DE2360561A1 - Vorrichtung und verfahren zum ausgleichen asymmetrischer gewichte bei einem vibrationsfoerderer - Google Patents

Description

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WARREN C. BURGESS₇ Jr., 31922 Lake Road, Avon Lake, Ohio 44ol2, USA

Vorrichtung und Verfahren zum Ausgleichen asymmetrischer Gewichte bei einem Vibrationsförderer

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausgleichen asymmetrischer Gewichte in einem Vibrationsförderer. Sie bezieht sich auf Vibrations-Teilezubringer, insbesondere vom Napf- oder Zylindertyp mit einer asymmetrischen Gewichtsverteilung um eine zentrale Antriebsachse, wobei ein vibrationsfähiges Glied, eine Basis, eine zwischen dem Glied und der Basis wirkende Federeinrichtung, ein primäres Krafterzeugungsglied zum Induzieren der Vibration des Glieds und eine Einrichtung zum Stützen des Krafterzeugungsgliedes im Abstand zur zentralen Antriebsachse vorgesehen sind. Die Vorrichtung kann einen Napf mit kreisförmigem Querschnitt und eine aufrechtstehende Wandung aufweisen, wobei der Napf auf einer Anzahl von geneigten Blattfedern befestigt ist. Gewöhnlich sind vier oder sechs Blattfedern in gleichen Abständen am Umfang angeordnet und an-der Basis festgelegt. An der Innenseite des Napfes befindet sich ein Förderweg-, der

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vom Boden des Napfes längs der Wandungsoberfläche spiralförmig zu einem Auslaßpunkt über dem Boden des Napfes und nahe seiner Kopfkante nach oben führt. Die Vorrichtung enthält ferner eine Vibrationserzeugungsvorrichtung, die elektrischer, pneumatischer oder mechanischer Natur sein kann. Bei einer Vibration des Napfes auf einer Federeinrichtung, beispielsweise Federn, wird den Teilen Energie zugeführt, wodurch diese infolge Trägheit wiederholt vom Förderweg abgehoben werden. In diesem Zustand wird die Förderbahn verschoben und hinter die Teile gebracht, die ihrerseits beim Rückkehren auf den Förderweg an einem weiter vorne gelegenen Punkt auftreffen. Dieser Betrieb erfolgt sehr schnell und begründet in bekannter Weise eine sukzessive Bewegung der Teile längs des Förderweges vom Boden in Richtung zum Auslaß.

Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders für Vibrations-Teilezubringer, die von pneumatischen Freikolben-Vibrationserzeugungsvorrichtungen angetrieben werden. Hierzu wird auf das US-Patent 3 367 48o verwiesen, das eine Form eines napfartigen Vibrations-Teilezubringers beschreibt und darstellt, bei der die vorliegende Erfindung besonders zweckmäßig ist. Bei Vibrations-Teilezubringern und insbesondere bei solchen vom pneumatischen Typ wurde hierdurch ein großer Vorsprung getan, da man durch eine sehr einfache Einrichtung zum Steuern des Einlaßgasdrucks einer pneumatischen Freikolben-Vibrationserzeugungsvorrichtung die Oszillationsfrequenz des Freikolbens steuern kann und da durch Steuerung des gemessenen Druckabfalls des durch die Vibrationserzeugungsvorrichtung geführten und aus diesem ausgelassenen Gases eine Steuerung der Vibrationsamplitude weitgehend unabhängig von der Frequenz vorgenommen werden kann. Die Steuerungsmöglichkai t dieser zwei wesentlichen Parameter mittels einfacher Ventile in den Gasleitungen in und aus der pneumatischen Freikolben-Vibrationserzeugungsvorrichtung erweitert ganz wesentlich das Anwendungsfeld derartiger Teilezubringer. Bei der Entwicklung wurde as hierdurch möglich, ein vibrations-Teilezubrlngersystem abzustimmen und ideale Bedingungen für den Transport eines Einzelteils längs eines spiral- oder schneckenförmigen Weges'bestmöglich einzustellen. In diesem Zusammenhang wird ferner auf das US-

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Patent 3 o23 738 verwiesen, in dem Einzelheiten eines Leistungssteuerungssystems für pneumatische Freikolben-Vibrationserzeu¹-gungsvorrichtungen zur Steuerung der Frequenz und Amplitude beschrieben sind. ■

In der Entwicklungszeit der napfartigen Vibrations-Teilezubringer. wurde die vibrationserzeugende-Vorrichtung für die Oszillation gewöhnlich in einer vertikalen Lage und auf der. Mittellinie des Antriebsystems befestigt, die gewöhnlich mit der Zentrallinie oder.Vertikalachse des die Teile enthaltenden Napfes zusammenfällt. In diesem -Zusammenhang wird auf das US-Patent 2 285 28o verwiesen, das einen Vibrations-Teilezubringer mit einer derart angebrachten pneumatischen Freikolben-Vibrationserzeugungsvorrichtung beinhaltet.

Bei der weiteren Entwicklung derartiger Vorrichtungen wurde festgestellt, daß eine wesentlich vergrößerte Kapazität bzw. entsprechend größere Gewichte der Teile im Napf erreicht werden können, wenn die Vibrationserzeugungsvbrrichtung so befestigt wird, daß der Oszillationspfad des Vibrationserzeugungsgliedes (beispielsweise eines Freikolbens) horizontal statt vertikal liegt und wenn ein Radialabstand von der Vertikalachse des Antriebsystems und des Napfes mit kreisförmigem Querschnitt eingehalten wird. Durch- diese Verbesserung wurden in unerwarteter Weise' Kapazitätsbzw. Belastungserhöhungen mit dem 17-fachen Wert verglichen mit den,vorherigen Anordnungen erzielt. In dieser Beziehung wird auf das US-Patent 3 367 48o verwiesen.

