DE1963246C3 - Vibrationsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vibrationsvorrichtuni» entsprechend dem Oberbegriff des U

Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PiJ 30 24 663 bekannt Bei dieser ist eine Zusatzmasse schwenkbar mit an der Schwingmasse angelenkten Armen sowie mit der Koppelfeder verbunden. Dadurch können beim Anlassen und Abschalten des Motors auftretende Belastungen verringert werden. Außerdem wird die Bewegung der Verbindungsstange bei der Betriebsdrehzahl verhindert, während unterhalb der normalen Betriebsdrehzahl eine freie Bewegung möglich ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vibrationsvorrichtung der eingangs genannten Gattung: derart auszubilden, daß eine variable, selbstregelnde Abstimmung erreicht wird.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Durch diese Ausbildung können der Hub und die Betriebsfrequenz dadurch geändert werden, daß in an sich bekannter Weise die Betriebsspannung eines als Antriebsmotor verwendeten Elektromotors geändert wird. Eine derartige Vibrationsvorrichtung kann vor allem dann Anwendung finden, wenn sie als Fördervorrichtung für ein Material verwendet wird, das während der Förderbewegung z. B. erwärmt, gekühlt oder getrocknet wird. Man kann dadurch in einfacher Weise die Verweilzeit des Materials in den einzelnen Behandlungszonen beeinflussen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 6 beispielsweise erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht der Vibrationsvorrichtung, Fi g. 2 vergrößert einen Ausschnitt aus Fi g. 1,

F i g. 3 ein vereinfachtes Schaltbild der Spannungssteuerung des Antriebsmotors,

Fig.4 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Steuerung der Spannung und damit der Drehzahl des Antriebsmotors,

Fig.5 ein Modell des Schwingungssystems der

s Verrichtung und

F i g. 6 ein Diagramm, aus dem die Abhängigkeit der Schwingungsamplitude der Vorrichtung in Abhängigkeit von der Betriebsfrequenz hervorgeht Wie F i g. 1 zeigt, besteht die Vibrationsvorrichtung

to aus einum als Schwingmasse dienenden Trog 1, der durch Schwingfedern in Form von Blattfedern 3 und

Schraubenfedern 4 mit einer Grundplatte 2 verbunden

ist

Zur Schwingungserzeugung ist ein Wechselstrom-In-

duktionsmotor 5 vorgesehen, der über einen Riemen mit einer Scheibe 6 verbunden ist, die auf einer Exzenterwelle 7 sitzt, die in einem auf der Grundplatte 2 angeordneten Gestell 8 gelagert ist Die Exzenterwelle 7 ist über eine Verbindungsstange 9 und einen Hebel 10 mit einem Bügel 11 verbunden, der am Trog 1 befestigt ist und von diesem aus schräg nach unten ragt

Wie F i g. 2 zeigt, hat der Hebel 10 einen kurzen Arm 12, der schwenkbeweglich mit der Verbindungsstange 9 verbunden at sowie einen langen Arm 13, der über eine Koppelfeder 14 mit dem Trog 1 verbunden ist Die Verbindungsstange 9, der Hebel 10 und die Koppelfeder 14 bilden eine elastische Antriebsverbindung von der Exzenterwelle 7 zum Trog 1. Zweckmäßigerweise sind Gummilager an der Schwenkstelle des Hebels 10 sowie an den Verbindungsstellen an beiden Enden der Stange 9 vorgesehen. Diese Gummilager tragen zur Elastizität der Antriebsverbindung bei.

Die Geschwindigkeit der Vibrationsbewegung des Troges 1 und damit seine Fördergeschwindigkeit kann durch Änderung der Drehzahl des Antriebsmotors S beeinflußt werden. Der Antriebsmotor ist vorzugsweise ein Wechselstrom- Kurzschlußkäfig-1 nduktionsmotor, dessen Drehzahl durch Änderung der dem Stator zugeführten Spannung beeinflußt wird. Dabei sind verschiedene Spannungssteuerungen möglich. Bei dem in F i g. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Dreiphasen-Spartransformator 16 mit veränderlicher Übersetzung vorgesehen; seine drei Wicklungen 17 bis 19 sind in Sternschaltung zwischen Anschlußleitungen L1 bis L 3 geschaltet Bürstenabgriffe 20 bis 22, die mit den Wicklungen 17 bis IS in Berührung sichen, sind über Leitungen 23 bis 25 mit dem Motor 5 verbunden.

