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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anregen eines in einen Siebrahmen eingefassten Siebgewebes mittels Ultraschall gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es ist bekannt, dass durch die Anregung des Siebgutes von Siebmaschinen mittels Ultraschallwellen der Durchsatz und die Qualität des Siebgutes erheblich verbessert werden kann. Die Ultraschallschwingungen reduzieren den Widerstand zwischen dem Siebgewebe und dem Korn, da die Haftreibung durch die Bewegung der Maschendrähte mit Ultraschallfrequenz und einer Schwingungsamplitude im Bereich einiger µm in Gleitreibung überführt wird. Dadurch reduziert sich die Reibung und der Durchsatz steigt. Weiterhin erfährt das Korn in Abhängigkeit von der Frequenz und Amplitude der schwingenden Drähte des Siebgewebes eine Beschleunigungskraft, die vorhandene Pulverbrücken aufbricht und die Bildung neuer Pulverbrücken verhindert. Das Auflockern des Pulvers erhöht dessen Fliessfähigkeit.
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Zur weiteren Verbesserung des Durchsatzes der Siebmaschine ist es üblich, dass die Siebmaschine zusätzlich niederfrequente Vibrationen durchführt, die zu hohen Beschleunigungswerten von bis zu 4 g führen.
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Es sind mehrere Vorgehensweisen bekannt, ein Siebgewebe mittels Ultraschall in Schwingungen zu versetzen:
- Einerseits lässt sich unmittelbar mittels eines Ultraschallkonverters ein auf die Resonanz dieses Ultraschallwandlers abgestimmter, an der Siebfläche anliegender Schallleiter als Resonator in Schwingung versetzen, wie in der DE 44 18 175 A1 beschrieben. Diese Ausführungsform erweist sich in der Praxis insofern als nachteilig, als der Konverter in Folge seiner Anordnung im Pulverfluss oft ein Zusammenbacken oder Verkleben des Pulvers durch lokale Erwärmung hervorruft.
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Auch aus der
FR 2 682 050 und der
US 2005/0158643 A1 sind Ultraschallsiebe bekannt, bei denen mittels eines im Pulverfluss angeordneten Konverters ein an der Siebfläche anliegender Resonator angeregt wird.
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Eine bisweilen verwendete alternative Anordnung sieht vor, den Ultraschallkonverter ausserhalb des Pulverflusses anzuordnen und über einen Zuleitungsresonator den mit Schwingungsmaxima des Zuleitungsresonators verbundenen Siebrahmen anzuregen, wie beispielsweise in der
US 5,386,169 A beschrieben. Insbesondere bei großen Siebflächen ist bei dieser Anregung jedoch nachteilig, dass die Ultraschallenergie nicht in ausreichendem Maße über das gesamte Siebgewebe verteilt wird, so dass speziell die Mitte der Siebfläche nicht in nennenswertem Maße in Schwingungen versetzt wird.
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Ein weiteres Ultraschallsieb mit einem außerhalb des Pulverflusses angeordneten Ultraschallkonverter ist aus der
US 6 003 679 A bekannt, bei der Ultraschallkonverter außerhalb des Pulverflusses angeordnet ist und der Siebrahmen mit einem durch den Siebrahmen hindurchgeführten Zuleitungsresonator angeregt wird.
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Daher ist es auch bekannt, zur Anregung des Siebgewebes Schalleiter vorzusehen, die durch ein auf den Ultraschallkonverter abgestimmtes Schalltransportssystem, bestehend aus einem Zuleitungsresonator und ggf. einem abgestimmten, zwischen Zuleitungsresonator und Ultraschallkonverter angeordneten Übergangsstück angeregt werden können.
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Solche Anordnungen führen aber in Verbindung mit den niederfrequenten Schwingungen, in die der Siebrahmen durch die Siebmaschine versetzt wird, zu Problemen. Auf Grund der hohen Beschleunigungen wirken nämlich erhebliche Kräfte auf das gesamte System, bestehend aus Konverter, Übergangsstück, Zuleitungsresonator und Schallleiter, die insbesondere bei längerfristigem Einsatz zur Beschädigung und sogar zum Abbrechen der Anordnung führen können. Zwar ist es möglich, eine gewisse Stabilisierung mittels eines mechanischen Winkels, der an der Aussenwand der Siebmaschine befestigt wird und den Konverter abstützt, zu erzielen. Allerdings ist diese Art der Befestigung unpraktisch und es ist nicht immer gewährleistet, dass sie auch im Feld sachgerecht umgesetzt wird.
