente entstehende resultierende Kraft auf den Schwingtisch zu übertragen. Das Kraftübertragungsteil zweiter Art 302 ist mit einem Kolben 312 einer hydraulischen Schalteinrichtung 310 fest verbunden, wodurch es imstande ist, in Abhängigkeit vom Schaltzustand der Schalteinrichtung die bei der Verformung der Federelemente entstehende resultierende Kraft über den mit dem Fundament fest verbun denen Zylinder 314 auf das Fundament 102 zu übertragen oder nicht zu übertragen. Der Kolben 312 kann bei einem ersten Schaltzustand in dem Zylinder 314 auf und ab bewegt werden, nahezu ohne dabei eine Kraft zu übertragen, oder er kann bei einem zweiten Schaltzustand in dem Zylinder durch das Fluidmedium fest eingespannt werden. Die Schaltzustände der Schalteinrichtung 310 werden bestimmt durch die Stellung des Ventiles 320. In der dargestellten Stellung sind die Zylinderräume 316 und 318 des Zylinders 314 über das Ventil verbunden, so daß sich der Kolben in dem Zylinder ohne Zwangskräfte auf und ab bewegen kann. Bei einer zweiten Stellung des Ventils sind die Zylinderräume verschlossen, so daß die Kraft des Kraftübertragungsteiles zweiter Art 302 unmittelbar auf das Fundament übertragen wird.
In 4 werden andere Möglichkeiten der Weiterbildung der Erfindung dargestellt, wobei die unterschiedlichen Funktionen in der Verdichtungseinrichtung nach 1 angeordnet sein können und dabei einerseits mit dem Schwingtisch 120 und andererseits mit dem Rahmen 100 (oder dem Fundament 102) verbunden sind.
Der Schwingtisch 120 ist fest verbunden mit einem zentralen Führungszylinder 412, dessen Mittenachse durch den Schwingtisch-Schwerpunkt verläuft und der mit seinem Außenzylinder im Innenzylinder einer Zylinder-Gleitführung 414 frei beweglich ist. Dadurch ist eine Linearführung 410 gebildet, welche eine Zwangsführung des Schwingtisches zur Ausführung der Schwingbewegung auf einer geraden Linie nur in einer Doppelrichtung mit einem zentral und spiegelsymmetrisch am Schwingtisch angeordneten Führungsteil darstellt. Als Erregeraktuatoren sind zwei gleiche Linearmotoren 420 vorgesehen, die von einer nicht dargestellten speziellen Ansteuereinrichtung beaufschlagt werden können, so daß sie Erregerkräfte in vertikaler Richtung erzeugen. Jeder Linearmotor 420 besteht aus einem feststehenden Motorteil 422 und einem beweglichen Motorteil 424, welche beide durch einen Luftspalt 426 getrennt sind. Das bewegliche Motorteil 424 ist über ein Trägerteil 428 fest mit dem Schwingtisch 120 verbunden, während das feststehende Motorteil 422 direkt an dem Rahmen 100 befestigt ist. Die bevorzugt als Dreiphasen-Wechselstrommotoren ausgebildeten Linearmotoren 420 werden über die spezielle Ansteuereinrichtung derart angesteuert, daß eine physikalische Größe des Schwingungsverlaufes des Schwingtisches 120 oder der Form 108 (in 1) nach vorgegebenen Werten, und damit indirekt auch der Verlauf des Verdichtungsvorganges, gesteuert oder geregelt wird.
