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Die
Erfindung betrifft eine Vibrationsförderanlage, bei der zu förderndes
Gut auf einer Förderstrecke
durch Beaufschlagung zumindest eines Teils der Förderstrecke mit einer Schwingung
durch einen Schwingungserreger gefördert wird.
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Vibrationsförderanlagen,
auch Schwingförderanlagen
genannt, dieser Art sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt.
Die Anlage besteht aus einem Förderteil,
das beispielsweise als Rinne, als Rohr, als Topf mit Innen- oder
Außenwendel
oder als Sieb ausgebildet ist und an dem ein Schwingungserreger
angebaut ist. Als Fördergut
kommt Schüttgut aller
Art in Frage. Derartige Förderanlagen
werden beispielsweise unter Bunkern eingesetzt. Sie erfüllen dort
sowohl die Funktion des Verschlusses des Bunkers als auch die eines
Abzugsgeräts,
das zur Aufgabe des Schüttguts
auf nachgeschaltete Rinnen, Rutschen, Bänder etc. dient. Gleichermaßen ist
mit diesen Anlagen der Transport über kurze und mittlere Distanzen
in wirtschaftlicher Weise möglich.
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Im
einfachsten Falle wird auf das Förderteil durch
den Schwingungserreger eine lineare, also geradlinige Schwingung
aufgebracht. Die Schwingung wird dabei unter einem gegenüber der
Förderrichtung
(Horizontalen) definierten Winkel eingeleitet, der als Stoßwinkel
bezeichnet wird.
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Der
Schwingungserreger kann dabei beispielsweise als Unwuchtvibrator
ausgebildet sein, bei dem zwei gegenläufig rotierende exzentrisch
gelagerte Massen, von Elektromotoren angetrieben, die Schwingung
erzeugen.
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Bekannt
sind weiterhin magnetische Schwingantriebe, die – als Feder-Masse-Systeme ausgeführt – die Resonanz
des Schwingungssystems ausnutzen. Solche Schwingungserreger ermöglichen
in vorteilhafter Weise eine betriebssichere Arbeitsweise der Anlage
und die Möglichkeit
eines einfachen, stufenlosen Steuerns des Mengendurchsatzes während der
Förderung
von Schüttgut.
Jedem Stellbefehl der Maschinensteuerung folgt der Schwingungserreger trägheitslos.
Der Magnetvibrator versetzt die Förderstrecke unter einem Winkel
zur Förderrichtung
in schräg
aufwärts
gerichtete geradlinige Schwingungen. Er bildet dabei zusammen mit
der Förderstrecke ein
Zwei-Massen-Schwingungssystem.
Das Gehäuse
des Vibrators, das mit der Förderstrecke
fest verbunden ist, stellt die eine Masse des Systems dar; die andere
Masse ist die sich im Vibrator befindliche Gegenschwingmasse. Das
so gebildete Schwingsystem weist eine Eigenfrequenz auf. Wirkt die
Erregerkraft mit einer anderen Frequenz als die Eigenfrequenz auf
das Schwingungssystem, schwingt dieses im Rhythmus der einwirkenden
Erregerkraft, also nicht mit der Eigenfrequenz. Je geringer der
Abstand zwischen der Eigenfrequenz und der Antriebsfrequenz wird,
desto größter werden
die Schwingungsamplituden, die bei Resonanzfrequenz ihr Maximum
erreichen.
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Um
eine zu große
mechanische Belastung der Anlage zu vermeiden, empfiehlt es sich
daher, die Eigenfrequenz des Schwingungssystems so zu wählen bzw.
auszulegen, dass unter üblichen
Betriebsumständen
ein hinreichender Abstand von der Resonanzfrequenz eingehalten wird.
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Als
problematisch hat es sich dabei erwiesen, dass bei unvorhersehbaren
Störungen
oder Beeinträchtigungen
des Fördersystems
eine Frequenzverlagerung in der Weise erfolgen kann, dass sich der
Betrieb unerwünscht
in den Resonanzbereich hinein verlagert. In diesem „Anschlagbetrieb" findet eine derart
hohe mechanische Belastung der Anlage statt, dass die Anlage zerstört werden
kann.
