DE19623227C2

DE19623227C2 - Laborrüttelmaschine

Info

Publication number: DE19623227C2
Application number: DE1996123227
Authority: DE
Inventors: Egbert Huwer; Gerhard Baer; Wolfgang Mutter
Original assignee: Fritsch GmbH
Current assignee: Fritsch GmbH
Priority date: 1996-06-11
Filing date: 1996-06-11
Publication date: 2003-08-14
Anticipated expiration: 2016-06-12
Also published as: DE19623227A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Laborrüttelmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu ihrem Betrieb.

Bei einer Laborrüttelmaschine der oberbegrifflichen Art wird die Energiezufuhr zum Elektromagneten in Abhängigkeit vom Soll-Ist-Wert-Vergleich des berechneten Maschinenbeschleunigigungs-Ist-Wertes zum vorgegebenen Maschinenbeschleunigigungs-Soll-Wert geregelt und dadurch das gewünschte Rüttelverhalten erzielt, vgl. DE 195 22 987 C1.

Rüttelmaschinen der angegebenen Art werden zum Antrieb eines Siebturms oder eines Mahlaufsatzes verwendet, um Gut zu sieben oder unter Rütteln zu mahlen. Der Siebturm kann ein Sieb bis zu zehn Sieben von ungefähr 0,5 kg bis ungefähr 6,5 kg Masse umfassen. Es versteht sich, daß die Eigenfrequenz des Systems von den beteiligten Massen abhängt und somit beladungsabhängig ist.

Die Eigenfrequenz hängt auch von den verwendeten Federn ab, d. h. von deren Federsteifigkeiten oder Federkonstanten. Bei Rüttelmaschinen der beschriebenen Art kann man es einrichten, daß die Eigenfrequenz bei mittlerer Beladung nahe der Netzfrequenz von 50 Hz liegt. In einem solchen Fall kann die Ansteuerschaltung vom Netz her mit einer Phasenanschnittssteuerung betrieben werden. Nachteilig ist jedoch, daß bei minimaler und maximaler Beladung die Schwingungsamplitude wesentlich geringer ist, als wenn die Resonanzfrequenz des Systems sich nahe 50 Hz bewegt. Ein weiterer Nachteil liegt in der Empfindlichkeit gegenüber Abweichungen bei der Federsteifigkeit und anderen Parametern des Geräts. Auch kann eine Rüttelmaschine, die auf etwa 50 Hz Resonanzfrequenz abgestellt ist, nicht mit einer abweichenden Netzfrequenz, z. B. mit 60 Hz, betrieben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rüttelmaschine der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß die maximale Schwingungsamplitude auch bei minimaler und maximaler Beladung erreicht werden kann, wobei der Energieaufwand zum Betrieb der Rüttelmaschine gering bleiben soll.

Die Rüttelmaschine soll ferner die Möglichkeit aufweisen, die Schwingungsamplitude voreinstellen zu können.

Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst und durch die weiteren Merkmale der Unteransprüche ausgestaltet und weiterentwickelt.

Als Vorteil der Rüttelmaschine kann angesehen werden, daß diese auch mit von 50 Hz abweichender Netzfrequenz, z. B. mit 60 Hz, wie in den USA üblich, betrieben werden kann.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben.

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Rüttelmaschine in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Rüttelmaschine,

Fig. 3 eine Ansicht von oben bei entferntem Teller der Maschine und

Fig. 4 eine Ansteuerschaltung.

Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich, weist das Gerät ein Gehäuse 1 mit einer daran angebrachten Grundplatte 2 auf, die sich über Gerätefüße 3 an einer Unterlage abstützt. Auf der Oberseite des Gehäuses (Fig. 1) sind zwei Schau- und Tastenfelder 4 zur Bedienung des Geräts und zur Darstellung der eingegebenen Werte vorgesehen. Ein Rüttelteller 20 stellt das angetriebene Organ der Maschine dar. Die äußeren Abmessungen des Geräts betragen etwa 350 × 400 mm.

Innerhalb des Gehäuses sind drei Schraubenfedern 5 an den Eckpunkten eines Dreiecks angeordnet. Ein dreieckförmiger Ständer 10 aus schwerem Gußeisen von etwa 15 kg stützt sich an den Federn 5 ab und umfaßt einen mittigen Hohlraum 11, in welchem ein Elektromagnet 12 angeordnet ist, der mittels einer Halteplatte 13 am Ständer 10 befestigt ist. Der Magnet 12 weist einen Anker 14 auf, der normalerweise in bestimmtem Abstand vom Pol des Magneten 12 federnd gehalten wird, wozu drei Blattfedern 15 dienen, deren äußere Enden am Ständer 10 mittels Schrauben 17 befestigt sind. Am Anker 14 ist eine Ankerplatte 16 angeschraubt, um die inneren Enden der Blattfedern 15 zwischen Anker 14 und Ankerplatte 16 einzuklemmen und dadurch die Befestigung des Ankers zu bewirken. Im Verhältnis zu den Schraubenfedern 5 sind die Blattfedern 15 steif.

