DE10340456B3

DE10340456B3 - Mit dem inversen Piezoeffekt erregbare Federelemente für Schwingfördersysteme

Info

Publication number: DE10340456B3
Application number: DE2003140456
Authority: DE
Inventors: Kurt Buehner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-09-23
Filing date: 2003-08-31
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2023-09-01

Abstract

Um eine Verwendung von mit dem inversen Piezoeffekt erregbaren Federelementen für PKF-Elemente nach Patentanmeldung 10245722.0-22 anzugeben, bei der die Förderrichtung und/oder die Fördergeschwindigkeit und/oder das Förderverhalten der zu fördernden Teile elektronisch in weiten Grenzen variiert werden können, wird vorgeschlagen, ein Schwingfördersystem (195) zu verwenden, in dem mindestens zwei solcher PKF-Elemente (151, 153) vorhanden sind, bei welchen Mittel zum Fixieren an den Enden und an einer Stelle zwischen den Enden vorhanden sind und die Mittel zum Fixieren mit den zu erregenden Massen verbunden sind, welche (die PKF-Elemente) von unterschiedlichen Stellgliedern erregt werden, von denen eines als Master dient, welche synchron bezüglich der Frequenz schwingen, während die Amplitude und Phasenlage ihrer Schwingungen einzeln einstellbar sind, wobei die mindestens zwei Federelemente auf dasselbe Oberteil m¶2¶ (133) (Förderschiene) wirken, wobei die Förderrichtung (der resultierende Schwingungsvektor), entlang der sich die Förderteile bewegen, in einem Bereich der Förderebene, unter dem benachbart von unterschiedlichen Stellgliedern erregte Federelemente angeordnet sind, sich aus den vorgegebenen Wirkungslinien dieser Federelemente und dem aufeinander abgestimmten Einstellen der Amplituden der Schwingungen dieser Federelemente und der Phasenunterschiede zwischen diesen Schwingungen ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft mit dem inversen Piezoeffekt erregbare Federelemente gemäß Patent DE 102 45 722 für Schwingfördersysteme gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Gattungsgemäße Federelemente sind in der DE 100 28 271 A1 beschreiben. Die bekannten Federelemente sind zur Erregung von bisher eingesetzten Schwingfördersystemen geeignet.

In der OS 1 488 084 ist ein elektromagnetischer Schwingantrieb mit zwei übereinander angeordneten Schwingsystemen offenbart, um insbesondere einem Zuteilbunker Dreh- und vertikale Längsschwingungen aufzuzwingen. Beim Schwingsystem für die Längsschwingung sind vier radial abstehende Blattfedern vorgesehen, welche je mit ihrem einen Ende an der Peripherie des Schwingsystems und mit ihrem anderen Ende im Zentrum des Schwingsystems befestigt sind, und zwar entweder im Zentrum am Kern eines auf der Unterlage stehenden Elektromagneten und an der Peripherie an einem den Zuteilbunker tragenden Trägerrahmen oder im Zentrum am Anker des Elektromagneten und an der Peripherie am Unterteil des Schwingantriebs. Sei Erregung wird im Zentrum die Aktionsschwingung an das Arbeitsorgan und die Reaktionsschwingung an das Unterteil übertragen. Die Blattfedern dienen dazu, und zwar unabhängig davon, ob sie peripher am Tragrahmen und zentral am Kern oder zentral am Anker und peripher am Unterteil befestigt sind, die Schwingungsfrequenz zu regeln und den Anker gegenüber dem Kern abzustützen, so daß der Anker auf Abstand vom Kern gehalten wird.

In dem JP-Abstract 49058839 A ist eine Fördervorrichtung vom piezoelektrischen Typ beschrieben, bei der an einer mit einer Unterkonstruktion verbundenen Halterung horizontal angeordnete und radial von der Halterung weglaufende mit piezoelektrischen Platten bestückte Blattfedern mit ihrem einen Ende und das jeweils andere Ende an einer die Aktionsschwingung aufnehmenden Masse befestigt ist, wobei bei Erregung der piezoelektrischen Platten die genannte Masse in Drehschwingungen versetzt wird.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Federelement anzugeben, dessen Aktionsschwingung innerhalb enger Toleranzen so festgelegt, eingestellt und reproduziert werden kann, daß mit ihm unter sehr unterschiedlichen Betriebsbedingungen Teile effektiv, exakt und an ihre Besonderheiten angepaßt gefördert und sortiert werden können.

