DE19625808B4

DE19625808B4 - Siebmaschine mit beschleunigungskonstanter Regelung

Info

Publication number: DE19625808B4
Application number: DE19625808A
Authority: DE
Inventors: Hans Jürgen Dipl.-Ing. Meyer
Original assignee: F Kurt Retsch GmbH and Co KG
Current assignee: Retsch GmbH
Priority date: 1995-06-28
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2016-06-28
Also published as: DE19625808A1; GB2302741A; GB2302741B; GB9613607D0

Abstract

Siebmaschine mit einer dreidimensionalen Wurf-Siebbewegung, mit einem Träger für den wenigstens einen Siebboden, wobei der gegenüber dem Gehäuse beweglich angeordnete und von einem frequenzerregten Elektromagneten beaufschlagte Siebträger über Federn gegen das Gehäuse abgestützt ist, und mit einer Einrichtung zur Ermittlung der Schwingungshöhe des Siebträgers und ferner mit einer Steuereinheit zum Umsetzen einer vorzugebenden Schwingungshöhe in die erforderliche Energiezufuhr für den Elektromagneten, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (26) zur Berechnung der Maschinenbeschleunigung in Funktion der jeweils ermittelten Schwingungshöhe und des zeitgleich festgestellten Frequenzwertes als Regelwert für die Energiezufuhr zum Elektromagneten und zum Soll-Ist-Vergleich des berechneten Maschinenbeschleunigungs-Istwertes mit einem vorgegebenen Maschinenbeschleunigungs-Sollwert sowie zum Ausgleich einer festgestellten Maschinenbeschleunigungs-Abweichung mittels der Nachregelung der Energiezufuhr zum Elektromagneten (21) auf der Grundlage der in Abhängigkeit von der gegebenen Frequenz berechneten Veränderung der Schwingungshöhe eingerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Siebmaschine mit einer dreidimensionalen Wurf-Siebbewegung, mit einem Träger für den wenigstens einen Siebboden, wobei der gegenüber dem Gehäuse beweglich angeordnete und von einem frequenzerregten Elektromagneten beaufschlagte Siebträger über Federn gegen das Gehäuse abgestützt ist, und mit einer Einrichtung zur Ermittlung der Schwingungshöhe des Siebträgers und ferner mit einer Steuereinheit zum Umsetzen einer vorzugebenden Schwingungshöhe in die erforderliche Energiezufuhr für den Elektromagneten.

Eine Siebmaschine mit den vorgenannten Merkmalen ist in der DE 40 12 902 C1 beschrieben; in dieser Druckschrift ist ausgeführt, daß es für die Genauigkeit und vor allem die Vergleichbarkeit unterschiedlicher Siebanalysen von Bedeutung ist, die Parameter korrekte Maschenweite der Siebböden nach DIN, Analysenzeit, Frequenz der Siebbewegung und Schwingungshöhe der Siebbewegung für vorgenommene Analysen zu definieren und für weitere Analysen reproduzieren zu können. Aus diesem Grund weist die vorbekannte Siebmaschine eine Einrichtung zur Ermittlung der tatsächlichen Schwingungshöhe der Siebbewegung auf, in dem beschriebenen Fall einen induktiven Weggeber, und ferner eine Steuereinheit zum Umsetzen einer vorgegebenen Schwingungshöhe in die erforderliche Energiezufuhr für den Elektromagneten. Dieser Vorschlag geht von der Vorstellung aus, daß eine genaue Einstellung der Schwingungshöhe bei im übrigen unveränderten Parametern für die Definition und Reproduzierbarkeit von Siebanalysen ausreicht.

Diese Vorstellung hat ihren Grund darin, daß gattungsgemäße Siebmaschinen in der Regel als Resonanz-Siebmaschinen ausgelegt sind, welche mit der jeweiligen Netzfrequenz mit Hilfe einer Phasenanschnittsteuerung erregt werden. Da hierbei von einer konstanten Erregerfrequenz ausgegangen werden kann, wird zur Erreichung einer möglichst günstigen Betriebsweise nur die Schwingungshöhe durch eine Änderung der Spannung bei der Energiezufuhr zum Elektromagneten variiert.

