DE2803997A1

DE2803997A1 - Einrichtung zur speisung eines schwingmagneten eines schwingfoerderers

Info

Publication number: DE2803997A1
Application number: DE19782803997
Authority: DE
Inventors: Rolf Mennekes; Paul Rahl
Original assignee: BUEHLER OPTIMA MASCHF
Current assignee: BUEHLER OPTIMA MASCHF
Priority date: 1978-01-31
Filing date: 1978-01-31
Publication date: 1979-08-02
Also published as: GB2022339A; IT7967170A0; FR2416181A1; IT1117591B

Description

PATENTANWÄLTE RUFF und BEIER STUTTGART

Dipl.-Chenn. Dr. Ruff Dipl.-Ing. J. Beier

Neckarstraße 50 D-7OOO Stuttgart 1 Tel.: CO71-O 227O51* Telex O7-23412 erub d

30. Jan. 1978

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Anmelderin: Optima-Maschinenfabrik
Dr. Bühler KG
7170 Schwäbisch Hall

Einrichtung zur Speisung eines Schwingmagneten eines Schwingförderers

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Poeteoheokkonto Stuttgart CBLZ 600100 7OJ 42O3O-7O8 ■ Dresdner Bonk Stuttgart CBLZ 6OO8OOOO3 Konto OO11341

PATENTANWÄLTE

Dipl.-Chem. Dr. Ruff Dipl.-Ing. J. Βθϊθγ

RUFF und BEIER STUTTGART

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Neckarstraße 5O D-7OOO Stuttgart 1 Tel.: CO711D 227Ο51* Telex 07-23412 erubd

30. Jan. 1978 JB/Sb

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Anmelderin: Optima Maschinenfabrik
Dr. Bühler KG
7170 Schwäbisch Hall

Einrichtung zur Speisung eines Schwingmagneten eines Schwingförderers

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur gesteuerten bzw. geregelten Speisung eines Schwingmagneten eines Schwingförderers, insbesondere für die Beschickung von Waagen.

Die Schwingmagnete von üblichen Schwingförderern werden über Stelltransformatoren gesteuert, dabei wird also die Amplitude der Schwingung verändert. Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, die Schwingungsamplitude über Thyristoren und Phasenanschnittssteuerungen zu steuern. Es ist ferner schon vorgeschlagen worden, an den Schwingförderern Weggeber anzubringen, die den Schwingungsweg messen, so daß die Schwingungsamplitude auch geregelt werden kann.

Die Einrichtungen nach dem Stand der Technik haben verschiedene Nachteile. Bei Schwankungen der Netzspannung ändert sich in

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stark überproportionalem Maße der Förderstrom, so daß erhebliche üngenauigkeiten bei der Beschickung von Waagen vorkommen können. Ferner führen die wegen der Induktivität auftretenden Blindströme zu erheblichen Problemen bei der Dimensionierung. So wird beispielsweise der Stelltransformator sehr groß und hat große Verluste. Weiter bleibt bei stärkerer Belastung des Schwingförderers die Schwingamplitude zurück, so daß sich beispielsweise stärkere Belastungen relativ stark auswirken.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die bei geringem Herstellungsaufwand eine leichte Steuerung bzw. Regelung des Schwingmagneten ermöglicht und weitgehend unabhängig von Störgrößen (Netzspannung) arbeitet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Magnet in einen Schwingkreis einbezogen ist, der einen Energiespeicher und den Schwingkreis steuernde bzw. regelnde elektronische Schaltelemente enthält.

Die Schwingfrequenz wird also, wenn überhaupt, nur indirekt vom Netz abgeleitet und die Stromamplitude kann stets gleich gehalten werden. Eine Abhängigkeit von der Netzspannung besteht nicht. Infolge des schwingkreisartigen Energiewechsels zwischen dem Energiespeicher, beispielsweise einem Kondensator, und dem Schwingmagneten, brauchen aus dem Netz bzw. der Energieversorgung nur Verluste nachgeschossen werden, so daß keine Abhängigkeit von Schwankungen der Versorgungsspannung mehr besteht. Die Einrichtung ist vorzugsweise mit Niederspannung betreibbar, was aus Sicherheitsgründen bevorzugt ist.