Mit 430 ist ein Federsystem wiedergegeben, welches zumindestens bei der Vorverdichtung, gegebenenfalls zusammen mit den in 1 gezeigten Federelementen 124, die Systemfeder darstellt. Diese Systemfeder entwickelt in diesem Falle mit ihrer speziellen, aus einem Elastomerwerkstoff hergestellten Schubfeder 434 Federkräfte in zwei Richtungen für die Speicherung von in beiden Schwingrichtungen durch die System-Masse mitgeführten kinetischen Energiemengen. Die in diesem Falle als Hohlzylinder ausgeführte Schubfeder 434 ist außen mit einem Federring 432 und innen mit einem Zylinder 436 verbunden, welchletzterer an dem Führungszylinder 412 befestigt ist. Der Federring 432 ist kräftemäßig über zwei Halter 438 fest gegen die Dämpfungsmasse 450 abgestützt, wobei die Abstützung aber auch gegen das Fundament 102 oder den Rahmen 100 vorgenommen sein könnte. Man erkennt aus der Anordnung des Federsystems 430, daß dieses auch gleichzeitig die Aufgabe der Linearführung 410 mit übernehmen könnte. Mit anderen Worten: Ein Federsystem mit Schubfedern, welche Federkräfte in beiden Schwingrichtungen entwickeln können, kann auch gleichzeitig als Linearführung vorgesehen sein und die Funktion einer Zwangsführung zur Ausführung der Schwingbewegung des Schwingtisches in einer Doppelrichtung ausüben, sofern die Federkräfte mit einem zentral am Schwingtisch angeordneten Führungsteil übertragen werden.
Mit 440 ist eine zu- und abschaltbare Zusatzmasse bezeichnet, mit welcher die Größe der System-Masse verändert werden kann, um damit die Eigenfrequenz des Masse-Feder-Systems verändern zu können. Innerhalb der Zusatzmasse ist ein Hydraulikzylinder 442 untergebracht, in welchem sich ein Kolben 444 befindet, der fest mit dem Zylinder 436 und damit mit der System-Masse verbunden ist. Durch den Kolben werden im Hydraulikzylinder 442 zwei Verdrängungsräume gebildet, welche über ein schaltbares Ventil 446 einzeln abgespent oder miteinander verbunden werden können. Im Falle, daß die Verdrängungsräume miteinander verbunden sind, kann der Kolben 444 sich frei in dem Zylinder 442 auf und ab bewegen, ohne, daß die Zusatzmasse dabei mitbewegt würde. Falls die Verdrängungsräume einzeln abgesperrt sind, wird die Zusatzmasse 440 gezwungen, synchron mit der System-Masse mitzuschwingen. In diesem Falle werden die Federn 448 nur geringe Kräfte an die Dämpfungsmasse (oder das Fundament) übertragen, da sie als weiche Federn ausgebildet sind, welche die Zusatzmasse lediglich auf einer bestimmten Höhe zu halten haben, wenn sie nicht mitschwingend ist. Anders als in 1, wo die Systemfeder 142 kräftemäßig gegen den Rahmen 100 abgestützt ist, wird in 4 die Systemfeder 430 gegen eine besondere Dämpfungsmasse 450 abgestützt, die sich ihrerseits wieder über weich eingestellte Federn 452 gegen den Rahmen 100 bzw. das Fundament 102 abstützt. Mit dieser Maßnahme wird abhängig von der Dimensionierung der Zusatzmasse erreicht, daß die von der Systemfeder 432 abgeleiteten Schwingkräfte, die z.B. bei einer System-Masse von 1000 kg und einer Schwingwegamplitude von 1 mm bei 70 Hz Spitzenwerte von ca 20 Tonnen erreichen können, nur vermindert in das Fundament gelangen können.
