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Verfahren und Vorrichtung zum Konstanthalten der Amplitude mechanischer
Schwingungen von Schwingarbeitsgeräten Die Erfindung betrifft ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Konstanthalten der Amplitude mechanischer Schwingungen von
elektroüiagnetischen Schwingantrieben.
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Schwingarbeitsgeräte mit elektromagnetischen Arbeitssystemen sind
infolge ihrer charakteristischen Eigenschaften in der Arbeitsweise unter anderem
von der Konstanz der angelegten Netzspannung und der Netzfrequenz abhängig. Eine
weitere Abhängigkeit dieser Geräte liegt in der Übertragung der Schwingungen auf
die in Bewegung zu versetzenden Mittel. Hierbei sind insbesondere die Art und die
Rückwirkung der Dämpfung der Ankopplung auf die Schwinggeräte von Bedeutung.
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In der Schwingungs- und Verfahrenstechnik stellt sich nun oft die
Aufgabe, bei derartigen Schwingarbeitsgeräten konstante Schwingungsverhältnisse
zu schaffen. Diese lassen sich gerätetechnisch nur mit Schwierigkeiten und unter
ganz bestimmten Bedingungen beispielsweise dadurch schaffen, daß die potentialen
Energiespeicher mit progressiver Federung ausgeführt werden. Dadurch wird ein gedämpftes
Resonanzverhalten des abgestimmten Schwingsystems und bei richtiger Bemessung des
Arbeitsbereiches auf dem flachen Ast, d. h. dem Teil mit geringerer Flankensteilheit
der Resonanzkurve, ein wesentlich geringerer Einfluß der veränderlichen Komponenten
erreicht. Oft werden auch Energiespeicher mit großer innerer Dämpfung bevorzugt,
deren Federwerte unter anderem jedoch nicht zeitlich bzw. temperaturkonstant sind.
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Abgesehen von weiteren bekannten Maßnahmen, durch die manuell oder
automatisch die Netzspannung an dem Schwingarbeitsgerät in bestimmten Grenzen konstant
gehalten wird, haben die bisher bekannten Anordnungen alle den Nachteil, daß sie
die Schwingungsverhältnisse nur ganz ungenau und für die meisten Fälle unzureichend
konstant halten können. So ist es z. B. bekannt, die Amplitude von Schwingarbeitsgeräten
durch eine Zweipunktregelung über ein Relais und einen Stellmotor, der die Eingangsspannung
des Schwingarbeitsgerätes verstellt, konstant zu halten. Dabei kann das Relais über
einen Verstärker durch eine der Schwingamplitude des Gerätes proportionale Spannung
gesteuert werden, oder das Relais besteht in einfachster Weise aus einem an dem
Schwingarbeitsgerät befestigten Kontaktarm, der sich zwischen zwei fest angeordneten
Kontakten bewegt. Derartige Regeleinrichtungen haben aber den Nachteil, wenig feinfühlig
und sehr sprunghaft- zu arbeiten. Darüber hinaus läßt sich die Schwingungsamplitude
nur innerhalb eines verhältnismäßig groben Intervalls konstant halten. Darüber hinaus
können leicht Übersteuerungen auftreten.
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Es ist auch eine Anordnung zur Konstanthaltung der Amplitude von Schwingarbeitsgeräten
bekanntgeworden, bei der der Phasenwinkel des Stromes in der Antriebs-Wicklung des
Gerätes durch eine der Schwingungsamplitude proportionale Spanriung@gesteuert wird.
Auch dieses Regelverfahren hat den Nachteil, außerordentlich kompliziert und sehr
störanfällig: zu sein, vor allem wegen der in der Steuereinrichtung benötigten Elektronenröhren,
die bei den ungünstigen Bedingungen, unter denen ein derartiges Schwingarbeitsgerät
eingesetzt wird, und den starken Beanspruchungen, -denen es ausgesetzt ist, leicht
ausfallen können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Amplitude mechanischer
Schwingungen von elektromagretischen Schwingantrieben bzw. Schwingarbeitsgeräten
unabhängig von Schwankungen in der Energiequelle, beispielsweise dem Netz und den
einwirkenden technologischen Einflüssen der in Berührung befindlichen Medien, durch
eine einfache und sicher arbeitende Vorrichtung, die die Nachteile der bisher bekanntgewordenen
Regelvorrichtungen nicht aufweist, konstant zu halten..