Diese Aufgabe wird mit einem Federelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Wirkungslinie eines Federelements ist definiert durch a) den Winkel, den die Normale (Gerade, die senkrecht auf der Trägerplatte des Federelements steht) mit der Förderebene bildet, und b) den Winkel, den die Projektion der Normalen auf die Förderebene mit eine Bezugslinie auf der Förderebene bildet. Die Förderebene ist die obere Oberfläche des Oberteils der Schwingfördereinheit, entlang der die Förderteile bewegt werden. Mit den Federelementen lassen sich unter Anwendung der Stellglieder Phasenunterschiede von 0 bis 360° zwischen den Schwingungen von verschiedenen Federelementen erzeugen. Das Federelement, wie in dem Stammpatent DE 102 45 722 , ist ein Doppelfederelement, das in Linear-, Rundförderern und bei den letzteren insbesondere in Scheibenförderern (s.u.) einsetzbar ist. Die Abstützung an seinen Enden bewirkt im Vergleich zu nur einfach festgehaltenen Federelementen eine verbesserte mechanische Stabilität, daß an den Abstützungen die Hebelkräfte gering sind, und daß bei Verwendung des lösungsgemäßen Federelements die Resonanzüberhöhung geringer als beim bekannten ist, wodurch es dämpfungs- und frequenzunabhängiger wird, und außerdem ist durch die beidseitige Abstützung bei ihm die Länge des Schwingwegs auf kleine Werte begrenzt, wodurch die Gefahr verringert wird, daß ein Aufschaukeln zu großen Schwingbewegungen stattfindet und damit die Schwingung unbeherrschbar wird. Kleine Schwingwege sind günstig, wenn man mit hohen Beschleunigungen bzw. hohen Antriebskräften fördern kann. Dies ist bei dem lösungsgemäßen Federelement gewährleistet, da bei ihm im Vergleich zu den bekannten Federelementen die Federkonstante des eingespannten Federelements größer ist, d.h. daß sich das lösungsgemäße Federelement mit höherer Frequenz und damit auch höherer Beschleunigung und höherer elektrischer Antriebskraft betreiben läßt und man deshalb mit ihm effektiver fördern kann. Außerdem ermöglicht das Arbeiten bei hohen Frequenzen und kleinen Schwingwegen eine gleichmäßige, gleitende Bewegung. Darüberhinaus ist das lösungsgemäße Federelement besonders auch zum Fördern von schweren Förderteilen geeignet. Dies umso mehr als sich mit ihm Schwingfördersysteme mit einem mechanisch besonders stabilen Aufbau fertigen lassen. Alle diese Qualitäten wirken so zusammen, daß der Schwingweg des lösungssgemäßen Federelements unter sehr unterschiedlichen Bedingungen besser definiert und einstellbar ist als bei den bekannten Federelementen. Indem die P-Körper auf beiden Seiten der genannten Stelle erregt werden, beeinflussen sich die erzeugten Schwingungen mit der Folge, daß die Schwingwege je nach Trägerform mehr oder weniger linear und dafür weniger gebogen sind. Für die bekannten einseitig eingespannten Federelemente ist charakteristisch, daß bei ihnen die Schwingwege immer gebogen sind, mit der Folge, daß die mit den bekannten Federelemenen erzeugten Bewegungen nicht eindeutig definiert sind. Lineare Schwingwege ermöglichen eine definiertere Festlegung der Förderungsparameter, sie bewirken, daß Rotationsbeschleunigungen, welche einen unkontrollierbaren Bewegungsablauf (Torkeln) der Förderteile nach vorwärts und rückwärts in der Förderrichtung verursachen, wesentlich reduziert werden, und sie lassen es beispielsweise zu, einen Scheibenförderer zu bauen, der als Aufnahme für die Förderteile eine runde Platte aufweist, unter der sternförmig Federelemente angeordnet sind, auf dem Förderteile kreisförmig mit allenfalls vernachlässigbaren Zentrifugalanteilen bewegt werden (Äquipotentialbahnen), was sich für die Vorvereinzelung von Förderteilen einsetzen läßt.

Es ist vorteilhaft, wenn die Enden des Trägers direkt oder über mindestens eine Zwischenplatte mit dem Unterteil m1 der Schwingfördereinheit verbunden sind, wobei die mindestens eine Zwischenplatte zwischen Unter- und Oberteil angeordnet ist, und wenn der mittlere Bereich des Trägers direkt oder über mindestens eine Zwischenplatte mit dem Oberteil m₂ oder einer freischwingenden Hilfsmasse m₃ verbunden ist, wobei Zwischenplatten vom Unter-, vom Oberteil und von einander durch Federelemente beabstandet sind, und wobei zum mindesten, wenn freischwingende Hilfsmassen vorgesehen sind, das Unterteil m₁ auf Gummifüßen ruht.