5 zeigt ein Diagramm mit dem Verlauf der Schwingwegamplitude A über der Erregerfrequenz f_E der System-Masse einer Verdichtungseinrichtung nach der Erfindung (z.B. 1) mit einer einzigen, bei etwa 70 Hz gelegenen Eigenfrequenz und mit einer bestimmten Dämpfung D1 für die Kurve K1. Es wird in diesem Diagramm eine sinusförmige Erregerkraft mit einer konstanten Erregerkraftamplitude über den gesamten Bereich der Erregerfrequenz vorgesehen. Mit der Dämpfung D1 sind die Reibungsverluste und die Energieverluste des schwingenden Systems durch die abgegebene Verdichtungsenergie berücksichtigt. Die Kurve K1 stellt die bekannte Resonanzkurve dar. Die Erregerkraft vermag im Bereich ganz geringer Frequenzen eine Amplitude von A = 0,36 mm zu erzeugen. Im Bereich der Eigenfrequenz erzeugt die gleiche Erregerkraft eine Amplitude von A = 1,8 mm, was einer Amplitudenverstärkung (Resonanzverstärkung) von Φ = 5 entspricht. Wollte man die gleiche Amplitude von 1,8 mm bei niedrigeren Erregerfrequenzen, etwa bei 58 Hz erreichen, so müßte der Wert der Erregerkraftamplitude in diesem Falle etwa um den Faktor 1,8 vergrößert werden. Anhand der 5 sollen zwei unterschiedliche Methoden der Regelung der Amplitude A nach einem vorgegebenen Wert bei einer gegebenen Eigenfrequenz von 70 Hz gezeigt werden:
Bei einer ersten Methode (welche der in der Druckschrift DE 44 34 679 A1 erwähnten Methode ähnlich ist, wobei dort jedoch nicht die Schwingwegamplitude A geregelt werden soll), wird die Krafterregung durch einen nicht bezüglich seines statischen Momentes regelbaren Unwucht-Richtvibrator vorgenommen, welcher mit einer nominellen Erregerfrequenz von 63 Hz arbeiten soll, wobei die dann entwickelten Fliehkräfte (die Erregerkraftamplitude wird = 100% gesetzt) eine Amplitude von A = 1,4 mm erzeugen (Punkt Q auf der Kurve K1). Bei einer Erhöhung der Erregerfrequenz von 63 Hz auf 70 Hz wird die Amplitude auf A = 1,8 mm gesteigert (und bei Verringerung der Erregerrequenz auf 58 Hz könnte die Amplitude auf A = 1 mm abgesenkt werden). Wie man erkennen kann, beinhaltet diese erste Metode, daß man zwecks Veränderung der Amplitude A die Erregerfrequenz verändern muß. Umgekehrt verändert sich beim Durchfahren eines bestimmten Bereiches der Erregerfrequenz die Amplitude A automatisch.
Bei einer zweiten Methode wird die Krafterregung durch einen in seiner Erregerkraftamplitude regelbaren Linearmotor erzeugt, dessen Erregerfrequenz auf 63 Hz und dessen Erregerkraftamplitude auf 100% eingestellt ist. Die dabei erzielbare Schwingwegamplitude beträgt in diesem Falle ebenfalls A = 1,4 mm. Die Veränderung der Amplitude A wird hier jedoch dadurch erreicht, daß bei konstant gehaltener Erregerfrequenz (von 63 Hz) die Erregerkraftamplitude (a) verändert wird. Um die Amplitude A auf einen Wert von A = 1,8 mm einregeln zu können, muß die Erregerkraftamplitude (a) derart vergrößert werden, daß eine ganz an dere Resonanzkurve K2 erzeugt wird, deren Schnittpunkt mit der 63 Hz-Linie den Wert von A = 1,8 mm erreicht. Zwecks Einstellung einer Amplitude von A = 1 mm bei 63 Hz muß durch Verringerung der Erregerkraftamplitude (a) eine andersartige Resonanzkurve K3 erzeugt werden. Man erkennt, daß im Unterschied zur ersten Methode eine beliebig vorgebbare Amplitude A unabhängig von der Erregerfrequenz erreicht werden kann. Gleichzeitig erlaubt die Anwendung der zweiten Methode es auch, die Erregerfrequenz innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereiches beliebig (auch kontinuierlich) nach einer vorgebbaren Zeitfunktion zu verändern und dabei zusätzlich auch beliebig vorgebbare Amplituden A zu erzeugen. Die zweite Methode ist diejenige, welche bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gelangt. Beim Einsatz dieser zweiten Methode muß die periodische Erregerkraft nicht zwangsläufig einer Sinusfunktion folgend erzeugt werden. Entscheidend für die Erzeugung einer bestimmten Amplitude A bei einer vorgegebenen Dämpfung D ist die über die Erregereinrichtung pro Schwingungsperiode zugeführte Energiemenge. Der zeitliche Verlauf der Erregerkraft könnte dabei auch anstatt einer Sinusfunktion einer Rechteckfunktion folgen, wobei aus der pro Periode umgesetzten Energiemenge auf eine Ersatz-Erregerkraftamplitude (a*) bei sinusförmigem Verlauf der Erregerkraft rückgeschlossen werden kann.