Der Rüttelteller 20 weist eine flache Aussparung 21 auf, um einen nicht dargestellten Siebturm oder einen Mahlaufsatz zu befestigen. Der Teller 20 ist mittels Schrauben 22 an der Ankerplatte 16 befestigt, wobei die Schraubbohrungen 22b in Fig. 3 dargestellt sind und sich in einem Feld zwischen den eingespannten Enden der Blattfedern 15 erstrecken.

Das Gehäuse 1 beherbergt noch ein Netzanschlußteil 6 und einen berührungslos arbeitenden Wegaufnehmer 7, der am Gehäuse 1 angebracht ist und den Abstand zur Unterseite 23 des Tellers 20 mißt. Im Gehäuse 1 unterhalb der Felder 4 ist auch eine Ansteuerschaltung 8 untergebracht, der Fig. 4 gewidmet ist.

Das Netzanschlußteil 6 beherbergt eine Gleichrichterschaltung zur Umwandlung der Wechselspannung des Netzes in eine Gleichspannung für den Magneten 12. Dieser wird über eine Halbbrücke mit Leistungstransistoren T₁ und T₂ oder Thyristoren angesteuert. Die Transistoren T₁ und T₂ selbst werden im Takt eines Rechteckwellengenerators 25 leitend bzw. nichtleitend gesteuert, so daß der Gleichstrom des Netzanschlußteils 6 über den Elektromagneten 12 fließt, wie vom Generator 25 gesteuert. Die elektronischen Bauteile werden über nicht dargestellte Stromversorgungsbauteile ebenfalls vom Netz gespeist.

Die Tastenfelder 4 umfassen die Vorwahleingabe der Schwingungsamplitude in Schritten von 0,1 mm im Bereich von 0,1 bis 3 mm, einen Zeitgeber für die Betriebsdauer des Rüttlers, eine Intervalleingabe zur Voreinstellung von intervallmäßigem Rütteln, sowie die Wahl von Rüttelprogrammen, d. h. die Voreinstellung von Rütteldauer, Schwingungsamplitude, Intervall für diverse Anwendungen. Die Einhaltung der Schwingungsamplitude ist für reproduzierbare Sieb- und Mahlergebnisse von größter Bedeutung.

Der Generator 25 ist hinsichtlich seiner Frequenz steuerbar, und zwar in Abhängigkeit von einem Stellsignal Y der Ansteuerschaltung 8. Diese enthält einen digitalen Vergleicher als Regler 30, einen Analog-Digital-Wandler 31, eine Tastaturabfrage 32 und den Wegaufnehmer 7. Der Wegaufnehmer 7 tastet die Schwingungen des Tellers 20 ab und gibt eine der Schwingungsamplitude entsprechende Spannung U ab, die von dem A/D-Wandler 31 als digitaler Istwert X_i an den Regler 30 gegeben wird. Die Tastaturabfrage 32 gibt einen Sollwert X_s an den Regler, wie er über die Tastatur 4 eingegeben worden ist. Solange Istwert X_i und Sollwert X_s nicht übereinstimmen, wird die Stellgröße Y verändert, so daß der Generator 25 z. B. von höheren zu niedrigen Frequenzen läuft. Dieses Suchen wird beendet, wenn Istwert X_i und Sollwert X_s übereinstimmen. Der Suchbereich der Frequenz liegt im Bereich von 75 bis 40 Hz. Der übereinstimmende Frequenzbereich liegt meistens im Bereich von 55 bis 45 Hz.

Der Betrieb der Rüttelmaschine geht wie folgt vor sich: Durch Erregen des Elektromagneten 12 wird der Anker 14 angezogen und die Blattfedern 15 werden gespannt. Nach Abschalten des Elektromagneten 12 werden die gespannten Federn 15 losgelassen und bewegen den Teller 20 und alles was sich darauf befindet nach oben bis jenseits der eingezeichneten neutralen Stellung, wonach der Antriebsmagnet 12 erneut erregt wird und sich das Spiel wiederholt. Die Massen werden so im Takt der Erregung des Elektromagneten 12 auf und ab bewegt.

Wenn der Antriebsmagnet 12 zum Takt der Eigenfrequenz des Systems erregt wird, ist die erforderliche Antriebsleistung am geringsten. Der Eigenfrequenzbereich des Systems wird mit der Schaltung nach Fig. 4 gewissermaßen ertastet.

Wie erwähnt, soll die Schwingungsamplitude voreingestellt werden. Wenn das System genau bei der Resonanzfrequenz schwingt, werden die höchsteN Amplituden erzielt, während benachbart dieser Resonanzfrequenz die Amplitude gemäß der glockenförmigen Resonanzkurve abfallen. Somit existiert eine Kurvenflanke mit zunehmenden Amplitudenwerten, wenn man von hohen zu niedrigeren Frequenzen fortschreitet. Diese Frequenzverschiebung erfolgt in dem Gerät langsam im Verhältnis zur Messung der Amplitude und dem Istwert-Sollwert-Vergleich, so daß der Regler bei dem voreingestellten Wert der Amplitude stehen bleibt und nicht bis zu der eigentlichen Resonanzfrequenz weiterläuft, bei der gegebenenfalls eine höhere Amplitude als voreingestellt auftreten würde.

