DE20006180U1

DE20006180U1 - Schwingfördersystem mit Piezoantrieb

Info

Publication number: DE20006180U1
Application number: DE20006180U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-02-13
Filing date: 2000-02-13
Publication date: 2001-03-01
Anticipated expiration: 2010-02-14

Description

Der Beschreibungstext wurde nicht elektronisch erfaßt

Claims

1. Schwingfördersystem, das von mindestens einem piezoelektrischen Wandler (Wandler im folgenden) erregt wird, dadurch gekennzeich net, daß Mittel vorhanden sind, um die Erregungsparameter an die zu erregenden Massen anzupassen.

2. Fördersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wandler an ein elektronisch steuerbares Stellglied angeschlossen ist, das eine Wechselspannung oder eine Wechselladung erzeugt, deren Ausgangsfrequenz und Ausgangsamplitude mit dem Stellglied variabel einstellbar sind.

3. Fördersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstanz der Schwingungsvektoren nach Betrag und nach der auf den Transportweg bezogenen Richtung durch die Anzahl der Wandler entlang dem Transportweg gesteuert wird.

4. Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektion der Wirkungslinien der Wandler auf die Förderebene entsprechend dem Transportweg einstellbar ist.

5. Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei kurvigen Transportwegen die Wirkungslinie zum jeweiligen Kurvenradius ausgerichtet ist.

6. Fördersystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektion der Wirkungslinie parallel zum Transportweg bzw. bei kurvigen Transportwegen die Wirkungslinie senkrecht zum Kurvenradius ausgerichtet ist.

7. Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5 und 6 dadurch gekennzeichnet, daß gegebenenfalls mit abnehmendem Kurvenradius die Anzahl der Wandler pro Längeneinheit zusätzlich erhöht wird.

8. Fördersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied einen Frequenzgenerator enthält, um Frequenzwerte innerhalb eines Bereichs einzustellen, dessen untere Grenze bei etwa 1 Hz liegt und der nach oben praktisch unbegrenzt ist.

9. Fördersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Frequenzgenerator die Ausgangsfrequenz in Schritten von etwa 1/10 Hz eingestellt werden kann.

10. Fördersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß das Stellglied eine Endstufe aus symmetrisch geschalteten Hochvolt-Power- bzw. IGBT-Transistoren aufweist, zu deren Ansteuerung Treiber Verwendung finden, daß die Endstufe über einen aus einem Gleichrichter und entsprechenden als Ladungsspei cher wirkenden Elektrolytkondensatoren bestehenden Zwischenkreis versorgt wird, daß ein getaktetes Netzteil die Spannungen oder Ladungen für die Endstufenansteuerung liefert, daß ein Timer die Frequenz des Ausgangssignals erzeugt und daß die Endstufe bevor zugt elektronisch nach Art der Pulsweiten-Modulation (PWM) gesteuert wird.

11. Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler zu einem federnden Element gehört, das er erregt und das mit einer fördernden Systemkomponente (Nutzmasse) und der Unterkonstruktion (Freimasse) des Förder systems gekoppelt ist.

12. Fördersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Element von dem Wandler oder von dem Wandler und einer aus Metall oder Kunststoff bestehenden Feder aus der Gruppe Blattfeder, Biegefeder, Drehfeder, Zugfeder, Spiralfeder und Druckfeder gebildet wird, die vom Wandler erregt wird.

13. Fördersystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler aus einem piezokeramischen Material besteht, welches ein- oder zweiseitig auf eine Blattfeder aufgebracht ist.

14. Fördersystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler in einem starr mit der Unterkon struktion verbundenen Block gelagert ist und eine mit der Nutzmasse und der Unterkonstruktion verbundene Blattfeder erregt.

15. Fördersystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Eliminierung von Rotationsschwingungs- und Biegeschwingungsanteilen in der Förderbewegung von Linearförderern die Anzahl der federnden Elemente pro Längeneinheit entlang der Förderrichtung erhöht und bevorzugt auch die Länge des federnden Elements vermindert wird.

16. Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß es Schwingfördereinheiten (im folgenden Fördereinheiten) mit einem Oberteil als Nutzmasse und einem zum mindesten einen Teil der Unterkonstruktion bildenden Unterteil enthält.

17. Fördersystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinheit ein Rundförderer ist, daß n federnde Elemente vorhanden sind, wobei n eine Zahl größer eins ist, daß die n federnde Elemente n-strahlig symmetrisch bezüglich der Mittelachse des Rundförderers angeordnet sind.

18. Fördersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Stellglieder vorhanden sind, daß die vorhandenen Stellglieder untereinander verbunden sind, und daß eines der Stellglieder (unabhängig veränderbares Stellglied im folgenden auch Master genannt) den bezüglich der Frequenz synchronen Betrieb des Masters und der weiteren Stellglieder (abhängig veränderliche Stellglieder im folgenden auch Slaves genannt) steuert.

19. Fördersystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß alle mit den vorhandenen Stellgliedern angesteuerten Wandler einerseits dieselbe Masse und andererseits je eine von mindestens zwei unterschiedlichen, voneinander getrennten Massen erregen.

20. Fördersystem nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Master die Phasenlage(n) der Slave-Schwingung(en) variabel einstellbar synchronisiert und gegebenenfalls die Phasenlage der Master-Schwingung eingestellt werden kann.

21. Fördersystem nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem (den) Slave(s) die Phasenlage(n) der über ihn (sie) erzeugte(n) Slave-Schwingung(en) einstellbar ist (sind).

22. Fördersystem nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsvektoren interferierender Schwingungen etwa entlang der derselben Wirkungslinie schwingen.

23. Fördersystem nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der voneinander getrennten Massen eine Förderschiene (Nutzmasse) und eine andere Masse gegebenenfalls eine freischwingende Hilfsmasse ist und die Masse, die von allen Wandlern erregt wird, mindestens einen Teil der Unterkonstruktion des Systems (Freimasse) bildet.

24. Fördersystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine an das eine Stellglied angeschlossene Wandler auf das Ober- und das Unterteil einer Fördereinheit und der mindestens eine an das weitere Stellglied angeschlossene Wandler auf eine freischwingende Hilfsmasse m₃, welche sonst keine Verbindung mit dem System hat, und auf das Unterteil der genannten Fördereinheit oder auf das Ober- und das Unterteil einer anderen benachbarten Fördereinheit wirkt, wobei im letzteren Fall die beiden Förderein heiten - bevorzugt - an eine gemeinsame Grundplatte gekoppelt sind und wobei eines der Stellglieder ein Master und ein anderes ein Slave ist.

25. Fördersystem nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei mit einer Freimasse und einer Nutzmasse und mindestens zwei mit derselben Freimasse und mit einer freischwingenden Hilfsmasse m₃ verbundene federnde Elemente miteinander abwechselnd angeordnet sind, wobei die eine Art der federnden Elemente über einen Master und die andere Art über einen Slave erregbar sind.

26. Fördersystem nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Hilfsmasse m₃ unter der Nutzmasse aber von ihr beabstandet positioniert ist.

27. Fördersystem nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Freimasse und einer Nutzmasse mindestens ein mit der Freimasse verbundener Klemmblock angeordnet ist, mit dessen Oberseite und der Nutzmasse ein federndes Element und mit dessen Unterseite und einer freischwingenden Hilfsmasse m₃ ein anderes federndes Element verbunden ist, wobei je eines der federnden Elemente über den Master und den Slave erregt wird.

28. Fördersystem nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinheit ein Rundförderer ist, daß zwei Gruppen von Wandlern vorhanden sind, von denen die eine mit einem Master und die andere mit einem Slave angesteuert wird, daß die Gruppen aus n oder m Wandlern bestehen, daß die Wandler jeder Gruppe n- bzw. m-strahlig symmetrisch bezüglich der Mittelachse des Rundförderers angeordnet sind und daß die eine Gruppe von Wandlern auf die Unterkonstruktion und den Topf und die andere auf die Unterkonstruktion und auf eine Hilfsmasse m₃ wirken.

29. Fördersystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß n und m dieselbe Zahl bedeuten.

30. Fördersystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein an ein Stellglied angeschlossener Wandler auf das Ober- und das Unterteil einer Fördereinheit und mindestens ein an ein anderes Stellglied angeschlossener Wandler auf das Ober- und das Unterteil einer anderen Fördereinheit wirken, wobei die Fördereinheiten kaskadiert sind und aneinander grenzen, und wobei das eine der Stellglieder der Master und das andere der Slave ist.

31. Fördersystem nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei kaskadierte, aneinander grenzende und auf eine gemeinsame Grundplatte montierte Fördereinheiten vorgesehen sind, bei denen mindestens ein an ein Stellglied angeschlossener Wandler auf das Ober- und das Unterteil der Fördereinheit und mindestens ein an ein weiteres Stellglied angeschlossener Wandler auf das Unterteil und auf eine freischwingene Hilfsmasse m₃ wirken, daß alle Stellglieder miteinander verbunden sind, und davon eines ein Master und die anderen Slaves sind und daß die Schwinger synchron und zueinander betrags- und phasenrichtig betreibbar sind.

32. Fördersystem nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinheiten im Grenzbereich miteinander fluchten.

33. Fördersystem nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß Fördereinheiten Linear- oder Rund- oder Linear- und Rundförderer sind.

34. Fördersystem nach einem der Ansprüche 18 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich ungleicher Wirkungslinien mindestens ein zusätzliches auf die Freimasse wirkendes federndes Element vorgesehen ist, dessen Position bezüglich der anderen fe dernden Elemente, mit denen es synchron schwingt und von denen es sich gegebenenfalls gezielt in der Phasenlage unterscheidet, und dessen Schwingungsvektor nach Betrag und Richtung mittels eines zusätzlichen Stellglieds variabel einstellbar ist.