6 zeigt ein Diagramm ähnlich wie das der 5, worin die Kurve K1 der in 5 gezeigten Kurve K1 entspricht und ein Masse-Feder-System kennzeichnet, welches eine Eigenfrequenz bei etwa 70 Hz aufweist. Eine zweite Kurve K4 repäsentiert die Resonanzkurve des gleichen Masse-Feder-Systems, bei welchem in diesem Falle jedoch die Eigenfrequenz (durch Verändern der resultierenden Federkonstanten der Systemfeder) auf einen anderen Wert von etwa 46 Hz umgeschaltet ist. Die Krafterregung des zugehörigen Masse-Feder-Systems soll wie bei der zweiten in 5 beschriebenen Methode durch Erzeugung der Erregerkraftamplitude (a oder a*) unter Einsatz eines regelbaren Linearmotors geschehen, wobei die Kraftbeaufschlagung des Erregeraktuators durch ein spezielles Ansteuergerät geregelt sein soll, wobei die umzusetzende Energiemenge auch zur Regelung eines vorgegebenen Wertes für die Amplitude A (unter der Voraussetzung einer geeigneten Meßeinrichtung zu Messung der Größe von A) beeinflußbar sein soll. Bei der Kurve K4 wurde eine gleiche Erregerkraftamplitude wie bei K1, jedoch ein im Vergleich zu D1 verdoppelter Dämpfungswert D4 angenommen. Infolge des geringeren Wertes der Federkonstante erzielt man bereits bei einer ganz geringen Erregerfrequenz eine Amplitude von A = 0,78 mm. Das Diagramm zeigt, daß bei Verwendung der Schwingeigenschaften beider Kurven über einen Bereich der Erregerfrequenz von 27 bis 78 Hz eine Schwingwegamplitude von 1,1 mm erreicht werden kann. Das bedeutet im Vergleich zu der allein mit Kurve K1 gegebenen Möglichkeit eine Erweiterung desjenigen Frequenzbereiches, innerhalb dessen mindestens eine gleichgroße Amplitude eingestellt werden kann. Für die vorliegende Erfindung wird diese Erscheinung genutzt, indem bei einem Verdichtungsvorgang die Erregerfrequenz, die in diesem Falle identisch mit der Verdichtungsfrequenz ist, (beim Beispiel dieses Diagramms) von einem Wert von 27 Hz bis zu einem Wert von 78 Hz durchfahren wird, wobei die Amplitude durch die Regelung der pro Periode umzusetzenden Menge der Erregerenergie auf einen Wert von A = 1 mm geregelt werden kann. Bei einem Verdichtungsvorgang ändert sich in der Praxis der Dämpfungswert D laufend von einem höheren Wert (D4) zu einem niedrigeren Wert (D1). Während der Durchführung der Verdichtung bei laufend ansteigender Erregerfrequenz wird bei einer bestimmten Frequenz auf die der Eigenfrequenz von 70 Hz entsprechende Federkonstante umgeschaltet. Sofern die Eigenfrequenz in mehr als einem Schritt, optimalerweise kontinuierlich, verstellt werden kann, kann das beschriebene Verfahren weiter optimiert werden, indem mit einer veränderten Erregerfrequenz die Eigenfrequenz ebenfalls mitverstellt wird, wobei gleichzeitig die Amplitude nach einem vorgegebenen Wert für A geregelt wird. Bei einem derartigen Verfahren könnte man die vorgegebenen Werte für A mit einer im Vergleich zur Schwingungserregung konventioneller Art bedeutend geringeren Erregerenergie erreichen..
Für alle Zeichnungen der 1 bis 4 gilt, daß feste Verbindungen zweier Bauteile durch strichpunktierte Linien symbolisch dargestellt sind.