In einer Billigversion des Gerätes wird die Erregerfrequenz so variiert, bis die Eigenfrequenz des Systems angetroffen wird. Diese Version ermöglicht lediglich Schwingungen mit der Maximalamplitude.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Schraubenfedern 5 relativ weich sind, um die auftretenden Schwingungen möglichst wenig auf die Bodenplatte und den Labortisch zu übertragen. Durchgeführte Versuche haben ergeben, daß die Schwingungen der Rüttelmaschine gut gegenüber dem Labortisch entkoppelt sind und daß die Massen von Siebturm, Teller, Ständer und Magnet im Gleichlauf auf und ab schwingen.

Claims

1. Rüttelmaschine mit folgenden Merkmalen:
ein Gehäuse (1);
ein Ständer (10), der eine erste Masse darstellt, erste Federn (5) und Gerätefüße (3) zur Abstützung der Rüttelmaschine auf einer Unterlage;
ein Teller (20), der zusammen mit einem Siebturm oder einem Mahlaufsatz sowie dem zu bearbeitenden Gut eine zweite Masse darstellt und gegenüber dem Ständer (10) über zweite Federn (15) abgefedert ist;
ein Elektromagnet (12) mit einem Anker (14), der an dem Teller (20) so angebracht ist, daß er von dem Elektromagneten angezogen bzw. losgelassen werden kann,
eine Einrichtung (7) zur Erfassung der am Teller (20) auftretenden Schwingungen und
eine Ansteuerschaltung zur Erregung des Elektromagneten (12), die einen Regelkreis (T₁, T₂, 12, 7, 30, 31, 32, 25) umfaßt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ansteuerschaltung einen Frequenzgenerator (25) mit veränderbarer Erregungsfrequenz aufweist und
daß der Regelkreis (T₁, T₂, 12, 7, 30, 31, 32, 25) den Frequenzgenerator (25) in Abhängigkeit von einem Schwingungsvergleich steuert, wobei der Regelkreis einen Vergleicher (30) für Istwert (X_i) und Sollwert (X_s) der Schwingung enthält und bei Nichtübereinstimmung von Istwert und Sollwert ein Stellsignal (Y) abgibt, welches die abgegebene Erregungsfrequenz des Frequenzgenerators (25) in Richtung auf die Resonanzfrequenz des Systems verändert, während bei Übereinstimmung von Istwert und Sollwert die jeweilig abgegebene Erregungsfrequenz beibehalten wird.

2. Rüttelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erfassung der Schwingungen einen Wegaufnehmer (7) aufweist, der an dem Gehäuse (1) angebracht ist und den Abstand zur Unterseite (23) des Tellers (20) mißt bzw. ein dementsprechendes Signal (U) abgibt.

3. Rüttelmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzveränderung des Frequenzgenerators (25) langsam im Verhältnis zu der Messung der Amplitude durch den Wegaufnehmer (7) und zu dem Istwert-Sollwert-Vergleich erfolgt.

4. Rüttelmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzveränderung am Frequenzgenerator (25) von hohen zu niedrigen Frequenzen erfolgt.

5. Rüttelmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der überstrichene Frequenzbereich von 75 bis 40 Hz reicht.

6. Rüttelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (12) über eine halbleitergesteuerte Brücke mit einem Netzanschlußteil (6) verbunden ist.

7. Rüttelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (10) dreieckförmigen Querschnitt aufweist und daß die Gerätefüße (3) fluchtend zu den Ecken des Ständers (10) angeordnet sind.

8. Rüttelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) eine Bodenplatte (2) aufweist, an der die Gerätefüße (3) und die ersten Federn (5) angebracht sind, letztere mit dem Ständer (10) verbunden, um das Gehäuse (1) möglichst ruhig und schwingungsarm zu halten.

9. Verfahren zum Betreiben einer Rüttelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) die gewünschte Schwingungsamplitude (X_s) wird voreingegeben;
b) der Elektromagnet (12) wird im Takt einer anfänglichen Frequenz erregt, um die ersten und zweiten Massen in Schwingung zu versetzen;
c) die Schwingungsamplitude zwischen Teller (10) und Gehäuse (1) wird gemessen und in ein entsprechendes Signal (X_i) umgewandelt;
d) die gewünschten und gemessenen Schwingungsamplituden werden miteinander verglichen, und bei Nichtübereinstimmung wird ein Stellsignal (Y) gebildet, welches die anfängliche Erregerfrequenz des Elektromagneten (12) in Richtung auf die vermutete Resonanzfrequenz variiert, bis die Flanke der glockenförmigen Resonanzkurve des schwingungsfähigen Systems erreicht wird, und zwar eine solche Flankenstelle, bei der die gemessene Schwingungsamplitude (X_i) mit der gewünschten Schwingungsamplitude übereinstimmt.