Da als für die Erregung von Siebmaschinen erforderliche Netzfrequenzen 50 Hz beziehungsweise 60 Hz-Netze üblich und verbreitet sind, sind gattungsgemäße Siebmaschinen den vorgenannten Netzfrequenzen durch Auslegung ihres Feder-Masse-Systems angepaßt. Hierzu hat es sich als nachteilig herausgestellt, daß trotz exakt eingestellter gleicher Schwingungshöhe die Ergebnisse von mit im übrigen gleichen Parametern durchgeführten Siebanalysen zwischen den auf 50 Hz Netzfrequenz und auf 60 Hz Netzfrequenz eingerichteten Siebmaschinen voneinander abweichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen Siebmaschine diesen Mangel zu beseitigen und die Ergebnisse von Siebanalysen auf jeweils unterschiedlichen Siebmaschinen jeweils reproduzierbar beziehungsweise vergleichbar zu machen.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.

Die Erfindung sieht hierzu in ihrem Grundgedanken vor, daß die Steuereinheit zur Berechnung der Maschinenbeschleunigung in Funktion der jeweils ermittelten Schwingungshöhe und des zeitgleich festgestellten Frequenzwertes als Regelwert für die Energiezufuhr zum Elektromagneten und zum Soll-Ist-Vergleich des berechneten Maschinenbeschleunigungs-Istwertes mit einem vorgegebenen Maschinenbeschleunigungs-Sollwert sowie zum Ausgleich einer festgestellten Maschinenbeschleunigungs-Abweichung mittels der Nachregelung der Energiezufuhr zum Elektromagneten auf der Grundlage der in Abhängigkeit von der gegebenen Frequenz berechneten Veränderung der Schwingungshöhe eingerichtet ist.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß es für die Reproduzierbarkeit bzw. Vergleichbarkeit von Siebanalysen auf die Einhaltung einer jeweils gleichen Beschleunigung ankommt; da ein Feder-Masse-System entsprechend der Gattung der erfindungsgemäßen Siebmaschine einen sinusförmigen Schwingungsverlauf unterstellt, gilt für die jeweils herrschende Maschinenbeschleunigung die mathematische Beziehung: e = a × ω2 mit e = Maschinenbeschleunigung
a = Schwingungshöhe
ω = Winkelgeschwindigkeit

Die Winkelgeschwindigkeit ω ergibt sich aus ω = 2 × π × fmit f = Frequenz der Erregung

Während beispielsweise auch nach der Lehre der gattungsbildenden DE 40 12 902 C1 nur die exakt ermittelte bzw. einstellbare Schwingungshöhe als maßgebliche Stellgröße für die Vergleichbarkeit bzw. Reproduzierbarkeit von Siebanalysen herangezogen wird, zeigt die vorstehende mathematische Abhängigkeit den großen Einfluß der tatsächlichen Frequenz zur Erreichung einer vorgegebenen Maschinenbeschleunigung; aus den unterschiedlichen Netzfrequenzen ergibt sich somit zwangsläufig auch eine unterschiedliche Maschinenbeschleunigung. Hier schafft die Erfindung Abhilfe, da durch die Auslegung der entsprechenden Steuereinheit dafür Sorge getragen ist, daß die Schwingungshöhe und die Frequenz gleichermaßen in ihren Ist-Werten ermittelt und überwacht werden und daß eine festgestellte Abweichung der aus den vorgenannten Größen errechneten Maschinenbeschleunigung von der als Soll-Wert vorgegebenen und für verschiedene Analysen als gleich festgelegten Maschinenbeschleunigung in eine Nachregelung der Energiezufuhr für den Elektromagneten umgesetzt wird, indem bei gegebener Frequenz die Schwingungshöhe zur Erreichung des vorgegebenen Maschinenbeschleunigungs-Sollwertes verändert bzw. angepaßt wird.

Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, daß bei Siebversuchen in verschiedenen Labors mit Sieben verschiedener Hersteller und gegebenenfalls unterschiedlichen Netzfrequenzen lediglich die Vorgaben für die Maschinenbeschleunigung abzustimmen sind, um eine Vergleichbarkeit bzw. Reproduzierbarkeit der Siebergebnisse sicherzustellen. Dabei werden Fehler durch unterschiedliche Siebfrequenzen durch eine automatische Anpassung der Schwingungshöhe jeweils ausgeglichen.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Beschleunigungsgleichheit der miteinander zu vergleichenden Siebanalysen auch dadurch gewährleistet sein, daß ein Beschleunigungssensor zur Erfassung des Maschinenbeschleunigungs-Istwertes vorgesehen und die Steuereinheit zum Soll-Ist-Vergleich des Maschinenbeschleunigungs-Istwertes mit einem vorgegebenen Maschinenbeschleunigungs-Sollwert sowie zum Ausgleich einer festgestellten Maschinenbeschleunigungs-Abweichung mittels Einstellung der in Abhängigkeit von der gegebenen Frequenz ermittelten und dem Maschinenbeschleunigungs-Sollwert entsprechenden Schwingungshöhe über die Nachregelung der Energiezufuhr zum Elektromagneten eingerichtet ist.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird die tatsächliche Maschinenbeschleunigung über den Beschleunigungssensor gemessen und mit der vorgegebenen Maschinenbeschleunigung verglichen; ergibt sich eine Abweichung zwischen Sollwert und Istwert, so wird in der Steuereinheit die zur Erreichung des Maschinenbeschledunigungs-Sollwertes erforderliche Schwingungshöhe in Abhängigkeit von der jeweils herrschenden Frequenz ermittelt und diese ermittelte Schwingungshöhe wird anschließend durch die Nachregelung der Energiezufuhr zum Elektromagneten eingestellt, so daß der Maschinenbeschleunigungs-Sollwert als Vergleichsgröße für das beschleunigungsgleiche Sieben jeweils während des Ablaufes der Siebanalyse eingestellt ist.

Desweiteren sind bereits Wurf-Siebmaschinen mit Eigenfrequenzerregung bekannt; hierbei wird die Erregerfrequenz variiert, wobei mit der Annäherung der Erregerfrequenz an die belastungsabhängige Eigenfrequenz der Siebmaschine die Schwingungshöhe ansteigt. Soll die Schwingungshöhe reduziert werden, so geschieht dies durch die Einstellung eines Unterschiedes zwischen der Erregerfrequenz und der Maschinen-Eigenfrequenz. Vorteile einer derartigen Eigenfrequenzerregung sind die Unabhängigkeit der Erregung von den bekannten 50 Hz bzw. 60 Hz-Netzfrequenzen, ferner ein geringstmöglicher Leistungseinsatz sowie hohe Beladefähigkeiten der Siebmaschinen. Selbst bei mit Eigenfrequenz erregten Maschinen besteht aber nur eine Anzeige der Schwingungshöhe.

Auch auf derartige eigenfrequenzerregte Wurf-Siebmaschinen ist die Erfindung in vorteilhafter Weise anwendbar, indem nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Erregung des Elektromagneten eine Eigenfrequenzsteuerung vorgesehen ist, wobei vorzugsweise in die Steuereinheit zur Berechnung der Maschinenbeschleunigung auch eine Eigenfrequenzsteuerung integriert ist. Soweit bei derartigen eigenfrequenzerregten Siebmaschinen aufgrund von Maschinentoleranzen wie internen Massentoleranzen oder Federkennlinientoleranzen, ferner aufgrund von unterschiedlichen Analysensiebgewichten und vor allem aufgrund der Verwendung unterschiedlicher Anzahlen von aufgesetzten Sieben sich zwangsläufig bei Eigenfrequenzerregung verschiedene Erregerfrequenzen bei jeweils gleichen Schwingungshöhen ergeben, so daß es im Verlaufe des Analysenvorganges zu ständig wechselnden Werten für die Maschinenbeschleunigung (e) kommen würde, ist mit der erfindungsgemäßen Steuereinheit zur Steuerung einer beschleunigungsgleichen Regelung in Kombination mit der Eigenfrequenzerregung der Vorteil verbunden, daß Schwingungshöhe und Frequenz gleichermaßen in ihren Ist-Werten ermittelt, überwacht und zur Einstellung einer konstanten Maschinenbeschleunigung nachgeregelt werden.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Steuereinheit eine Tastatur zur Eingabe des Maschinenbeschleunigungs-Sollwertes auf. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Steuereinheit auch eine Anzeige für die gegebene Frequenz zu Kontroll- und Vergleichszwecken aufweisen.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist eine sogenannte Klopfautomatik vorgesehen, um eventuelles Klemmkorn aus den Siebmaschen der Analysensiebe herauszulösen. Hierzu ist vorgesehen, daß die Steuereinheit zur kurzzeitigen Beaufschlagung des in der Siebmaschine zwischen Magnetanker und Magnetjoch eingestellten Magnetspaltes ausreichenden Erregerstroms eingerichtet ist. Aufgrund der entsprechenden Ansteuerung des Elektromagneten kommt es zu einem kräftigen Aufhämmern des Magnetankers auf dem Magnetjoch, so daß über diese mechanische Bewegung der gewünschte Klopfeffekt verwirklicht ist. Hiermit ist der Vorteil verbunden, daß bei Siebmaschinen mit Eigenfrequenzerregung und beschleunigungskonstanter Steuerung schon vergleichsweise geringfügige Änderungen der Feldstärke am Magneten ausreichen, um kurzfristig größere Schwingungsweiten hervorzurufen, die zur Überwindung des herstellerbedingten Magnetspaltes ausreichen. Die dazu erfindungsgemäß vorgesehene Aussetzung des Regelbetriebs und Bestromung des Magneten mit einer höheren Leistung braucht nur in einem kurzen Zeitraum von beispielsweise weniger als 0,5 Sek. vorgenommen werden, bevor die Steuereinheit die beschleunigungskonstante Steuerung der Siebmaschine wieder aufnimmt.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung führt die Steuereinheit die Beaufschlagung des Elektromagneten mit einem entsprechenden Erregerstrom während vorgegener Zeitintervalle aus.