Durch manuelle Steuerung über den einstellbaren Transformator kann ein zufriedenstellender Betrieb

w erreicht werden, wenn die Last der Vibrationsvorrichtung einigermaßen konstant bleibt und der erforderliche Drehzahlbereich verhältnismäßig klein ist

F i g. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung zur automatischen Steuerung. Hierbei erfolgt die Stromversorgung

« über Leitungen 26 bis 28. Ein gesteuerter Dreiphasen-Siliziumgleichrichter 29 steuert den dem Motor 5 zugeführten Strom in Abhängigkeit von Signalen, die über Leitungen von einer Betriebsüberwachung empfangen werden. Das über die Leitung 30 ankommende

M) Signal wird mit der Drehzahl des Motors 5 verglichen, die durch einen Drehzahlmesser 31 ermittelt wird und über die Leitung 32 einem Drehzahlvergleichsverstärker zugeführt wird. Das aus diesen beiden Eingangssignalen gewonnene Differenzsignal wird verstärk« und

'■' einem Gleichrichter 32 zugeführt, um die Zündzc'ten des Gleichrichters 29 zu steuern. Mittels eines Potentiometers 34 ist auch eine manuelle Steuerung möglich, so daß bei Fehlen eines Betriebssignales die

Bedienungsperson die Motordrehzahl einstellen kann.

Die Vibrationsvorrichtung der F i g. 1 und 2 ist so ausgebildet, daß sich die Schwingungsamplitude des Troges 1 vorzugsweise mit der Drehzahl des Motors ändert Man kann zwar eine gewisse Steuerung der Fördergeschwindigkeit lediglich durch Veränderung der Drehzahl des Motors bei konstanter Schwingungsamplitude erzielen; um jedoch die Beanspruchung in einer langen Vibrationsvorrichtung möglichst gleich zu halten, ist es zweckmäßig, die Vorrichtung bei ihrer Eigenfrequenz zu betreiben und eine elastische Antriebsverbindung zwischen der Exzenterwelle und dem Trog 1 vorzusehen, so daß sich die Schwingungsamplitude ändert, wenn die Betriebsfrequenz von der Eigenfrequenz der Vibrationsvorrichtung abweicht Das abgestimmte Schwingungssystem enthält den Trog 1, die Verbindungsfedern 3 und 4 sowie die Grundplatte 2. Die Grundplatte 2 kann entweder unmittelbar mit einem starren Fundament verschraubt oder sehr schwer ausgebildet und auf Isolierfedern angebracht sein, um dadurch die auf das Fundament übertragenen Reaktionskräfte zu verhindern. In beiden Fällen ist die Federkonstante der Kombination der Federn 3 und 4 so gewählt daß das System bei einer gewählten Betriebsfrequenz in Resonanz ist, die üblicherweise im Bereich zwischen 400 und 900 Perioden pro Minute liegt

F i g. 5 zeigt ein Modell der Vorrichtung, bei dem die Masse des Troges 1 durch einen Block 40 symbolisiert ist, während die Masse der Grundplatte 2 durch den Block 41 angedeutet ist Diese beiden Massen bilden zusammen mit der Feder Ki den Hauptteil des Schwingungssystems. Die Federkonstante des gesamten Systems wird jedoch noch durch die Feder K 2 beeinflußt, die den Federeffekt des Antriebs darstellt, das den Hebel 10, die Koppelfeder 14 sowie die Gummilager in den Verbindungen zwischen der Verbindungsstange zum Hebel und vom Hebel zum Bügel 11 enthält Die Gesamtfederkonstante entspricht somit der Summe der beiden einzelnen Federkonstanten; sie wird so gewählt, daß sich eine Gesamteigenfrequenz ergibt, die aus Sicherheitsgründen etwas höher als die maximale Betriebsdrehzah! des Motors 5 liegt. Dies ist in Fig.6 durch den raschen Anstieg der Schwingungsamplitude bei Annäherung an die Resonanzfrequenz gezeigt (Kurven 42 und 43). Von diesen Kurven befindet sich die eine unterhalb und die andere oberhalb der durch die gestrichelte Linie 44 angedeuteten Eigenfrequenz des Systems. Ohne die Koppelfeder 14 befindet sich das aus dem Trog 1, den Verbindungsfedern 3 und 4 und der Grundplatte 2 bestehende Schwingungssystem bei einer niedrigeren Frequenz in Resonanz, wie die Linie 45 zeigt. Bei dieser niedrigeren Frequenz hat das Schwingungssystem seine geringste Impedanz; es vibriert also mit einem bestimmten Hub mit der geringsten Antriebskraft. Hat das System keine Verluste, so ist die benötigte Antriebskraft sehr klein und kann von der Exzenterwelle über den vom Bügel 11 getragenen Hebel 10 ohne merkliche Verfo^rmung der Koppelfeder 14 zugeführt werden. In diesem Falle entspricht die Schwingungsamplitude des Troges 1 dem Exzenterhub der Exzenterwelle 7 und ist in F i g. 6 durch die Linie 46 angedeutet Wird die Drehzahl des Motors 5 gegenüber der durch die Linie 45 bezeichneten Drehzahl (Eigenfrequenz) verringert, so erscheint das Schwingungssystem als eine Federlast, die durch den federnden Antrieb angetrieben wird. Der über den Verbindungsarm 9 übertragene Hub des Exzenters wird dann aufgeteilt nämlich einerseits auf die Verformung des federnden Antriebs und auf die Bewegung des Troges 1 auf den Verbindungsfedera 3 und 4. In diesem Falle verringert sich die Schwingungsamplitude des Troges auf einen Wert, der kleiner als der Hub des Exzenters ist was durch den links der Linie 45 liegenden Teil der Kurve 42 veranschaulicht ist Die»er Drehzahlbereich ist in Fig.6 als »Betriebsfrequenz« markiert Wird der Motor mit einer höheren Drehzahl betrieben, so daß die Betriebsfrequenz über der Linie 45 liegt, erscheint das Schwingungssystem, bestehend aus dem Trog 1, den Verbindungsfedern 3 und 4 und der Grundplatte 2, als eine Masse; der Hub des Troges vergrößert sich dann über die Linie 46, wie der rechts der Linie 45 liegende ansteigende Teil der Kurve 42 zeigt

