DE1608411B1

DE1608411B1 - Schwingsystem mit einem Koerper veraenderlicher Masse

Info

Publication number: DE1608411B1
Application number: DE19681608411
Authority: DE
Inventors: Mitchell Chauncey L; West Henry W
Original assignee: Electronic Assistance Corp
Current assignee: Electronic Assistance Corp
Priority date: 1967-02-06
Filing date: 1968-02-05
Publication date: 1970-12-17
Also published as: FR1554205A; US3502273A; GB1157595A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Schwingsystem mit Schwingungsfrequenz durch ein Pilotventil zu jueinem durch eine Federanordnung schwingfähig ge- stieren. Bei dem Körper handelt es sich um einen lagerten Körper veränderlicher Masse, der durch Pfosten od. dgl. mit konstanter Masse, der kerne einen Schwingungsantrieb mit der Eigenfrequenz des Federanordnung aufweist und somit auch keine Schwingsystems in eine schwingende Bewegung ver- 5 Eigenfrequenz besitzt. Ein Schwingungsantrieb mit setzbar ist. einer Hydraulikkolbenanordnung und einem Servo-Es ist bekannt, z. B. aus der USA.-Patentschrift ventil wird aber auch bei einem Ausführungs-3 112 823, daß die Antriebsleistung zur Aufrecht- beispiel der Erfindung verwendet,
erhaltung einer bestimmten Schwingungsamplitude Ferner ist die Verwendung von Differentialdann am kleinsten ist, wenn die Antriebsfrequenz io transformatoren in Maßschaltungen an sich bekannt mit der Eigenfrequenz des schwingungsfähig ge- (Holzweißig: »Einführung in die Messung melagerten Körpers übereinstimmt. Bei Systemen mit chanischer Schwingungen«, 1963).
unveränderlicher Eigenfrequenz stellt dies kein Pro- Ausgehend von dem weiter oben geschilderten Wem dar. Anders ist es jedoch bei schwingungs- Stand der Technik hat sich die Erfindung die Auffähigen Systemen, deren Eigenfrequenz sich z. B. 15 gäbe gestellt, einen Körper bei Änderungen seiner infolge einer Änderung der Masse des schwingenden Masse und somit seiner Eigenfrequenz stets mit opti-Körpers ändern kann. malern Wirkungsgrad, d. h. mit der geringsten erBeispiele schwingungsfähiger Systeme mit ver- forderlichen Antriebsleistung in eine schwingende änderlicher Eigenfrequenz sind Schwingmühlen und Bewegung zu versetzen.

Schwingmischer, in denen ein strömungsfähiges Ma- 20 Diese Aufgabe wird durch die Erfindung bei einem

terial im Durchlauf gemahlen, gemischt oder di- Schwingsystem der eingangs genannten Art dadurch

spergiert wird. Bei einer bekannten Einrichtung dieser gelöst, daß der Schwingungsantrieb mit der durch die

Art strömt das zu behandelnde Gut durch ein Sy- jeweilige Masse des Körpers und die Federanord-

stem paralleler Röhren, die Metallkugeln oder an- nung bestimmten Eigenfrequenz des Schwingsystems

dere Mahlkörper enthalten und in eine senkrecht 25 synchronisiert ist. Die Eigenfrequenz ist dabei durch

zu ihrer Längsrichtung verlaufende schwingende Be- einen elektrischen Schwingungsaufnehmer abgefühlt,

wegung versetzt werden. Das System ist Vorzugs- der zwei Glieder enthält, von denen das eine mit dem

weise federnd gelagert und wird mit seiner Eigen-" Körper und relativ zu dem anderen Glied beweg-

frequenz angetrieben, um die Antriebsleistung klein lieh ist, und der ein einer Frequenzänderung der

zu halten. Die Masse des die Röhren durchsetzenden 30 Schwingungen des Körpers entsprechendes elek-

Gutes kann sich im Betrieb eines solchen Gerätes irisches Signal erzeugt, das eine Steueranordnung für

erheblich ändern, was eine entsprechende Änderung den Antrieb steuert.

