DE102021121614B3

DE102021121614B3 - Fördersystem sowie Verfahren zum Fördern von Schüttgut

Info

Publication number: DE102021121614B3
Application number: DE102021121614.1A
Authority: DE
Inventors: gleich Patentinhaber Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-08-20
Filing date: 2021-08-20
Publication date: 2022-10-13
Anticipated expiration: 2041-08-21
Also published as: WO2023021122A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fördersystem mit einer entlang einer Förderrichtung (F) angeordneten Förderrinne (3) und einem Erregersystem zur Erzeugung einer schräg zur Förderrichtung (F) verlaufenden und auf die Förderrinne (3) einwirkenden Erregerkraft (5). Erfindungsgemäß weist das Erregersystem zumindest zwei entlang der Förderrichtung (F) hintereinander angeordnete Erregereinheiten (7, 8) auf, welche dazu eingerichtet sind jeweils parallel zueinander verlaufende und betragsgleiche Erregerkraftkomponenten (5a, 5b) zu erzeugen und wobei die Erregereinheiten (7, 8) derart an der Förderrinne (3) angeschlossen sind, dass die Erregerkraftkomponenten (5a, 5b) über jeweils in Schwingungsknotenabschnitten (10a, 10b) angeordneten Krafteinleitungspunkten auf die Förderrinne einwirken.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fördersystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 mit einer entlang einer Förderrichtung angeordneten Förderrinne und einem Erregersystem zur Erzeugung einer unter einem Anstellwinkel zur Förderrichtung verlaufenden und auf die Förderrinne einwirkenden Erregerkraft. Der Anstellwinkel beträgt üblicherweise zwischen 0 und 180°.
Derartige Fördersysteme werden üblicherweise auch als Schwingförderer oder Schwingförderrinnen bezeichnet, da der Fördervorgang des in der Förderrinne angeordneten Schüttgutes dadurch erfolgt, dass ein Erregersystem eine Schwingung in der Förderrinne induziert und in Folge dessen das in der Förderrinne angeordnete Schüttgut mit jeder Schwingung ein Stück weit entlang der Förderrichtung geworfen wird. Da das Schüttgut mit jeder Schwingung über nur eine vergleichsweise geringe Distanz geworfen wird, wird ein solcher Wurf auch als Mikrowurf bezeichnet, wobei somit der eigentliche Vorgang eine Folge mehrerer hintereinander angeordneter Mikrowürfe darstellt.
Um einen solchen Mikrowurf zu realisieren, muss die Erregerkraft schräg unter einem Anstellwinkel auf die Förderrinne einwirken, wobei diese Schrägstellung maßgeblich für den Wurfwinkel des Mikrowurfes ist.
Derartige Fördersysteme sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt beispielsweise die DE 699 08 199 T2 einen Schwingförderer mit seitlich angeordneten Unwuchtantrieben, die gegenläufig synchron eingerichtet sind und eine Erregerkraft durch die Schwerpunktachse der Förderinne erzeugen. Auch aus der DE 18 14 850 A , der DE 44 36 067 C2 und der GB 1 085 813 A sind entsprechende Fördersysteme bekannt.
Bei den zuvor genannten Fördersystemen ist es für den Fördervorgang ausreichend, wenn die Förderrinne eine ausgehend von dem Anstellwinkel schräge, translatorische Bewegung durchführt und hierdurch infolge der translatorischen Bewegung die in der Förderinne transportierten Schüttgüter entlang der Förderrichtung transportiert werden. Dabei ist es bekannt, dass die hierfür erforderlichen Erregersysteme insbesondere derart an der Förderinne angeordnet sind, dass die von den Erregersystemen induzierte Erregerkraft in dem Schwerpunkt oder zumindest im Bereich des Schwerpunktes auf die Förderinne einwirkt. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Erregerkräfte kein bzw. nur ein geringes Kippmoment in der Förderinne bewirken, sodass die Konstruktion insgesamt vergleichsweise einfach und gleichmäßig gelagert werden kann.
Zugleich stellt allerdings die Schwerpunktachse der Förderinne üblicherweise den Bereich der Förderinne dar, der die Förderinne besonders leicht in ihren Eigenmoden anregen kann. Hierbei ist zu bedenken, dass die Förderrinne vereinfacht als stabförmiges Objekt angesehen werden kann, welches sich infolge einer Kraftinduzierung verformt. Sofern es sich - wie im vorliegenden Fall - um sich zeitlich ändernde Kräfte bzw. Erregerkräfte handelt, führt dies dazu, dass auch die Förderinne in einer bestimmten Art und Weise in Schwingung versetzt wird, wobei üblicherweise die größten Schwingungen in der Schwerpunktachse und an den Enden der Förderrinne auftreten. Bezogen auf ein stabförmiges Objekt ist eine solche Art der Verformung Ausdruck einer sogenannten ersten Eigenmode, welche infolge der durch die Schwerpunktachse angreifenden Erregerkraft in der Förderinne induziert wird.
Um die hierdurch verursachten Schwingungen innerhalb der Förderrinne und die damit verbundenen großen Biegespannungen ausgleichen zu können, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Förderrinne mit einer vergleichsweise steifen und schweren Grundkonstruktion auszubilden, wobei diese Konstruktion umso steifer und umso schwerer auszubilden ist, je länger die Förderinne ist. Zugleich ist es bekannt, sogenannte Lenkerfedern zwischen mindestens zwei schwingenden Massen vorzusehen, welche entlang der Förderinne in Förderrichtung angeordnet sind und über die die Erregerkräfte entlang der Förderrichtung auf die Förderrinne verteilt werden sollen. Es sind somit ein großer konstruktiver Aufwand sowie ein großer Materialaufwand erforderlich, um derartige Förderinnen schwingungstechnisch steif auszubilden bzw. um Schwingungen innerhalb der Förderrinne zu reduzieren, wodurch sich insbesondere eine relativ niedrige Kosteneffizienz ergibt.