Obwohl diese Entwicklungen zu einer Bereichsvergrößerung der vibrationsartig zu handhabenden Materialien und zu einer Vergrößerung der Wirksamkeit der Handhabung sowie der Kapazität führten, entstanden doch Schwierigkeiten, wenn man sich den Grenzen dieser Ergebnisse annäherte. Es ergaben sich Instabilitäten und Verzögerungen beim Zubringen der Teile, wenn Veränderungen am bzw. im Napf vorgesehen wurden, beispielsweise Veränderungen zur Beeinflussung der Orientierung der herausgegebenen Teile. Eine· solche Orientierung wird normalerweise durch die Anwendung

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einer Bearbeitung bzw. Ausrichtung ('.tooling') an verschiedenen Punkten längs des Förderweges zur Durchführung mehrerer Teilebeeinflussungen während der Bewegung längs des Förderweges erreicht Ein typisches Beispiel hierfür ist im US-Patent 2 8o7 35o beschrieben. Die Einführung der Mehrfachbehandlung bzw. -ausrichtung, die Anwendung von Stützgliedern, die Ausbildung eines FÖrderweges usw. einschließlich geringer Änderungen in.der Dicke von Wandungsteilen haben beispielsweise ergeben, daß hierdurch Instabilitäten eingeführt werden, unter denen die Vorrichtungen beim Annähern an die beschriebenen Grenzen der kapazität arbeiten. Es wurde ferner festgestellt, daß diese Instabilitäten von asymmetrischen Gewichtsverteilungen herrühren und zu 'Totpunkten' bzw. Regionen längs des Förderweges führen, v/o die Bewegung der Teile wahrnehmbar verlangsamt oder gar gestoppt wird.

In diesem Punkte wurde angenommen, daß ein geeignetes Mittel zum Ausschalten der Nachteile der durch die asymmetrische Gewichtsverteilung begründeten Asymmetrie in der Zufügung eines Gewichts als Gegenausgleich an geeigneter Stelle oder an entsprechenden Stellen der Vibrationsvorrichtung besteht. Beispiele dieser Praxis ergeben sich aus den US-Patenten 2 464 216, 2 535 o5o, 2 63o 2o9 und 2 63o 21o. Danach sollen die Teile längs des Förder weges von Napfzubringern bei hoher gleichförmiger Geschwindigkeit mit einem minimalen Sprung- oder Instabilitätswert geführt werden Durch die Anbringung von schweren Bearbeitungs- bzw. Ausrichtungs· gewichten längs einer Seite eines leicht flexiblen Napfes oder durch die Ausbildung des Napfes selbst treten unregelmäßige Vibrationen auf, und die Bewegung der zugeführten Teile wird an anderen Stellen des Napfes unregelmäßig, so daß der Gesamtvorteil des Systems geschmälert wird. Durch den Bereich einer schlechten Wirksamkeit wird vielfach vorgegeben, ob ein bestimmtes Teil in einem vorgegebenen napfartigen Teilezubringer gehandhabt werden kann oder nicht. Seit den 4o-iger Jahren wurde ein zeitaufwendiger Weg bis zur vorliegenden Erfindung beschritten, wobei zur Korrektur von Stromungleichförmigkeiten ein Ausgleich der Vibrationsnäpfe mittels zusätzlicher Gewichte durchgeführt wurde. Die Teilezuführer mit vertikal wirkendem primären Krafterzeugungs-

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glied (US-Patentschriften 2 464 216 und 2 535 o5o) auf der Zentralachse haben in dieser Beziehung einen spürbaren Erfolg gebracht. Wenn jedoch das Bearbeitungs- bzw. Ausrichtgewicht schwer war, konnten die Ausgleichsgewichte übermäßig groß werden, wodurch zahlreiche Biegebeanspruchungen des Napfaufbaues und eine Verschlechterung des ,Teilestroms auftraten, wie auch eine Vergrößerung des Gesamtgewichts der Vorrichtung.

Napfzubringer nach Art einer Schüttelrinne werden gewöhnlich mit einer einheitlichen Grundform entworfen, die von der gleichförmigen Anhebungsrate des Förderweges bzw.: der Förder spur vorgegeben ist. Die Spur kann sich spiralförmig nach außen erstrecken, was jedoch nicht notwendig ist. Es ist sehr wichtig, eine maximale Hubrate im Förderweg ohne Begründung einer Verschlechterung in der Zuführfähigkeit zu erzielen. Bei einem Auftreten einer asymmetrischen Bewegung des Napfaufbaus' oder der Gesamtanordnung bewirkt ein Bereich der Förderspur eine unterschiedliche Zufuhrrate von einem anderen Bereich. Sogenannte 'Totpunkte', an denen unter bestimmten Umständen eine Bewegung längs des Förderweges verlangsamt oder vollständig abgebrochen wird, sind seit dem Anfang der Verwendung von napfartigen Vibrations-Teilezubringern von größtem Nachteil für den Fachmann. Die ersten in einem bestimmten Umfang verwendeten Teilezubringer entsprachen denjenigen aus den zuletzt genannten beiden Patentschriften., Die Federwinkel und zahlreiche andere Stützen wurden zur Erzielung einer möglichst großen und gleichförmigen Teileströmung mit dem bloßen und ohne Bearbeitungsgewichte versehenen Napf eingerichtet. Als bei der Entwicklung einer Einrichtung zur Orientierung der Teile Gewichte züge-, fügt wurden, entstand oft ein unregelmäßiges"Zubringverhalten, und 'Totpunkte' wurden zum dauernden Problem. Da die Totpunkte durch eine asymmetrische Gewichtszufügung zum Napf begründet wurden, erschien es nur logisch, daß eine Abhilfe durch Anwendung von zusätzlichen Gewichten zum Ausgleich des Vibrationsaufbaues möglich ist. Dieses Vorgehen ähnelt dem bekannten Verfahren beim Ausgleichen bzw. Auswuchten von Autoreifen. In jedem Fall ergibt sich jedoch eine Vergrößerung des Gesamtgewichts.