der Eigenfrequenz zur Folge hat. Ein vollkommener Die Erfindung eignet sich insbesondere für den Synchronismus zwischen dem anzutreibenden schwin- Anwendungfall, daß der Körper eine Anordnung von genden System und dem Antrieb, der z. B. einen 35 Mahlröhren enthält, die senkrecht zur Schwingungs-Hydraulikkolben enthalten kann, ist dann nicht mehr richtung verlaufen, und daß die Röhren mit einer Angewährleistet, und die erforderliche Antriebsleistung Ordnung verbunden sind, die ein Zuführen bzw. Hinmuß erheblich vergrößert werden. durchleiten von strömungsfähigem Material gestattet, Aus der USA.-Patentschrift 2 260 847 ist bereits während der oder die Körper schwingen. Ein solches ein Frequenznormal bekannt, das einen mittels ernes 40 oder auch ein anderes System gemäß der Erfindung Spannbandes schwingungsfähig gelagerten stab- arbeitet stets mit der kleinstmöglichen Antriebsförmigen Permanentmagneten enthält, der bei seiner leistung.

Schwingbewegung senkrecht zur Ebene des Spann- Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der bandes in eine Aufnahmespule bzw. eine Triebspule Erfindung werden Frequenz und Phase der Schwineintaucht. Die Aufnahme- ~~ und Triebspule bilden 45 gung des schwingenden Körpers durch einen linearen einen Teil einer Oszillatorschaltung, in deren Rück- Geschwindigkeitsdifferentialtransformator wahrgekopplungszweig sie liegen. Zweck dieser bekannten nommen, der seinerseits die Zufuhr von hydrau-Anordnung ist die Herstellung einer zwar ander- lischem Arbeitsmedium zu einem Antriebszylinder baren, jeweils aber möglichst konstanten Frequenz. derart steuert, daß der Antrieb mit der. Eigen-Ferner ist aus der USA.-Patentschrift 2 187 717 eine 50 frequenz des Systems erfolgt. Außerdem ist Vorzugs-Anordnung bekannt,· mit der ein Förderband und ein weise eine Anfahr- oder Starteinheit vorgesehen, die Einfülltrichter in Schwingungen versetzt werden. Der synchron mit den Signalen vom Transformator Aus-Antrieb arbeitet unabhängig von der jeweiligen Mas- gangssignale liefert und mit einem Verstärker gese und somit von der Eigenfrequenz mit einer dem koppelt werden kann, um die Schwingungen bei System aufgezwungenen konstanten Frequenz eines 55 niedrigem Verstärkungsgrad anzufachen und aufäußeren Wechselstroms. Bei veränderlicher Masse rechtzuerhalten.

wird also die Eigenfrequenz praktisch nie mit der Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichkonstanten Arbeitsfrequenz übereinstimmen. Auch nung schematisch dargestellten Anwendungsbeispieles aus der USA.-Patentschrift 3 112823 ist ein Vibra- näher erläutert.

tionssystem bekannt, bei welchem ein Körper mittels 60 Das in der Zeichnung dargestellte schwingungs-

eines mit konstanter Drehzahl arbeitenden Exzenter- fähige System enthält zwei benachbarte Stahlkörper

motors, also mit konstanter Frequenz in Schwin- 10, 11, die jeweils durch vier Füße 13 am Boden 12

gungen versetzt wird. Das System wird hier so ab- abgestützt sind. Die Füße 13 sind genügend ela-

gestimmt, daß die Eigenfrequenz stets größer als die stisch, um ein Schwingen der Körper in Richtung

Antriebsfrequenz gehalten wird. 65 ihrer Verbindungslinie zu ermöglichen. Die beiden

Aus der USA.-Patentschrift 3 262 507 ist es be- Körper sind durch wendeiförmige Federn 14, 15

reits bekannt, einen Körper mittels einer Hydraulik- elastisch miteinander gekuppelt, so daß ein schwin-

vorrichtung in Schwingungen zu versetzen und die gungsfähiges System gebildet wird, das aus den bei-