Darüber hinaus sind die aus dem Stand der Technik bekannten Fördersysteme in der Regel so ausgebildet, dass die Erregerkraft über zwei gegenläufig rotierende Unwuchtantriebe erzeugt wird. Durch die starre Konstruktion der Förderrinne und der festen Anordnung der Unwuchtantriebe an der Förderrinne ergibt sich darüber hinaus eine Zwangssynchronisation der beiden Unwuchtantriebe zueinander, welche bewirkt, dass die Unwuchten zwar gegenläufig aber ohne Phasenversatz zueinander rotieren. Eine solche Ausgestaltung ist in den meisten Fällen auch gewünscht, da sich so Querkräfte, welche nicht zur eigentlichen Schwingungsanregung vorgesehen sind, ausgleichen. In einem solchen Fall weisen die Unwuchtantriebe z.B. gemäß der DE 699 08 199 T2 eine Rotationsachse aufweisen, welche im Wesentlichen entlang der Längsrichtung der Förderrinne angeordnet ist. Der Anstellwinkel wird dann über eine Schrägstellung der Unwuchtantriebe selbst verwirklicht. Dieses Prinzip hat sich grundsätzlich aufgrund der einfachen Bauweise bewährt. Allerdings lässt sich die Förderung des Schüttgutes nur in sehr begrenztem Maße variieren und steuern.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fördersystem anzugeben, welches gegenüber bekannten Fördersystemen eine wesentlich leichtere Konstruktion aufweist, kostengünstiger hergestellt werden kann und eine variablere Nutzung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Fördersystem gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Fördern von Schüttgut gemäß Patentanspruch 11.
Es ist vorgesehen, dass die Förderrinne aus mehreren in Förderrichtung hintereinander angeordneten Förderrinnenabschnitten gebildet ist, wobei den Förderrinnenabschnitten jeweils eine Erregereinheit des Erregersystems zugeordnet ist und wobei die Erregereinheiten dazu eingerichtet sind, jeweils eine Erregerkraftkomponente zu erzeugen, welche in Teilschwerpunktbereichen der Förderrinnenabschnitte auf die Förderrinne einwirkt.
Im Rahmen der Erfindung sind mit Erregerkraftkomponenten keine vertikalen oder horizontalen Komponenten der Erregerkraft gemeint. Vielmehr stellen sie einen Teil der gesamten Erregerkraft dar, die an unterschiedlichen Punkten auf die Förderrinne einwirkt. Der Betrag als auch die Richtung beider Erregerkraftkomponenten sind hierbei vorzugsweise identisch.
Die Förderrinne kann demnach in mehrere Förderrinnenabschnitte unterteilt werden, denen jeweils eine Erregereinheit zugeordnet ist. Somit bemisst sich die Anzahl der Förderrinnenabschnitte an der Anzahl der Erregereinheiten und umgekehrt. Entscheidend ist hierbei, dass jeder dieser Förderrinnenabschnitte einen eigenen Teilschwerpunkt aufweist, wobei für die Ermittlung dieser Teilschwerpunkte davon ausgegangen wird, dass diese einzelnen Abschnitte gedanklich nicht miteinander verbunden sind. Es versteht sich, dass im Rahmen der Erfindung somit auch mehr als zwei Erregereinheiten z.B. vier, sechs oder mehr Erregereinheiten zum Einsatz kommen können.
Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, dass durch die Einleitung der Erregerkraft in die Teilschwerpunktbereiche der Förderrinne mehrere vorteilhafte Effekte ausgenutzt werden können.
Bei den Teilschwerpunktbereichen handelt es sich um Bereiche der Förderrinne, welche sich innerhalb eines Radius um einen Teilschwerpunkt erstrecken. Bevorzugt ist der Radius kleiner als 20 %, besonders bevorzugt kleiner als 10 % der entlang der Förderrichtung verlaufenden Länge des Förderinnenabschnittes. Grundsätzlich ist nicht zwingend erforderlich, dass die Erregerkraftkomponenten der Erregereinheiten exakt durch den entsprechenden Teilschwerpunkt verlaufen. Es ist nur sicherzustellen, dass die Gesamterregerkraft durch den Gesamtschwerpunkt der Förderrinne verläuft. Es kann aber auch gewünscht sein, dass die Wirkungslinie der Gesamterregerkraft am Schwerpunkt vorbei geleitet wird, wenn sich der lokale Anstellwinkel entlang der Förderrinne ändern soll. Ferner ist es aber auch denkbar, dass sich die Teilschwerpunktbereiche ausschließlich auf die Teilschwerpunkte reduzieren. Im Rahmen der Erfindung beziehen sich die Teilschwerpunkte auf eine eindimensionale Darstellung der Förderinne. In der Realität erstrecken sich die Teilschwerpunkte entlang einer in Querrichtung verlaufenden Linie, sodass die Teilschwerpunktbereiche entsprechend ein flächenartiges Gebilde darstellen.
Gemäß einer solchen Ausgestaltung lassen sich die Erregerkräfte insbesondere relativ schwingungsarm in die Förderinne einleiten, wenn die Gesamterregerkraft durch die Summe von einzelnen über die Förderrinnenlänge verteilte Erregerkraftkomponenten ersetzt wird. Durch eine solche Verteilung kann die dynamische Beanspruchung deutlich gesenkt werden. Dies ist insbesondere dann besonders wirksam, wenn die Einleitung der Erregerkraftkomponenten in bzw. in der Nähe von Schwingungsknoten erfolgt.