Wenn vorstehend von einem Schwingkreis gesprochen ist, so bedeutet dies nicht, daß der Schwingkreis resonant arbeiten soll oder muß. Vielmehr ist es bevorzugt, daß die Schwingfre-

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quenz von der Resonanzfrequenz des Schwingkreises abweicht und meist über ihr liegt. Sie wird von einem unabhängigen Zeitgeber oder von der Netzfrequenz gesteuert.

Durch die Erfindung wird eine Blindstromlast vermieden, so daß Blindstromkompensatoren bei Netzbetrieb entfallen können. Bei Transformatorbetrieb ist keine Transformation der Blindstromlast mehr notwendig, so daß der Transformator in der Typenleistung um ein vielfaches kleiner werden kann. Durch die definierte Abschaltmöglichkeit des Stromes kann eine Schwingamplitudenstabilisierung bei Spannungsschwankungen durch Anwendung einer Strommeßeinrichtung erreicht werden und teuere Wegmeßeinrichtungen bzw. Spannungsstabilisatoren können entfallen. Durch die Stabilisierung der Schwingamplituden wird die Genauigkeit der Förderung erhöht. Ferner ist das Stopverhalten des Schwingmagneten bestimmbar.

Die Steuerbarkeit bezieht sich auch auf den Stromanstieg bzw. -abfall. Außer der Lange der Zeitdauer, in der der Strom im wesentlichen konstant bleiben kann, kann auch die Beschleunigung des Schwingmagneten beim Anziehen oder Abfallen dadurch gesteuert bzw. geregelt werden, daß der Spannungsanstieg mehrfach unterbrochen wird, so daß sich ein treppenförmiger Anstieg oder Abfall ergibt. Auf diese Weise ist das Beschleunigung sverhal ten leicht zu steuern bzw. zu regeln.

Ferner ermöglicht der Gleichstrom-Zwischenkreis eine Unabhängigkeit von der speisenden Netzfrequenz, so daß sich die Möglichkeit ergibt, dem Schwingmagneten eine von der Netzfrequenz abweichende Schwingfrequenz aufzuprägen, was eine bessere Anpassung an unterschiedliche, zu fördernde Produkte erlaubt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 5 schematische Schaltbilder vom Funktionsablauf in der Einrichtung nach der Erfindung

Fig. 6 ein teilweise als Blockschaltbild gezeichnetes Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 7 bis 10 diagrammartige Darstellung verschiedener Schwingungsformen (Strom über Zeit).

Anhand der Fig. 1 bis 5 wird das Grundprinzip der schematisch dargestellten Einrichtung 11 zur gesteuerten bzw. geregelten Speisung eines Schwingmagneten eines Schwingförderers erläutert. Derartige Schwingförderer sind beispielsweise an Rutschen angebracht, um Schüttgüter Waagen oder anderen Zumeßeinrichtungen zuzuführen. Dabei ist meist die Elektromagnetspule des Schwingmagneten am festen Teil der Vorrichtung befestigt und der Anker an der elastisch gelagerten Förderrutsche.

Der Schwingmagnet L liegt als Induktivität in einem Schwingkreis, in dem im dargestellten Beispiel ein Kondensator C den zugehörigen Energiespeicher bildet. Es könnten jedoch hier auch andere Energiespeicher, wie Akkumulatoren oder dgl., verwendet werden. Der den Kondensator C und die Magnetspule L enthaltende Kreis enthält zwei elektronische Schaltelemente S 1 und S 3. Ferner ist der Kreis durch eine ein elektronisches Schaltelement S 4 enthaltende Querverbindung derart unterteilt, daß auf der so entstehenden einen Schleife des Kreises der Kondensator C mit dem Schaltelement S 1 und auf der anderen Schleife die Magnetspule L mit dem Schaltelement S 3 zu liegen kommen. Zusätzlich ist noch eine Parallelschleife vorgesehen, die das elektronische Schaltelement S 2 enthält und das Schaltelement S 1 und die Induktivität L überbrückt.

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Eine Stromquelle G 1st über einen Schalter S O an beide Seiten des Kondensators angeschlossen.

In den Zeichnungen ist jeweils der gerade wirksame Zweig mit stärkeren Linien hervorgehoben. In Fig. 1 sind sämtliche Schaltelemente offen und der Kondensator C ist auf ein Niveau aufgeladen, das der Restaufladung des vorigen Arbeitszyklus entspricht, d.h. die Aufladung ist um die Verluste des letzten Arbeitszyklus geringer, als die bei der jeweiligen Schalteinstellung höchste Aufladung.