Insbesondere zwei Ausgestaltungen des lösungsgemäßen Federelements sind vorteilhaft.

Bei der einen Ausgestaltung ist mindestens ein mit einem ersten Stellglied erregtes Federelement vorhanden, das über die Enden des Trägers mit dem Unterteil m₁ und über dessen mittleren Bereich mit dem Oberteil m₂ einer Schwingfördereinheit verbunden ist, und bei dem die Richtung der Komponente des Schwingungsvektors in der Horizontalen mit der Richtung der Komponente in der Horizontalen des Schwingungsvektors mindestens eines anderen mit einem zweiten Stellglied erregten Federelements nicht übereinstimmt, wobei der Träger des mindestens einen Federelements mit seinen Enden mit dem Unterteil m₁ und mit seinem mittleren Bereich mit einer freischwingenden Hilfsmasse m₃ verbunden ist. Bei dieser Variante umgeht man die Schwierigkeit, daß bei großem Breiten- zu Dickenverhältnis der Trägerplatten deren Steifigkeit entlang der Breitenrichtung sehr groß ist, und deshalb die Schwingungen von annähernd senkrecht zueinander ausgerichteten Federelementen nicht im Oberteil in Wechselwirkung treten können. Insbesondere ist es möglich, die Förderrichtung von allen oder einzelnen Teilen ab einem bestimmten Punkt der Förderstrecke mindestens kurzzeitig zu ändern.

Bei der anderen Ausgestaltung des lösungsgemäßen Federelements sind Federelemente in mindestens zwei Etagen einer Schwingfördereinheit angeordnet sind, wobei das mindestens eine Federelement in der untersten Etage mit seinen Enden an dem Unterteil m₁ und mit seinem mittleren Bereich an einer die unterste Etage von der zweituntersten trennenden Zwischenplatte festgemacht ist, an der die Enden des mindestens einen Federelements in der zweituntersten Etage festgemacht sind, und wobei das mindestens eine Federelement in der obersten Etage mit seinem mittleren Bereich am Oberteil m₂ festgemacht ist und mit seinen Enden an einer die oberste Etage von der zweitobersten trennenden Zwischenplatte festgemacht ist, wobei die Federelemente in den weiteren Etagen jewels mit den Enden an der von der nächst tieferen Etage trennenden Zwischenplatte und mit dem mittleren Bereich an der von der nächst höheren Etage trennenden Zwischenplatte befestigt sind. Günstig ist es, wenn die mindestens zwei Federelemente entlang derselben Ebene schwingen und besonders günstig, wenn mindestens eines der Federelemente in einer Richtung schwingt, welche mit des Horizontalen einen Winkel zwischen 0 und 90° bildet, und mindestens eines der Federelemente von denen das andere in einer Richtung schwingt, welche mit der veztikalen einen Winkel zwischen 0 und 90° bildet oder am günstigsten, wenn mindestens ein Federelement in einer Richtung schwingt, welche mit der Horizontalen einen Winkel zwischen 0 und 45° bildet, und mindestens ein Federelement in einer Richtung schwingt, welche mit der Vertikalen einen Winkel zwischen 0 und 45° bildet. Bei dieser Ausgestaltung ist es insbesondere möglich, die Fördergeschwindigkeit und das Förderverhalten (Werfen oder Gleiten) der zu fördernden Teile ausschließlich elektronisch zu variieren.