Bei Schwingungsknoten handelt es sich um Bereiche der Förderinne, welche gemäß der jeweiligen Eigenmode keine bzw. nur eine unwesentliche Positionsänderung erfahren. Wie bereits zuvor erläutert, bewirkt das Einbringen einer Erregerkraft durch die Schwerpunktachse in der Förderinne eine Eigenmode der ersten Ordnung, wobei insbesondere die Enden als auch den Mittelabschnitt der Förderinne abwechselnd nach oben und nach unten verschoben werden und somit die Bereiche der maximalen Durchbiegung darstellen. Im Gegensatz dazu befindet sich ausgehend von einer Eigenmode der ersten Ordnung zwischen dem Mittelabschnitt und einem Ende jeweils ein sogenannter Schwingungsknoten, dessen Position unverändert bleibt. Je nach Ausgestaltung der Förderrinne können die Teilschwerpunkte mit den Schwingungsknoten zusammenfallen. Dies ist insbesondere dann gegeben, wenn die Förderrinne entlang der Förderrichtung gleichbleibend ausgebildet ist. Bei derartigen Fördersystemen weist die Förderrinne üblicherweise eine Länge von mehr als 5 m, bevorzugt mehr als 10 m, auf.
Vor diesem Hintergrund eignen sich diese Schwingungsknoten bzw. die Schwingungsknotenbereiche besonders gut dazu, um dort die Erregerkräfte einzuleiten. Ausgehend von den zumindest zwei Schwingungsknotenbereichen gemäß einer Eigenmode der ersten Ordnung sind somit zumindest zwei Erregersysteme vorgesehen, welche jeweils eine Erregerkraftkomponente über Krafteinleitungspunkte in die Schwingungsknotenbereiche einleiten. Dies bewirkt, dass die Förderrinne nahezu ausschließlich translatorisch gemäß des gewählten Anstellwinkels bewegt wird, ohne dass nennenswerte dynamische Eigenschwingungen in der Förderinne bewirkt werden.
Die Erfindung hat aber nicht nur erkannt, dass eine schwingungsarme Erregerkrafteinleitung möglich ist. Vielmehr kann auch die Funktion des Fördersystems erweitert werden. Dies ist der Fall, da erfindungsgemäß die Erregereinheiten jeweils aus zumindest zwei gegenläufig rotierbaren Unwuchtantrieben gebildet sind. Bei den Unwuchtantrieben handelt es sich um Motoren oder Unwuchtwellen, bei denen Unwuchtmassen exzentrisch zu einer Motorwelle oder Unwuchtwelle angeordnet sind. Hierdurch werden bei sich drehender Welle Kräfte erzeugt, wobei die Größe der für die Kräfte einerseits durch die Unwuchtmassen und andererseits durch das Maß der Exzentrizität bestimmt wird. Üblicherweise handelt es sich bei den Unwuchtantrieben um Elektromotoren insbesondere um Drehstrom-Asynchronmotoren oder um Unwuchtwellen, die über Gelenkwellen durch stationäre Motoren angetrieben werden.
Ausgehend hiervon sind jeweils die Unwuchtantriebe der Unwuchtantriebspaare in Förderrichtung hintereinander angeordnet und weisen jeweils eine parallel zur Querrichtung der Förderinne verlaufende Rotationssachse auf, wobei die Unwuchtantriebe eines Unwuchtantriebspaares einen einstellbaren Phasenversatz zueinander aufweisen. Bei einer solchen Ausgestaltung wird demnach der Anstellwinkel durch den Phasenversatz der Unwuchtantriebe eines Unwuchtantriebspaares zueinander bestimmt. Der Phasenversatz bezeichnet hierbei den zeitlichen Versatz bei denen jeweils die Unwuchten der Unwuchtantriebe einer Erregereinheit eine bestimmte Referenzlage, z.B. die Senkrechte passieren. Bezogen auf eine Umdrehung folgt daraus unmittelbar ein Versatzwinkel.
Der Phasenversatz kann je nach Ausbildung des Fördersystems unterschiedlich eingestellt sein. Gemäß einer ersten Variante beträgt der Phasenversatz zwischen 30 und 90°, besonders bevorzugt zwischen 40 und 80°. Hierdurch ergibt sich eine schräg auf die Förderrinne einwirkende Erregerkraft bzw. schräg einwirkende Erregerkraftkomponenten, welche einen Mikrowurf bewirken.
Ausgehend von einer Ausgestaltung mit zwei hintereinander angeordneten Unwuchtantrieben pro Unwuchtantriebspaar ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung für beide Erregereinheiten jeweils ein betragsmäßig gleicher Phasenversatz vorzusehen, damit jeweils in beiden Teilschwerpunktbereichen die betragsmäßig gleiche Erregerkraftkomponente erzeugt werden kann. Ausgehend von einer entlang der Förderrichtung gleichbleibend ausgebildeten Förderrinne kann so bei gleichen Unwuchtmassen kein bzw. nur ein geringes Kippmoment um die Schwerpunktachse erzeugt werden. Da die Förderrinne nicht immer gleichbleibend ausgebildet ist, so sind bevorzugt die Unwuchtmassen der einzelnen Erregereinheiten so gewählt, dass die von den Erregereinheiten erzeugten Erregerkraftkomponenten jeweils ein Kippmoment um den Schwerpunkt der Förderrinne erzeugen, welche im Wesentlichen betragsgleich aber mit unterschiedlichen Drehrichtungen ausgebildet sind.
Allerdings ist bei einer derartigen Anordnung von Unwuchtantrieben auch zu bedenken, dass durch den Phasenversatz innerhalb eines Unwuchtantriebspaars ein lokales und sich zeitlich veränderndes Kippmoment an dem jeweiligen Teilschwerpunktbereichen erzeugt wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass durch den Phasenversatz unterschiedliche vertikale Kraftkomponenten auf die Förderinne einwirken, sodass hierdurch ein lokales Kippmoment in den Teilschwerpunktbereichen erzeugt wird. Sofern die Erregereinheiten in den Teilschwerpunktbereichen denselben Phasenversatz aufweisen, wird auch in jedem der Erregereinheiten ein gleichgerichtetes lokales Kippmoment erzeugt, wobei sich die Kippmomente der einzelnen Erregereinheiten aufsummieren.
