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Vorrichtung zum Austragen schüttbaren Materials Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Austragen schüttbaren Materials, welche einen runden, trichterförmigen
Behälter mit an seinem unteren Ende angeordneter Abzugsöffnung aufweist, der durch
Vibratoren in Schwingungen versetzt wird.
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Wenn für Fabrikationsprozesse feste Materialien verwendet werden,
z. B. körniges, faseriges oder kleinstückiges Festmaterial, so werden diese gewöhnlich
aus Vorratsbehältern bzw. Trichtern in den Arbeitsvorgang gespeist. Manche Stoffe
können durch Schwerkraft aus dem Vorratsbehälter abgegeben werden, wobei es aber
notwendig ist, daß die Abgaben in gleichmäßiger Menge aus einem Behälter bzw. Trichter
ausgetragen bzw. dem Arbeitsvorgang zugeführt werden.
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Viele feste Materialien sind nicht frei fließend, weshalb es schwierig
ist, sie in gleichmäßiger Menge aus Trichtern auszutragen. Ein nicht frei fließendes
Material hat die Tendenz, im Trichter Brücken zu bilden und sich zu stauen, und
es ist oftmals schwierig, derartiges Material anders als in Form von Klumpen bzw.
Zusammenballungen aus dem Auslaß eines Trichters auszutragen. Hinzu kommt, daß z.
B. ein feinzerteiltes Material oft vorübergehend im Trichter Brücken bildet und
dann in einem Schwall wie eine Flüssigkeit aus dem Trichterauslaß herausschießt.
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In dem Bemühen, eine gleichförmige Materialausgabe aus einem Trichter
zu erzielen, ist versucht worden, den Trichter durch an der Außenwand des Trichters
befestigte Vibratoren in Schwingungen zu versetzen. Aber auch diese bekannte Vorrichtung,
bei der der trichterförmige Behälter durch Vibratoren in Schwingungen versetzt wird,
ist nicht in der Lage, das freie Ausfließen des Materials aus dem Behälter zu gewährleisten
bzw. das Zusammenbacken und die Brückenbildung zu verhindern. Bei der bekannten
Vorrichtung wird das in dem Behälter befindliche Material durch den Vibrator lediglich
dazu veranlaßt, auf Grund der Schwerkraft nach unten zu fließen.
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Der abwärts gerichtete Materialstrom verjüngt sich, wenn er in den
Bereich der relativ kleinen Abzugsöffnung am unteren Ende des Behälters gelangt,
so daß das Material, wenn es kein frei fließendes Material oder keine Flüssigkeit
ist, dazu neigt, im unteren Teil des Behälters dicht zusammenzubacken, so daß der
Ausfluß von Material unterbunden wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn es sich
um das Austragen schüttbarer Materialien handelt, die nicht frei fließend sind,
sondern aus unregelmäßigen Bruchstücken bestehen, welche dazu neigen, sich ineinander
zu verhaken und zu verzahnen, so daß ein freier muß verhindert wird.
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Zur Vermeidung der Brücken- bzw. Nesterbildung durch das Füllgut
in einem zylinderförmigen Kanal, beispielsweise einem Bunker, ist es weiterhin bekannt,
in diesem Kanal einen spiralförmigen Materialfluß zu erzeugen, und zwar durch an
der Außenwand des Kanals bzw. Bunkers angebrachte Rüttler in Gestalt von Magnetvibratoren
oder Unwuchtrüttlern. Diese bekannte Vorrichtung weist jedoch den Nachteil auf,
daß der Abwärtsfluß zum Stillstand kommt, wenn ungleichmäßige Materialstücke wesentlich
zusammengebackt und ineinander verhakt sind, so daß das Material dicht aufeinandergepackt
ist, wobei die nach unten gerichtete Spiralbewegung im übrigen auch noch dazu beiträgt,
das Material noch weiter zu verdichten, wenn die Materialabfuhr einmal zum Stocken
gekommen ist.
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Es sind bereits Spiralwendelförderer bekannt, welche notwendigerweise
Spiralwendeln aufweisen, um ein kontinuierliches Aufwärtsfördern des Materials zu
erzielen. Diese bekannten Vorrichtungen würden, wenn sie wie eine Vorrichtung der
eingangs erwähnten Art keine Spiralwände aufweisen, keinerlei Wirkung ausüben, so
daß diese bekannten Vorrichtungen auch nicht dazu geeignet sind, Anregungen zu geben,
wie bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art das Zusammenbacken und die
Brükkenbildung verhindert werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den bekannten Vorrichtungen
zum Austragen schüttbaren Materials anhaftenden Nachteile zu beseitigen, wobei es
insbesondere darum geht, in zuverlässiger Weise das Zusammenbacken und die Brückenbildung
bei nicht frei fließendem Material zu verhindern, d. h. bei Material, welches aus
unregelmäßigen Bruchstücken besteht, welche dazu neigen, sich ineinander zu verhaken
und zu verzahnen.
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Zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist vorgesehen,
daß die Lagerungen des Behälters und der Vibratoren so aufeinander abgestimmt sind,
daß der Behälter eine schraubenlinienförmige, nach oben gerichtete Schwingbewegung
ausführt.