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Das Ausgleichen ist ein komplizierter Vorgang, der oftmals zu einer weniger zufriedenstellenden Förder- bzw. Zubringwirkung führt. Große Totpunktbereiche können mit dem Ziel von kleinen oder abschnittsweisen Tot- oder Verlangsamungspunkten reduziert werden. Die durch Zusatzgewichte begründeten Biegebeanspruchungen ergeben jedoch auch andere Förder- bzw. Stromunregelmäßigkeiten. Das beschriebene Verfahren ist aufwendig in der Durchführung und gewöhnlich nicht zufriedenstellend für eine Handhabung mit hoher Produktionsrate oder von Präzisionsteilen.

Eine interessante Verbesserung der Strömungsqualität in bezug auf die Gleichförmigkeit der Geschwindigkeit und des Förderbetriebes wurde mit den ersten Resonanz-Synchronsystemen gemäß dem genannten US-Patent 3 o23 738 erzielt. Zu dieser Zeit wurden noch Stahl· federn verwendet. Gründliche Untersuchungen haben ergeben, daß eine massive Basis zur Erzielung einer geeigneten Strömung notwendig war. Es wurde bei einem Seitenarmantrieb (US-Patent' 3 367 48o) mit mathematischer Zuverlässigkeit bestimmt, daß die Basis zumindest das 6-fache Gewicht des Vibrationsnapfes, der Vibrationsinduziervorrichtung, der Federn und der Bearbeitungsgewichte aufweisen mußte. Ferner ergab der Versuch, daß eine zufriedenstellende Gleichförmigkeit der Strömung vor allem nach Erreichen der Resonanz erreicht werden konnte. Mit anderen Worten wurde die Resonanz erreicht, nachdem der Oszillationskolben eine synchrone Gegenphase von 18o° gegenüber der Vibfationsoberfläche erreichte. Hierbei wiesen das vibrationsfähige Glied und die Vibrationsinduziervorrichtung die Eigenfrequenz des kombinierten Systems auf. Es konnten sehr große asymmetrische Gewichte an derartige Zubringer mit vernachlässigbaren Wirkungen auf die Förderqualität angebracht werden. Sich zur Seite des Napfes erstreckende Gewichte, die eigentlich eine verwendbare Förderung in einem elektromagnetischen Zubringer ohne Resonanzbetrieb zerstören, begründeten, wenn überhaupt_fnur einen sehr geringen Einfluß auf die Gleichförmigkeit der Strömung und die Aktion der Teile in einem Resonanzsystem in bestimmten Grenzen.

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Da die bei dem höchst wirkungsvollen Resonänzbetrieb erreichba-· ren Energiepegel wesentlich größer als bei einem Zubringer ohne Resonanzbetrieb waren, wurde festgestellt, daß Stahlfedern zahlreiche Grenzen gesetzt waren, da sie nach relativ.kurzen Verwendungszeiten ausfielen. Es wurden dann faserverstärkte Kunststofffedern eingebaut, um gegenüber Stahlfedern vier bis fünffach bes-. sere Bewegungsamplituden oder Energiepegel zuzulassen,- Diese verstärkten Kunststoffedern waren in allen Richtungen um zumindest 2o % flexibler als Stahlfedern. Ihrer Einführung folgend wurden bereits Neigungen zu Unregelmäßigkeiten in der Strömung der Teile mehr beachtet. Zu dieser Zeit wurde das Resonanzantriebssystem so befestigt/ daß es sich mit der Achse, konzentrisch zu derjenigen der Vibrationsoberfläche, in einer Vertikalrichtung bewegte. Selten war die Asymmetrie in der Förderung aufgrund der Zufügung des Bearbeitungs-; bzw. Einrichtungsgewichts besonders bedeutend. Es ist jedoch wichtig festzustellen, daß in derartigen Resonanzantrieben, wie sie dann nach dem Stand der Technik entwickelt wurden, das Verhältnis der Ausgleichsgewichte unter Einschluß der massiven Basis, die die Feder, den Antrieb und die den Napf tragende Befestigungsplatte timfassen, zum Gewicht der Vibrationsoberfläche im Vergleich zu demjenigen der Teilezubringer ohne Resonanzbetrieb ziemlich groß war. Dieses Verhältnis · variierte von 2 bis 4. Das Trägheitsverhältnis bei einem Resonanz Zubringersystem wurde als wesentlicher Faktor zur Erzielung einer wirkungsvollen Förderung bestimmt. Die Bildung eines Aufhaus für die Eliminierung einer unregelmäßigen Zufuhr gehörte nicht zur Betrachtung bei dieser Verhältnisbestimmung. ■'-."""

Der äußerst unerwartete Anstieg in der erzielbaren Leistung durch Anordnung eines Freikolbenantriebs an der Seite einer Vibrationsantriebsplatte zeigte, daß dieses Vorgehen eine ideale Situation zum Tragen bzw. Fördern von Lasten in. wirkungsvoller Vfeise und mit hohen Geschwindigkeiten war. Es wurde jedoch festgestellt, daß hierbei ein sehr starkes asymmetrisches Strömungsmuster auftrat. Ein sehr großes Gewicht (beispielsweise der sich •seitlich erstreckende Arm und der Vibrator selbst) war an die · Außenseite des Vibrationssystems in asymmetrischer Weise ange-' - . ' ■--■■■■-■.-" .·■.;"· - 8 -

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bracht worden. Die in den 40^!er Jahren vorgesehenen Maßnahmen zur Lösung des Problems von Totpunkten waren jedoch nicht praktikabel, da das Anbringen von Ausgleichsgewichten an der ohnehin schweren Basis eines Resonänzförderers nicht hingenommen werden konnte. Auch brachte ein derartiger Versuch nur unzuverlässige Effekte .