Somit wird trotz einer durch die Schwerpunktachse gerichteten Gesamterregerkraft ein Gesamtkippmoment erzeugt, welches die Förderleistung beeinträchtigt.
Vor diesem Hintergrund ist es gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass die Unwuchtsantriebspaare der zumindest zwei Erregereinheiten so eingerichtet sind, dass die in Förderrichtung vorderen Unwuchtantriebe und die in Förderrichtung hinteren Unwuchtantriebe zwischen den einzelnen Erregereinheiten unterschiedliche Rotationsrichtungen aufweisen. Die Reihenfolge der einzelnen Unwuchtantriebe wird somit vertauscht. Dies bewirkt, dass die Unwuchtsantriebspaare ein entgegengesetztes Kippmoment erzeugen. Hierdurch können sich die lokalen Kippmomente zumindest teilweise kompensieren oder sogar vollständig aufheben. Darüber hinaus können die Kippmomente auch über die Betriebsart der einzelnen Unwuchtantriebspaare gezielt eingestellt werden, so dass wahlweise nur eine geringe oder aber eine vollständige Kompensation bewirkt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist hierzu ein Steuersystem vorgesehen, welches mit den Unwuchtantrieben verbunden ist und welches dazu vorgesehen und eingerichtet ist, die Phasenversätze, die Rotationsrichtung und/oder die Rotationsgeschwindigkeit zu steuern bzw. zu regeln. Um eine Zwangssynchronisation zu vermeiden ist darüber hinaus bevorzugt ein Frequenzumrichter vorgesehen, über den die beiden Unwuchtantriebe eines Unwuchtantriebspaares separat voneinander betrieben werden können.
Ausgehend von einer solchen Ausgestaltung kann das erfindungsgemäße Fördersystem durch Verstellen der zuvor genannten Parameter für eine Vielzahl von Einsatzzwecken verwendet werden. Beispielsweise kann eine Änderung der Rotationsrichtung oder des Phasenversatzes auch die Förderrichtung geändert werden. Ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten Fördersystemen ist eine solche Richtungsumkehr nicht möglich, da der Anstellwinkel allein über die Anordnung der Unwuchtantriebe aber nicht über deren Betriebsart bestimmt wird. Durch eine Umkehrung der Förderrichtung ist es beispielsweise möglich die Förderrinnen zu entleeren.
Durch die Einstellung unterschiedlicher Unwuchtmassen kann darüber hinaus das Fördersystem auch als Schubförderer betrieben werden. Bei einem solchen Schubförderer erfolgt eine Bewegung des Schüttgutes allein in Förderrichtung ohne eine vertikale Bewegungskomponente. Die Unwuchtantriebe eines Unwuchtantriebspaares weisen hierzu unterschiedliche Unwuchtmassen auf, so dass keine rein translatorische Bewegung der Förderrinne mehr bewirkt werden kann. Vielmehr erfolgt eine elliptische Bewegung, wobei die vertikalen und horizontalen Beschleunigungen des Schüttgutes abhängig von der Winkelposition der Unwuchtantriebe sind. Diese elliptische Bewegungsform ist dann so ausgebildet, dass bei einer Bewegung der Förderrinne in Förderrichtung geringere horizontale Beschleunigungen erzielt werden als in einer rückwärtigen Bewegung. Dies hat zur Folge, dass das Schüttgut in Förderrichtung an der Förderrinne anhaftet, während die Haftreibung im Zuge der rückwärtigen Beschleunigung überwunden wird. Durch eine Aneinanderreihung mehrere Umläufe der elliptischen Bewegung erfolgt eine Bewegung des Schüttgutes in Förderrichtung. Die elliptische Bewegungsform kann darüber hinaus auch unter einem Neigungswinkel von weniger als 20°, bevorzugt weniger als 15°, angestellt sein, wodurch das Schüttgut in der rückwärtigen Bewegung eine größere vertikale Beschleunigung erfährt als in der vorwärts gerichteten Bewegung. Durch diese vertikale Beschleunigung kann die Haftreibung leichter überwunden werden.
Hierbei ist dann die Erregerkraft bzw. sind die Erregerkraftkomponenten so einzustellen, dass in Förderrichtung die Haftreibungskraft des Schüttgutes auf der Förderrinne überschritten wird, während dies entgegengesetzt zur Förderrichtung nicht der Fall ist.
Darüber hinaus ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung auch die Exzentrizität der Unwuchtmassen der einzelnen Unwuchtantriebe z.B. über das Steuersystem einstellbar. Die Exzentrizität wird üblicherweise über zwei zueinander verstellbare Unwuchtmassenscheiben eingestellt. Im vorliegenden Fall erfolgt die Exzentrizität über das Zusammenspiel jeweils zweier hintereinander angeordneter Unwuchtantriebe eines Unwuchtantriebspaares. Durch die separate Ansteuerung der beiden Antriebsmotoren kann eine flexiblere Betriebsweise ermöglicht werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Erregereinheiten ausschließlich in einer quer zur Förderrichtung verlaufenden Ebene angeordnet sind und die durch die Erregereinheiten gebildete Summenkraft bevorzugt in einer Schwerpunktachse auf die Förderrinne einwirkt. Diese Schwerpunktachse verläuft in der Regel in der Mitte von der Förderinne. Eine solche Ausgestaltung ist selbstverständlich nur dann möglich, wenn die Erregereinheiten gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung von unten oder von oben auf den Boden der Förderrinne einwirken. Durch eine solche Ausgestaltung können seitliche Kippmomente vermieden werden, während die Anzahl der Erregereinheiten gering gehalten wird.