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Neben den vorstehend beschriebenen Haltbarkeitsproblemen ist als Nachteil dieser Anordnung zu nennen, dass die vom Siebrahmen abstehende Anordnung dessen einfache Handhabung behindert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Anregen eines in einen Siebrahmen eingefassten Siebgewebes mittels Ultraschall bereitzustellen, die einerseits die vorteilhafte Anordnung des Ultraschallkonverters ausserhalb des Pulverflusses und Anregung von auf dem Siebgewebe vorgesehenen Schallleitern erlaubt, andererseits aber die durch die niederfrequenten Vibrationen der Siebmaschine auf diese Anordnung ausgeübten Kräfte abfängt, die Stabilität des Systems erhöht und eine einfache Handhabung des Siebringes erlaubt.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein auf die Wellenlänge des Ultraschallkonverters abgestimmtes, aus einem Übergangsstück und/oder einem Zuleitungsresonator bestehendes Schalltransportsystem durch den Siebrahmen in einer Durchführung hindurchgeführt und mit diesem fest verbunden ist. Diese Anordnung führt zur optimalen Aufnahme der erheblichen Kräfte durch den Siebrahmen und somit zu einer Entlastung der Schalltransportstruktur, insbesondere dann, wenn das Übergangsstück optimal abgestimmt ist. Weiter kann bei dieser Anordnung das Abstehen von Teilen vom Siebrahmen auf eine einzige Stelle am Rand des Siebrahmens beschränkt werden, was die Handhabung des Siebrahmens erheblich erleichtert.
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Erfindungsgemäß ist an einem Bestandteil des Schalltransportsystems im Bereich der Durchführung ein Kragen vorgesehen. Dieser ermöglicht eine optimale Befestigung und Abstützung des Schalltransportsystems am Siebrahmen, so dass die von der Siebmaschine übegragenen Kräfte optimal aufgenommen werden. Alternativ ist das Schalltransportsystem im Bereich der durchführung durch den Siebrahmen von einer Isolierhülse vorgeben, derart, daß kein direkter Kontakt zwischen dem Schalltransportsystem und dem Siebrahmen besteht. Zusätlich ist der Endabschnitt des Zuleitungsresonators syphonförmigem ausgestaltet.
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Dabei ist der Kragen bevorzugt an dem Übergangsstück angeordnet, er kann sich aber auch am Zuleitungsresonator befinden.
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Besonders vorteilhaft ist die Anordnung des Kragens anliegend an der Innenseite des Siebrahmens, da dadurch das Eindringen von feinen Siebgutpartikeln in die Durchführung von vorneherein verhindert wird.
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Es ist aber ebenfalls möglich, den Kragen anliegend an der Aussenseite des Siebrahmens anzubringen. Dies erleichtert beispielsweise die Montage.
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Als besonders geeignet zur Befestigung des Kragens am Siebrahmen hat sich das Verschweißen erwiesen. Es ist aber möglich, den Kragen am Siebrahmen zu verkleben, zu verstiften oder ein Gewinde am Kragen und ein passendes Gegengewinde im Inneren der Durchführung durch den Siebrahmen vorzusehen, mittels derer der Kragen und der Siebrahmen miteinander verschraubt werden können.
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Als besonders einfach und effizient für die Herstellung hat sich herausgestellt, den Kragen am abgestimmten Schalltransportsystem durch Aufschrumpfen zu befestigen.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei welcher der Kragen an einem Knotenpunkt der sich im abgestimmten Schalltransportsystem bei Anregung durch den Ultraschallkonverter ausbildenden stehenden Welle angeordnet ist, da dadurch ein ungewolltes Einleiten von Schallenergie in den Rahmen und eine damit einhergehende Belastung der Verbindungsnähte vermieden wird. Falls eine partielle. Einleitung von Schallenergie in den Rahmen gewünscht ist, kann sich durch eine entsprechende Abstimmung der Kragen auch an einer anderen Stelle in Bezug auf die sich ausbildende stehende Welle, befinden.