In Fig. 2 ist das Schaltelement S O geschlossen, so daß die Gleichstromquelle G den Kondensator C bis auf den gewünschten Pegel auflädt, d.h. die Verluste des letzten Arbeitszyklus ersetzt.

In Fig. 3 sind die Schalter S 1 und S 3 geschlossen, so daß der Hauptkreis über diese beiden Schalter, den Kondensator C und die Spule L geschlossen ist. Dadurch wird die Spule mit Energie versorgt und der Magnet zieht an.

In der Arbeitsstellung nach Fig. 4 wird der Schalter S 3 geöffnet und der Schalter S 2 geschlossen, so daß die Spule L kurzgeschlossen ist. Durch den Kurzschluß wird der Stromfluß in der Spule L aufrecht erhalten, so daß die Energie des Schwingkreises in der Spule gespeichert wird. Es sei bemerkt, daß dieser Kurzschluß beispielsweise auch durch das Schließen der Schalter S 3 und S 4 herbeigeführt werden könnte. Die Zeit, die dieser Kurzschluß aufrechterhalten wird, bestimmt die Dauer des Maximums der Stromamplitude. Es entsteht hier also ein

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Zeitabschnitt rait im wesentlichen konstanten Strom, der lediglich durch eventuelle Verluste etwas abiaLlt.

V/enn nun, wie in Fig. 5 dargestellt, das Schaltelement 3 geöffnet und 5 4 geschlossen wird, so schwingt der Schwingkreis zurück, so daß die in L gespeicherte Energie nunmehr wieder an den Kondensator C zurückgegeben wird und diesen entsprechend der nun umgekehrten Anschaltung der Spule L wieder auflädt. Nach

Öffnung der Schalter S 2 und S 4 ist dann wieder der Zustand nach Fig.1 hergestellt und nach einer durch die Schaltelemente bestimmten Zeit beginnt der Zyklus wieder von vorn.

In 'Fig. 6 ist ein Schaltbild dargestellt, aus dem zu erkennen ist, daß die Ausführung dieses Grundprinzips relativ einfach zu bewerkstelligen ist. Die Stromquelle G-wird durch ein normales Wechselstromnetz 12 gebildet, das über einen Transformator 13 die Spannung auf eine ungefährliche niederspannung herabsetzt. Das Schaltelement S steuert sich selbst und wird durch eine Diode gebildet, die gleichzeitig die Gleichrichterfunktion übernimmt. Auch die Schalter S 2 und S 4 sind ungesteuerte Dioden, während beim Ausführungsbeispiel der Schalter S 1 ein steuerbarer PNP-Transistor ist.Das Schaltelement S 3 ist ein ebenfalls steuerbarer EPN-Transistor. Hier sind jedoch auch andere elektronische Schaltelemente möglich, beispielsweise jeweils die andere Transistorbauart oder auch GrTO-Thyristoren.

Die Spule L des Schwingmagneten bildet im vorliegenden Falle die einzige Induktivität des Schwingkreises. Es könnten jedoch zur Angleichung auch noch andere Hilfsinduktivitäten vorhanden sein. Vorzugsweise sollte jedoch der Magnet zumindest die überwiegende Induktivität des

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Kreises darsteifen.

In dem über C, S 1, L und 8 3 führenden Kreis ist eine Strommeßeinrichtung 13 vorgesehen, die ihre Signale an eine elektronische Steuer- bzw.Regeleinrichtung 14 gibt.

An diese Steuer -und Regeleinrichtung 1A kann ferner eine Meßeinrichtung 15 für die Amplitude des Schwingförderers, d.h. der vom Magneten angetriebenen Förderrinne angeschlossen sein. Hierbei kann es sich um einen üblichen berührungslos en Fühler handeln.