35. Fördersystem nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Wandler vorgesehen ist, der die Funktionen von zwei Wandlern auszuüben vermag, der blockförmig mit zueinander parallelen und von einander abgewandten schwingen den Oberflächen ist, der in einer Bohrung durch einen starr mit der Freimasse verbundenen Block senkrecht zur Ebene der schwingenden Oberflächen des Wandlers geführt ist und zwischen zwei Blattfedern eingeklemmt ist, von welchen die eine mit ihrem einen Ende mit dem Block und mit ihrem anderen Ende mit der Nutzmasse und die andere mit ihrem einen Ende mit dem Block und mit ihrem anderen Ende mit einer freischwingenden Hilfsmasse m₃ verbunden ist, wobei die schwingenden Oberflächen des Wandlers an den Blattfedern anliegen.

36. Fördersystem nach einem der Ansprüche 23 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten freischwingenden Massen m₃ entsprechend der Gleichung
F_R = m₃ . ω_A ² . y_R
auf die Elongation ihrer Schwingungsbewegung abgestimmt werden, wobei F_R die für die Kompensation der Reaktionschwingung angewandte Reaktionskraft, ω_A die Erregungsfrequenz und y_R die Elongation der kompensierenden Schwingung ist.

37. Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß im Wandler aufgrund des piezioelektrischen Effekts erzeugte Elektrizität zurückgeführt und in den den Wandler treibenden Strom eingespeist wird.

38. Fördersystem nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Elektrizität in den in der Erdstufe des Stellglieds vorhandenen und zum Ausgang des getakteten Netzteils parallel geschalteten Ladungsspeicher über Dioden geleitet wird.

39. Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß das System in der Weise aufgebaut ist, daß seine Resonanzfrequenz bei ≧ 1 Hz liegt.

40. Fördersystem nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz zwischen 4 Hz und 20 kHz liegt.

41. Fördersystem nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß Resonanzfrequenz zwischen 100 Hz und 2 kHz liegt.

42. Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Stellglieds ein programmier ter Mikrocontroller vorgesehen ist.

43. Fördersystem nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung über einen softwaremäßig aufgebauten Befehlsinterpreter erfolgt.

44. Fördersystem nach Anspruch 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet, daß der Microcontroller mittels eines peripheren Geräts programmier- und steuerbar ist.

45. Fördersystem nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Gerät ein mit dem Stellglied verbundenes Handprogrammier gerät ist.

46. Fördersystem nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Gerät ein PC ist, mit dem gegebenenfalls ferngesteuert programmiert und/oder gesteuert wird.

47. Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Mechanik normiert und typisiert ist.

48. Fördersystem nach einem der Ansprüche 3 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierung der Wandler entlang kurviger Transportwege und gegebenenfalls ihre Ausrichtung einstellbar ist.

49. Fördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 48, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördergeschwindigkeit außer über die Erregungsfrequenz und die Schwingkraft über die Impulsform der erregenden Ladung, der erregenden Spannung bzw. des erregenden Stroms einstellbar ist.

50. Fördersystem nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß rechteckige, trapezförmige, dreieckige, sägezahnförmige und sinusförmige Impulse einstellbar sind.

51. Fördersystem nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß bei sinusförmigen Impulsen die Zufuhr von Ladung, Spannung bzw. Strom so einstellbar ist, daß kurz nach Durchlaufen der Maxima kurzzeitig (bevorzugt für etwa ein 1/4 der jeweiligen Periodenzeit) der Impuls unterdrückt wird.

52. Fördersystem nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß bei sinusförmigen Impulsen die Zufuhr von Ladung, Spannung bzw. Strom so einstellbar ist, daß kurz nach Durchlaufen der Maxima und kurz nach Durchlaufen des Nullpunkts kurzzeitig der Impuls unterdrückt wird.

53. Fördersystem nach einem der Ansprüche 18 bis 52, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler mit etwa derselben Ladung bzw. Spannung betreibbar sind.

54. Fördersystem nach einem der Ansprüche 20 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendifferenz zwischen den von den Wandlern ausgehenden Schwingungen bzw. wenn es sich um mehr als zwei Wandler handelt die Phasendifferenzen zwischen den von ihnen erzeugten Schwingungen so eingestellbar ist (sind), daß der Summenvektor der auf die genannte, mit allen Wandlern verbundene Masse (Freimasse) wirkenden Schwingungsvektoren gegen Null geht.

55. Fördersystem nach einem der Ansprüche 20 bis 54, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorhanden sind, um die mit den Stellgliedern erzeugten Wechselspannungen, Wechselladungen bzw. Wechselströme bezüglich der Frequenz, der Amplitude und der zwischen ihnen eingestellten Phasendifferenz konstant zu halten.