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Bei der Energieaufnahme-aus einem Netz kann davon ausgegangen werden,
daß die Frequenz im wesentlichen konstant ist und daß in erster Linie die die Schwingungsvorgänge
bestimmende Schwingbewegung in einer Amplitude unabhängig von den jeweiligen betrieblichen
Bedingungen und Einflüssen konstant gehalten werden muß. Im Bereich der Erfindung
liegt jedoch auch eine. Frequenzabweichungen der - Schwingung des Schwingarbeitsgerätes
vermeidende Wirkung.
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Zum Beispiel bei Schwingförderrinnen wird die Förder-_ leistung nach
der Formel -Q=0,36-v-F-y bestimmt, wobei v die Fördergeschwindigkeit des zu transportierenden
Materials (cm - s-1), F der Förderquerschnitt (dm2) und y das Schüttgewicht des
Fördergutes
(t- pro ni3) bedeute,. Da die Fördergeschwindigkeit
v ursächlich von der Amplitude-tles-SchwWgäntrebes; 'aber außerdem von der Dämpfung
oder Dämmung sowie von der Ankopplung des Fördergutes abhängt, ist es- riotwendigf
die Sichwingungsamplitude bzw: ihre., Kompö= nenten. konstant zu halten..
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Die obengeuannte Aufgabe wird unter Verwendung einer -in= Abhängigkeit
-von der Amplitude der Schwingungen des Schwingarbeitsgerätes erzeugten elektrischen
Spannung, die in den Antriebsströmkreis des Schwingarbeitsgerätes eingespeist-Wird
-erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß diese Spannung einem dem Schwingantriebvorgeschalteten:
Transformator bzw. -Magnetverstärker äugefühit wild, der eine Steuerwicklung oder
Vorrichtungen zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses aufweist.
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Dadurch, daß eine von der Schwingungsintensität des Schwingarbeitsgerätes
unmittelbar abgeleitete- Größe mit inverser Funktion dem Schwingantrieb bzw. dem
Eingang des Schwingarbeitsgerätes zugeleitet wird, werden die für das Schwingungsverhalten
hauptsächlichmäßgebenden veränderlichen Komponenten eliminiert, da sie sich selbst
äüfheben,@sö däß sie ohäe Einfluß auf den jeweiligen Betriebszustand bleiben.
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Die rückgeführte Größe und die Gegenkopplung dieser Größe an dem Schwingantrieb
sind einstellbar.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beispielsweise
ein, elektrodynamischer oder piezoelektrischer Geber an dem Schwingarbeitsgerät
angeordnet. Diese Geber, die mittelbar oder unmittelbar an cIen "Schwingantrieb;
insbesondere einen elektromagretischen Vibrator gegengekoppelt werden, erzeugen
eine Spannung.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
wird die zurückgeführte, der Schwingamplitude proportionale Spannung verstärkt,
gleichgerichtet und einem Stellmotor zugeführt, der gleichzeitig xnit eine- konstanten
Bezugsspannung gespeist wird. Diese Vergleichsspannung wird abhängig von der dem
Schwingantrieb zugeführten Antriebsleistung eingestellt.
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Weitere Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen nach der Erfindung
seien an Hand der Figuren näher erläutert. Die schematischen Schaltbilder zeigen
in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung, _ Fig. 2
und 3 zwei leichte Abänderungen des Ausführ_ ungsbeispiels nach Fig. 1 und Fig.
4 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung mit einem Stellmotor.
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Für sich in den verschiedenen Figuren entsprechende T_ eile sind gleiche
Bezugszeichen verwendet worden.
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In Fig. 1 ist der Anschluß eines Schwingarbeitsgerätes A schematisch
dargestellt. Von dem Netz N wird über einen Trafo bzw. Magnetverstäxker T
das Schwingarbeitsgerät A durch den elektromagnetischen Vibratör V in Schwingungen
versetzt. Das Schwingarbeitsgerät ist über weiche Federn F gegen das Gestänge G
schwingungsgedämmt.
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Der Geber D ist einerseits starr mit dem Schwingarbeitsgerät A und
andererseits über eine Regelleitung L mit dem Trafo T verbunden. Die Aufgabe liegt
darin, die Schwingbreite
unabhängig von Strom-, Spannungs- und Frequenzschwankungen sowie von anderen technologischen
Einwirkungen konstant zu halten.