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Durch die Erfindung wird dem Material eine Bewegung aufgezwungen,
die es jeweils etwas anhebt und expandieren läßt, so daß es von der Wand gelöst
wird, wodurch gegebenenfalls im Aufbau befindliche Brücken schon durch die an der
Behälterwandung erfolgte Ablösung des Materials zum Einsturz gebracht werden. Dieses
Anheben und Expandieren der Masse des Materials während des aufwärts gerichteten
Hubs trennt das Material und lockert es auf, selbst wenn die Partikeln während des
abwärts gerichteten Hubes des Behälters wieder herunterfallen. Die wesentliche erfinderische
Lehre ist im wesentlichen darin zu sehen, einem nach unten zu fördernden Material
zwecks Auflockerung eine aufwärts gerichtete Bewegungskomponente zu erteilen, die
nur für einen kurzen Moment zum Anheben des Materials führt, welches dann wieder
absinkt. Bei der erfindungsgemäflen Vorrichtung wird somit nicht, wie bei den bekannten
Spiralwendelförderern, das Material fortschreitend nach oben bewegt, so daß es über
die obere Kante des trichterförmigen Behälters ausfallen würde, sondern das Material
wird vielmehr nach unten bewegt.
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Durch die Neigung der Wirkrichtung wird an einem mit geneigten Wänden
ausgestatteten Behälter die überraschende Wirkung erzeugt, daß ein zum Zusammenbacken
neigendes Material aufgelockert und nach unten ausgetragen wird. Durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung wird somit das seit langem bestehende und wichtige Bedürfnis, auch zum
Zusammenbacken und zur Brückenbildung neigendes Material gleichmäßig auszutragen,
in verblüffend einfacher Weise dadurch gelöst, daß durch die Abstimmung einer aufwärts
gerichteten Komponente auf die auf das Material wirkende Schwerkraft eine abwärts
gerichtete Bewegung erzeugt wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Abzugsöffnung am Behälter zentrisch zur senkrechten Achse des Behälters
angebracht ist, wobei eine im wesentlichen horizontale Leitfläche etwa zentrisch
oberhalb dieser Abzugsöffnung vorgesehen ist. Diese Anordnung trägt dazu
bei, das
Material im unteren Teil des trichterförmigen Behälters in kreisender Bewegung zu
halten. Die Leitfläche kann vorzugsweise von einer sich nach oben verjüngenden,
konischen Leitplatte gebildet sein.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben,
in der eine mögliche Ausführungsform in beispielhafter Weise dargestellt ist. Es
zeigt F i g. 1 einen Grundriß einer bevorzugten Ausführungsform, Fig. 2 eine Seitenansicht
der Vorrichtung nach Fig. 1, F i g. 3 eine schematische Darstellung der Bewegung
eines Materialteilchens, Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer abgeänderten
Ausführungsform, Fig. 5 eine Draufsicht auf die Bodenplatte der in F i g. 4 gezeigten
Vorrichtung, F i g. 6 eine verkleinerte Teilansicht, zum Teil im Schnitt, der Vorrichtung
nach F i g. 4 und F i g. 7 eine Teilansicht eines Senkrechtabschnittes durch eine
weitere Ausführungsform.
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F i g. 1 und 2 zeigen einen trichterförmigen Behälter 10 in Form
eines Kegelstumpfes mit vier Lagerblöcken 11. Jeder Lagerblock 11 ist vermittels
eines nachgiebigen Gummibeutels 13, der unter Druck stehende Luft und Flüssigkeit
enthält, auf einer feststehenden Unterlage 12 gelagert. Diese Gummibeutel stützen
den Trichter 10 federnd ab und gestatten ihm eine begrenzte Bewegungsfreiheit in
allen Richtungen.
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Der in F i g. 2 dargestellte Trichter hat an seinem unteren Ende
einen kurzen, zylindrischen Abschnitt 14 mit einer Abzugs öffnung, damit Material
ausgetragen werden kann. Zum Einstellen der aus dem Trichter strömenden Materialmenge
ist ein konischer Leitkörper 15 vorgesehen, der auf einem mit Gewinde versehenen
Schaft 16 angebracht ist, der durch einen am zylindrischen Abschnitt 14 befestigten
U-förmigen Bügel 17 hindurchtritt und an diesem verstellbar befestigt ist.
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Die Seitenwände des bewegbaren Behälters sind zum Boden des Behälters
hin nach innen geneigt. Die durchschnittliche Neigung der Behälterseitenwände vom
untersten Ende einer Materialsäule im Behälter bis zu deren oberstem Ende beträgt
mindestens 150 und nicht mehr als 800 gegenüber der Senkrechten.
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Die Seitenwände des bewegbaren Behälters müssen nicht gleichförmig
konisch sein wie die des in F i g. 2 dargestellten Trichters; ihr Neigungsmaß kann
vielmehr in bekannter Weise wechseln.