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den Körpern 10, 11, den Füßen 13 und den Federn außerdem einem Summierverstärker 36 zugeführtDer

14, 15 besteht und eine bestimmte Eigenfrequenz hat. Summierverstärker 36 kann in üblicher Weise aus-

Die Größe der schwingenden Massen und die Feder- geführt sein und vergrößert die Amplitude des über konstanten der Füße 13 und Federn 14, 15 sind die Leitung 34 zugeführten Signals entsprechend der

vorzugsweise so gewählt, daß die Eigenfrequenz des 5 Einstellung eines Stellwiderstandes 37 in einer zur

Systems im Bereich von etwa 20 bis etwa 60Hz Änderung des Verstärkungsgrades des Verstärkers

liegt. 36 dienenden Einheit 38. Das verstärkte Signal wird

Die Körper 10, 11 werden im Betrieb durch einen vom Verstärker 36 über eine Leitung 39 dem Ven-Hydraulikmotor in schwingende Bewegung versetzt, til 18 zugeführt und steuert die Zufuhr von hydrauder einen Hydraulikkolben 16 und einen Zylinder 17 io lischem Arbeitsmittel zum Zylinder 17. Durch Verumfaßt. Der Zylinder 17 ist über ein an ihm mon- änderung der Einstellung des den Verstärkungsgrad tiertes Steuerventil 18 und eine Hochdruckleitung 19 beeinflussenden Stellwiderstandes 37 kann die mit einer Hydraulikeinheit verbunden, die die er- Schwingungsamplitude der Körper 10, 11 verändert forderliche Antriebsleistung liefert und ihrerseits auf werden.

dem Boden 12 angeordnet ist. Der Hydraulikmotor 15 Da die Arbeitsweise des Systems von der Größe 16, 17 kann in üblicher Weise ausgebildet sein. des rückgekoppelten Signals und dessen Amplitude Durchmesser der Zylinderbohrung und Kolbenhub abhängt, können die Schwingungen nur andauern, können etwa 5 cm betragen, und der Hydraulikmotor wenn die Gesamtverstärkung in der Rückkopplungskann mittels einer Bügellagerung an den Körpern 10, schleife größer als 1 ist. Für einen Betrieb mit kleiner 11 befestigt sein. Als Ventil 18 kann ein handeis- 20 Amplitude ist daher der Anfahrgenerator 35 vorüblicher Typ verwendet werden, der eine ver- gesehen. Dieser Generator enthält einen selbstzögerungsfreie Steuerung durch elektrische Signale erregten Oszillator, dessen Frequenz möglichst nahe ermöglicht, z. B. ein Servoventil. Die Hydraulik- bei der Eigenfrequenz der federnd gelagerten Körper einheit kann eine Nennleistung von etwa 10 bis ist. Das Ausgangssignal des Generators 35 kann dem 15 PS haben und mit einem Ausgangsdruck von etwa 25 Summierverstärker 36 über einen Schalter 40 zu-70 kp/cm² arbeiten. geführt werden. Frequenz und Phase des Oszillators

Die Stahlkörper 10, 11 enthalten jeweils ein Sy- werden durch das ihm über die Leitung 34 zugeführte stern von Röhren 21, in die eine große Anzahl von Rückkopplungssignal synchronisiert, so daß bei der nicht dargestellten kleinen Mahlkörpern, z. B. Kugeln Summierung des Ausgangssignals des Generators aus unlegiertem Stahl oder andere harte Körper ein- 30 und des Rückkopplungssignals im Verstärker 36 ein geschlossen sind, wie es bei mit kontinuierlichem Ausgangssignal erzeugt wird, dessen Größe zur AufDurchsatz arbeitenden Mahlwerken bekannt ist. Mit rechterhaltung von Schwingungen kleiner Amplitude einer Stirnplatte 24 jedes Körpers sind zwei biegsame ausreicht. Wenn die Einheit 38 so eingestellt wird, Leitungen 22, 23 verbunden, die dazu dienen, das daß die Schleifenverstärkung größer als 1 ist, wird Mahlgut durch die Röhren zu leiten. Die hinter den 35 der Anfahrgenerator 35 automatisch durch ein Vor-Stirnplatten befindlichen Röhren 21 können je nach Spannungssignal, das auf einer Leitung41 auftritt, den Erfordernissen des Mahlprozesses in Reihe außer Betrieb gesetzt. . _
und/oder parallel geschaltet sein. Im Betrieb wird das zu behandelnde Gut, z.B.