Vorteilhaft ist es eine Kombination der beiden genannten Ausgestaltungen in der Weise vorzunehmen, daß eine Schwingfördereinheit vorgesehen ist, in welcher von unterschiedlichen Stellgliedern angesteuerte Federelementen in mindestens zwei Etagen angeordnet sind und/oder, in welche das genannte Federelement mit quaderförmigem Träger eingebaut ist, und zusätzlich mindestens ein von einem weiteren Stellglied angesteuerten Federelement, das mit seinem mittleren Bereich an einer freischwingenden Hilfsmasse fixiert ist, und das nicht in derselben Ebene, wie die erstgenannten Federelemente schwingt. Diese Kombination erlaubt es, alle Förderparameter durch entsprechende Einstellungen der Stellglieder zu variieren.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Federelements ist in die Schwingfördereinheit mindestens ein zusätzliches von einem eigenen Stellglied erregtes Federelement eingebaut, das bezüglich der Frequenz nicht synchron mit den anderen Federelementen schwingt. Mit dieser Anordnung lassen sich Schwingungsinterferenzen erzeugen. Solche Interferenzen sind beispielsweise vorteilhaft, wenn pulverförmiges, zum Zusammenbacken neigendes Fördergut gefördert werden soll. Die Interferenzen bewirken eine Auflockerung des Materials und eine Vereinzelung der Pulverteilchen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des lösungsgemäßen Federelements sind in den Unteransprüchen offenbart.
Im folgenden wird die Verwendung anhand von durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen
1 ein lösungsgemäßes Federelement in schematischer Seitenansicht,
2 als Beispiel einer Ausführungsform der Lösung die Sicht auf einen senkrecht zum Unterteil geführten Querschnitt einer Schwingfördereinheit mit Federelementen, welche entlang zum Unterteil m₁ senkrecht verlaufender Ebenen schwingen, wobei mindestens eines der Federelemente mit m₁ und m₂ verbunden ist und wobei, wenn mehr als ein Federelement davon verbunden ist, diese entlang derselben Ebene schwingen, und zu diesem mindestens einen Federelement mindesten ein senkrecht schwingendes Federelement vorhanden ist, das mit m₁ und einer freischwingenden Hilfsmasse m₃ verbunden sind,
2a in Aufsicht die Anordnung der in der 2 gezeigten Federelemente zueinander, wobei der Querschnitt, auf den in der 2 geblickt wird, entlang der in der 2a durch zwei gefiederte Pfeile gekennzeichneten Gerade geführt ist,
3 für das anhand der 2 und 2a veranschaulichte Beispiel in einem rechtwinkligen Koordinatensystem die resultierenden Schwingungsvektoren, entlang der die Förderteile bewegt werden, für zwei Einstellungen der Phasenlagen der von den Federelementen erzeugten Schwingungen zueinander, deren Amplituden festgelegt sind,
4 als Beispiel für eine andere Ausführungsform der Verwendung eine Schwingfördereinheit, bei der das Oberteil m₁ durch in zwei übereinanderliegenden Etagen angeordneten Federelementen zum Schwingen gebracht wird, wobei die Federelemente in derselben Ebene schwingen, und die Federelemente in der einen Etage senkrecht und die in der anderen Etage parallel zur Förderebene schwingen,
5 für das anhand der 4 veranschaulichte Beispiel in einem rechtwinkligen Koordinatensystem die resultierenden Schwingungsvektoren, entlang der die Förderteile bewegt werden, für drei Einstellungen der Phasenlagen der von den Federelementen erzeugten Schwingungen zueinander, deren Amplituden festgelegt sind, und
6 eine Schwingfördereinheit, in welcher mindestens ein Teil der in der 2 gezeigten Federelemente durch Federelementpaare ersetzt sind, wie sie in der 4 gezeigt sind.