Es wurde nun im Rahmen der Erfindung festgestellt, daß die asymmetrische Massenverteilung des Vibrationssystems wirkungsvoll und nahezu vollständig gesteuert werden kann,wenn ein asymmetrischer Kraftvektor in einer solchen Größe auf das virbrationsfähige Glied geleitet wird, daß ein Ausgleich der durch die asymmetrische Gewichtsverteilung begründeten dynamischen Kräfte vollständig oder nahezu vollständig erreicht wird. Wenn daher beispielsweise eine Freikolben.Vibrationsinduziereinrichtung aui einem Seitenarm gestützt ist, und zwar seitlich'von der Zeritralachse des Antriebssystems, ermöglicht die Drehung des Freikolbei gliedes in der Weise, daß der Winkel der Oszillationsbewegungen in bezug auf die Horizontale veränderbar ist, eine Abstimmung des Gesamtsystems mit dem Ziel optimaler Strömungscharä&eristiken, wobei eine maximale Geschwindigkeit mit minimalem Springverhalten bei einem jeden derartigen System erzielbar ist. Bei einer ähnlich aufgebauten elektromagnetisch betätigten Vorrichtung ergibt eine Drehung des Magnetfeldes oder die Anwendung eines Gegenausgleichsfeldes ein ähnliches Resultat. Eines der an meisten überraschenden und gänzlich unerwarteten Resultate diese weiteren 'Abstimmens¹ und dieser Fähigkeit besteht darin, daß nunmehr eine Reduzierung des Gewichts der massiven Basis um sogar zwei Drittel möglich jst, ohne daß irgendeine der Fördercharal« teristiken nachteilig beeinflußt wird.Abgesehen von Reduzierungen der Kosten- und Handhabungsprobleme ergeben sich für industrielle Anwendungen tragbare Vorrichtungen, die bisher nur mit mechanischen Einrichtungen bewegt werden konnten.

Insgesamt ergibt die vorliegende Erfindung völlig neue Dimensionen auf dem Gebiet der Vibrationsförderung von Teilen mit einem Teilezubringer vom Napftyp.Die Erfindung ermöglicht ein Abstim-

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men eines mit Bearbeitungs- bzw. Einrichtungsgewichten versehenen Aufbaues bis zur starken Annäherung an die Maximalgeschwindigkeit und die in einem solchen System bei einem gegebenen Teil erreichbare Maximälstabilität. Ferner ergibt sich der völlig unerwartete Vorteil, daß die bisher erforderliche massive Basis mit zumindest dem 7-fachen Gewicht der abgestützten Vibrationsmasse nunmehr stark reduziert werden kann. Die Erfindung ist besonders zweckmäßig bei Vorrichtungen, bei denen unterschiedliche Näpfe oder Behälter zum Handhaben unterschiedlicher Teile und mit unterschiedlichen Einrichtungsgewichten auf. derselben Basis und demselben Antriebssystem auswechselbar sind. Durch.Einstellung des Oszillationswinkels des Vibrationsinduzierelements in bezug auf die Horizontale kann eine Abstimmung erfolgen. Gegenausgleichsgewichte müssen deshalb nicht'benutzt werden. Stattdessen wird ein Kraftvektor vorgesehen, der in Gegenrichtung oder schräg zu dem von der vibrierenden asymmetrischen Masse begründeten Kraftvektor verläuft. Dabei ist die Masse des primären Krafterzeugungsgliedes selbst eingeschlossen, und zwar durch Einstellung zur Beeinflussung des primären Krafterzeugungsgliedes, beispielsweise durch Winkelverschiebung seines Betriebszustands bzw. durch Verschiebung des Betriebs-Magnetfeldes. Es wird darauf hingewiesen, daß diese Einstellungen ihrerseits zusätzliche Asymmetrien der Massenverteilung bewirken können und daß in den meisten Fällen praktisch nur eine Konvergenz bzw. Annäherung der Kraftvektoren bewirkt werden kann, wenn dieser Zustand vom idealen Anpassen unterschieden wird, nämlich von völliger Gleichheit und Gegenrichtung. Obwohl nur eine; optimale statt einer perfekten Einstellung möglich ist, rechtfertigen die hiermit verbundenen Vorteile die Anwendung der hierzu erforderlichen Einrichtung und Verfahrensschritte.

Nach der vorliegenden Erfindung ist somit ein Vibrations-Teilezubringer insbesondere vom Napf- oder Zylindertyp mit einer, asymmetrischen Gewichtverteilung um eine" zentrale Antriebsachse vorgesehen, wobei ein vibrations fähiges Glied,, eine Basis, eine.; zwischen dem Glied und der Basis wirkende Federeinrichtung, ein primäres Krafterzeugungsglied zum Induzieren der Vibration des

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Gliedes und eine Einrichtung zum Stützen des Krafterzeugungsglieds im Abstand zur zentralen Antriebsachse vorgesehen sind/ wobei sich ein derartiger Vibrations-Teilezubringer durch eine mit dem primären Krafterzeugungsglied zusammenarbeitende Einrichtung zum Leiten eines asymmetrischen Kraftvektors auf das vibrationsfähige Glied auszeichnet, um den durch die asymmetrische Gewichtsverteilung während der Oszillation des Gliedes begründeten dynamischen Kraftvektor weitgehend auszugleichen.

Die vorliegende Erfindung umfaßt ferner die Verfahrensschritte zur Verbesserung der Transportcharakteristiken in einem asymmetrischen und napfartigen Vibrations-Teilezubringer, bei dem die Einrichtung zur Vibrationsinduzierung seitlich von der zentralen Antriebsachse verlagert ist. Das erfindungsgeiriäße Verfahren zeich net sich durch den Schritt eines Leitens eines asymmetrischen Kraftvektors zum vibrationsfähigen Glied aus, um den durch die asymmetrische Gewichtsverteilung begründeten dynamischen Kraftvektor weitgehend auszugleichen.