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Der bewegbare Behälter ist mit einer Einrichtung versehen, die dazu
dient, den Behälter in eine schraubenförmige Schwingbewegung zu versetzen, die sich
aus einer senkrechten Komponente und einer Drehschwingung des Behälters um seine
senkrechte Achse zusammensetzt. Gemäß F i g. 1 und 2 weist diese Einrichtung zwei
Elektromotoren 18 auf, die einander gegenüberliegend an zwei Seiten des Trichters
10 befestigt und jeweils von einem dichten Gehäuse 19 umschlossen sind. Die Welle
20 jeden Motors ist an ihren Enden mit je einem exzentrischen Gewicht 21 belastet.
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Die Motoren 18 werden in der gleichen Richtung angetrieben, z. B.,
von oben gesehen, im Uhrzeigersinn. Sobald die Motoren 18 angelassen sind, kommen
sie zwangläufig in Gleichlauf, und die Phasenstellung
der Gewichte
21 ist derart, daß alle Gewichte 21 im gleichen Augenblick nach innen zur senkrechten
Achse des Trichters hin und ebenfalls gleichzeitig nach außen von dieser Trichterachse
weg gerichtet werden. Bei dieser Phaseneinstellung erzeugen die Gewichte 21 während
einer vollständigen Umdrehung der Wellen 20 zuerst ein Moment, das den Trichter
in der einen Richtung dreht und danach ein Moment, das ihn entgegengesetzt dreht.
Auf diese Weise führt der Trichter 10 bei jeder vollständigen Umdrehung der Motorwellen
20 eine vollständige Schwingbewegung um seine senkrechte Achse aus.
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Die Motorwellen 20 sind in bezug auf eine Ebene, die durch die senkrechte
Achse des Trichters und durch die Mittelpunkte beider Motorwellen führt, unter gleichen
Winkeln, jedoch entgegengesetzt, geneigt. Diese Schrägstellung der Motorwellen bewirkt,
daß jede vollständige Umdrehung der Motorwellen nicht nur eine vollständige Drehschwingung
des Trichters um seine senkrechte Achse, sondern auch eine vollständige Hin- und
Herbewegung des Trichters in senkrechter Richtung hervorruft. Diese Kombination
aus Drehschwingung und vertikaler Hin-und Herbewegung ergibt insgesamt eine schraubenförmige
Schwingbewegung des Trichters.
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An Stelle der in Fig. 1 und 2 dargestellten Einrichtung kann jede
andere verwendet werden, die geeignet ist, einem bewegbaren Behälter in einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung eine schraubenförmige Schwingbewegung zu vermitteln. Verschiedenartige
Mechanismen zur Erzeugung einer derartigen Bewegung sind bekannt und werden beispielsweise
zum Antrieb von Schüttel-Förderschnecken (helical vibratory conveyers) verwendet.
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Damit die nachgiebigen Gummibeutel 13 ihre Funktion erfüllen können,
die darin besteht, die Übertragung von Erschütterungen auf den Unterbau, auf dem
die Vorrichtung lagert, auf ein Mindestmaß zu beschränken, liegt die Eigenschwingungszahl
des aus den Gummibeuteln 13 und den auf diesen gelagerten Massen bestehenden Systems
vorzugsweise wesentlich unter der Schwingungsfrequenz, mit der die Motoren 18 den
Trichter 10 bewegen.
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Fig. 3 veranschaulicht, in welcher Weise ein auf der schrägen Seitenwand
des Trichters 10 liegendes Materialteilchen während der schraubenförmigen Aufwärtsbewegung
des Trichters fortbewegt wird.
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Die Linie PL-PR stellt die Schwingungswege eines Punktes auf der Innenseite
der schrägen Seitenwand des Trichters 10 dar. Obwohl die Schwingbewegung in Wirklichkeit
schraubenförmig verläuft, ist in F i g. 3 diese Bewegung als Projektion auf eine
senkrechte Ebene dargestellt, so daß der Verlauf der Schwingbewegung PL-PR als gerade
Linie erscheint.
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Bewegt sich ein Punkt der schrägen Seitenwand des Trichters 10 während
der Schwingbewegung des Trichters auf der Bahn PL-PR von links nach rechts, so wird
ein Materialteilchen, das an diesem Punkt auf der Seitenwand des Trichters ruht,
dazu neigen, den gleichen Weg zu nehmen. Die Aufwärtsbewegung des Trichters verlangsamt
sich aber, wenn er sich dem oberen Ende seiner Schwingbewegung nähert.
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Ist diese Verlangsamung der Aufwärtsbewegung des Trichters groß genug
im Verhältnis zu der durch die Schwerkraftwirkung erzeugten Abwärtsbeschleunigung
eines auf der Seitenwand des Trichters ruhenden Materialteilchens, so wird der Trichter
am äußersten Ende seiner Aufwärts-Schwingbewegung so
schnell verlangsamt und abgestoppt,
daß die auf das Materialteilchen wirkende Schwerkraft sich nicht so auswirkt, daß
es mit der Seitenwand des Trichters in Berührung bleibt, sondern vielmehr so, daß
es zu einem Projektil wird, das auf einer in Fig. 3 mit T bezeichneten Bogenbahn
fortgeschleudert wird.
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Obschon der Weg der Schwingbewegung PL-PR tatsächlich schraubenförmig
verläuft, ist die Bogenbahn T tangential; sie verläuft nämlich auf einer senkrechten
Ebene, die im PunktPI tangential zur Schraubenlinie PL-PR liegt (Pl ist der Punkt,
an dem das Materialteilchen während der schraubenförmigen Aufwärtsbewegung des Trichters
dessen geneigte Seitenwand verläßt).