Ein Beispiel des lösungsgemäßen Federelements ist in der 1 gezeigt. Das Federelement 151, enthält eine rechteckige, zwischen etwa 6 und etwa 15 mm dicke Trägerplatte 201 aus einem federnden Material, wie einem glasfaserverstärkten Epoxidharz. Die Trägerplatte weist in ihren auf die Längsachse bezogenen Endbereichen und in ihrem mittleren Bereich je zwei Bohrungen 203, 204 bzw. 205 auf, die zur Fixierung der Endbereiche an – in den üblichsten Anwendungsfällen – großen Massen und im mittleren Bereich an der Masse m₂ (s.u.), beispielsweise mittels Schrauben dienen. Auf die Trägerplatte sind beidseitig je zwei zwischen etwa 10 und etwa 30 μm dicke (nicht gezeigte) Metallfolien, bevorzugt aus Kupfer, aufgeklebt. Die Metallfolien haben etwa dieselbe Breite wie die Trägerplatte und sind bevorzugt so auf ihr positioniert, daß gleich große Endbereiche der Trägerplatte und zwei zur Mitte der Trägerplatte spiegelsymmetrische Bereiche nicht bedeckt sind. Dabei gilt, daß das Verhältnis der Anmessungen zwischen dem einen Ende der Metallfolien und der Mitte der mindestens einen Bohrung 205 und auf den Endbereichen zwischen dem einen Ende der Metallfolien und der Mitte der Bohrungen 203 bzw. 204 besonders vorteilhaft ≥ 1,5 ist. Mit den Metallfolien sind mit einer aufgedampfteh Metallisierung, bevorzugt aus Silber, versehene piezokeramische Platten 75 (im folgenden PK-Platten) fest verbunden, welche etwa gleich groß wie die Metallfolien sind und diese abdeckt. Die Metallfolie und die von der Trägerplatte abgewandte Metallisierung auf den PK-Platten sind an (nicht gezeigten) Kontaktpunkten elektrisch kontaktiert. Die PK-Platten sind – was allgemein für die hier erörtete Verwendung gilt – so geschaltet, daß bei Anlegung einer Spannung die eine PK-Platte sich zusammenzieht, während sich die andere ausdehnt.
Die Federelemente werden mit Stellgliedern zu Schwingungen festgelegter Frequenz und Amplitude angesteuert und mindestens eines von ihnen wirkt als Master, mit dem die Frequenz synchron betrieben wird, und Phasen der Schwingungen von mit unterschiedlichen Stellgliedern angesteuerten Federelemente eingestellt werden.
Die Stellglieder werden controllergesteuert betrieben. Bevorzugt beinhalten die Stellglieder eine Endstufe mit Ansteuerung, die Stromversorgung der Endstufe und der Ansteuerung und die interne Steuerung. Die Endstufe wird von einer symmetrischen Vollbrücke bestehend aus sehr schnellen Hochvolt-Power-MOS-FET- bzw. IGBT-Transistoren und sehr schnellen Rückstromdioden für die teilweise Rückgewinnung der Erregungsenergie gebildet. Zur Ansteuerung und der Strom- und Spannungsüberwachung der Power-Transistoren sind entsprechende Ansteuerbausteine, wie MOS-FET-Treiber, vorgesehen. Die interne Steuerung erfolgt bevorzugt über einen Microcontroller, beispielsweise der NEC-K3-Serie. Er steuert die Endstufe bevorzugt über einen ON-Chip PWM-Generator, dessen Trägerfrequenz mit der die Arbeitsfrequenz maduliert wird. Zum Demodulieren ist ein Demodulator im Stellglied enthalten. Um die CPU bei der Berechnung beispielsweise der Sinuswellenform zu entlasten, wird bevorzugt die Kurvenform als Datentabelle im internen ROM-Speicher abgelegt. Zur Regelung der Ausgangsintensität lassen sich die digitalen Informationen aus der Datentabelle in 1%-Schritten zurückrechnen (Modulationsgradbestimmung). Aus der bestehenden Tabelle lassen sich auch modifizierte Kurvenformen berechnen. Die Frequenz des Ausgangsignals wird über einen internen Timer, beispielsweise einen 16-Bit-Timer, erzeugt. Mit einem solchen Timer wird der Frequenzbereich ≥ 1 Hz (nach oben keine Grenze, die in der Praxis interessanten Frequenzen liegen aber nicht höher als etwa 20 kHz) mit einer Genauigkeit von etwa 0,1 Hz erfaßt. Der interne UART-Baustein des Mikrocontrollers bildet die serielle Schnittstelle zur Steuerung der Endstufe. Bevorzugt über einen aus Software gebildeten Befehlsinterpreter erfolgt die Steuerung aller Funktionen des Stellglieds. Die Steuerung des synchronen Betriebs von mit unterschiedlichen Stellgliedern (Master-Slave) angesteuerten Erregern durch eines der Stellglieder (Master), beispielsweise bei der grenzüberschreitenden Förderung beim Übergang von einem Rund- zu einem Linearförderer (s.o.) und bei der Reaktionsschwingungskompensation (s.o.), erfolgt auch durch dessen Befehlsinterpreter.