Gemäß der Erfindung werden die Amplitude, Fre- eine Farbe, deren Pigment auf eine kleine Teilchenquenz und Phase der Schwingung der Körper 10, 11 40 größe zu mahlen ist, den Eingangsleitungen 22 zudurch einen linearen Geschwindigkeitsdifferenz- geführt, es strömt dann durch die Röhren 21 und transformator 27 wahrgenommen, der auf dem tritt dann durch die Leitungen23 wieder aus. Das Körper 10 montiert ist und eine Spulenanordnung 28 Ventil 18 wird dann über die Leitung 19 mittels der enthält, in die ein Kern 29 mehr oder weniger weit Hydraulikeinheit 20 mit Druckmittel gespeist, und der eintaucht, welcher mit dem anderen Körper 11 ver- 45 Schalter 40 wird geschlossen, so daß das Ausgangsbunden ist. Wenn sich die Körper 10, 11 aufeinander signal des Anfahrgenerators 35 dem Verstärker 36 zu bzw. voneinander weg bewegen, ändert sich die zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers Reaktanz der Spulenanordnung 28 des Transforma- steuert über die Leitung 39 das Ventil 18, das den tors entsprechend der Lage des Kernes 29. Dabei Hydraulikmotor 16, 17 mit Druckmittel speist, so daß wird auf einer Leitung 30 ein Ausgangssignal erzeugt, 50 die Körper 10, 11 angetrieben werden und mit ihrer das die Frequenz und Phase sowie die Amplitude Eigenfrequenz zu schwingen beginnen. Das Signal der Schwingung der Körper 10, 11 genau wiedergibt. vom Transformator 27, das diese Frequenz darstellt,

Das auf der Leitung 30 auftretende Signal wird wird dem Phasenschieber 31 zugeführt und gelangt einem Phasenschieber 31 zugeführt, der in üblicher nach dem Phasenabgleich durch die Rückkopplungs-Weise ausgebildet sein kann und durch eine Phasen- 55 schleife zum Anfahrgenerator 35 und Summiersteuereinheit 32 steuerbar ist, die einen veränder- verstärker 36. Das der Leitung 39 zugeführte Auslichen Widerstand 33 enthält und die Phase des über gangssignal des Verstärkers reicht nötigenfalls zudie Leitung 30 zugeführten Signals zu ändern ge- sammen mit dem Signal vom Anfahrgenerator 35 aus, stattet. Der Phasenschieber 31 kann beispielsweise die Schwingungen der Körper 10, 11 aufrechtzuereinen mit dem Widerstand 33 in Reihe geschalteten 60 halten.

Blindwiderstand sowie einen Umkehrschalter ent- Wenn sich die Masse des Mahlgutes in den Röhren

halten. Die Phase des aufgenommenen Signals kann 21 ändert, z. B. infolge einer Änderung der Zu-

auf diese Weise bezüglich der Phase der dem Zy- sammensetzung des Mahlgutes, ändert sich auch die

linder 17 über das Ventil 18 zugeführten Antriebs- Eigenfrequenz des die Körper 10, 11, die Füße 13

leistung abgeglichen werden. 65 und die Federn 14, 15 umfassenden schwingungs-

Das die Frequenz und Phase der Schwingung fähigen Systems. Wenn keine Rückkopplungswiedergebende Signal wird vom Phasenschieber 31 steuerung vorgesehen wäre, würde das Ventil 18 den über eine Leitung 34 einem Anfahrgenerator 35 und Hydraulikmotor weiter mit der ursprünglichen Fre-