Wenn ein derartig zugeführter Kraftvektor den durch die asymmetrische Gewichtsverteilung begründeten dynamischen Kraftvektor weitgehend ausgleicht, wird eine Gleichförmigkeit in der Förderrrate in allen Bereichen des Förderweges erzielt, und die Instabilität der Teile auf dem Förderweg wird' minimal. In einigen Fällen ergaben sich dabei aufgrund der gleichförmigen Förderung Produktions- bzw. Betriebsverbesserungen bis zu 4o %.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - eine perspektivische Gesamtansicht zur Darstellung der Anwendung der Erfindung bei einem napfartigen Vibrations-Teilezubringer,

Figur 2 - eine Figur 1 entsprechende Abbildung,, bei der der Napf bzw. die Schale entfernt ist,

Figur 3 - eine Seitenansicht des Antriebssystems für einen napfartigen Vibrationszubringer gemäß Figuren 1 und 2, wo-

bei die Einstellbarkeit einer pneumatischen Freikolben-Vibrationsvorrichtung relativ zum Antriebssystem dargestellt ist, um die Richtung einer asymmetrischen Kraft auf den schwingfähigen Napf bzw. die Schale zu beeinflussen und durch asymmetrische Gewichtsverteilung begründete dynamische Kräfte auszugleichen,

Figur 4 - eine graphische Ansicht zur Darstellung der Veränderung des Idealwinkels (nachfolgend definiert) in bezug auf die,Mittellinie der Antriebsachse bei einer gegebenen Vertikalbewegung,

Figur 5 - eine schematische Darstellung einer Blattfeder auf ihrer Befestigung an "einer Vibrationsoberflache und einer Basis zur Einstellung der vorwärtsgerichteten Vertikal und Horizontalkomponenten der Bewegung während der Oszillation,

Figur 6 — eine schematische Draufsicht zur' Darstellung der Geometrie eines typischen napfartigen Seitenarmzubringers,

Figur 7 - eine Kurvendarstellung von erzielten und idealen Winkeln an Radialpunkten eines gegebenen Aufbaus,

Figuren

8 und 9 - die Veränderung der beobachteten Winkel (Gamma), wobei ein simuliertes asymmetrisches Gewicht in 9ο -Abständen angeordnet ist.

Im einzelnen ist in Figuren 1,2 und 3 ein napfartiger Vibrations Teilezubringer vom Resonanztyp dargestellt. Die Vorrichtung weist ein Vibrationsglied bzw. eine entsprechende Anordnung auf, wobei im dargestellten Fall ein Vibrationsnnapf Io eine aufrechtstehende Wandung 12 mit kreisförmigem Querschnitt aufweist, die sich von einem Boden 14 nach oben erstreckt. Am Umfang der Wandung 12 befindet sich ein Förderweg 16, der vom Boden bis zu einem an der oberen Kante'2o des Napfs odqr der Schale Io befindlichen Entladepunkt 18 führt. Der Napf Io ist auf einer Antriebsplatte 22 befestigt, wobei die Anordnung dieser Antriebsplatte 22 und des Napfs Io ein vibrationsfähiges Glied darstellen. Während eine getrennte Ausführung des Napfes Io von der Antriebsplatte 22 aus Gründen einer Austauschbarkeit des Napfes Io zweckmäßig,ist, kann

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selbstverständlich der Napf Io und die Antriebsplatte 22 auch eine einteilige Struktur bilden.

Die aus dem Vibrationsnapf Io und der Antriebsplatte 22 bestehende Vibrationsanordnung ist auf einer Basis bzw. Grundplatte befestigt und mittels einer Anzahl von Federn 26 unter Abstand von dieser gehalten, wobei die Federn an ihren Enden mittels geeigneter Glieder wie Schrauben 28 oder dergleichen an der Antriebsplatte 22 und der Basis 24 festgelegt sind. Die Federn sind bei der dargestellten Ausfuhrungsform, vorzugsweise Flachoder Blattfedern, die aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, wie beispielsweise glasfaserverstärktem Epoxydharz bestehen Der soweit beschriebene Aufbau ist bekannt, und es können zahlreiche andere Beispiele von vibrationsfähigen Gliedern, Grundplatten und Federstützsystemen beim Stand der Technik gefunden werden.

In Figur 2 ist ein Resonanzantriebssystem für einen napfartigen Vibrations-Teilezubringer beispielsweise gemäß Figur 1 dargestellt, wobei der Napf zur besseren Darstellung einer Antriebsplatte nach der vorliegenden Erfindung entfernt wurde. Wie bereits ausgeführt wurde, stellt, die vorliegende Erfindung eine Verbesserung des Aufbaues aus dem US-Patent 3 367 48o dar, auf dessen Inhalt hiermit Bezug genommen wird. Statt des in diesem Patent dargestellten Seitenarmaufbaues kann die Antriebsplatte zusätzlich als Befestigungsbasis für einen Vibrationsnapf-Teilezubringer, wie einen Napf Io, die Einrichtung zum Befestigen der die Vibration erzeugenden Vorrichtung bilden. Die letztere kann eine Freikolben-Vibrationsvorrichtung 3o darstellen, welche in einem Abstand zu einer vertikalen und zentral durch das Antriebssystem verlaufenden Achse 32 angeordnet ist. Die Federn 26 sind derart befestigt, daß ihre längsgerichteten Mittellinien den gleichen Abstand von der Antriebsachse 32 aufweisen. Der die Vibrationsbewegung erzeugende Motor ist im Abstand von der zentralen Antriebsachse 32 auf der Antriebsplatte 22 mit einem Befestigungsblock 34 festgelegt, der seinerseits mit Gliedern wie Zylinderschrauben 36 angebracht ist.

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Einzelheiten des Aufbaus einer Form des hier verwentiaren Vibrationsnapf-Teile zuführers sind im US-Patent 3 280 964 beschrieben, auf dessen Inhalt hiermit Bezug genommen wird.