Zum Schutze des Magneten wie auch der Siebmaschine vor mechanischen Beschädigungen durch den Klopfeffekt kann zwischen dem Magnetanker und dem Siebträger ein elastisches Dämpfungsglied eingesetzt sein.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel wiedergegeben, welches nachstehend beschrieben wird. Es zeigen:

1 eine Siebmaschine in Seitenansicht, teilweise geschnitten,

2 die Siebmaschine gemäß 1 in einer um 90 Grad versetzten Ansichts- bzw. Schnittebene.

In einem mit Füßen 11 versehenen Gehäuse 10 ist eine Gegenmasse 12 als Träger des Antriebs bzw. eines Siebträgers auf Federn 13 angeordnet, um die vom Antrieb bzw. dem auf dem Siebträger sitzenden Siebturm ausgehenden auf das Gehäuse 10 einwirkenden Schwingungen zu dämpfen.

Am oberen Ende der topfartig ausgebildeten Gegenmasse 12 sitzen über den Umfang verteilt Auflager 14, in welchen Einspannungen 15 für radial sternförmig verlaufende Blattfedern 16 ausgebildet sind. Mit ihrem anderen Ende sind die Blattfedern 16 innenseitig in einem Klemmbock 17 festgelegt, wobei der Klemmbock 17 mittels Schrauben 19 mit einem auf ihm ruhenden Siebträger 18 verbunden ist; der Siebträger 18 dient der Halterung von im einzelnen nicht dargestellten einzelnen Analysensieben, wie dies der gattungsbildenden DE 40 12 902 C1 im einzelnen zu entnehmen ist; hierzu sind an dem Siebträger Halterungen 20 ausgebildet.

Zum Antrieb der Siebmaschine ist im Inneren der topfartigen Gegenmasse 12 ein Elektromagnet 21 angeordnet, dessen Magnetjoch 22 dem Klemmbock 17 zugewandt ist, wobei an der Unterseite des Klemmbockes 17 und dem Magnetjoch 22 zugewandt ein Magnetanker 23 sitzt; zwischen Magnetjoch 22 und Magnetanker 23 besteht ein Magnetspalt 24, dessen Bemessung vom Magnethersteller empfohlen wird. Weiterhin ist zwischen Magnetanker 23 und dem Siebträger 18 ein elastisches Dämpfungsglied 28 angeordnet.

An dem äußeren Gehäuse 10 ist eine Steuereinheit 26 angeordnet mit einem Bedienungstableau 25; ferner sind ein EIN-AUS-Schalter 27 und eine Stromversorgung 29 zugeordnet.

Beim Betrieb der Siebmaschine werden die nicht dargestellten Siebböden auf dem Siebträger 18 aufgesetzt und dort über die Halterungen 20 festgelegt. Über die Steuereinheit 26 wird ein Maschinenbeschleunigungs-Sollwert vorgegeben, und es erfolgt in Abhängigkeit von der jeweiligen Eigenfrequenz und der Schwingungshöhe die Beaufschlagung des Elektromagneten 21 mit Energie, wobei der Elektromagnet 21 das Feder-Massesystem der Gegenmasse 12 mit Blattfedern 16, Klemmbock 17 und Siebträger 18 in Schwingung versetzt; die in der Steuereinheit 26 integrierte Eigenfrequenzsteuerung sorgt dafür, daß die Maschine mit Eigenfrequenz erregt und der vorgegebene Beschleunigungs-Sollwert eingehalten wird.