In den 2 und 2a sind Details einer Schwingfördereinheit 195 gezeigt. Die Federelemente 151 und 153 sind mit ihren Enden über Halterungen 135 am Unterteil m₁ 134 (in der 2a nicht gezeigt) befestigt. Die genannte Stelle zwischen den Enden der Federelemente 151 ist über Halterungen 132 am Oberteil m₂ 133 (in der 2a nicht gezeigt) befestigt. Das andere Ende des Federelements 153 ist freischwingend an einer Hilfsmasse m₃ 147 mit einer Halterung 132 befestigt. Das Federelement 153 kann so eingebaut sein, daß sein Schwingungsvektor keine vertikale Komponente aufweist. Wie die 2a zeigt, bilden die auf das Unterteil m₁ projizierten Längsachsen der PKF-Elememte 151 mit der auf das Unterteil m₁ projizierte Längsachse des Federelements 153 einen rechten Winkel. Die Federelemente 151 einerseits und die Federelemente 153 andererseits sind je mit einem (nicht gezeigten) Stellglied verbunden, die im Verhältnis von Master und Slave zueinander stehen. Die Federelemente bilden mit dem Oberteil m₂ (der Horizontalen) einen festgelegten Winkel. Werden die Federelemente 151 erregt, bewegen sich auf die Förderkomponente 133 gelegte Förderteile in Richtung
(in der 11a ist die Projektion von
auf die Förderebene als
eingezeichnet).
und
sind Vektoren, deren Betrag y den Schwingweg bedeutet (dies gilt auch für die später genannten, durch Index gekennzeichneten y-Vektoren)
und
bezeichnen die Richtungen, in denen sich die Förderteile bewegen, wenn entweder das PKF-Elememt 151 oder das PKF-Elememt 153 schwingt. Wird das Federelement 153 synchron mit den Federelementen 151
erregt, bewegen sich die Förderteile in Richtung des resultierenden Schwingungsvektor y_res weiter. Dabei wirkt die von dem Federelement 153 auf das Unterteil m₁ 134 übertragene Reaktionsschwingung mit der von den Federelementen 151 auf das Unterteil m₁ übertragenen Reaktionsschwingungen zusammen, wodurch die auf das Oberteil m₂ wirkenden Schwingungen der Federelemente beeinflußt werden. Der Winkel, den
und
ist die Projektion von
auf die Förderebene) miteinander bilden, hängt von den Phasen- und Amplitudenunterschieden zwischen den Schwingungen die Federelemente 151 und 153 ab. Die Verhältnisse werden durch die 12 noch genauer erläutert: In der 3 ist in den 1. Quadranten des Koordinatensystems
parallel zur Ordinate und
parallel zur Abszisse eingetragen.
wobei
den Vektor des Federelements 151 parallel zur Förderrichtung und
den Vektor senkrecht zur Förderrichtung bezeichnen.
kann entsprechend zusammengesetzt sein.
bezeichnet die Richtung die senkrecht zum Federelement 151 steht und schräg nach oben verläuft und sie ergibt sich aus der Richtung in der
schwingt, wenn
nach oben schwingt. Das Federelement 153 schwingt
senkrecht zur Ebene in der die Federelemente 151 schwingen. Haben die Schwingungen der Federelemente 151 und 153 eine solche Phasenbeziehung zueinander, daß die Federelemente 151 und 153 gleichzeitig in der positiven Richtung schwingen, ergibt sich ein resultierender Schwingungsvektor
im I. Quadrant, und, wenn die Phasenbeziehung derart ist, daß das Federelement 151 in die positive Richtung und Federelement 153 in die negative Richtung schwingen, ergibt sich ein resultierender Schwingungsvektor
im II. Quadranten. Der in die 2a eingezeichnete
ergibt sich demnach aus
wenn die Phaselage um Δφ = 180° geändert wird. Die Winkel, die
mit den Koordinaten bildet, können verändert werden, indem man den Phasenunterschied zwischen den von den Federelementen 151 und 153 ausgeführten Schwingungen anders einstellt, indem man die Amplituden ändert, oder indem man den Winkel, welchen die Längsachsen der Federelemente 151 und 153 miteinander bilden, von 90° verschieden einstellt.