Alternativ ist es auch möglich, die Erregereinheiten an seitlichen Enden der Förderinne in den Teilschwerpunktbereichen anzuordnen, wobei dann das Erregersystem vorzugsweise nicht nur aus hintereinander angeordneten sondern auch aus nebeneinander angeordneten Erregereinheiten besteht, wobei die nebeneinander angeordneten Erregereinheiten vorzugsweise identisch ausgebildet sind und synchron betrieben werden. So können beispielsweise insgesamt vier Erregereinheiten vorgesehen sein, wobei jeweils zwei Erregereinheiten nebeneinander und jeweils zwei Erregereinheiten hintereinander angeordnet sind. Grundsätzlich ist es auch denkbar, je nach Breite der Förderinne mehr als zwei Erregereinheiten vorzusehen, wobei allerdings dann darauf zu achten ist, dass sich bezüglich der Breite der Förderrinne eine symmetrische Ausgestaltung ergibt. Insbesondere sollten hierzu die nebeneinander angeordneten Erregereinheiten so ausgebildet sein, dass sich kein Kippmoment in Querrichtung ausbildet.
Das erfindungsgemäße Fördersystem ist bevorzugt dazu ausgebildet, ausschließlich eine Beförderung von Schüttgut zu bewirken. Hierzu muss sichergestellt werden, dass das an einem ersten Ende auf die Förderinne aufgebrachte Schüttgut entlang der Förderrichtung bis zu einem zweiten Ende befördert wird, ohne dass ein wesentlicher Materialverlust bewirkt wird. Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass die Förderrinne einen geschlossenen Boden aufweist. Ausgehend von einer solchen Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, dass die Erregereinheiten bevorzugt unterhalb oder oberhalb der Förderinne angeordnet sind.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Fördern von Schüttgut entlang einer Förderrichtung mit einem erfindungsgemäßen Fördersystem, wobei das Schüttgut bevorzugt an einem ersten Ende auf die Förderrinne aufgebracht wird und wobei zumindest zwei entlang der Förderrichtung hintereinander angeordnete Erregereinheiten parallel zueinander verlaufende Eigenkraftkomponenten erzeugen, welche in Teilschwerpunktbereichen unter einem Anstellwinkel auf die Förderinne einwirken und wobei das Schüttgut infolge der Erregerkraftkomponenten in Förderrichtung transportiert wird. Das im Rahmen mit dem Fördersystem diskutierte Steuersystem ist insbesondere dazu vorgesehen und eingerichtet, das Fördersystem gemäß der Verfahrensbeschreibung durchzuführen.
Die genaue Funktionsweise wurde bereits im Zusammenhang mit dem Fördersystem genauer erläutert, wobei die Erregerkraftkomponenten üblicherweise mit einem Kraftanteil in vertikaler Richtung und in Förderrichtung bewegt werden. Der Winkel dieser Erregerkraftkomponenten in Bezug auf die Förderinne wird dann als Anstellwinkel bezeichnet.
Besonders bevorzugt ist das Verfahren so ausgebildet, dass die Erregereinheiten jeweils aus zumindest einem Umwuchterregerpaar mit zwei gegenläufig zueinander rotierenden Unwuchtantrieben gebildet sind und wobei die gegenläufig rotierenden Unwuchtantriebe einer Erregereinheit einen Phasenversatz und bevorzugt einen bestimmten Wellenabstand zueinander aufweisen. Hierdurch wird dann die Schrägstellung der Erregerkraftkomponenten durch den Phasenversatz der beiden Unwuchtantriebe zueinander bestimmt, wobei die Unwuchtantriebe jeweils eine Rotationssachse aufweisen, welche parallel zueinander und in Querrichtung zur Förderrichtung angeordnet sind.
Gemäß einer solchen Ausgestaltung ist bevorzugt vorgesehen, dass die verwendeten Unwuchtantriebspaare so aufeinander abgestimmt sind, dass die Wirkungslinie der resultierenden Gesamtkraft aller Unwuchtantriebspaare durch den Schwerpunkt der Förderinne geleitet oder gezielt am Schwerpunkt vorbeiläuft.
Besonders bevorzugt sind die Unwuchtantriebspaare hinsichtlich ihrer Unwucht identisch ausgebildet und weisen entsprechend eine Unwucht auf, welche hinsichtlich ihrer exzentrischen Masse miteinander übereinstimmen. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht eine lineare bzw. rein translatorische Schwingung der Förderrinne. Alternativ ist es auch möglich, die Unwuchtantriebspaare hinsichtlich ihrer Unwucht unterschiedliche auszubilden, wobei dann eine elliptische Schwingungsform induziert wird.
Ausgehend von einer solchen Ausgestaltung kann dann auch ein Phasenversatz vorgesehen sein, wobei der Phasenversatz der einzelnen Unwuchtantriebspaare so zueinander einstellbar, dass wiederum die Wirkungslinie der resultierenden Erregerkraft aller Unwuchtantriebspaare durch den Schwerpunkt der Förderrinne geleitet oder an dem Schwerpunkt gezielt vorbeigeleitet wird.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Erregereinheiten mit umgekehrten Phasenversätze zueinander betrieben werden. Hierdurch wird einerseits sichergestellt, dass die lokalen Kippmomente zumindest teilweise kompensiert bzw. gezielt eingestellt werden können. Sofern eine gerade Anzahl von Erregereinheiten entlang der Förderrichtung vorgesehen ist, so können diese so zueinander ausgebildet sein, dass auch eine vollständige Kompensation der Kippmomente möglich ist. Bei einer ungeraden Anzahl von Erregereinheiten ist zumindest eine weitgehende Kompensation möglich. Darüber hinaus ist es auch möglich den Abstand zwischen den einzelnen Unwuchtantrieben eines Unwuchtantriebspaares zum Teilschwerpunkt zu variieren, um auch die Größe des einzelnen lokalen Kippmomentes anpassen zu können. Hierdurch ist es möglich, eine vollständige Kompensation der lokalen Kippmomente zu erreichen.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens werden die Phasenversätze, die Rotationsrichtung und/oder die Rotationsgeschwindigkeit verstellt. Hierdurch kann insbesondere die Förderrichtung umgekehrt werden. Ferner lässt sich auch die Betriebsart ändern. Beispielsweise ist möglich von einer rein translatorischen Bewegung der Förderrinne auf eine elliptische Bewegung umzustellen und umgekehrt. Bei einer elliptischen Bewegung liegt somit kein festgelegter Anstellwinkel vor. Vielmehr ist dieser Anstellwinkel abhängig von der jeweiligen Winkelposition der einzelnen Unwuchtantriebspaare. Ausgehend von einer solchen elliptischen Bewegung kann das Fördersystem nach Art eines Schubförderers betrieben werden, wobei die in Förderrichtung auf das Schüttgut einwirkende Erregerkraft an zumindest einem Punkt der elliptischen Bewegung ausreichend groß sein muss, um die Haftreibung des Schüttgutes auf der Förderrinne zu überwinden. Bei der Rückwärtsbewegung der Förderinne darf dies im Gegensatz dazu nicht der Fall sein. Nur so kann sichergestellt werden, dass das Schüttgut auch in Förderrichtung transportiert wird.