Die Einzelheiten des Innenaufbaus einer Vibrationserzeugenden Freikolben-rVorrichtung. 30, die sich für die Zwecke der vorliege! den Erfindung eignet, 'sind im US-Patent 2 861 548 und speziell in Figuren 6,7,8 und 9 beschrieben. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 der vorliegenden Erfindung wird ein Einlaß für unter Druck stehendes Gas über einen Kanal bzw. eine Mündung^38 gebildet. Der Auslaß von den entgegengesetzten Enden des Zylinders ist im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 in einem Kopfglied 40 zusammengefaßt und führt über eine Mündung 42. Mit der Freikolben.Vibrationsvorrichtung 30 kann ein Leistungssteuerung;: system gemäß dem US-Patent 3 023 738;(schematische Darstellung in Figur 3) in der dort beschriebenen Weise verbunden sein.

Wenn die Freikolben-Vibrationsvorrichtung 3Θ auf einem Befestigungsblock 34 unter Abstand von der Antriebsachse 32 angeordnet wird, können die Vorteile eines Seitenarmantriebes gemäß dem.erwähnten US-Patent 3 367'480 erzielt werden.

Die 'Vorteile und Verbesserungen der· vorliegenden Erfindung bestehen bei den Anordnungen aus Figuren 1,2 und 3 darin, daß der Vibrator 30 aufgrund seiner Befestigung mit seiner Achse, längs deren der Freikolben oszilliert, gedreht werden kann, bis sich der günstigste Zustand für die sich längs des Förderweges 16 im Napf 10 verschiebenden Teile ergibt. Danach werden- die Befestigungsglieder, beispielsweise die Schraube 46, im Befestigungsblock 34 festgelegt und beispielsweise mittels einer Sicherungsscheibe 48 festgehalten, wobei die Befestigungsmittel mit dem-Körper der Vibrationsvorrichtung 30 über eine mit dieser einteilig ausgebildete Befetigungsnase 50 zusammenwirken. Die Schraube 46 dient als zwischen dem Befestigungsblock 34 (oder Seitenarm) und dem Vibrator 30 wirkender Stift, um dessen Achse die Vibrationsvorrichtung drehbar ist. Bei einer bevorzugten Aus führungsform steht die Achse des Stiftes 46 senkrecht zum Oszillationsweg, wie in Fig, 1 bis- 3 gezeigt, und liegt in einer

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Ebene, die senkrecht zur zentralen Antriebsachse verläuft. Eine derartige rechtwinklige Anordnung ist jedoch nicht notwendig.

Figur 3 zeigt zwei bei der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung wesentliche Winkel, wobei der Winkel B als 'Idealwinkel' definiert ist und der Winkel A den vorbestimmten oder optimalen Wegwinkel darstellt, bei dem der Kolben im Vibrator 30 oszilliert.

In mathematischer Hinsicht ergibt sich der Idealwinkel für diese Position des Weges, längs dessen der Freikolben der Vibrationsvorrichtung 30 oszilliert, durch die Formel:

L
(I) B= Are tg j^ tg U

Dabei ist L der Radialabstand der Mittellinie der Federn von der Zentralachse des Antriebssystems (32 in Figur 2);L der Abstand der Zentrallinie des Freikolbens in der Vibrationsvorrichtung (30 in Figur 2)von derselben Zentralachse 32 des Antriebssystems und Alpha der Neigungswinkel der Federn 26 in bezug auf die Vertikale.Mach Figur 5 beträgt der Winkel Alpha 22 30'.

Figur 4 zeige die Veränderung des Idealwinkels B in Abhä:qg.gkeit der Entfernung von der Zentralachse 32 eines napfartigen Vibrationszubringers.Bei diesem bestimmten Ausfuhrungsbeispiel befindet sich die Federmittellinie 3 Inch von der Achse 32.Die Vertikalbewegung ist eine Darstellung des Vertikalkomponentenfaktors unter Verwendung einer um 30° geneigten Feder als Referenzpunkt. Dies ist einfach eine Darstellung der Vertlkalkompononte der Bew%ung der Platte gemäß einer experimentellen Feststellung. Es wurde festgestellt, daß der Idealwinkel I>,bei dem der Kolben angeordnet sein sollte, bei einer seitlichen Verschiebung von der Zentralachse 32 des Antriebssystems verändert wird, Dieses ergibt sich-aus Figur 4 entsprechend einer Darstellung der Veränderung des Idealwinkels B mit dem Abstand von der Zentral- bzw.Mittellinie. -An sich würde man bei Konstanthaltung aLLer anderen .Bedingungen erwarten, daß sich.'der zufriedenstel-

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SAO OBiOINAt

lendste Betrieb eines napfartigen Seitenarm-Teile Zubringers bei · einem Winkel des Oszillationsweges des Kolbens oder des die Mässenkräfte hervorrufenden Elements zum Erzeugen einer Vibration so ergibt, daß er mit dem Idealwinkel B zusammenfällt. In der Praxis ist dieses jedoch nicht der Fall. Beim Stand der Technik wurden diese Achsen willkürlich und aus Bequemlichkeitsgründeh zunächst vertikal und später gemäß der obigen Darstellung hori.-zontal ausgerichtet. In einigen Fällen mit Mehrfachantrieben wurde die Oszillationsachse bei bekannten Anordnungen senkrecht zur Federebene gelegt, wozu auf das US-Patent 2 658 286 verwiesen wird. Jedenfalls fehlen nach dem Stand der Technik Einrichtungen zum Einstellen und Anordnen des Oszillationswinkels des die Vibration erzeugenden Gliedes auf ein Winkeloptimum. Wegen der bei einem gegebenen.System auftretenden Asymmetrien kann festgestellt werden, daß der nachfolgend mit Gamma bezeichnete Optimalwinkel vertikal, b° bzw. hörizontal oder exakt rechtwinklig zur Ebene der Blattfedern 26 verläuft. Solche Wi-nkelanordnungen treten jedoch nur als Ergebnis des Ausgleichs der Asymmetrien eines gegebenen Systems auf. Ein Zusammenfallen des Winkels des Asymmetrieausgleichs und einer dieser drei Winkel eines gegebenen Systems würde ein rein zufällige und höchst unwahrscheinliche Erscheinung darstellen. Nach der vorliegenden Erfindung ist die die Vibration erzeugende Vorrichtung an einem vorbestimmten Winkel anbringbar, der eine'solche Relation mit sich bringt, daß der im Vibrationssystem von asymmetrisch angeordneten Gewichten induzierte Kraftvektor von einem aufgebrachten, entgegengesetzten Kraftvektor nahezu ausgeglichen wird, der sich aus dem Winkel' ergibt, bei dem sich über Prüf- und Fehlerverfahren der beste Oszillationsweg herausgestellt hat.