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Fig. 3 enthält eine Verktorzeichnung, in welcher ein Verktord die
Verlangsamung des Trichters in dem Augenblick darstellt, in dem sich ein Punkt auf
der Seitenwand des Trichters in einer Stellung Pl befindet. Der Verktor d ist in
eine senkrechte Komponente dv und eine horizontale Komponente dh auflösbar. Die
Trägheit eines im Punkt Pl auf der Seitenwand des Trichters ruhenden Materialteilchens
bewirkt, daß das Teilchen dazu neigt, sich geradlinig in der Richtung und mit der
Geschwindigkeit seiner Bewegung am PunktPI weiterzubewegen. Folglich ist die horizontale
Komponente dh die Komponente der Verlangsamung d, die bewirkt, daß das Teilchen
infolge seines Beharrungsvermögens entlang der Seitenwand weitergleitet, und die
vertikale Komponente dv ist der Anteil der Verlangsamung d, der bewirkt, daß das
Teilchen infolge seiner Trägheit von der Seitenwand des Trichters abgehoben wird.
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In dem in F i g. 3 dargestellten Fall ist die senkrechte Komponente
dv der Verlangsamung d des Trichters in dem Augenblick, in dem sich das Teilchen
in der StellungPI befindet, gleich einer Abwärtsbeschleunigung g, die von der auf
das Teilchen wirkenden Schwerkraft erzeugt wird. Mit anderen Worten, d sin x = g.
Demzufolge ist der Druck des Teilchens gegen die Seitenwand des Trichters in der
Stellung Pl gleich Null. Im Verlauf der weiteren Aufwärtsbewegung des Trichters
wird sich dann seine Verlangsamung verstärken bis zu einer Maximalverlangsamung,
die in dem Augenblick erreicht ist, in dem der Trichter das obere, äußerste Ende
seines Aufwärtshubes erreicht. Nachdem das Teilchen die StellungPI durchlaufen hat,
wird dementsprechend die durch Schwerkraft erzeugte Abwärtsbeschleunigung das Teilchen
nicht veranlassen, mit der Seitenwand des Trichters in Berührung zu bleiben.
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Bei dem in F i g. 3 dargestellten Fall liegen die Bedingungen so,
daß das Materialteilchen sich nach Durchlaufen der StellungPI auf einer Wurfbahn
T fortbewegt und sein Auftreffen auf die Seitenwand des Trichters an einem Punkt
QL in dem Augenblick stattfindet, wo der Trichter das unterste Ende seiner Abwärtsbewegung
erreicht. Unmittelbar nach seinem Auftreffen auf die Trichterwand bei QL verharrt
das Teilchen auf der Wand, während der Trichter den ersten Teil seiner neuen Aufwärtsbewegung
macht und dann gleichartigen Kräften unterworfen wird wie beim vorhergehenden Aufwärtshub
des Trichters, so daß es einen Weg nimmt, der der in F i g. 3 gezeigten Bahn von
PL nach QL gleicht. Für den Fall der Fig. 3 ist angenommen, daß das Teilchen nicht
an der Seitenwand des Trichters abspringt oder gleitet.
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Die vertikale Komponente der Maximalverlangsamung, die in dem Augenblick
erreicht ist, in dem
der Trichter das oberste Ende seines Hubes
erreicht, läßt sich in Zoll je Sekunde nach der Gleichung dvmax = 19,74 i2S, errechnen.
Darin ist f die Schwingungsfrequenz in Perioden je Sekunde und Sv die vertikale
Komponente des Hubs (z. B. PL-PR sin x).
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Aus der voraufgehenden Erläuterung der Verktorzeichnung nach F i
g. 3 geht hervor, daß ein auf der Seitenwand des Trichters ruhendes Materialteilchen
die Trichterwand während der Aufwärtsschwingung des Trichters nur dann verläßt,
wenn dvmaX größer ist als g. Es ist jedoch nicht erforderlich, daß ein auf der Seitenwand
des Trichters ruhendes Teilchen diese Wand tatsächlich verläßt, während der Trichter
sich dem oberen Ende seiner Schwingbewegung nähert, weil die Teilchen, die auf der
Seitenwand des Trichters ruhen, gleiten, wenn die Verlangsamung des Trichters sich
nahe dem oberen Ende seiner Aufwärtsbewegung dem Maximum nähert. Dieses Gleiten
tritt als Folge der Trägheit der Teilchen auf. Der Trichter verringert seine Geschwindigkeit
schnell, während die Teilchen bestrebt sind, ihre Geschwindigkeit und ihre Bewegungsrichtung
beizubehalten und infolgedessen vorwärts gleiten, wenn die Bewegung des Trichters
sich verlangsamt.
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Es ist ferner zu beachten, daß die Verlangsamung des Trichters bei
seiner Annäherung an das obere Ende seines Hubes der Schwerkraft entgegenwirkt und
demzufolge eine Reduzierung des Druckes der Teilchen auf die Seitenwand des Trichters
bewirkt, so daß die Reibung verringert wird und die Teilchen auf der Seitenwand
des Trichters vorwärts gleiten können.