Die Steuereinheit 26 sorgt ebenfalls dafür, daß während der Siebzeit die Siebmaschine in vorgegebenen Intervallen in ihrem Regelbetrieb ausgesetzt und der Elektromagnet 21 mit einer so hohen Bestromung beaufschlagt wird, daß der Magnetanker 23 den Magnetspalt 24 überwindet und dabei hart auf das Magnetjoch 22 schlägt; mit dem so erreichten Klopfeffekt kann Klemmkorn aus den Siebmaschen der Analysensiebe entfernt werden. Nach diesem gewollten kurzen Klopfeffekt führt die Steuereinheit 26 die Siebmaschine in den geregelten Normalbetrieb zurück. Soweit das Auftreffen des Magnetankers 23 auf das Magnetjoch 22 eine zu große mechanische Belastung mit sich bringen würde, wird das Dämpfungsglied 28 wirksam.

Claims

Siebmaschine mit einer dreidimensionalen Wurf-Siebbewegung, mit einem Träger für den wenigstens einen Siebboden, wobei der gegenüber dem Gehäuse beweglich angeordnete und von einem frequenzerregten Elektromagneten beaufschlagte Siebträger über Federn gegen das Gehäuse abgestützt ist, und mit einer Einrichtung zur Ermittlung der Schwingungshöhe des Siebträgers und ferner mit einer Steuereinheit zum Umsetzen einer vorzugebenden Schwingungshöhe in die erforderliche Energiezufuhr für den Elektromagneten, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (26) zur Berechnung der Maschinenbeschleunigung in Funktion der jeweils ermittelten Schwingungshöhe und des zeitgleich festgestellten Frequenzwertes als Regelwert für die Energiezufuhr zum Elektromagneten und zum Soll-Ist-Vergleich des berechneten Maschinenbeschleunigungs-Istwertes mit einem vorgegebenen Maschinenbeschleunigungs-Sollwert sowie zum Ausgleich einer festgestellten Maschinenbeschleunigungs-Abweichung mittels der Nachregelung der Energiezufuhr zum Elektromagneten (21) auf der Grundlage der in Abhängigkeit von der gegebenen Frequenz berechneten Veränderung der Schwingungshöhe eingerichtet ist.
Siebmaschine mit einer dreidimensionalen Wurf-Siebbewegung, mit einem Träger für den wenigstens einen Siebboden, wobei der gegenüber dem Gehäuse beweglich angeordnete und von einem frequenzerregten Elektromagneten beaufschlagte Siebträger über Federn gegen das Gehäuse abgestützt ist, und mit einer Einrichtung zur Ermittlung der Schwingungshöhe des Siebträgers und ferner mit einer Steuereinheit zum Umsetzen einer vorzugebenden Schwingungshöhe in die erforderliche Energiezufuhr für den Elektromagneten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Beschleunigungssensor zur Erfassung des Maschinenbeschleunigungs-Istwertes vorgesehen und die Steuereinheit (26) zum Soll-Ist-Vergleich des Maschinenbeschleunigungs-Istwertes mit einem vorgegebenen Maschinenbeschleunigungs-Sollwert sowie zum Ausgleich einer festgestellten Maschinenbeschleunigungs-Abweichung mittels Einstellung der in Abhängigkeit von der gegebenen Frequenz ermittelten und dem Maschinenbeschleunigungs-Sollwert entsprechenden Schwingungshöhe über die Nachregelung der Energiezufuhr zum Elektromagneten (21) eingerichtet ist.
Siebmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erregung des Elektromagneten (21) eine Eigenfrequenzsteuerung vorgesehen ist.
Siebmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (26) ein Bedienungstableau (25) zur Eingabe des Maschinenbeschleunigungs-Sollwertes aufweist.
Siebmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedienungstableau (25) eine Anzeige für die gegebene Frequenz und die gegebene Schwingungshöhe aufweist.
Siebmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (26) zur kurzzeitigen Beaufschlagung des Elektromagneten (21) mit einem zur Überwindung des in der Siebmaschine zwischen Magnetanker (23) und Magnetjoch (22) eingestellten Magnetspaltes (24) ausreichenden Erregerstrom eingerichtet ist.
Siebmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (26) die kurzzeitige Beaufschlagung des Elektromagneten (21) mit dem Erregerstrom während vorgegebener Zeitintervalle durchführt.
Siebmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Magnetanker (23) und Siebträger (18) ein Dämpfungsglied (28) angeordnet ist.