Die -Figuren 6, 7, 8 und 9 zeigen schematisch und graphisch ein spezifisches Ausführungsbeispiel und ergeben Daten für einen napfartigen Teilezubringer beispielsweise gemäß Figuren 1, 2 und 3. Bei Verwendung eines einfachen, unbearbeiteten bzw. nicht eingerichteten Napfes gemäß Figur 1 mit den Dimensionen aus Figur 6 ergibt sich aufgrund dieser Geometrie der Idealwinkel eines um 5,63 Inch von der Zentralachse 32 verlagerten Kolbens zu 13 4ο¹.

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In diesem Beispiel waren die Federn unter einem Winkel Alpha von 22°3o' angeordnet, während die Federmitten um 3,31 Inch von der Zentralachse 32 verlagert waren. Zur Erzielung eines Optimalbetriebes wurde die Schraube 46 gelockert, um die Vibrationsvorrichtung 3o um die Achse der Schraube 46 zu drehen. Der Optimalbetrieb wurde bei einem Winkel Gamma von 38^o3o' erzielt. Dies ist nahezu der dreifache Wert des über eine feste Strukturabschätzung geometrisch bestimmten Winkels Beta.

Unter Bezug auf Figur 7, die eine Abhängigkeit des Vertikalkomponentenfaktors vom Abstand von der Zentralachse des Antriebs darstellt, wird darauf hingewiesen, daß der Abstand ¹NuIl¹ die Zentralachse des Zubringers, der Abstand '3,31' die Federmitte, der Abstand '5,63' die Kolbenmitte und der Abstand '7,1' die Napfkante darstellen. Gemäß Figur 7 ergibt sich der Idealwinkel an dem der Kante des Napfes entsprechenden Punkt 7,1.(Abstand in Inch von der Zentralachse 32) entsprechend der Formel (I) zu lo^O56'. Eine tatsächliche Messung des Winkels, bei dem die Außenperipherie eines 15-Inch-Napfes vibriert, ergibt 9°55· als sehr nahe Approximation, und zwar überraschenderweise im Hinblick auf die große Divergenz zwischen dem Idealwinkel B des Kolbens von 13°4o' und dem Optimalwinkel 38°3o' für den Wert von Gamma. Der Winkel Alpha mit 53°3o' ist der durch die Federn vorbestimmte Winkel, der bei einem Idealwinkel von 38 3o' entsprechend dem optimalen und experimentell gefundenen Betriebswinkel Gamma entspricht.

Bei einem anderen Versuch unter Verwendung der Geometrie gemfiß Figur 6 und eines Napfes nach Figuren 1,2 und 3 wurde ein schweres Gewicht zur Simulation des Bearbeitungsgewichts um den Umfang eines Napfes in 9o°-Abständen bewegt. Bei jeder dieser Abstandspositionen wurde der Winkel Gamma für einen Optimalbetrieb der Teilebewegung längs des spiralförmigen Förderweges 16 bestimmt. Die Vibrationsvorrichtung 3o war bei 225 angeordnet. Bei einer Position des simulierten Bearbeitungsgewichts bei ο an der Kante des Napfes 16 wurde festgestellt, daß ein Winkel Gamma von 65° eine zwar verbesserte, jedoch keine vollständig "' - - 17 -

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zufriedenstellende Betriebsweise"ergab, und zwar wegen der physikalischen Begrenzung des Apparates und der Unfähigkeit, die Vibrationsvorrichtung 3o weiter zu verdrehen. Der Versuch ergab, daß sogar ein noch größerer Optimalwinkel als 45° die Ergebnisse weiter verbessern würde. Bei einer Bewegung des Gewichts an eine Position von 9o°, ergab sich der optimale Winkel Gamma zu etwa 46°·. Bei einer Position von I8o° für die Lage des simulierten Bearbeitungsgewichts stellte sich der optimale Lagewinkel Gämma für den Oszillationspfad des Freikdlbens in der Vibrationsvorrichtung 3o zu etwa 43° heraus. Dagegen ergab sich bei 27o für die Stelle des simulierten Bearbeitungsgewichts an der Kante des Napfes gemäß Figur 8 ein Winkel Gamma mit einem negativen Wert von etwa 7°. Hierdurch wird anschaulich das asymmetrische Verhalten aufgrund .der asymmetrischen Anordnung des Gewichts in einem napfartigen Zubringer sowie die Art der Annäherung an den Ausgleich dargestellt. Der Aufbau ist nicht ideal starr bzw. fest und es tritt eine Biegebeanspruchung auf. Solche Veränderungen erzeugen sehr komplexe Bewegungen und Trägheitsverhalten. Die genannten Daten wurden bei einer Vibrationsamplitude von 0,060 Inch und einer Vibrationsfrequenz erzeugt, die der synchronen oder Resonanzfrequenz bzw. -geschwindigkeit des zu prüfenden Systems entspricht.