Im Folgenden wird die Erfindung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Fördersystems
2a, 2b Betriebsmodi des Fördersystems gem. 1
3 die Schwingungsknoten des Fördersystems gemäß der 3 in einer vereinfachten Darstellung
4 ein als Schwingrinne ausgebildetes erfindungsgemäßes Fördersystem

Die 1 zeigt das erfindungsgemäße Fördersystem, welches im vorliegenden Fall als sogenannter Schwingförderer ausgebildet und eingerichtet ist, um Schüttgut über einen sogenannten Mikrowurf entlang der Förderrichtung F zu transportieren. Hierzu weist das Fördersystem eine Förderinne 1 mit einem geschlossenen Boden 2 auf, wobei der Boden 2 dazu vorgesehen ist, das Schüttgut aufzunehmen und zu befördern. Die Tatsache, dass der Boden 1 geschlossen ist, bedeutet, dass das Schüttgut entlang der gesamten Förderinne 1 transportiert wird. Dies schließt selbstverständlich nicht aus, dass der Boden 2 eine endseitige Durchgangsöffnung aufweist, durch die das Schüttgut die Förderinne1 endseitig verlassen kann.
Um einen Mikrowurf realisieren zu können, wirkt eine Erregerkraft 3 schräg unter einem Anstellwinkel α zur Förderrichtung F auf die Förderinne 1 ein. Diese Erregerkraft 3 ist hierbei so ausgebildet, dass sie durch die Schwerpunktachse S der Förderinne 1 verläuft, sodass folglich infolge der Erregerkraft 3 keine Kippmomente auf die Förderinne 1 übertragen werden können.
Diese Erregerkraft 5 wird erfindungsgemäß über zwei Erregerkraftkomponenten 3a, 3b verwirklicht, welche so zueinander ausgerichtet sind, dass sie sich zu der gesamten Erregerkraft 3 aufsummieren.
Hierzu ist ein Erregersystem vorgesehen, welches eine erste und eine zweite Erregereinheit 4, 5 aufweist, welche hintereinander in Förderrichtung F und unterhalb des Bodens 2 angeordnet sind, wobei sie unmittelbar über den Boden 2 auf die Förderinne 1 einwirken.
Die Anordnung der Erregereinheiten 4, 5 erfolgt in sogenannten Teilschwerpunktbereichen welche um einen entsprechenden Teilschwerpunkt S₁, S₂ angeordnet sind. In diesem Zusammenhang kann die Förderrinne 1 in zwei Förderrinnenabschnitte unterteilt werden, welche jeweils einen Teilschwerpunkt S₁, S₂ aufweisen und wobei jedem Förderrinnenabschnitt eine Erregereinheit 4, 5 zugeordnet ist. Die Anzahl der Förderrinnenabschnitte bemisst sich daher nach der Anzahl der Erregereinheiten 4, 5 und umgekehrt. Darüber hinaus muss die Förderrinne 1 auch nicht zwingendermaßen gleich ausgebildet sein. Vielmehr können sich die einzelnen Förderrinnenabschnitte voneinander unterscheiden. Eine solche Ausgestaltung geht beispielsweise aus der 1 hervor. Ferner ist es auch nicht erforderlich, dass die Unwuchtantriebe 6a, 6b, 7a, 7b auf einer geraden Verbindungslinie liegen.
Aus der 1 wird ferner deutlich, dass die Erregereinheiten 4, 5 jeweils aus sogenannten Unwuchtantriebspaaren gebildet sind, wobei die erste Erregereinheit 4 zwei in Förderrichtung hintereinander angeordnete Unwuchtantriebe 6a, 6b und die zweite Erregereinheit 5 in Förderrichtung hintereinander angeordnete Unwuchtantriebe 7a, 7b aufweist. Die Unwuchtantriebe 6a, 6b, 7a, 7b der Erregereinheiten 4, 5 sind hierbei so angeordnet, dass sie alle eine parallele Drehachse zueinander aufweisen, welche sich in Querrichtung zur Förderinne 1 erstrecken und wobei die Unwuchtantriebe 6a, 6b der ersten Erregereinheit 4 sowie die Unwuchtantriebe 7a, 7b der zweiten Erregereinheit 5 jeweils zueinander gegenläufig rotierend eingerichtet sind. Um ausgehend von einer solchen Ausgestaltung eine Erregerkraft 3 bzw. Erregerkraftkomponenten 3a, 3b erzeugen zu können, müssen die Unwuchtantriebspaare so ausgebildet sein, dass die Unwuchtantriebe 6a, 6b der ersten Erregereinheit 4 und die Unwuchtantriebe 7a, 7b der zweiten Erregereinheit 5 jeweils zueinander einen Phasenversatz φ aufweisen. Dies geht insbesondere aus den 2a, 2b deutlich hervor, welche die einzelnen Unwuchtantriebe zu verschiedenen Winkelpositionen zeigen. Gemäß der obersten Position, erzeugen die Unwuchtantriebe 6b, 7b ausschließlich eine vertikale Kraftkomponente, während die Unwuchtantriebe 6a, 7a zugleich eine Kraftkomponente in Förderrichtung erzeugen. Aufgrund dieses Phasenversatzes zwischen den Unwuchtantrieben 6a, 6b, 7a, 7b einer Erregereinheit 4, 5 wird eine Bewegung der Förderrinne 1 bewirkt und das Schüttgut befördert. Gemäß der mittleren Position weisen alle Unwuchtantriebe 6a, 6b, 7a, 7b dieselbe Kraftkomponente auf. Allerdings ist hierbei zu bedenken, dass sich die Rotationsrichtung der Unwuchtantriebe 6a, 6b, 7a, 7b innerhalb einer Erregereinheit 4, 5 unterscheiden. Gemäß der untersten Position heben sich die Kraftkomponenten der Unwuchtantriebe 6a, 6b, 7a, 7b innerhalb einer Erregereinheit 4, 5 auf.