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Wird
indes die Resonanzfrequenz so gewählt, dass sie unter allen Betriebsumständen hinreichenden
Abstand von der Erregerfrequenz aufweist, ist eine relativ große Dimensionierung
der Anlage erforderlich, was eine Verteuerung bei deren Produktion
zur Folge hat.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vibrationsförderanlage
der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, dass die Betriebssicherheit
verbessert und es möglich
wird, die Anlage so kostengünstig
wie möglich
auszuführen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe durch die Erfindung ist in der Gesamtheit der Merkmale
des Anspruchs 1 angegeben.
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Hiernach
ist vorgesehen, dass eine Vibrationsförderanlage der genannten Art
so ausgestattet ist, dass unmittelbar oder mittelbar an der Förderstrecke
ein Sensor angeordnet ist, der mindestens eine für die Schwingung charakteristische
Größe erfassen kann,
wobei ferner eine Auswerte- und/oder Regeleinheit vorgesehen ist,
die die vom Sensor erfasste Größe darstellen
und/oder regeln kann.
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Bei
der vom Sensor erfassten und für
die Schwingung charakteristischen Größe handelt es sich bevorzugt
um die Schwingungsamplitude, die Schwingungsgeschwindigkeit oder
die Schwingungsbeschleunigung. Weiterhin kann auch die Wirkrichtung
der Schwingung von besonderem Interesse sein, so dass diese gemessen
wird.
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Die
Auswerte- und/oder Regeleinheit kann Anzeigemittel aufweisen, die
zur Darstellung der vom Sensor erfassten Größe bzw. Größen geeignet ist. Somit ist
eine Überwachung
der gemessenen Parameter möglich.
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Die
Auswerte- und/oder Regeleinheit kann weiterhin Signalmittel aufweisen,
die zur Anzeige eines vom Sensor erfassten Schwingungszustands geeignet
ist. Dabei ist insbesondere daran gedacht, dass die Signalmittel
durch farbige Leuchtdioden gebildet werden, die abhängig vom
detektierten Schwingungszustand geschaltet werden.
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Die
Auswerte- und/oder Regeleinheit kann Regelmittel aufweisen, die
zur Regelung der vom Sensor erfassten Größe bzw. Größen auf vorgegebenen Werten
geeignet ist.
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Der
Sensor kann mit Vorteil zur Aufnahme mindestens einer für die Schwingung
charakteristischen Größe in mindestens
zwei zueinander senkrecht stehenden Achsen ausgebildet sein, wodurch es
möglich
wird, nicht nur den skalaren Wert der gemessenen Größe zu ermitteln,
sondern auch seine vektorielle Richtung. Damit können insbesondere auch Querschwingungen
der Förderstrecke
bzw. des Schwingungserregers erkannt werden, die besonders schädlich für die Anlage
sind und bereits nach kurzer Zeit zur Zerstörung des Förderers führen können.
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Als
Sensor kann ein induktiv arbeitendes Element verwendet werden.
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Ein
besonderer Vorteil kann dadurch erreicht werden, wenn der Sensor
und die Auswerte- und/oder Regeleinheit standardisierte Schwingungsdiagnosemittel
sind, die als solche vorbekannt und preiswert verfügbar sind.
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Der
Schwingungserreger kann zur Aufbringung einer linearen oder einer
nicht-linearen Schwingungsbewegung auf die Förderstrecke ausgebildet sein;
im Falle der nicht-linearen Bewegung ist insbesondere an eine kreisförmige oder
elliptische Bewegung gedacht. Derartige Bewegungen können auch bei
Kreisschwingsieben, bei Ellipsenschwingsieben, bei Wendelförderern,
bei Wendelmischern, bei Wendelbrechern, bei Verdichtertischen und
bei Entgratungsmaschinen zum Einsatz kommen.
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Mit
der vorgeschlagenen Ausgestaltung einer Vibrationsförderanlage
wird zunächst
erreicht, dass die Betriebssicherheit wesentlich verbessert werden
kann. Beispielsweise kann die Schwingungsamplitude, also die Schwingweite,
auf einem vorgegebenen Niveau geregelt werden, das sich auch dann
nicht ändert,
wenn äußere Störungen oder sonstige
Einflüsse
auf die Förderanlage
wirken. Kommt es beispielsweise durch Beaufschlagung mit veränderten
Massen des zu fördernden
Guts zu einer Verschiebung der Eigenfrequenz kann durch entsprechend
geregelte Veränderung
der Erregerfrequenz ein vorgegebener Wert für die Schwingungsamplitude
eingehalten werden.