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Als besonders vorteilhaft hat sich eine weitere Ausführungsform erwiesen, bei der im Bereich der Durchführung eine beispielsweise aus PTFE bestehende Isolierhülse über das abgestimmte Schalltransportsystem gestülpt ist, so dass kein direkter Kontakt zwischen dem Schalltransportsystem und dem Siebrahmen besteht. Auf diese Weise kann eine wirksame Dämpfung des radialen Schalls erzielt werden.
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Der Siebrahmen des erfindungsgemäßen Systems kann an sich eine beliebige Form haben, bevorzugst sind eckige oder kreisringförmige Ausgestaltungen.
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Wenn ein abgestimmtes Übergangsstück im abgestimmten Schalltransportsystem vorgesehen ist, kann dieses so ausgeführt werden, dass es die Schallamplitude moduliert.
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Am Zuleitungsresonator ist mindestens ein Resonator angebracht, um den Eintrag der Schallenergie auf das Siebgewebe zu optimieren, wobei die Resonatoren beispielsweise tellerförmig oder quadratisch geformt sein können. Vorteilhaft ist es, wenn die Resonatoren an Stellen des Zuleitungsresonators, an denen die Schwingungsamplitude nahezu maximal oder maximal ist angeordnet sind, da dadurch die Einleitung besonders effizient erfolgt.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, außer einem abgestimmten Übergangsstück einen Zuleitungsresonator vorzusehen, dessen dem Übergangsstück abgewandte Seite syphonartig geformt ist. Durch diese spezielle Bauform wird sichergestellt, dass trotz der Durchführung durch einen gegebenenfalls schmal ausgeführten Siebrahmen ein mit dem Zuleitungsresonator verbundener Schallleiter von unten angeregt werden kann.
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Anhand der folgenden Figuren sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail erläutert werden. Es zeigen:
- 1: eine erfindungsgemäße Anordnung mit kreisförmiger Schällleiterstruktur und Züleitungsresonator mit syphonförmigem Endbereich.
- 2a: die erfindungsgemäße Anordnung aus 1 in vergrößerter Darstellung unter Ausblendung von Schalleiter, Siebrahmen und Siebgewebe.
- 2b: Anordnung analog 2a in einer Ausführungsvariante.
- 3: eine Schnittzeichnung eines erfindungsgemäßen abgestimmten Zwischenstücks mit Kragen.
- 4a: eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem kreisförmigen Siebrahmen, bei der zwischen abgestimmtem Schalltransportsystem und Siebfläche ein tellerförmiger Resonator im Zentrum der Siebfläche angeordnet ist.
- 4b: eine erfindungsgemäße Anordnung, mit einem rechteckigen Siebrahmen, bei der zwischen abgestimmtem Schalltransportsystem und Siebfläche zwei tellerförmige Resonatoren angeordnet sind.
- 5: einen Ausschnitt des Durchführungsbereiches in der in 4b gezeigten Anordnung in einer Schnittperspektive entlang der Verbindungslinie AA' in 4b.
- 6: eine Anordnung mit einer alternativen Durchführung durch den Siebrahmen.
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1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erregung des Siebgewebes 1 mittels Ultraschall. Ein außerhalb des Siebrahmens 3 angeordneter Ultraschallkonverter 4 erzeugt eine Ultraschallwelle, die in die auf den Ultraschallkonverter 4 abgestimmte Schalltransportstruktur 7 (2a, 2b) eingeleitet wird. Das in der Zeichnung zylindersymmetrisch dargestellte angepasste Übergangsstück 5, 5' führt durch den Siebrahmen 3 hindurch und hat einen ausserhalb des Siebrahmens gelegenen Teil 5 und einen innerhalb des Siebrahmens gelegenen Teil 5'. Dabei ist an dem angepassten Übergangsstück 5, 5' auf der Siebinnenseite ein Kragen 8 vorgesehen, der am Siebrahmen 3 befestigt ist. Die Befestigung kann durch Schweißen, Kleben oder Nieten oder bei Vorhandensein geeigneter Gewinde auch durch Verschrauben erreicht werden. Eine genauere Darstellung des Kragens 8 ist den 2 bis 4 zu entnehmen.