Indem das Federelement 153 nur kurzfristig, d.h. impulsartig, erregt wird, kann die in den 2 und 2a gezeigte Anordnung auch dazu benutzt werden, um einzelne Förderteile aus dem durch die Federelemente 151 bestimmten Förderpfad zu selektieren.
In der 4 ist eine Schwingfördereinheit 295 gezeigt, bei der ein Unterteil m₁ 134 und eine Zwischenplatte 158 parallel zueinander ausgerichtet und von zwei Federelementen 152 auf Abstand gehalten werden, welche parallel zur Zwischenplatte und zum Unterteil m₁ 134 angeordnet sind und welche mit ihren Enden über Halterungen 135 an dem Unterteil m₁ 134 und mit der genannten Stelle zwischen den Enden über Halterungen 132 an der Zwischenplatte befestigt sind. Das Unterteil 134 ist auf Gummifüßen 160 gelagert. Oberhalb der Zwischenplatte und parallel zu ihr ist des Oberteil m₂ 133 (die Förderschiene) angeordnet. Voneinander getrennt sind die Zwischenplatte und das Oberteil m₂ 133 durch zwei Federelemente 154, welche mit ihnen rechte Winkel bildend mit den Enden über Halterungen 235 an der Zwischenplatte und mit der Stelle zwischen den Enden über Halterungen 232 am Oberteil m₂ 133 (der Förderschiene) befestigt sind. Die Federelemente 152 und 154 schwingen synchron in derselben auf dem Unterteil m₁ senkrecht stehenden Ebene, jedoch senkrecht zueinander.
Die Federelemente 152 einerseits und die Federelemente 154 andererseits sind je mit einem (nicht gezeigten) Stellglied verbunden, die im Verhältnis von Master und Slave zueinander stehen.
Werden die Federelemente 152 und 154 zum Schwingen erregt, hängt es vom Verhältnis der (festgelegten) Amplituden und/oder dem Phasenunterschied zwischen den von den Federelemente 152 und 154 ausgeführten Schwingungen ab, welche resultierenden Schwingungsvektoren sich einstellen. Diese Verhältnisse lassen sich anhand der 5 veranschaulichen. Der Schwingungsvektor
des Federelements 154 schwingt senkrecht zur Förderebene und zwar in die positive und in die negative Richtung. Der Schwingungsvektor
des Federelements 152 schwingt parallel zur Förderebene und zwar auch in die positive und in die negative Richtung. Der resultie-rende Schwingungsvektor
ergibt sich aus der Richtung von
in dem Moment, in dem
nach oben schwingt. D.h. schwingt das Federelement 154 in dem Moment nach rechts (positiv), in dem der
nach oben gerichtet ist, dann verläuft der resultierende Schwingungsvektor nach rechts (1. Quadrant). Schwingt das Federelement in dem Moment nach links (negativ), in dem
nach oben gerichtet ist, dann verläuft der resultierende Schwingungsvektor nach links (2. Quadrant). Die Richtungsänderung von
und
kommt durch eine Phasenverschiebung Δφ der durch die Federelemente 154 erzeugten Schwingungen gegenüber den durch die Federelemente 152 erzeugten Schwingungen um 180° zustande. Werden andere φ-Winkel eingestellt, liegt der resultierende Schwingungsvektor
je nachdem, ob Δφ > oder < 90 ° ist, im 1. oder im 2. Quadranten. Die Richtung des resultierenden Schwingungsvektors ist also phasenabhängig. Oder anders: Es hängt von der Polarität der
-Erregung ab, in welcher Richtung sich die Förderteile bei Erregung bewegen.
Die Anzahl der für zum Zustandekommen der resultierenden Schwingungsvektoren beitragenden Parameter läßt sich noch erhöhen, wenn die Winkel, welche die Federelemente mit dem Oberteil m₂ bilden, variiert werden.
In der 6 ist eine Schwingfördereinheit gezeigt, die aus der in der 2 gezeigten Schwingfördereinheit weiterentwickelt ist, indem die gegenüber der Förderschiene geneigten Federelemente 151 und gegebenenfalls 153 durch Federelementkombinationen 152/154 ersetzt sind, wie sie in der 4 gezeigt sind. Diese Kombination erlaubt es, alle – außer den Wirkungslinien-Förderparameter durch entsprechende Einstellungen der Stellglieder zu variieren.