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Andererseits erfolgt die Verlangsamung des Trichters während der
zweiten Hälfte seines Abwärtshubes in der entgegengesetzten Richtung und verstärkt
demzufolge den durch Schwerkraft erzeugten Druck der Teilchen auf die Seitenwand
des Trichters. Auf diese Weise werden die Teilchen, die nahe dem Ende des Aufwärtshubes
des Trichters vorwärts gleiten können, nahe dem unteren Ende des Abwärtshubes fest
gegen die Seitenwand des Trichters gehalten und daran gehindert, unter Wirkung der
nahe diesem Ende herrschenden Kräfte rückwärts zu gleiten. Das Vorwärtsgleiten der
Materialteilchen an der Seitenwand des Trichters, das auf diese Weise nahe dem oberen
Ende der Trichterbewegung zugelassen wird, während ein Rückwärtsgleiten nahe dem
unteren Ende der Trichterbewegung verhindert ist, wird auch dann erzielt, wenn die
Verlangsamung des Trichters nicht stark genug ist, um die Materialteilchen auf einer
Bogenbahn, wie in Fig. 3 mit T bezeichnet, abzuschleudern.
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Zur Erzielung der besten Ergebnisse sollte der Winkel x mindestens
50 betragen. Der bevorzugte Winkelbereich für x ist 10 bis 300. Der Winkel kann
jedoch bis zu 400 groß sein und in einigen Fällen sogar 800 betragen. In jedem Fall
aber ist x ein spitzer Winkel.
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Die Schwingungsfrequenz des Trichters beträgt vorzugsweise nicht
mehr als 2000 Perioden pro Minute, das entspricht 33t/s Perioden pro Sekunde. Sind
die Schwingungsfrequenz und der Winkel x festgelegt, so kann die zur Erzielung der
gewünschten Maximalbeschleunigung erforderliche Hublänge aus der vorstehenden Gleichung
errechnet werden. Die
benötigte Hublänge läßt sich durch Verändern der Größe und
der Außermittigkeit der Gewichte 21 erreichen. Um jedoch die bezweckte, schraubenförmige
Schwingbewegung zu erzeugen, sollten Größe und Außermittigkeit aller vier Gewichte
21 gleich sein.
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Zur Erzielung der besten Ergebnisse bei der praktischen Anwendung
der Erfindung ist es zweckmäßig, daß die senkrechte Komponente der Maximalbeschleunigung
des Trichters mindestens so groß ist wie die Schwerkraftbeschleunigung, die normalerweise
etwa 981 cm s-2 beträgt. Die zur Erzeugung einer gegebenen Maximalbeschleunigung
des Trichters erforderliche Hublänge wird größer in dem Maße, in dem die Schwingungsfrequenz
abnimmt.
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Vorzugsweise wird die Schwingungsfrequenz des Trichters verhältnismäßig
niedrig gewählt bei einem relativ langen Hub im Bereich von 4,8 bis 25,4 mm, von
der oberen Kante des Trichters aus gemessen.
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Der Trichter kann z. B. bei einem Hub von 9,6 mm mit so hohen Schwingungsfrequenzen
wie 1200Perioden je Minute und mit so niedrigen wie 400 Perioden je Minute betrieben
werden. Bei Motoren mit einer Drehzahl von 900 UpM beträgt der Hub vorzugsweise
4,8 bis 6,4 mm.
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Der Haupteffekt der schraubenförmigen Schwingbewegung des Trichters
10 ist, wie in F i g. 3 gezeigt, die Erzeugung eines im wesentlichen spiraligen
Materialflusses nach oben längs der schrägen Wände des Trichters. Diese Spiralbewegung
des Materials bewirkt, daß der Materialspiegel in der Nachbarschaft der Seitenwände
etwas über den Spiegel des im Mittelabschnitt des Trichters 10 befindlichen Materials
angehoben wird, wie durch die gestrichelte Linie in F i g. 2 dargestellt. Zugleich
wird der Spiegel des im Mittelabschnitt des Trichters befindlichen Materials durch
die Materialabgabe am Boden des Trichters noch weiter gesenkt. Diese Materialabgabe
am Boden überlagert dem primären Spiralfiuß längs der Wände des Trichters nach oben
einen sekundären Abwärtsfluß des Materials zur Mitte des Trichters hin.
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Der nach der Erfindung erzeugte Materialfluß, bei dem ein sekundäres
Abwärtsfließen des Materials einem primären, spiraligen Aufwärtsfließen längs der
schrägen Wände mit überlagert wird (s. Pfeile in Fig. 1), ist vollkommen neu in
der Technik der Förderung fester Materialien aus einem Trichter.