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In der Ausführungsvariante gemäß 2a ist am im Siebinneren befindlichen Ende des angepassten Übergangsstücks ein im Endbereich syphonförmig gestalteter Zuleitungsresonator 6 vorgesehen, der hier in einer Ausführungsform mit quadratischem Querschnitt gezeigt wird. Die syphonförmige Formgebung erlaubt die Anregung eines Schalleiters 2 von unten durch den in ihn übergehenden Zuleitungsresonator 6, wobei dennoch bis auf die U-förmige Biegung an der Unterseite des „Syphons“ die Vorrichtung im wesentlichen in der Ebene des Siebrahmens 3 liegt, was eine einfache Handhabung des Rahmens erlaubt.
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Die in 2b dargestellte Variante mit einem linearen Zuleitungsresonator 6' erlaubt eine weitere verbesserte Handhabung, da die gesamte Anordnung in der Ebene des Siebrahmens 3 liegt.
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Es ist zur Minimierung der in den Siebrahmen 3 eingeleiteten Ultraschallenergie vorteilhaft, den Kragen in unmittelbarer Umgebung eines Schwingungsknotens des abgestimmten Übergangsstücks 7 anzuordnen, er kann aber auch an anderen Stellen positioniert werden. Der Kragen 8 ist im befestigten Zustand vorteilhafterweise im Inneren des Siebrahmens 3 angeordnet, da dadurch Dichtigkeit der Durchführung 12 gegen das Eindringen von feinen Siebgut-Pulvern sichergestellt wird. Es ist aber auch denkbar, ihn von außen am Siebrahmen 3 anzuordnen. Die Befestigung des Kragens 8 am Siebrahmen 3 erfolgt zweckmäßigerweise durch Schweißen, es ist aber auch möglich, dem Kragen ein Gewinde aufzuprägen, das in ein in die Durchführung (12) des Siebrahmens 3 eingeschnittenes Gegengewinde eingeschraubt werden kann, oder den Kragen 8 mit dem Siebrahmen 3 zu verkleben, zu vernieten oder zu verstiften.
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2 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung aus 1 in vergrößerter Darstellung unter Ausblendung von Schalleiter 2, Siebrahmen 3 und Siebgewebe 1. In dieser Darstellung lassen sich insbesondere der Kragen 8 und die exakte Ausgestaltung des Zuleitungsresonators 6 klarer erkennen. Es wird deutlich, dass der Kragen 8 im hier dargestellten Ausführungsbeispiel an einer Hülse 9 angeformt ist. Diese kann zusammen mit dem angeformten Kragen 8 auf das Übergangsstück 5, 5' aufgeschoben und dann durch Schrumpfen, Kleben, Schweißen oder dergleichen fixiert werden.
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Weitere mögliche Details der erfindungsgemäßen Anordnung sind in der Schnittzeichnung des Übergangsstücks 5, 5' gemäß 3 dargestellt. Hier tritt der Kragen 8 besonders deutlich hervor. Man sieht auch, dass das Übergangsstück 5, 5' aus zwei Axialabschnitten unterschiedlichen Durchmessers aufgebaut ist. Außerdem ist in 3 ein Führungsring 11 gezeigt, der das passgenaue Einsetzen des Übergangsstücks 5, 5' in die Durchführung 12 des Siebrahmens 3 ermöglicht.
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Die 4a und 4b zeigen weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungsformen der Vorrichtung. Beispielsweise kann man rechteckige oder kreisringförmige Siebrahmen 3 vorsehen. Weiterhin zeigen diese Figuren erfindungsgemäße Systeme, in denen statt eines Schalleiters 8 ein oder mehrere tellerförmige Resonatoren 10 angeregt werden, die vorzugsweise an solchen Positionen des abgestimmten Schalltransportsystems 7 angebracht sind, an denen bei Anregung durch den Ulraschallkonverter 4 Maxima der Schwingungsamplitude liegen. Dadurch sind eine gute Einleitung der Schallenergie und eine verbesserte Verteilung der Schallenergie über das Siebgewebe 3 hinweg erzielbar.