Claims

Einrichtung zum Verdichten von körnigem Formstoff, umfassend eine Grundplatte (114), die eine Form (108) zur Aufnahme des körnigen Formstoffs trägt, Pralleisten (114) als Auflage für die Grundplatte (112), eine den in der Form (108) befindlichen Formstoff von oben mit einer Preßkraft beaufschlagenden Preßplatte (180), einen Schwingtisch (120) unterhalb der Grundplatte (112), der von einer Erregereinrichtung (106) in vertikale Schwingungen versetzbar ist, wodurch der Schwingtisch (120) Stöße von unten gegen die Grundplatte (112) ausübt, wobei ein den Schwingtisch (120) als hauptsächliche Masse umfassendes, schwingfähiges Masse-Feder-System (140) mit einer zumindest für die abwärts gerichtete Schwingbewegung hart eingestellten Systemfeder (142) vorgesehen ist, die kinetische Energie des Masse-Feder-Systems (140) speichert und wieder abgibt, wobei eine Eigenfrequenz des Masse-Feder-Systems (140) im Bereich einer vorbestimmten Verdichtungsfrequenz einstellbar oder eingestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Masse-Feder-System (140) durch die Erregereinrichtung (106) zur Erzeugung von erzwungenen Schwingbewegungen mit wenigstens einer vorgebbaren Erregerfrequenz unter Regelung einer physikalischen Größe der Schwingbewegung des Schwingtisches entsprechend einem vorgebbaren Wert durch Beeinflussung des Betrages der durch die Erregereinrichtung (106) periodisch abgegebenen Erregerenergie antreibbar ist, wobei die Erregereinrichtung (106) ein oder mehrere Erregeraktuatoren (172, 174) in Form von elektrischen oder hydraulischen Linearmotoren (422, 424) oder in Form von bezüglich ihres statischen Momentes verstellbaren Unwuchtvibratoren, deren resultierende gerichtete Fliehkräfte wenigstens 20% kleiner sind als die an der Masse des Masse-Feder-Systems (140) zur Durchführung der vorgesehenen Schwingwegamplituden bei vorgesehener maximaler Frequenz benötigten Beschleunigungskräfte, umfaßt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Systemfeder (142) Federelemente (148, 150) zum Speichern von kinetische Energie aus Stahl aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Systemfeder (142) Federelemente zum Speichern von kinetische Energie in Form von in einem Kompressionsraum fest eingeschlossenen flüssigen Medium, vorzugsweise Hydrauliköl, aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der federnden Wirkung der mit mechanischen Federelementen ausgerüsteten Systemfeder (142) unabhängig von der Beteiligung oder Nichtbeteiligung der Preßplatte an der Übertragung von Verdichtungskräften mitwirkend sind: – ein erstes Federsystem (144) mit einem oder mehreren ersten Federelementen (148), durch welche mindestens ein Teil der bei der Aufwärts-Schwingbewegung maximal mitgeführten kinetischen Energie der Masse des Masse-Feder-Systems kurzzeitig gespeichert ist, und – ein zweites Federsystem (146) mit einem oder mehreren zweiten Federelementen (150), durch welche der Hauptteil der bei der Abwärts-Schwingbewegung maximal mitgeführten kinetischen Energie der Masse des Masse-Feder-Systems (140) kurzzeitig speicherbar ist, – wobei die Kräfte des ersten und zweiten Federsystems (144, 146) an der Masse des Masse-Feder-Systems (140) angreifend sind und die ersten und zweiten Federelemente (148, 150) derart gegeneinander verspannt sind, daß sie auch bei den größten durchzuführenden Schwingwegamplituden der Masse des Masse-Feder-Systems (140) noch eine restliche Federverformung aufweisen.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (148, 150) als Druckfedern, Schubfedern, Torsionsfedern oder Biegefedern ausgebildet sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der bei der Abwärts-Schwingbewegung mitgeführten kinetischen Energie während der Durchführung des vorangegangenen Stoßvorganges durch Federelemente (124), deren Federkräfte von oben auf eine die Form (108) tragende Palette (112) einwirken, speicherbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von oben auf die Palette (112) wirkenden Federelemente (124) Bestandteile eines oberen Federsystems (144) sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Federsystem (146) ein verstellbares mechanisches Federelement mit einer auf Biegung beanspruchbaren Blattfeder (282) umfaßt, wobei eine federwirksame Federlänge (L1, L2) zwischen einer Krafteinleitungsstelle (209) einer eingeleiteten Kraft Fm und einer Krafteinleitungsstelle (210, 210') einer abgestützten Kraft Fa = Fm/2 definiert ist, und wobei die Verstellung des verstellbaren mechanischen Federelements durch eine Variation der federwirksamen Federlänge (L1, L2) vornehmbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstellung des verstellbaren mechanischen Federelements ein motorischer Hilfsantrieb (222) vorgesehen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare oder eingestellte Eigenfrequenz des Masse-Feder-Systems (140) im Bereich der in der Praxis benutzten oberen Verdichtungsfrequenz für eine Vor- und/oder Hauptverdichtung liegt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßsystem (192/194) zum Ermitteln des Istwertes des Schwingweges s des Schwingtisches (120) oder der Schwingweg f der Form (108) oder einer zeitlichen Ableitung s', s'', f', f'' hiervon und zum Zuführen zu einer Regeleinrichtung (196, 198) vorgesehen ist, die die physikalischen Größen s, s', s'' oder f, f', f'' nach vorgebbaren Werten direkt oder indirekt regelt oder steuert.
Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der physikalischen Größen s, s', s" oder f, f, f' durch Beeinflussung der bei jeder Halb- oder Vollperiode durch die Erregereinrichtung (106) über die Erregeraktuatoren (172, 174) abgegebenen oder aufgenommenen Energiebeträge vornehmbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß außer bei einer Hauptverdichtung auch bei einem Leerlauf des Verdichtungssystems ohne Formstoff (110) und ohne aufliegende Preßplatte (180) eine der physikalischen Größen s, s', s'' oder beim Vorgang einer Vorverdichtung ohne eine auf dem Formstoff (110) aufliegende Preßplatte (180) eine der physikalischen Größen s, s', s'' oder f, f', f'' regelbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerfrequenz einerseits und eine der physikalischen Größen s, s', s'' oder f, f', f'' andererseits unabhängig voneinander nach vorgebbaren Werten und auch unabhängig voneinander mit einem vorgebbaren zeitlichen Änderungsverlauf vorgebbar und regelbar sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine elektrische Linearmotore (170, 420) ein Wechselstrommotor, vorzugsweise ein Dreiphasen-Wechselstrommotor, ist, der mit Permanentmagnet-Erregung ausgerüstet oder als Asynchronmotor ausgebildet ist und über ein feststehendes Motorteil (172, 422) und ein linear bewegliches Motorteil (174, 424) verfügt, wobei der Schwingweg s des Schwingtisches (120) oder der Schwingweg f der Form (108) oder einer zeitlichen Ableitung s', s'', f', f'' hiervon durch die variable Dosierung der bei einer Schwingungsperiode zugeführten oder abgeführten Energieportionen regelbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem wenigstens einen als Dreiphasen-Wechselstrommotor ausgebildeten Linearmotor (170, 420) der Magnetisierungsstrom und der die Schubkraft bildende Strom als getrennte Komponenten einstellbar sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine elektrische Linearmotor (170, 420) mit einer Ansteuereinrichtung (196, 198) zur Erzeugung von bestimmten und beeinflußbaren Erreger-Energieportionen pro Schwingungsperiode ansteuerbar ist, wobei durch die Ansteuereinrichtung (196, 198) alternativ oder gleichzeitig folgende Funktionen ausführbar sind: – im Takt einer vorgebbaren Erregerfrequenz einmal oder zweimal innerhalb der Schwingungsperiode (von 360⎕) der Beginn und das Ende der Entwicklung der motorischen Erregerkraft sowie die Größe der motorischen Erregerkraft bestimmbar oder berechenbar ist, – zwecks Beherrschung des Phänomens des Auftretens und der sich selbständig einstellenden Änderung eines Phasenverschiebungswinkels ein Regelalgorithmus zur Ableitung und kurzzeitigen Zwischenspeicherung einer Stellgröße y zur Festlegung der Größe der nächsten zu übertragenden Energieportion aus dem gemessenen Wert des Schwingwegs s des Schwingtisches (120) oder des Schwingwegs f der Form (108) oder einer zeitlichen Ableitung s', s'', f', f'' anwendbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Einspeisung von Erregerenergie in das schwingfähige Masse-Feder-System (140) über die Erregeraktuatoren (172, 174) zusätzlich Energie aus dem schwingfähigen Masse-Feder-System (140) zum Verzögern des Schwingungsvorganges nach einem überschießenden Regelvorgang oder zum schnellen Stillsetzen des Schwingungsvorganges entnehmbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine einstellbare oder eingestellte Eigenfrequenz des Masse-Feder-Systems (140) nicht größer als ca. 30% der in der