Über einen Schalter 18 kann der Schwingmagnet gezielt ein- Oder ausgeschaltet werden. Es muß also nicht abgewartet werden, bis der Schwingkreis ausgeschwungen ist. Insofern ist auch das Ein- und Ausschaltverhalten verbessert. An einer Einstelleinrichtung 19 für die Amplitude wird die Vibrationsstärke eingestellt. Wenn die Einrichtung gesteuert ist, d.h. ohne Amplitudenmeßeinrichtung an dem Schwingförderer gearbeitet wird, dann kann hier ein Stromsollwert eingestellt werden. Wenn die Strommeßeinrichtung 13 vorhanden ist, so wird dieser Stromsollwert entsprechend der Einstellung konstant geregelt. Bei Verwendung der Amplitudenmeßeinrichtung 15 kann unabhängig von der Belastung die Schwingamplitude der Förderrinne entsprechend der Einstellung konstant gehalten werden.

Über die Einstelleinrichtung 20 kann die Frequenz der Schwingung eingestellt werden. Dazu ist ein Zeitgeber vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, über den Anschluß 17 die Frequenz mit der Netzfrequenz zu synchronisieren.

Die Steuer-und Regeleinrichtung 14 steuert das Öffnen

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und Schließen der elektronischen Schaltelemente S 1 und S 3 und damit die gesamte Einrichtung 11.

Aus den Fig. 7 bis 10 ist zu erkennen, daß wahlweise verschiedene Stromverläufe zu erzielen sind. Die Diagramme stellen jeweils den Strom I über der Zeit T dar.

In Fig. 7 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem keine zusätzliche Zeitsteuerung vorliegt, d.h. unmittelbar auf den Stromanstieg 21 bis auf die eingestellte Stromamplitude 22 folgt der Stromabfall 23. In diesem Falle kann also der Kurzschluß nach Fig. entfallen und die Einrichtung schaltet unmittelbar von dem Schaltungszustand nach Fig. 3 in den nach Fig. 5 um. Nach der Nachladezeit 24 (Fig. 2) beginnt der Zyklus von neuem. Der Anstieg und Abfall ist im wesentlichen linear. Er könnte jedoch auch durch besondere Maßnahmen einer gewünschten Kurvenform angepaßt werden.

In Fig. 8 ist zu erkennen, daß auf den Anstieg 21 ein Zeitabschnitt 25 folgt, währenddessen der Strom im wesentlichen auf seinem Höchstwert entsprechend der Amplitude 22 bleibt. Dies wird durch die Kurzschlußschaltung nach Fig. 4 erreicht. Durch die Länge dieses Schaltungszustandes kann also die Form der Schwingung wesentlich beeinflußt werden.

Aus Fig. 9 geht hervor, daß der Anstieg 21' auch treppenförmig erfolgen kann, indem durch kurzzeitiges Kurzschließen entsprechend der Fig. 4 ein Halten des gerade vorliegenden Stromwertes erzielt wird und dann auf den Schaltungszustand nach Fig. 3 zurückgeschaltet wird, so daß ein weiterer Anstieg erfolgt. Auf diese Weise kann man die Steilheit des Anstiegs 21' beliebigVmlndern. Der Abfall 23 ist in Fig. 9 linear und ununterbrochen dargestellt, während sich Fig. 10 von Fig. 9 dadurch unterscheidet, daß auch der Abfall 23' treppenförmig verläuft,

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indem durch entsprechendes öffnen und Schließen der Schaltelemente S 1 und S 3 ein Hin- und Herpendeln zwischen den Schaltzuständen nach den Fig. 4 und 5 erzeugt wird. Dabei können die Steilheiten unterschiedlich sein, so daß auch hier durch eine Anpassung an die unterschiedlichsten Kurvenformen und Steilheiten erzielt werden kann. Die "Treppenstufen" können nahezu beliebig klein gewählt werden, so daß sich nahezu stetige Kurvenformen erzielen lassen. Aus Fig. 9 ist zu erkennen, wie durch unterschiedliche Länge der einzelnen Zeitstufen eine erwünschte Änderung der Kurvenform erzielt werden kann. Dabei können auch die Anstiegsphasen kürzer oder länger sein als die "Haltephasen"

Es sei zusätzlich bemerkt, daß ein Nachladen des Energiespeichers auch während des Betriebes möglich ist. Dafür muß also nicht eine besondere, im übrigen stromlose, Phase eingebaut werden, obwohl diese meist ohnehin vorhanden ist.