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Diese Art des Materialflusses gemäß der Erfindung kann als induzierter
Wirbel oder Strudel bezeichnet werden. Der induzierte Wirbel gemäß der Erfindung
ähnelt einem natürlichen Wirbel, wie er oft spontan in einem Flüssigkeitsbehälter
entsteht, wenn die Flüssigkeit unter Schwerwirkung durch einen Auslaß abgelassen
wird. Ein Wirbel entsteht jedoch nicht spontan, wenn festes Material durch Schwerkraft
durch einen Auslaß ausgetragen wird. Die Bildung eines Wirbels in einer ausströmenden
Flüssigkeit ist insofern nachteilig, als hierdurch die Entleerung der Flüssigkeit
verzögert wird. Im Gegensatz dazu ist der erfindungsgemäße, induzierte Wirbel höchst
vorteilhaft, weil er es ermöglicht, mit gleichmäßiger Geschwindigkeit verschiedene
Materialien zu fördern, die bisher schwierig zu fördern waren und die nicht mit
gleichmäßiger Geschwindigkeit gefördert werden konnten. Wie an früherer Stelle erklärt,
kann auf Grund der wirbelartigen Bewegung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein
Material glatt und schnell durch Schwerkraft ausgetragen werden, ohne daß es
sich
staut oder festklemmt, Brücken oder Ballungen bildet.
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Gemäß der Erfindung lassen sich sehr gut Materialien fördern, die
klebrig sind und zu Kuchenbildung neigen, z. B. Kunststoffe kittartiger Konsistenz,
Lehm, nasser Sand, Späne, Fasern und Material, das aus relativ langen Stäbchen besteht.
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Ein zusätzlicher Vorteil der induzierten, wirbelartigen Bewegung
des Materials in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die sehr wirksame Scheuerwirkung
dieser Bewegung, so daß eine Vorrichtung gemäß der Erfindung sich selbst reinigt.
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Zum Einstellen der Fördermenge aus der Auslaßöffnung eines erfindungsgemäßen
Behälters kann jede gewünschte Art von Schiebern oder Ventilen verwendet werden.
Vorzugsweise wird ein zentral angordneter konischer Leitkörper 15 gemäß F i g. 2
verwendet. Dieser hilft mit, das Material im unteren Teil des Trichters 10 in kreisender
Bewegung zu halten. Die schraubenförmige Schwingbewegung des Körpers 15 hat einen
spiralförmigen Fluß des darauf ruhenden Materials zur Folge, jedoch verläuft diese
Bewegung nicht nach oben, sondern abwärts längs den konischen Flächen. Jedenfalls
wirken der konische Körper 15 und der Trichter 10 zusammen so, daß eine kreisende
Bewegung des Materials um den Konus 15 herum aufrechterhalten wird. Auf diese Weise
werden ausgezeichnete Ergebnisse hinsichtlich der Aufrechterhaltung einer konstanten
Fördermenge aus dem Trichter erzielt.
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Der normale Größenbereich eines Trichters gemäß F i g. 1 und 2 umfaßt
etwa 425 bis 17000 1.
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Das Ausführungbeispiel nach F i g. 4, 5 und 6 zeigt einen Trichter
22, der auf senkrechten, auf einer kreisrunden Plattform 24 errichteten Ständern
23 gelagert ist. Auf der Oberfläche der Plattform. 24 sind um diese herum eine Anzahl
Blöcke 25 befestigt, deren jeder mit einem geneigten winkligen Bügel 26 versehen
ist. Die oberen Enden je eines Paares von Blattfedern 27 sind mittels Klemmplatten
28 an den einzelnen Winkelbügeln 26 festgeklemmt. Die unteren Enden jedes Blattfederpaares
sind jeweils mittels gleichartiger Klemmplatten 29 an weiteren Winkelbügeln 30 festgeklemmt,
die an einer Grundplatte 31 der Maschine befestigt sind.
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Die Blattfederpaare 27, die aus jedem geeigneten Federmaterial, z.
B. Stahl oder Verbundglasfiber, hergestellt sein können, bilden die einzige Abstützung
der Plattform 24 und des Trichters 22.
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Eine Antriebswelle 33 (F i g. 5) ist in zwei auf der Grundplatte
21 befestigten Lagern 32 drehbar gelagert. Die Welle 33 trägt eine Riemenscheibe
34, die über einen Riemen36 von einem auf der Grundplatte 31 gelagerten Motor 35
angetrieben wird. Jedes Ende der Antriebwelle 33 hat eine außermittige Verlängerung
37 kleineren Durchmessers, auf der jeweils das eine Ende einer Verbindungsstange
38 drehbar gelagert ist. Die beiden anderen Enden der Verbindungsstangen 38 sind
jeweils auf einer Stange 39 schwenkbar gelagert, und die Stangen 39 sind jeweils
in einem Plattenpaar 40 befestigt. Jedes Plattenpaar 40 seinerseits ist an einem
an der Unterseite der Plattform 24 angebrachten Bügel 41 befestigt.
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Die Exzenter 28 verwandeln die Drehbewegung der Antriebswelle 33
in eine Schwingbewegung der Plattform 24 und des Trichters 22. Die Blattfedern 27,
die die Plattform 24 tragen, werden während dieser Schwingbewegung gebogen, und
diese Blattfedern
bestimmen den Weg, den die Plattform 24 und der Trichter 22 bei
ihrer Schwingung durchlaufen. Weil die Blattfedern 27 zur Senkrechten geneigt sind,
ist die der Plattform 24 und dem Trichter 22 vermittelte Bewegung eine schraubenförmige
Schwingbewegung der gleichen Art wie die Schwingbewegung des in den Fig. 1 und 2
gezeigten Trichters. Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 4 ist demzufolge
derjenigen der in Fig.2 gezeigten gleichartig, obwohl zur Erzeugung der Schwingbewegung
in der Vorrichtung nach F i g. 4 eine andere Art Mechanismus verwendet ist.