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Weiterhin
kann sichergestellt werden, dass auch bei Veränderung der von außen auf
das Schwingungssystem wirkenden Einflüsse hinreichender Abstand von
der Resonanzfrequenz eingehalten wird, d. h. ein zerstörerischer „Anschlagbetrieb" kann ausgeschlossen
werden.
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Schließlich und
aufgrund der vorstehenden Umstände
kann erreicht werden, dass ein Betriebszustand auf der Förderanlage
gefahren werden kann, der relativ nahe an der an sich kritischen
Resonanzfrequenz liegt. Dies ermöglich
es, dass die Anlage relativ leicht und damit kostengünstig ausgebildet
werden kann.
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt schematisch eine
Vibrationsförderanlage
in der Seitenansicht.
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Die
Vibrationsförderanlage 1,
die hier in einer Metall-Gieß-Anlage,
insbesondere zur Entfernung von Anbackungen bei gegossenen Werkstücken, eingesetzt
wird, weist eine nur sehr schematisch dargestellte Förderstrecke 2 auf,
die mit einem Schwingungserreger 3 verbunden ist. Nicht
dargestelltes Fördergut
wird auf der Anlage in Förderrichtung
R gefördert,
die horizontal ausgerichtet ist. Bei dem Schwingungserreger 3 handelt
es sich um einen Unwuchtvibrator. Der Unwuchtvibrator 3 weist
zwei exzentrisch gelagerte Drehmassen 9 auf, die von je
einem nicht dargestellten Motor gegensinnig angetrieben werden (s.
Pfeilrichtungen). Dadurch wird der Förderstrecke 2 in Richtung
des Schwingungsweges s eine Schwingung aufgegeben; senkrecht zu
dieser Richtung entstehende Unwuchtkräfte der Drehmassen 9 heben
sich gegenseitig auf. Die Richtung des Schwingungsweges s ist unter
einem Winkel α,
der Wirkrichtung der Schwingung, zur Förderrichtung R angeordnet.
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Die
Förderstrecke 2 ist
in elastischen Lagern 10 gelagert, was bei Beaufschlagung
mit einer Schwingungskraft durch den Schwingungserreger 3 dazu
führt,
dass sich auf der Förderstrecke 2 befindliches
Schüttgut
in Förderrichtung
R gefördert
wird.
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Bei
gleichmäßigem, konstantem
Antrieb der Drehmassen 9 wird eine harmonische, also sinusförmige Schwingung
in die Förderstrecke 2 eingeleitet. In der
Figur ist schematisch der Verlauf des Schwingungsweges s als Funktion
der Zeit t skizziert, also das Weg-Zeit-Diagramm.
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Mit
der Förderstrecke 2 bzw.
mit einem an dieser festgelegten (festgeschweißten) Trägerteil 11 ist ein
Schwingungssensor 4 verbunden. Dieser ist vorliegend in
der Lage, in allen drei Raumrichtungen Schwingungsbewegungen s,
Schwingungsgeschwindigkeiten v bzw. Schwingungsbeschleunigungen
a aufzunehmen, wobei auch die Möglichkeit
besteht, die Richtung der Schwingung zu ermitteln, insbesondere
die Wirkrichtung α der
Schwingung. Im Normalbetrieb darf der in Richtung α zur Förderrichtung
R angeordnete Sensor 4 keinen abweichenden Winkel detektieren,
d. h. die Schwingung soll ausschließlich unter dem Winkel α der Förderestrecke 2 aufgegeben
werden.
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Die
vom Sensor 4 ermittelten Messwerte werden einer Auswerte-
und/oder Regeleinheit 5 zugeführt. Diese weist Anzeigemittel 6 (Monitor
bzw. Bildschirm) auf sowie Regelmittel 8. Die Regelmittel 8 haben
Signalmittel 7 (7', 7'', 7''').
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Damit
ist es möglich,
den Schwingungsweg bzw. die Schwingungsamplitude s der Schwingung, die
Schwingungsgeschwindigkeit v, die Schwingungsbeschleunigung a und/oder
die Wirkrichtung der Schwingung α zu überwachen
und an den Anzeigemitteln 6 darzustellen. Es kann vom Bedienpersonal
dadurch jederzeit gesehen werden, ob der Betriebszustand der Förderanlage
im Normbereich liegt.
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Um
die Abweichungen vom Normzustand besser sichtbar zu machen, sind
die Signalmittel 7 vorgesehen. In Abhängigkeit beispielsweise von
der Schwingungsamplitude oder Schwingungsbeschleunigung können verschiedenfarbige
Leuchtdioden geschaltet werden. Eine grüne Leuchtdiode 7' kann für Normalbetrieb
vorgesehen werden, eine gelbe Diode 7'' für ein geringfügiges Verlassen
vorgegebener Grenzwerte für
die gemessenen Parameter und eine rote Leuchtdiode 7''' für gemessene
Schwingungsparameter, die die vorgegebenen Grenzwerte wesentlich
verlassen haben.
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Die
Regelmittel 8, ausgestattet mit einer Thyristorsteuerung,
sind so ausgebildet, dass sie auf die Motoren für die Drehmassen 9 Einfluss
nehmen können.
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Wird
beispielsweise eine zu große
Schwingungsamplitude s detektiert, weil eine Veränderung in der äußeren Beaufschlagung
der Förderstrecke mit
zu fördernder
Masse erfolgte, kann die Drehzahl der Motoren gemäß bekannter
Algorithmen so variiert werden, dass sich ein vorgegebener Wert
für die Amplitude
wieder einstellt. Eine unerwünschte Überlastung
der Förderstrecke
kann damit vermieden werden.
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Insbesondere
kann – ohne
Gefahr einer Überlastung
der Förderanlage – näher am Resonanzbereich
des Schwingungssystems gearbeitet werden, als dies mit herkömmlichen
Förderanlagen möglich war.
Veränderungen
der Schwingungsparameter, insbesondere der Schwingungsamplitude, beispielsweise
durch eine andere Beaufschlagung der Förderanlage mit Fördermasse,
durch eine verschleißbedingte
Verlagerung der Eigenfrequenz durch Anbackungen im Gießereibetrieb
bei der Sandentfernung vom gegossenen Werkstück oder durch veränderten
Bunkerdruck, werden von der Auswerte- und/oder Regeleinheit 5 erkannt
und im geschlossenen Regelkreis direkt ausgeglichen. Insbesondere
wird „Anschlagsbetrieb" verhindert.
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Ist
eine Größe für den Schwingungserreger 3 – sowohl
bei Unwuchterregung als auch bei magnetischer Erregung – festgelegt,
ermöglicht
es die erfindungsgemäße Ausgestaltung,
dass bei gleicher Größe der Erregeranlage
ein höheres
Nutzgewicht als bei herkömmlichen
Systemen gefördert
werden kann.
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Bei
ersten Auslegungen der erfindungsgemäßen Förderanlage wurde festgestellt,
dass damit eine Kostenersparnis bei Magnetvibratoren um ca. 30 bis
40 möglich
ist; für
die Förderung
einer vorgegebenen Menge Schüttgut
ist also ein wesentlich kleinerer Schwingungserreger einsetzbar.
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Das
vorgeschlagene Fördersystem
eignet sich besonders für
die Schwingweitenmessung bzw. -überwachung
und für
die Detektion des Schwingwinkels. Zum Einsatz kommt ein an sich
bekanntes System zur Schwingungsdiagnose, wie es standardisiert verfügbar ist.
Die Auswerte- und/oder Regeleinheit 5 ist bevorzugt auf
PC-Basis ausgeführt.
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- 1
- Vibrationsförderanlage
- 2
- Förderstrecke
- 3
- Schwingungserreger
- 4
- Sensor
- 5
- Auswerte-
und/oder Regeleinheit
- 6
- Anzeigemittel
- 7
- Signalmittel
- 7'
- Signalmittel
- 7''
- Signalmittel
- 7'''
- Signalmittel
- 8
- Regelmittel
- 9
- Drehmasse
- 10
- Lager
- 11
- Trägerteil
- R
- Förderrichtung
- s
- Schwingungsweg/Schwingungsamplitude
- v
- Schwingungsgeschwindigkeit
- a
- Schwingungsbeschleunigung
- α
- Wirkrichtung
der Schwingung
- t
- Zeit