Derselbe Effekt kann durch Änderung eines Magnetkraftfeldes erzielt werden, in dem das Vibrationsglied oszilliert, .um dabei einen asymmetrischen Kraftvektor in Übereinstimmung mit einem Gegenausgieich der Kraftvektoren zu induzieren, die durch die asymmetrische Anordnung von Gewichten um das Vibrationsglied in einer nicht in Resonanz betriebenen elektromagnetischen Vorrichtung erzeugt werden. Bei den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde jedoch festgestellt, daß sich die besten Resultate bei einem Resonanzsystem ergeben.

-Patentansprüche-

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Claims (14)

1. Patentansprüche:

   Vibrations-Teilezubringer,insbesondere vom Napf- oder Zylindertyp, mit einer asymmetrischen Gewichtsverteilung um eine zentrale Antriebsachse,wobei ein vibrationsfähiges Glied, eine Basis, eine zwischen dem Glied und der Basis wirkende Federeinrichtung, ein primäres Krafterzeugungsglied zum Induzieren der Vibration des Gliedes und eine Einrichtung zum Stützen des Krafterzeugungsgliedes im Abstand zur zentralen Antriebsachse vorgesehen sind, gekennzeichnet durch eine einstellbare Einrichtung zum Leitender Asymmetrie der Antriebsenergie für das vibrationsfähige Glied derart, daß ein asymmetrischer Kraftvektor auf das vibrationsfähige Glied (10,22) einwirkt, um die durch eine asymmetrische Gewichtsverteilung auf dem vibrationsfähigen Glied während der Oszillation entstehenden asymmetrischen Trägheitseffekte weitgehend auszugleichen.
2. 2. Vibrations-Teilezubringer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicnnet, daß das primäre Krafterzeugungsglied eine die Vibration erzeugende Freikolben-Vorrichtung (30) ist, in der der Kolben längs eines Oszillationspfades vibriert bzw. oszilliert.
3. 3. Vibrations-Teilezubringer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeiai net, daß die Einrichtung zum Leiten bzw. Richten des Kraftvektors zwischen der Einrichtung (34) zum Stützen des primäre; Krafterzeugungsgliedes (33) und dem letzteren fungiert.
4. 4. Vibrations-Teilezubringer nach Anspruch 3,dadurch gekennzeich net,daß die Einrichtung zum Leiten bzw. Richten des Kraftvektors einen Stift aufweist,der sich zwischen dem primären Krafterzeugungsglied (30) und der Stützeinrichtung (34) erstreckt', wobei das primäre Krafterzeugungsglied um diesen Stift drehbar ist und wobei eine Einrichtung (46,48) zum. Befestigen bzw. Festlegen des Krafterzeugungsgliedes in einer Position vorgesehen ist, die nahe der Ausgleichsposition für den dynamischen Kraftvektor liegt.

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5. 5. Vibrations-Teilezubringer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das primäre Krafterzeugungsglied (3ο)auf der Stützeinrichtung (3.4) dreh^ und einstellbar befestigt ist.
6. 6. Vibrations-Teilezubringer nachAnspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Fixieren der Lage des Oscillations" pfades vom Kolben. · ·
7. 7. Vibrations-Teilezubringer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Vibration erzeugende Vorrichtung (3,o) einstellbar und zur Erzielung einer Drehung in einer parallel zur zentralen Antriebsachse (32) liegenden Ebene befestigt
8. 8. Vibrations-Teilezubringer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen allgemein kreisförmigen Behälter (lo) mit einem Förderweg (16), der sich vom Boden (14) des; Behälters zu seinem Auslaß (18) erstreckt, wobei der Behälter gestützt ist und während der Oszillation auf einer Vielzahl von geneigten Blattfedern (26) geführt ist, die in einem Abstand um die zentrale Antriebsachse (32) angeordnet sind, ferner durch ein Basisglied (24), mit dem die entgegengesetzten Enden der Blattfedern verbunden sind, eine Freikolben-Vibratioiiser Zeugungsvorrichtung (3o) mit einem frei oszillierenden Kolben und einer zylindrischen Kammer zum Begrenzen bzw. Einschließen des Freikolbens und zum Führen längs des Oszillationspfades, und durch eine sich seitlich des Behälters längs erstreckende Seitenarmein-■- ■ richtung (34) zum Stützen der Vibrationserzeugungsvorrichtung im Abstand zur Antriebsachse, wobei zwischen dem äußersten Ende der Seitenarmstützeinrichtung (34) und der Vibrations'-erzeugungsvorrichtung (3o) eine Einrichtung zum Einstellen der Richtung des Oszillationspfades des Freikolbens fungiert.
9. 9. Vibrations-Teilezubringer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Freikolben-VibrationserZeugungsvorrichtung" (3o) relativ zum Seitenarm (34) drehbar ist.

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10. 10. Vibrations-Teilezubringer nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung einen sich zwischen der Vibrationserzeugungsvorrichtung (30) und der Stützeinrichtung (34) erstreckenden Stift enthält, um den die Vibra tionserzeugungsvorrichtung drehbar ist, und daß eine Einrichtung (46,48) zum Befestigen der Vibrationserzeugungsvorrichtung bei einer vorbestimmten Position und zum Festlegen der Richtung <ies Oszillationspfades vorgesehen ist.
11. 11t .Vifrrations-Teilezubringer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift rechtwinklig·zur Antriebsachse (32) verläuft.
12. 12. Vibrations-Teilezubringer nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, daß der Stift ebenfalls rechtwinklig zum Oszillationspfad des Freikolbens (30) verläuft.
13. 13. Verfahren zum Verbessern der Transportcharakteristiken von längs eines Förderweges in einem napfartigen Vibrations-Teilezubringer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die Richtung des Kraftvektors, der von dem primären Energie erzeugenden Element erzeugt und auf das vi-brationsfähige Glied geleitet wird, einstellt bzw. derart einrichtet, daß die durch die asymmetrische Gewichtsverteilung begründeten asymmetrische Trägheitskraft weitgehend ausgeglichen wird.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zugeleitete Kraftvektor bei einer vorbestimmten Position gesetzt wird.

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    L e e r s e i t e