Claims

Mit dem inversen Piezoeffekt erregbares Federelement (151, 152, 153, 154) gemäß Patent DE 102 45 722 für Schwingfördersysteme (195, 295), das einen Träger (201) aus einem federnden Material enthält, der an zwei entgegengesetzten Enden (134, 158, 203, 204) Mittel zum Festmachen des Federelements an einem ersten Element und an einem zweiten Element (134, 158) aufweist, und der mindestens aufeinander gegenüberliegenden Oberflächen des Trägers (201) mindestens je einen elektrisch erregbaren Körper (75) aus einem piezoelektrischen Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (201) in seinem mittleren Bereich weitere Mittel (205) zum Fixieren aufweist, dass auf den Bereichen des Trägers zwischen dem mittleren Bereich und den Enden auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen mindestens je ein Piezokörper (75) in der Weise aufgebracht ist, dass das Verhältnis der Abmessungen zwischen den dem mittleren Bereich zugewandten Enden der genannten Piezokörper (75) und den Mitteln (205) zum Festmachen im mittleren Bereich und zwischen den anderen Enden der Piezokörper und den Mitteln (203, 204) zum Festmachen an den Enden des Federelements ≥ 1, 2 ist, wobei bei eingebautem Federelement die Schwingungen für das Förderelement an der Befestigung (205) im mittleren Bereich abgenommen wurden, dass bei in ein Schwingfördersystem eingebautem Federelement die Mittel (203, 204, 205) zum Fixieren der Federelemente an den Enden und im mittleren Bereich die Federelemente mit erregbaren Massen (133, 134, 158, 147) verbinden, dass mindestens zwei solcher Federelemente (151, 152, 153, 154) von unterschiedlichen Stellgliedern angesteuert werden, von denen eines als Master dient, wobei die Federelemente synchron bezüglich der Frequenz in Abhängigkeit vom Master schwingen, während die Amplitude und Phasenlage ihrer Schwingungen einzeln in Abhängigkeit vom Master einstellbar sind, und dass die mindestens zwei Federelemente das Förderelement (133) einer Schwingfördereinheit (195, 295) antreiben, wobei sich die Förderrichtung der Förderteile, die sich in einem Bereich der Förderebene unter dem benachbart von unterschiedlichen Stellgliedern angesteuerte Federelementen befinden, aus den vorgegebenen Wirkungslinien dieser Federelemente ergibt.
Federelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Trägers (201) direkt oder über mindestens eine Zwischenplatte mit dem Unterteil m₁ (134) der Schwingfördereinheit (195, 295) verbunden sind, wobei die mindestens eine Zwischenplatte zwischen Unter- und Oberteil angeordnet ist, und dass der mittlere Bereich des Trägers (201) direkt oder über mindestens eine Zwischenplatte mit dem Oberteil m₂ (133) oder einer freischwingenden Hilfsmasse m₃ (147), verbunden ist, wobei Zwischenplatten vom Unter-, vom Oberteil und von einander durch Federelemente beabstandet sind und wobei zum mindesten, wenn freischwingende Hilfsmassen (147) vorgesehen sind, das Unterteil (134) auf Gummifüßen ruht.
Federelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an unterschiedliche Stellglieder angeschlossenen Federelemente (151, 153) unterschiedliche Wirkungslinien aufweisen.
Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein mit einem ersten Stellglied angesteuertes Federelement (151) vorhanden ist, das über die Enden des Trägers (201) mit dem Unterteil (134) und über dessen mittleren Bereich mit dem Oberteil (133) einer Schwingfördereinheit (195) verbunden ist, und bei dem die Richtung der Komponente des Schwingungsvektors in der Horizontalen mit der Richtung der Komponente in der Horizontalen des Schwingungsvektors mindestens eines anderen mit einem zweiten Stellglied angesteuerten Federelements (153) nicht übereinstimmt, wobei der Träger des mindestens einen Federelements (153) mit seinen Enden mit dem Unterteil (134) und mit seinem mittleren Bereich mit einer freischwingenden Hilfsmasse (147) verbunden ist.
Federelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von unterschiedlichen Stellgliedern angesteuerten Federelemente (152, 154) in mindestens zwei Etagen einer Schwingfördereinheit (295) angeordnet sind, dass das mindestens eine Federelement in der untersten Etage mit seinen Enden an dem Unterteil (134) und mit seinem mittleren Bereich an einer die unterste Etage von der zweituntersten trennenden Zwischenplatte (158) festgemacht ist, an der die Enden des mindestens einen Federelements in der zweituntersten Etage festgemacht sind, und dass das mindestens eine Federelement in der obersten Etage mit seinem mittleren Bereich am Oberteil (133) festgemacht ist und mit seinen Enden an einer die oberste Etage von der zweitobersten trennenden Zwischenplatte festgemacht ist, wobei die Federelemente in den weiteren Etagen jeweils mit den Enden an der von der nächst tieferen Etage trennenden Zwischenplatte und mit dem mittleren Bereich an der von der nächst höheren Etage trennenden Zwischenplatte befestigt sind.
Federelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Federelemente (152, 154) entlang derselben Ebene schwingen.
Federelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Federelemente (154) in einer Richtung schwingt, welche mit der Horizontalen einen Winkel zwischen 0 und 90° bildet, und mindestens eines der Federelemente (152) in einer Richtung schwingt, welche mit der Vertikalen einen Winkel zwischen 0 und 90° bildet.
Federelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Federelement (154) in einer Richtung schwingt, welche mit der Horizontalen einen Winkel zwischen 0 und 45° bildet, und mindestens ein Federelement (152) in einer Richtung schwingt, welche mit der Vertikalen einen Winkel zwischen 0 und 45° bildet.
Federelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement einen quaderförmigen Träger aufweist, bei dem Piezokörper außen auf den vier zur Längsachse zwischen den Enden parallel angeordneten Längsseiten aufgebracht sind, wobei nicht auf einander gegenüberliegenden Längsseiten aufgebrachte Piezokörper von unterschiedlichen Stellgliedern angesteuert werden.
Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Federelemente (152, 154) welche in zwei verschiedenen Etagen zueinander angeordnet sind, oder ein Federelement mit einem quaderförmigen Träger und zusätzlich mindestens ein Federelement (153) mit einer Hilfsmasse (147) an der mittleren Fixierung in einem Schwingfördersystem vorliegen.
Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mindestens ein Federelement vorhanden ist, das bezüglich der Frequenz nicht synchron mit den anderen Federelementen (151, 152, 153, 154) oder dem quaderförmigen Federelement schwingt.
Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte der Federelemente aus Metall oder Kunststoff besteht.
Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei Frequenzen bei > 100 Hz gearbeitet wird.
Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Frequenz f_A erregt wird, welche gleich der Resonanzfrequenz f₀ des Schwingers ist, aber nicht mit dieser zusammenfällt.