Praxis benutzten oberen Verdichtungsfrequenz für eine Vor- oder Hauptverdichtung ist und/oder daß die mindestens eine einstellbare oder eingestellte Eigenfrequenz des Masse-Feder-Systems (140) oberhalb eines Wertes von ca. 30 Hz gelegen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingtisch (120) in seiner Schwingbewegung durch eine einzige zentrale Linearführung (410) zur Aufnahme von Horizontalkräften am Schwingtisch (120) und zur Gewährleistung einer gleichgerichteten Beschleunigung an allen Teilen des Schwingtisches (120) zwangsgeführt ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß an die Systemmasse eine oder mehrere, eine Verstellung der Eigenfrequenz des schwingfähigen Masse-Feder-Systems (140) bewirkende, zusammen mit der System-Masse synchron mitschwingende Zusatzmassen (440) ankoppelbar sind.
Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (440) durch ein hydraulisch betätigbares Bauelement (442, 444) ankoppelbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die resultierende Federkonstante der Systemfeder (142) durch eine oder mehrere, zuschaltbare Federelementen (304, 306) beim Speichern der Schwingenergie veränderbar ist, wobei das wenigstens eine zuschaltbare Federelement (304, 306) mit einem ersten Kraftübertragungsteil (308), mit dem die Federkraft an die Systemmasse übertragbar ist, und mit einem zweiten Kraftübertragungsteil (302), mit dem die Federkraft an ein die Einrichtung tragendes Fundament (102) oder an eine besondere Dämpfungsmasse (450) übertragbar ist, verbunden ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Systemfeder (142) des Masse-Feder-Systems (140) kraftübertragend und steif mit einer Dämpfungsmasse (450) zwecks Übertragung der dynamischen Federkräfte auf diese verbunden ist, deren Masse erheblich größer als die Systemmasse ist, wobei die Dämpfungsmasse (450) entweder Teil eines die Einrichtung tragenden Fundamentes (102) ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Systemfeder (142) des Masse-Feder-Systems (140) kraftübertragend und steif mit einer Dämpfungsmasse (450) zwecks Übertragung der dynamischen Federkräfte auf diese verbunden ist, deren Masse erheblich größer als die Systemmasse ist, die über Isolationsfedern (452) weich gegen ein die Einrichtung tragendes Fundament (102) abgestützt ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß als Erregeraktuator ein bezüglich der Drehzahl, nicht jedoch bezüglich seines statischen Momentes regelbarer Unwuchtvibrator vorgesehen ist, und daß durch eine Regeleinrichtung die physikalische Größe der oberen oder unteren Amplitude des Schwingweges s des Schwingtisches (120) oder des Schwingweges f der Form (108) oder einer zeitlichen Ableitung s', f' oder s'', f'' hiervon nach einem vorgebbaren Wert regelbar ist, indem die durch die Erregereinrichtung (106) übergebene überschüssige Erregerenergie dem schwingfähigen Masse-Feder-System (140) durch eine von der Regeleinrichtung beeinflußte Dämpfungseinrichtung entziehbar ist, wobei entzogene Energie über die Schwingbewegung des Masse-Feder-Systems (140) übertragbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung Bewegungsenergie hydraulisch in Wärmeenergie umwandelt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß hydraulische Linearmotoren (422, 424) bei gleichzeitiger Zwangsführung der Schwingbewegung des Schwingtisches (120) in einer Doppelrichtung mit einem zentral am Schwingtisch (120) angeordneten Führungsteil vorgesehen sind.