Um die Fördergeschwindigkeit der Vibrationsvorrichtung bei einer Laständerung optimal zu regulieren, wird der Betriebsdrehzahlbereich des Motors 5 so gewählt daß das System bei voller Spannung bei einer Frequenz nahe der Linie 45 arbeitet, wenn also die Schwingungsamplitude des Troges 1 praktisch gleich dem Hub der Exzenterwelle 7 ist Dies ist die Bedingung für die geringste Lagerbelastung der Exzenterwelle, wobei ein Minimum an Kraft über den Hebel 10 übertragen wird. Es ist dies die Betriebsweise der Vibrationsvorrichtung mit dem höchsten Wirkungsgrad.

Wenngleich das System bei einer höheren Frequenz und einer etwas größeren Vibrationsamplitude betrieben werden kann, so ist eine solche Betriebsweise in der Praxis im allgemeinen nicht erwünscht da sich eine starke Änderung der Schwingungsamplitude bei einer Laständerung ergibt Eine bessere Regelung erhält man bei einer Bemessung des Systems für eine Betriebsweise von der Frequenzlinie 45 aus nach unten.

Wenngleich der größte Wirkungsgrad und die stärkste Abhängigkeit von der Motordrehzah! durch den Betrieb bei einer Frequenz erreicht wird, bei der das Grundsystem, bestehend aus Trog, Grundplatte und Verbindungsfedern, in Resonanz ist, so ergibt sich jedoch nur eine geringe Verschlechterung des Wirkungsgrades und ein geringer Rückgang der Empfind-

Γ; lichkeit gegenüber Drehzahländerungen bei s'iv.pt Betriebsweise mit niedrigeren Drehzahlen. Die Verschlechterung des Wirkungsgrades hat ihren Grund darin, daß höhere Kräfte über die Exzenterwelle und die Verbindungselemente auf den Trog übertragen werden,

v) zu einem kleineren Teil auch in der Reaktion des auf die Exzenterwelle ausgeübten, wechselnden Drehmoments, wenn die Exzenterwelle bei belasteter Verbindungsstange durch die Totpunktlage läuft Das wechselnde Drehmoment verursacht zyklische Lastschwankungen

')> für den Motor 5, dessen Wirkungsgrad bezüglich der Umwandlung elektrischer in mechanische Energie damit etwas zurückgeht. Wenngleich diese Motorverluste verhältnismäßig klein sind, läßt sich eine Verringerung dadurch erzielen, daß die Scheibe 6 als

'■ι· Schwungrad ausgebildet wird, so daß das wechselnde Drehmoment an der Exzenterwelle 7 aufgrund der einer Federlast oder einer Massenlast entgegenwirkenden Verbindungsstange 9 nur sehr kieine zyklische Drehzahländerungen des Motors 5 und damit W!, ine Ände-

■ ■ rungen der Motorleistung verursacht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vibrationsvorrichtung mit einer Schwingmasse, einem Maschinenrahmen, die Schwingmasse und den Maschinenrahmen verbindenden Schwingfedern, einer an dem Maschinenrahmen gelagerten Exzenterwelle, einer Kurbelstange, die über den einen Arm einer angelenkten Verbindungsstange und über den anderen Arm der Verbindungsstange und eine Koppelfeder mit der Schwingmasse mittelbar verbunden ist, und mit einem Antriebsmo tor, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelfeder (14) direkt mit der Schwingmasse (1) verbunden ist, und daß die Drehzahl des Motors (S) über einen Drehzahlbereich einstellbar oder einregelbar ist, der unterhalb der Eigenfrequenz des Schwingungfsystems liegt

2. Vibrationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Exzenterwelle (7) und/oder der Motorwelle ein Schwungrad angeordnet ist

3. Vibrationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bauteile (1, 2, 10) verbindenden federnden Elemente (3,4,14) eine Vorspannung zwischen den Bauteilen erzeugen, die größer als die wechselnde Kraftkomponente in der Verbindungsstangen-Triebverbindung (9,10) ist