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Zur Verminderung der Übertragung von Erschütterungen auf ein Gebäude,
in dem die Vorrichtung nach Fig. 4 aufgestellt ist, hat die Grundplatte 31 Lagerbügel
42, die auf biegsamen Gummiblöcken 43 ruhen, die ihrerseits auf Platten 44 lagern,
die auf einem Zementboden oder einem sonstigen Fundament angebracht sind. Die Vorrichtung
nach F i g. 4 hat eine Zusatzeinrichtung für die Materialabgabe.
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Hierzu gehört eine Mulde 45, die an die Ständer 23 umgebenden Hülsen
46 befestigt und von diesen getragen wird. Einstellschrauben 47 dienen dazu, die
Hülsen 46 und die Mulde 45 in einstellbaren Höhen an den Ständern 23 zu befestigen.
Der Boden der Mulde 45 hat in der Mitte einen konischen Vorsprung 48, der dazu beiträgt,
das aus dem Trichter 22 abzugebende Material zu führen und auf dessen Mitte eine
Säule 49 befestigt ist. Durch eine Stellschraube 50 ist an der Säule 49 eine Hülse
51 einstellbar befestigt, an der eine Scheibe 52 angebracht, deren Funktion derjenigen
des konischen Leitkörpers 15 in Fig. 2 entspricht.
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Das aus dem Trichter 22 abgegebene Material wird über eine Planke
53 aufwärts getragen; diese Planke 53 verläuft im wesentlichen senkrecht zur schrägen
Seitenwand der Mulde 45 und vom Boden der Mulde 45 aus in einer Spirale nach oben.
Die schraubenförmige Schwingbewegung der Vorrichtung veranlaßt das von dem Trichter
22 abgegebene Material, sich der Planke entlang spiralig nach oben zu bewegen, bis
es durch eine Auslaufrinne 54 abläuft.
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Die Mittelscheibe bzw. Leitscheibe 52 trägt wie der konische Leitkörper
15 nach Fig. 2 dazu bei, daß das Material im unteren Teil des Trichters kreist.
Die schraubenförmige Schwingbewegung der Scheibe 52 veranlaßt auf der Scheibe ruhende
Materialteilchen, sich spiralig nach außen zur Peripherie der Scheibe hin zu bewegen.
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Der konische Vorsprung 48 am Boden der Mulde 45 nimmt ebenfalls an
der schraubenförmigen Schwingbewegung teil und übt deshalb eine Wirkung aus, die
derjenigen des konischen Leitkörpers 15 nach Fig. 2 entspricht. Materialteilchen
werden veranlaßt, sich spiralig auf der Oberfläche des konischen Vorsprungs 48 nach
unten zu bewegen und werden auf diese Weise auf die Planke 53 geleitet.
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Die schraubenförmige Schwingbewegung der Mulde 45 veranlaßt das unter
der untersten Stufe der Planke 53 befindliche Material, sich entgegen dem Uhrzeigersinn
um den konischen Vorsprung 48 herum zu bewegen, bis es auf die unterste Stufe der
Planke 53 gelangt.
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Da die Gummiblöcke 43 gemäß der Vorrichtung nach F i g. 4 in ihrer
Funktion den elastischen Gummisäcken 13 der Vorrichtung nach F i g. 2 entsprechen,
liegt die Eigenfrequenz des aus den elastischen Gummiblöcken 43 und der von ihnen
getragenen
Masse bestehenden Systems vorzugsweise wesentlich unter
der Schwingungsfrequenz, mit der der Trichter 22 arbeitet.
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Andererseits ist es zweckmäßig, daß die Eigenfrequenz des aus den
Blattfedern 27 und der von diesen getragenen Masse (einschließlich einer normalen
Materiallast im Trichter 22) bestehenden Systems die gleiche ist wie die Schwingungsfrequenz,
mit der der Trichter 22 arbeitet, wenn der Motor 35 mit seiner normalen Geschwindigkeit
arbeitet, damit sich für die Vorrichtung ein minimaler Energieverbrauch ergibt.
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Der Trichter 22 wird durch die Verbindungsstangen 38 zwangläufig
in Schwingung versetzt, so daß der Hub bzw. die Amplitude der Schwingung des Trichters
22 festgelegt ist und von einer Änderung der Materialmenge im Trichter 22 unbeeinflußt
bleibt.
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Eine Vorrichtung nach F i g. 4 mit einem Trichter von 0,59472 ms
Fassungsvermögen arbeitete erfolgreich mit einem Schwingungshub von 9,525 mm bei
einer Frequenz von 525 bis 1000 Perioden je Minute.
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Die Vorrichtung wurde dazu verwendet, ein faseriges Material mit hohem
Feuchtigkeitsgehalt mit konstanter Fördermenge, die z. B. eine Größe von 0,1416
m3 je Minute erreichen kann, zu fördern.