Die 2a und 2b zeigen darüber hinaus auf der linken Seite eine Ausgestaltung, bei der die erste und die zweite Erregereinheit 4, 5 identisch ausgebildet und eingerichtet sind. Dies bedeutet, dass die Unwuchtantriebe 6a, 7a einerseits und die Unwuchtantriebe 6b, 7b synchron zueinander rotieren und beide Erregereinheiten 4, 5 einen identischen Phasenversatz φ aufweisen. Hierbei bezieht sich der Phasenversatz φ auf den Rotationswinkelunterschied des in Förderrichtung F vorderen Unwuchtantriebes 6b, 7b in Bezug auf den in Förderrichtung F hinteren Unwuchtantriebe 6a, 7a bei einem Durchlauf einer Nullposition, welche jeweils in der oberen Darstellung der 2a und 2b gezeigt ist.
Eine solche Ausgestaltung hat allerdings das Problem, dass durch die Erregereinheiten 4, 5 lokale Kippmomente in den Teilschwerpunkten S₁, S₂ erzeugt werden, welche sowohl betragsmäßig als auch richtungsmäßig identisch ausgebildet sind, sodass sie sich zu einem Gesamtkippmoment verstärken. Dies hat zur Folge, dass die Förderinne 1 einen näherungsweise elliptischen Schwingverlauf aufweist. Es handelt sich hierbei allerdings nicht um einen elliptischen Schwingungsverlauf, der gezielt durch unterschiedliche Unwuchtmassen einer Erregereinheit 4, 5 eingestellt wird. Vielmehr beruht dieser elliptische Schwingungsverlauf allein auf der Erzeugung der Kippmomente. Dies hat allerdings zur Folge, dass diese Kippmomente aufgrund der Hebellänge an den Enden der Förderinne 1 sehr stark und im Schwerpunkt S überhaupt nicht wirken. Es ergibt sich somit keine einheitliche Schwingungsform entlang der Schwingrinne 1. Dies ist für den Fördervorgang von Nachteil.
Die rechte Seite zeigt daher eine Ausgestaltung, bei der die Erregereinheiten 4, 5 umgekehrte Phasenversätze φ aufweisen, sodass sich die lokalen Kippmomente miteinander kompensieren. Dies hat zur Folge, dass die Förderinne ein näherungsweises lineares Schwingverhalten aufweist bzw. lediglich eine translatorische Bewegung durchführt. Hierdurch wird die Förderleistung einerseits deutlich erhöht. Um eine Kippmomentkompensation bewirken zu können, kann auch der Abstand zwischen den Unwuchtantrieben 6a, 6b, 7a, 7b und den Teilschwerpunkten S₁, S₂ unterschiedlich in den einzelnen Förderrinnenabschnitten gewählt werden, wobei mit zunehmendem Abstand auch das lokale Kippmoment erhöht wird. Eine solche Ausgestaltung ist beispielsweise in der 1 offenbart, wobei die Unwuchtantriebe 7a, 7b einen größeren Abstand zum Teilschwerpunkt S₂ aufweisen als die Unwuchtantriebe 6a, 6b Abstand zum Teilschwerpunkt S₁.
Die vorliegende Erfindung geht ferner davon aus, dass eine Anordnung der Erregereinheiten 4, 5 im Bereich der Teilschwerpunkte S₁, S₂ von besonderem Vorteil sein kann, wenn diese mit sogenannten Schwingungsknoten K₁, K₂ zusammenfallen. Dies ist insbesondere bei langen, gleichförmigen Förderrinnen 1 der Fall, wie sie beispielsweise in der 2a, 2b dargestellt sind. Das Prinzip der Schwingungsknoten ist in der 3 näher erläutert, wobei von einer gleichbleibenden Förderrinne 1 gemäß den 2a, 2b ausgegangen wird.
Die Förderrinne 1 und insbesondere der Boden 2 werden näherungsweise als stabförmiges Objekt angesehen, welches sich unter Krafteinwirkung gemäß einer bestimmten Eigenmode dynamisch verformt. Hierbei ist zu beachten, dass die Erregerkraft 3, welche durch die Schwerpunktachse S geleitet wird unter Beibehaltung des Anstellwinkels sowohl eine zeitliche Richtungsumkehr als auch eine zeitliche Betragsänderung erfährt, wodurch die Förderrinne 1 und insbesondere der Boden 2 in vertikaler Richtung V sowohl nach oben als auch nach unten dynamisch verformt werden. Der höchste Grad der Verformung erfolgt im Zentrum sowie an den Enden. Im Zuge einer solchen Verformung wird einerseits der Fördervorgang gestört und andererseits die Strukturen der Förderinne 1 belastet. Vor diesem Hintergrund sind üblicherweise vergleichsweise massive und steife Strukturen vorgesehen, welche die Steifigkeit erhöhen.