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5 zeigt Details der Befestigung des Übergangsstücks 5, 5' am Siebrahmen 3 anhand eines Schnitts durch die in 4b dargestellte Ausführungsform längs der Linie AB, wobei die Abbildung auf einen linken Teilausschnitt des Siebrahmens 3 beschränkt ist. Auf den Ultraschallkonverter 4 folgt das Übergangsstück mit dem ersten Axialabschnitt 5 außerhalb des Siebrahmens 3 und dem zweiten Axialabschnitt 5' innerhalb des Siebrahmens 3. Der Durchgang durch den Siebrahmen 3 erfolgt in der Durchführung 12. Im hier abgebildeten Ausführungsbeispiel ist der Kragen 8 einstückig an einer Hülse 8 angeformt, die auf das Übergangsstück 5, 5' aufgeschoben und dort z. B. durch Schweißen befestigt ist.
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Eine alternative Befestigung des Übergangsstücks 5, 5' am Siebrahmen 3 zeigt 6. Hier wird die Abdichtung nicht durch den aufgeschweißten Kragen 8, sondern durch eine Isolierhülse 13 erreicht, die den Spalt zwischen Übergangsstück 5' und Innenlochfläche des Siebrahmens 3 schließt. Vorteile dieser Lösung sind, dass das Übergangsstück 5' als solches nicht abgestimmt sein muss, sondern lediglich das Gesamtsystem (Übergangsstück und Zuleitungsresonator), und dass keine positionsgenaue Platzierung des Schallleiters 2 nötig ist. Auch gestaltet sich die Befestigung an der Durchführung besonders einfach.
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Zur Aufnahme der Beschleunigungskräfte wird ein Loch 14 mit einem Durchmesser von 4 mm gebohrt und verstiftet. Akustisch hat diese Lösung den Vorteil, dass über die kleine Kontaktfläche des Stiftes zum Siebrahmen 3 nur sehr wenig Schallenergie auf den Siebrahmen 3 übertragen wird, selbst wenn der Stift im Bewegungsmaximum positioniert ist.
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Wie vorstehend im Detail beschrieben ist es also möglich, eine Vorrichtung zum Anregen eines in einen Siebrahmen 3 eingefassten Siebgewebes 1 mittels Ultraschall bereitzustellen, die die vorteilhafte Anordnung des Ultraschallkonverters 4 ausserhalb des Pulverflusses und die Anregung von auf dem Siebgewebe 1 vorgesehenen Schallleitern 8 erlaubt. Gleichzeitig ist sie in der Lage, die durch die niederfrequenten Vibrationen der Siebmaschine auf diese Anordnung ausgeübten Kräfte abzufangen, die Stabilität des Systems zu erhöhen und eine einfache Handhabung zu ermöglichen. Dies gelingt auf einfache Art und Weise durch Hindurchführen des eines abgestimmten Schalltransportsystems 7 durch den Siebrahmen 3, wobei das abgestimmte Schalltransportsystem einen Kragen 8 aufweist, der am Siebrahmen 3 befestigt ist oder alternativ mittels Isolierhülse 13 und Verstiftung, wobei in diesem Fall das Übergangsstück 5, 5' nicht abgestimmt sein muss.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Siebgewebe
- 2
- Schallleiter
- 3
- Siebrahmen
- 4
- Ultraschallkonverter
- 5
- Übergangsstück, Abschnitt außerhalb des Siebrahmens
- 5'
- Übergangsstück, Abschnitt innerhalb des Siebrahmens
- 6
- Zuleitungsresonator („Syphon“)
- 6'
- Zuleitungsresonator
- 7
- abgestimmtes Schalltransportsystem
- 8
- Kragen
- 9
- Hülse
- 10
- Resonator
- 11
- Führungsring
- 12
- Durchführung
- 13
- Isolierhülse
- 14
- Loch, Bohrung