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Die Lösung dieser -Aufgabe erfolgt in der Weise, daß infolge der Charakteristik
des Gebers D- Ausgangsgrößen gemäß einer Funktion gleicher Art wie für die Erzeugung
für die Konstanthaltung der mechanischen Betriebsverhaltnisse # i erzeugt - werden
und beispielsweise mittels Differentialschaltung der Steuerwicklung St des jeweiligen
Trafos T entgegengeschaltet wird. Ninunt beispielsweise die Schwingbreite s des
Schwingarbeitsgerätes A zu, so wircl° aueh@ die abgegebene Spannung des Gebers D
größer und @beeinflußt -induktiv die Wirkungsweise des elektromagnetischen Vibrators
Y in der Weise, daß sich z. B. der magnetische Fluß in der Trafowicklung T vermindert,
Sinkt die Schwingbreite S, dann nimmt auch die abgegebene Spannung des Gebers.D
-ab, und der magnetische Fluß in der Trafowicklung vergrößert sich in dem entsprechenden
Verhältnis.
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Bei einer anderen Ausführung der Anordnung ist vorgesehen, daß die
abgegebene Spannung- des Gebers D bei einem besimmten unteren Grenzwert der Netzspannung
(unterhalb der Nennspannung) Null wird, d. h. daß in diesem Punkt die Gegeninduktivität
zwischen Steuer-und Arbeitswicklung ohne Einfluß ist. Nimmt die Netzspannung nun
bestimmte Werte bis zu einem oberen Grenzwert, welcher über der Nennspannung.liegt,
an, dann muß - der Geber D jeweils so viel -Spannung aufbringen und die Gegeninduktivität
so groß machen, daß der induktive Spannungsabfall die Spannungsdifferenz deckt.
Zn diesem Fall müssen. die Windungszahlen der Vibratorspulen für den untersten Grenzwert
der vorgesehenen Netzspannungen bemessen -sein: In der Regelleitung L bei der Ausführung
gemäß Fig. 1 können ferner ein Verstärker und gegebenenfalls ein Gleichrichter vorgesehen
sein.
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In Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform dargestellt, bei welcher
eine Regelwicklung W in Reihe, zu den Eingangsklemmen des Vibrators V geschaltet
ist. Diese Regelwicklung wird entsprechend über eine Steuerwicklung St, die
von dem Geber D gespeist wird und in welcher ein Magnetverstärker B angeordnet
ist, beeinflußt. Die Wicklungen W und St befinden sich auf einem Kern, der in einer
besonderen Ausführungsform in Abhängigkeit von der von dem Geber D erzeugten Rückführungsgröße
vormagnetisiert wird.
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In Fig.3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, um die
mengenmäßig geregelte Förderleistung konstant zu. halten. An dem Schwingarbeitsgerät
A wird der elektromagnetische Vibrator Y über den Trafo bzw. Magnetverstärker T
und den in Reihe geschalteten Schwingbreitenregler R an das Netz geschaltet. Damit
das Schwingarbeitsgerät A keine Schwingungen auf die Unterlage U überträgt, ist
dasselbe über weiche Federn F gegenüber dieser abgefedert. Der Geber D ,gibt die
jeweilige Signal- oder Regelspannung über den VerstärkerE und den beispielsweise
nachgeschalteten Gleichrichter GL über den Differentialübertrager bC an die Steuerwicklung
St des Trafos T. Vor dem Differentialübertrager wird eine konstante Spannung von
der SpannungsquelleK einstellbar eingespeist, welche je nach der Einstellung des
Reglers R bemessen wird und mit diesem gekoppelt ist.
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Die Ausführung gemäß Fig. 4 zeigt eine Anordnung; bei welcher der
elektromagnetische Vibrator V an dem Schwingarbeitsgerät A über zwei in Reihe geschaltete
Transformatoren T und U an das Netz angeschlossen ist. Der Transformator U ist -
zur. Einstellung der Arbeitsbedingungen verstellbar ausgeführt. Er ist mit einer
Gleichstromquelle, von welcher eine konstante Bezugsspannung in den Regelkreis eingespeist
wird, mechanisch gekoppelt, so daß eine Verstellung des Transformators U zugleich
die Höhe der Bezugsspannung ändert. Das Übersetzungsverhältnis bzw. die Kopplung
des Transformators T ist durch einen Stellmotor M veränderbar. Diesem Stellmotor
wird sowohl -die Rückführungsgröße des elektrodynamischen Gebers D, gegebenenfalls
nach einer Verstärkung in - E und einer -Gleichrichtung durch Gl,
sowie
eine konstante Vergleichsspannung von K zugeführt, so daß die Bewegung des Stellmotors
von der Größe der Rückführungsspannung abhängt.