Aufgrund der Massenträgheit und des Federverhaltens der Förderrinnen von Schwingförderern entspricht die Schwingungsamplitude dieser Förderrinnen dem Schwingungsverlauf der die Schwingungsmagneten erregenden Ströme nicht unmittelbar. Jedoch wird die Charakteristik des Stromverlaufs auch dem Schwingungsverhalten der Rinnen aufgeprägt und damit eine nahezu beliebige Aussteuerung der Rinnen ermöglicht. So kann sich beispielsweise durch die Stufigkeit des Anstiegs bzw. Abfalls des Stromflusses eine überlagerte Rinnenvibration ergeben, die das Förderverhalten der Rinnen positiv beeinflußt.

Es ist also zu erkennen, daß durch die Einrichtung nach der Erfindung eine relativ einfache Steuerung der Schwingmagneten von Schwingförderern möglich ist, die völlig unabhängig von der Netzfrequenz arbeitet und auf besonders einfache Weise bezüglich der Frequenz und Amplitude einstellbar ist. Außerdem ist sowohl eine Regelung auf konstanten Strom, als auch konstante

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Schwingamplitude mit einfachen Mitteln zuverlässig vorzunehmen, Durch die Vermeidung von Blindstromverlusten wird nicht nur Herstellungsaufwand, sondern auch Energie gespart, und es ist bei galvanischer Netztrennung möglich, mit Niederspannung zu arbeiten. Wenn mehrere Schwingmagneten gesteuert bzw. geregelt werden sollen, so ist es möglich, für diese eine gemeinsame Steuer- bzw. Regeleinrichtung vorzusehen. Obwohl die Magneten in einzelnen Schwingkreisen angeordnet sein können und auch unterschiedlich gesteuert bzw. geregelt werden können, ist es möglich, daß sie einen gemeinsamen Energiespeicher verwenden.

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Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zur gesteuerten bzw. geregelten Speisung eines Schwingmagneten eines Schwingförderers, insbesondere für die Beschickung von Waagen, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (L) in einen Schwingkreis einbezogen ist, der einen Energiespeicher (C) und den Schwingkreis steuernde bzw. regelnde elektronische Schaltelemente (S 1, S 2, S 3, S 4) enthält.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingfrequenz von der Resonanzfrequenz des Schwingkreises abweicht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (C) ein Kondensator ist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (L) die überwiegende Induktivität des Schwingkreises bildet.

Postecheckkonto Stuttgart CBLZ 6OO1OO7OJ 42Θ30-7Ο8 ■ Dresdner Bank Stuttgart CBLZ 600BOO003 Konto 9011341

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5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis einen Kurzschlußkreis
(S 1, S 2, L) für den Magneten (L) enthält.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis eine Strommeßeinrichtung (13) enthält.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der elektronischen
Schaltelemente (S 1, S 3) an eine Regel- bzw. Steuereinrichtung (14) angeschlossen sind, die die Schwingfrequenz mit
der Netzfrequenz synchronisiert.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der elektronischen
Schaltelemente (S1, S3) an eine Regel- bzw. Steuereinrichtung (14) angeschlossen sind, über die die Frequenz und/oder die Stromamplitude des Schwingförderers einstellbar ist.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der elektronischen
Schaltelemente (S 1, S 3) an eine Regel- bzw. Steuereinrichtung (14) angeschlossen sind, die an einen Fühler (15) für
die Schwingamplitude des Schwingförderers und/oder die Strommeßeinrichtung angeschlossen ist.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Niederspannung betreibbar ist.

11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der elektronischen Schaltelemente (S 1, S 3) derart erfolgt, daß auf einen Anstieg
(21) des Stromes im Schwingkreis ein in seiner Länge gesteuer-

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ter bzw. geregelter Zeitabschnitt (25) mit im wesentlichen konstantem Strom (22) folgt.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg (21) bzw. Abfall des Stromes im Schwingkreis ein- oder mehrmals durch Zeitabschnitte (26) mit im wesentlichen konstantem Strom unterbrochen werden.

13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichent, daß der Stromanstieg (21) bzw. -Abfall im wesentlichen linear erfolgt.

14. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schwingkreise zur Speisung mehrerer Magneten (L) derart miteinander verbunden sind, daß sie denselben Energiespeicher enthalten.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingfrequenz über der Resonanzfrequenz des Schwingkreises liegt.

16. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stopverhalten des Schwingmagneten (L) durch gezieltes Abschalten bzw. Vermindern der Energiezufuhr beeinflußbar ist.

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