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Die Materialabgabe aus der Auslaßrinne 54 bleibt konstant, solange
die Drehzahl des Motors 35 konstant ist, und die Abgabe läßt sich, während die Vorrichtung
in Betrieb ist, durch Änderung der Drehzahl des Motors 35 ändern. Eine maximale
Leistung wird erzielt, wenn die Motordrehzahl gleich der Eigenfrequenz des Systems
ist, das aus den Federn 27 und der von ihnen getragenen Masse besteht.
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Auch wenn das Material in relativ geringer Menge aus der Auslaßrinne
54 abgegeben wird, kreist das im Trichter 22 befindliche Material bei der Schwingung
des Trichters weiter und staut sich nicht.
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F i g. 7 zeigt eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
in welcher ein in schraubenförmige Schwingung versetzter Behälter bzw. Trichter
55 als Boden eines darübergelagerten Vorratsbunkers 56 dient. In diesem Fall besitzt
der Behälter einen oberen, zylindrischen Abschnitt57, der teleskopisch in das untere
Ende des Behälters 56 hineinreicht. Zur Staub abdichtung ist eine elastische Manschette
58 vorgesehen, deren unteres Ende vermittels eines Bandes 59 an der Außenseite des
zylindrischen Abschnittes 57 festgeklemmt ist und deren oberes Ende vermittels eines
gleichartigen Bandes 60 an einen auf der Außenseite des Behälters 56 vorgesehenen
Flansch 61 angeklemmt ist In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.7 sind sowohl der
Trichter 55 als auch der Vorratsbunker 56 mit dem nach unten zu fördernden Material
gefüllt. Die schraubenförmige Schwingbewegung des Trichters 55 kann bewirken, daß
ein Materialanteil 62 in den Raum zwischen dem zylindrischen Abschnitt57 und dem
unteren Ende des Trichters 56 aufsteigt. Das vom Vorratsbehälter 56 umschlossene
Material unterliegt nicht der Wirkung des schraubenförmigen schwingenden Trichters
55, so daß man die Oberfläche des Materials 62 zwischen dem zylindrischen Abschnitt
57 und dem unteren Ende des Vorratsbehälters56 als äußerstes, oberes Ende einer
Materialsäule ansehen kann, die den bewegbaren Trichter bzw. Behälter 55 füllt.
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Bei Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 7 ist der Materialfluß im wesentlichen
gleich dem Material-
fluß im Behälter 10 nach F i g. 1 und 2, und Material sinkt
konstant aus dem Behälter 56 in den Trichter 55 herab. Auf diese Weise wird der
Trichter 55 in der Vorrichtung nach Fig.7 ständig mit Material gefüllt gehalten.
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Das aus dem Behälter 56 herabsinkende Material übt einen bestimmten
Druck auf das den Trichter 55 füllende Material aus. Dieser zusätzliche Druck kann
einen zusätzlichen Energieverbrauch zur Erzeugung der Schwingbewegung des Trichters
55 verursachen.
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Es ist zweckmäßig, daß die Schwingbewegung des Trichters 55 einen
relativ langen Hub und eine maximale Beschleunigung hat, deren senkrechte Komponente
größer ist als die Schwerkraftbeschleunigung, um das Material im Trichter in verhältnismäßig
heftige Bewegung zu versetzen.
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Hat die dem Trichter 55 vermittelte, schraubenförmige Schwingbewegung
eine Maximalbeschleunigung, deren vertikale Komponente größer ist als die Schwerkraftbeschleunigung,
so wird der Kontakt des Materials mit dem Trichter jedesmal ruckartig gelöst, wenn
der Trichter am oberen Ende seines Schwinghubes seine Richtung umkehrt. Diese Wirkung
wird dadurch unterstützt, daß die Seitenwände des Trichters 55 nicht senkrecht,
sondern schräg verlaufen.
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Diese Wegstoßwirkung des Trichters 55 am oberen Ende jedes Schwinghubes
ermöglicht es dem Trichter 55, jeweils am unteren Ende seines Schwinghubes das Material
aufs neue wieder zu erfassen, so daß die Schwingbewegung des Trichters 55 das im
Trichter befindliche Material in kreisender Bewegung hält.
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Ein bedeutsames Merkmal der in Fig.7 dargestellten Ausführungsform
der Erfindung besteht darin, daß die Seitenwände des in schraubenförmige Bewegung
versetzten Behälters vom untersten Ende der diesen Behälter füllenden Materialsäule
bis zu deren oberem Ende bei 62 eine wesentliche Schrägung aufweisen. Diese Tatsache
ermöglicht es, die zur Verfügung stehende Energie dazu zu verwenden, die gesamte,
den in Schwingung versetzten Behälter 55 füllende Materialmasse in die gewünschte
Bewegung zu versetzen.
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In der Vorrichtung nach F i g. 7 wird der Vorratsbehälter 56 nicht
in Schwingbewegung versetzt, und sein Durchmesser sollte so groß sein, daß im Material
keine Gefahr einer Brückenbildung besteht, während es allmählich absinkt, um unter
Schwerkraftwirkung den Behälter 55 nachzufüllen.
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Natürlich sind weitere Abwandlungen im Rahmen der Erfindung und unter
Berücksichtigung der Erfordernisse und Gegebenheiten des Einzelfalles möglich.