Vor diesem Hintergrund kann bei Anregung der Förderinne 1 durch Erregerkraftkomponenten 3a, 3b ein sehr viel ruhigeres Schwingungsverhalten erzeugt werden, da die Förderrinne 1 und insbesondere der Boden 2 wesentlich schwächer angeregt werden, als dies bei einer Anregung unmittelbar durch die Schwerpunktachse S der Fall wäre. Da die Schwingungsknoten K₁, K₂ gemäß der 3 einem ähnlichen Abstand zu der Schwerpunktachse S aufweisen, überlagern sich die Erregerkraftkomponenten 3a, 3b nicht nur. Vielmehr wird zugleich auch sichergestellt, dass die aus den Erregerkraftkomponenten 3a, 3b gebildete Erregerkraft 3 weiterhin durch die Schwerpunktachse 6 verläuft bzw. die Erregerkraftkomponenten 3a, 3b kein Kippmoment um die Schwerpunktachse S herum erzeugen.
Die 4 zeigt ferner eine lange Förderrinne 1, wobei insgesamt vier Erregereinheiten 4, 4a, 5, 5a entlang der Förderrichtung in vier Förderrinnenabschnitten auf die Förderrinne 1 einwirken. Auch hier erfolgt dies in Teilschwerpunktbereichen um die Teilschwerpunkte S₁, S₂, S₃, S₄. Durch die Verwendung von vier Erregereinheiten 4, 4a, 5, 5a kann auf die Einbindung von Lenkerfedern verzichtet werden, da eine homogene Einleitung der Erregerkraft 3 erfolgt.

Claims

Fördersystem mit einer entlang einer Förderrichtung (F) angeordneten Förderrinne (1) und einem Erregersystem zur Erzeugung einer unter einem Anstellwinkel zur Förderrichtung (F) verlaufenden und auf die Förderrinne (1) einwirkenden Erregerkraft (3), wobei die Förderrinne (1) aus mehreren in Förderrichtung (F) hintereinander angeordneten Förderrinnenabschnitten gebildet ist, wobei den Förderrinnenabschnitten jeweils eine Erregereinheit (4, 5) des Erregersystems zugeordnet ist und wobei die Erregereinheiten (4, 5) dazu eingerichtet sind, jeweils eine Erregerkraftkomponente (3a, 3b) zu erzeugen, welche in Teilschwerpunktbereichen der Förderrinnenabschnitte auf die Förderrinne einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregereinheiten (4, 5) jeweils aus zumindest zwei gegenläufig rotierbaren Unwuchtantrieben (6a, 6b, 7a, 7b) gebildet sind, die jeweils eine um eine Rotationsachse rotierbare Unwucht aufweisen und wobei die Unwuchtantriebe (6a, 6b, 7a, 7b) in Förderrichtung (F) hintereinander angeordnet sind, wobei die Unwuchtantriebe (6a, 6b, 7a, 7b) einer Erregereinheit (4, 5) einen einstellbaren Phasenversatz (φ) zueinander aufweisen.
Fördersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Teilschwerpunktbereiche innerhalb eines Radius um einen Teilschwerpunkt der Förderrinnenabschnitte erstrecken, wobei der Radius kleiner als 20 % der entlang der Förderrichtung (F) verlaufenden Länge des jeweiligen Förderrinnenabschnittes ist.
Fördersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtantriebspaare der zumindest zwei Erregereinheiten (4, 5) so eingerichtet sind, dass sie einstellbare Phasenversätze (φ) aufweisen.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtantriebspaare der zumindest zwei Erregereinheiten (4, 5) so eingerichtet sind, dass die in Förderrichtung (F) vorderen Unwuchtantriebe (6b, 7b) und die in Förderrichtung (F) hinteren Unwuchtantriebe (6a, 7a) zwischen den einzelnen Erregereinheiten (4, 5) unterschiedliche Rotationsrichtungen aufweisen.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände der Unwuchtantriebe (6a, 6b, 7a, 7b) zu jeweiligen Teilschwerpunkten (S₁, S₂) der Förderrinnenabschnitte zwischen den Erregereinheiten (4, 5) gleich oder unterschiedlich sind.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderrinne (1) gleich oder unterschiedlich ausgebildete Förderrinnenabschnitte aufweist.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderrinne (1) einen geschlossenen Boden (2) aufweist.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregereinheiten (4, 5) unterhalb oder oberhalb der Förderrinne (1) angeordnet sind.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuersystem vorgesehen ist, über welches die Rotationsrichtung, die Rotationsgeschwindigkeit, die Phasenlage der Unwuchtantriebe (6a, 6b, 7a, 7b) und/oder die Exzentrizität der einzelnen Unwuchtantriebe (6a, 6b, 7a, 7b) einstellbar ist.
Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregereinheiten (4, 5) in einer quer zur Förderrichtung (F) verlaufenden Ebene angeordnet sind.
Verfahren zum Fördern von Schüttgut (1) entlang einer Förderrichtung (F) mit einem Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Schüttgut (1) auf die Förderrinne (1) aufgebracht wird und wobei zumindest zwei entlang der Förderrichtung (F) hintereinander angeordnete Erregereinheiten (4, 5) Erregerkraftkomponenten (3a, 3b) erzeugen, welche unter einem Anstellwinkel (α) in Teilschwerpunktsabschnitten auf die Förderrinne (1) einwirken und wobei das Schüttgut in Folge der Erregerkraftkomponenten (3a, 3b) in Förderrichtung (F) auf der Förderrinne (1) transportiert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Erregereinheiten (4, 5) jeweils aus zumindest einem Unwuchterregerpaar mit zwei gegenläufig zueinander rotierenden Unwuchtantrieben (6a, 6b, 7a, 7b) gebildet sind und wobei die gegenläufig rotierenden Unwuchtantriebe (6a, 6b, 7a, 7b) einer Erregereinheit (4, 5) einen Phasenversatz (φ) zueinander aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die zumindest zwei Erregereinheiten (4, 5) unterschiedliche oder betragsgleiche Phasenversätze (φ) aufweisen.