quenz steuern, und da nun keine Übereinstimmung zwischen der Antriebsfrequenz und der Eigenfrequenz des angetriebenen Systems mehr besteht, müßte erheblich mehr Leistung zur Aufrechterhaltung der Schwingungen aufgewendet werden. Bei der erfindungsgemäßen Rückkopplungsschaltung liefert der Transformator 27 jedoch ein Ausgangssignal der neuen Eigenfrequenz, das durch den Verstärker 36 verstärkt und dem Ventil 18 zugeführt wird, so daß eine Steuerung des Antriebes mit der Eigenfrequenz ίο des Systems gewährleistet bleibt.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das beschriebene bevorzugte Anwendungs- und Ausführangsbeispiel beschränkt. Wenn beispielsweise der Verstärkungsgrad der Rückkopplungsschleife immer größer als 1 ist, kann der Anfahrgenerator 35 entfallen, und die Schwingungen des Systems können dann durch ein dem Verstärker 36 zugeführtes kurzdauerndes Signal angefacht werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Schwingsystem mit einem durch eine Federanordnung schwingungsfähig gelagerten Körper veränderlicher Masse, der durch einen Schwingungsantrieb mit der Eigenfrequenz des Schwingsystems in eine schwingende Bewegung versetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsantrieb (16,17) mit der durch die jeweilige Masse des Körpers (10) und die Federanordnung (14, 15) bestimmten Eigenfrequenz des Schwingsystems synchronisiert ist, welche durch einen elektrischen Schwingungsaufnehmer (27, 28) abgefühlt ist, der zwei Glieder enthält, von denen das eine mit dem Körper und relativ zu dem anderen Glied beweglich ist, und der ein einer Frequenzänderung der Schwingungen des Körpers entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, das eine Steueranordnung (18) für den Antrieb steuert.

2. Schwingsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung einen Phasenschieber (31, 32) enthält, der einen Abgleich der Phase des vom Aufnehmer (27, 28) gelieferten Signals bezüglich der Phase des Schwingungsantriebs (16,17) bewirkt.

3. Schwingsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsantrieb einen Hydraulikkolben (16) und -zylinder (17) enthält und daß die Steueranordnung ein Servoventil (18) enthält, das die Zufuhr von hydraulischem Druckmittel zum Zylinder entsprechend des vom Aufnehmer (27, 28) erzeugten Signals steuert.

4. Schwingsystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnehmer einen linear arbeitenden Geschwindigkeits-Differenztransformator mit einem Kern (29), der entsprechend der Schwingungsbewegung des Körpers (10) beweglich ist, enthält.

5. Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung einen selbserregten elektrischen Oszillator (35) enthält, der durch das vom Aufnehmer (27, 28) erzeugte Signal steuerbar ist und ein Ausgangssignal an einen Summier- A Verstärker (36) liefert, dem außerdem das Auf- ™ nehmer-Ausgangssignal zugeführt ist, und daß das Ausgangssignal des Summierverstärkers (36) den Schwingungsantrieb steuert.

6. Schwingsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Summierverstärker mit einer Einrichtung (38) zum Verstellen seines Verstärkungsgrades versehen ist, mittels derer die Schwingungsamplitude des Körpers einstellbar ist, und daß das Ausgangssignal des Oszillators (35) von der Einstellung der den Verstärkungsgrad beeinflussenden Einrichtung (38) abhängt.

7. Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) über die Federanordnung (14, 15) mit einem zweiten, gegenphasig schwingenden Körper (11) gekuppelt ist.

8. Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Körper (10, 11) mittels einer elastischen Lagerung (13) gelagert sind, die eine M schwingende Bewegung senkrecht zur Ver- ™ bindungslinie zwischen dem betreffenden Körper und dem Boden zuläßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen