DE3019913A1 - Isolierter foerderer und verfahren zum betrieb eines isolierten foerderers - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. "Weick^ann. Dipi.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dip^.-Chem. 3. Huber Dr. Ing. H. Liska /

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Isolierter Förderer und Verfahren zum Betrieb eines isolierten Förderers

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen isolierten Förderer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf ein Verfahren zum Betrieb eines Förderers.

Ein typischer Schwingförderer weist eine Basis und einen durch Blattfedern auf der Basis gelagerten Trog auf. Um das zu fördernde Gut längs des Troges weiterzubewegen, wird ihm durch einen Schwingantrieb, der mit dem Trog und/oder der Basis verbunden ist, eine erzwungene Schwingung erteilt. Die Fördergeschwindigkeit des Gutes auf dem Trog kann durch Erhöhung der Schwingungsfrequenz der ihm durch den Antrieb erteilten Schwingung und/oder durch Erhöhung der Schwingungsamplitude dieser Schwingung erhöht werden.

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Schwingförderer können als fixierte, ausgeglichene, isolierte' oder ausgeglichene und isolierte Förderer klassifiziert werderi.

Ein fixierter Förderer ist fest auf ein Fundament geschraubt. Fixierte Förderer bestehen aus einem Trog, einem Antrieb, Rückwirkungsfedern und einer Führungseinrichtung für den sich bewegenden Trog und alles ist auf einer leicht gebauten Basis angebracht, die an das Fundament geschraubt ist. Fixierte Förderer können in Einzelstufen bis zu etwa 30 oder 45 m Länge gebaut werden, da. eine unerwünschte Bewegung des Förderers vom Fundament unterdrückt wird. Die Gegenkräfte zu den Kräften, die benötigt werden, um den Trog eines Förderers mit fixierter Basis, in Schwingungen oder Vibrationen zu versetzen, werden direkt auf das Fundament übertragen. Diese Rüttelkräfte betragen das drei- bis zehnfache des sich bewegenden Tröggewichts, für einen Förderer mittlerer Größe etwa 13 350 N bis 44 500 N. . Rüttelkräfte dieser Größe -reichen aus, um ein Gebäude zu zerstören, wenn der Förderer-in diesem Gebäude befestigt wird. Ein an einem Fundament fixierter Forderer kann in Abhängigkeit von den Boderibedingungen den Boden über eine Distanz von mehreren 30 m erschüttern. Die anderen oben erwähnten Arten von Schwingförderern sind alle konstruiert worden, um die Übertragung von Rüttelkräften auf das Fundament oder auf Gebäude zu reduzieren. ■

Ausgeglichene Förderer werden mit Gegengewichten konstruiert^ welche sich entgegengesetzt zum Förderertrog bewegen und die Rüttelkräfte erzeugen, die gleich und entgegengesetzt zu den vom Förderer erzeugten Kräften sind. Wenn die Resultierenden der entgegengesetzten Kräfte auf der gleichen Linie wirken und gleich und entgegengesetzt sind, wird keine Kraft auf die den Förderer tragende Trägerkonstruktion übertragen. Ein Haupt-

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nachteil eines ausgeglichenen Förderers liegt in den Kosten·für die Gegengewichte. Diese müssen so schwer wie der Trog sein und erfordern einen Federsatz, der gleich den Federn ist, die am Trog wirken. Gelegentlich muß ein Antriebsmechanismus vorgesehen sein, der den Gegengewichten Schwingungen erteilt.

Es gibt Konstruktionen von ausgeglichenen Schwingförderern, welche einen anderen Abschnitt des Troges als Gegengewicht benutzen. Daraus werden Komponenten effizienter genutzt. In dem seltenen Fall, bei dem Gut in umgekehrter Richtung gefördert wird, sind die Ergebnisse ebenso effektiv, wie wenn getrennte Gegengewichte benutzt werden. ".

Ein allgemeiner Schritt zur Konstruktion eines weniger teueren, ausgeglichenen Förderers liegt darin, den Förderer in kurze Abschnitte zu unterteilen, welche im Gegenstoß arbeiten und einander ausgleichen. Dadurch wird der Ausgleich horizontaler Kräfte erreicht, aber vertikale Kräfte werden auf die Trägerkonstruktion übertragen und es wird insgesamt nur eine 60%ige Verminderung erreicht.

Ein weiteres Problem bei den ausgeglichenen Förderern liegt darin, daß, obwohl ein schwingender Trog ausgeglichen werden kann,' Kräfte, die beim Transportieren des Gutes erzeugt werden, nicht wirksam ausgeglichen werden können und daher auf die Träger übertragen werden. Kräfte, die in einem modernen Hochgeschwindigkeitsförderer durch das Gut erzeugt werden, liegen in der Größenordnung der Kräfte, die durch die sich bewegenden Maschinenteile erzeugt werden. Durchgeführte Messungen haben bei einem im 15 Hz-Takt betriebenen Prüfförderer auf die Last von Gut zurückzuführende

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vertikale dynamische Kräfte angezeigt, die das doppelte Ausmaß von vertikalen Kräften haben, die vom schwingenden Trog erzeugt werden. Folglich kann ein beladener ausgeglichener Förderer auf das Fundament oder die Träger Kräfte übertragen, die unter vielen Umständen hoch sind.

Ein isolierter Förderer wird erzeugt, wenn ein Schwingförderer auf eine Basiskonstruktion montiert wird, die ihrerseits auf einem System weicher Isolierfedern ruht. Richtig bemessene Stahl- oder Gummifedern ergeben eine Isolierung von 94 bis 96 % der vertikalen Kräfte und 97 bis 99 % der horizontalen Kräfte. Pneumatische Federn können dazu benutzt werden, um 99 % vertikale und horizontale Isolierung zu erreichen. Ein gegebenes Isolierungssystem reduziert die übertragenen Kräfte gleichmäßig, unbeachtet der unterschiedlichen Belastungen durch das Gut und ob Leer- oder Vollastlauf vorliegt.

Die vierte Form von Schwingförderern liegt in der ausgeglichenen und isolierten Form, bei der ein ausgeglichener Förderer auf einer Basiskonstruktxon gelagert ist, die ihrerseits auf Isolierfedern ruht. Diese Form liefert die bestmögliche Isolierung von Schwingungskräften von der Trägerkonstruktion. Die Verbesserung rechtfertigt oft, jedoch nicht die zusätzlichen Kosten.

Wegen der zerstörerischen Kräfte, die bei einem fixierten Schwingförderer auf die Trägerkonstruktion übertragen werden können und wegen der Komplexität und den Kosten eines ausgeglichenen Förderers wird der isolierte Förderer für viele Einrichtungen bevorzugt. ·

Isolierte Förderer müssen genau konstruiert sein, so daß keine unerwünschten Bewegungen dadurch erzeugt werden, daß bei oder nahe bei der Arbeitsfrequenz des

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Förderers eine Resonanz auftritt.

Vergangene Praxis beim Entwerfen von isolierten Schwingförderern war die Installierung einer steifen Basis. Da der Trog über Blattfedern mit der Basis verbunden ist, schwingt der Trog mit der Basis, es sei denn, daß die erzwungenen Schwingungen des Troges relativ zur Basis von einem Antrieb erzeugt werden, der zwischen dem Trog und der Basis angeordnet und mit dem Trog und mit der Basis verbunden ist. Konsequenterweise hatte eine steife Basis einen steifen Förderer zur Folge, dessen erste oder niedrigste Hauptresonanzfrequenz, die im allgemeinen gleich der Hauptresonanzfrequenz bei vertikalen Biegeschwingungen des Förderers ist, 30 oder 50 % über der Arbeitsfrequenz des Förderers lag. Bei diesem Verhältnis zwischen der niedrigsten Hauptresonanzfrequenz des Förderers und der Arbeitsfrequenz konnte beim Betrieb Resonanz vermieden werden. Bei diesem Erfordernis einer steifen Basis ist es nicht zweckmäßig, einen aus einer einzelnen Stufe, d.h. aus einer kontinuierlichen Stufe bestehenden isolierten Schwingförderer zu bauen. Fördererlängen von etwa 15 m liegen in der Nähe der Maximallänge und über dieser Länge werden die Höhe und das Gewicht der Basis extrem. Eine etwa 30 m lange Basis wäre, wenn sie ausreichende Steifheit erzeugen soll, höher als 1,80 m. Würde ein Förderer dieser Steifheit konstruiert, würden andere Resonanzen des Förderers normalerweise nicht auftreten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, aufzuzeigen, wie bei einem Förderer der eingangs genannten Art das Resonanzproblem überwunden und damit eine wesentlich größere Länge des Förderers erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

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Diese lösung hat den Vorteil, daß neben der erzielbaren Größeren Länge der Förderer jetzt auch mit sehr hohen Arbeitsfrequenzen betrieben werden kann und auch sehr leicht an Gewicht sein kann.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Lösung nach Anspruch 1 gehen aus den Ansprüchen 2 bis 5 hervor. Durch diese Maßnahmen wird vermieden, daß höher liegende Resonanzbereiche des Förderers gefährlich werden können.

Besonders zweckmäßige Ausführungsformen eines vorgeschlagenen Förderers gehen aus den Ansprüchen 6 bis S hervor. Ein solcher Förderer weist eine relativ leichte Basis auf und folglich auch eine relativ niedrige Resonanzfrequenz, wodurch ein sehr großer Bereich für verwendbare Arbeitsfrequenzen geschaffen ist.

Ein vorgeschlagener Förderer wird zweckmäßigerweise so in Betrieb genommen, wie es im Anspruch 9 angegeben ist. Es ist dabei zweckmäßig, weiter so vorzugehen, wie es in den Ansprüchen 10 und 11 angegeben ist.

Beim Be stimm« ·η der Arbeitsfrequenz für einen isolierten langen Förderer, der mit mehreren Fördererabschnitten zusammengesetzt ist, wird vorteilhafterweise so vorgegangen, Wie es im Anspruch 12 angegeben ist. Dabei ist es weiter zweckmäßig, bei diesem Verfahren weiter so vorzugehen, wie es in den Ansprüchen 13 und 14 angegeben ist.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren in der nun folgenden.Beschreibung näher erläutert. Aus dieser Beschreibung ergeben sich auch die Vorteile, die mit"eipem Förderer nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14 erreicht werden können. Von den Figuren zeigen:

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Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines vorgeschlagenen leichten, isolierten Förderers;

Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines die gleiche Länge und Kapazität wie der Förderer nach Figur aufweisenden Schwingförderers des Standes der Technik, aus der die massige Gestalt und der komplexe Aufbau dieses Förderers im Vergleich zu dem Förderer nach Figur 1 ersichtlich ist;

Figur 3A in perspektivischer Darstellung einen Fördererabschnitt des Förderers nach Figur 1;

Figur 3B in einem Diagramm die bei einem isolierten Förderer auftretenden Drehschwingungen des starren Körpers; .

Figur 3C in einer Momentaufnahme eine Achse des Förderers nach Figur 1 bei vertikalen Biegeschwingungen;

Figur 3D eine Achse des Förderers nach Figur 1 bei lateralen Biegeschwingungen in einer Momentaufnahme ;

Figur 3E zwei sich gegenüberliegende Grenzen, innerhalb denen sich Torsionsschwingungen des Förderers nach Figur 1 halten;

Figur 4 in einer Seitenansicht die starre Verbindung zwischen Fördererabschnitten des Förderers nach Figur 1;

Figur 5 eine Seitenansicht des Schwingantriebs des Förderers nach Figur 1;

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Figur 6 eine Draufsicht auf den in Figur 5 dargestellten Fördererteil in Richtung der Pfeile 6-6;

Figur 7 in einer Seitenansicht des Förderers nach Figur 1 ohne Antrieb eine auf den Förderer montierte Einrichtung zum Bestimmen der Resonanzfrequenzen und deren signifikanten Harmonischen des Förderers;

Figuren 8 bis 16 der Reihe nach Resonanzkurven des Förderers nach Figur 1 für vertikale und laterale Biegeschwingungen, für elastische Torsionsschwingungen, für vertikale, longitudinale und laterale Verschiebeschwingungen, und für Kipp-, RoIl- und Gierschwingungen, wobei in den Figuren 8 bis 10 auch die signifikanten Harmonischen zu den Hauptresonanzen gezeigt sind; und

Figur 17 die Resonanzkurven nach den Figuren 8 bis 16 untereinander angeordnet, wobei geeignete Bereiche für Arbeitsfrequenzen des Förderers nach Figur 7 und damit auch des Förderers nach Figur durch Schraffur hervorgehoben sind.

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In der Figur 3A ist ein Fördererabschnitt 10 eines in Figur 1 veranschaulichten, vorgeschlagenen isolierten Förderers 12 dargestellt. Der Fördererabschnitt 10 weist eine Basis 14 auf, die wiederum Seitenträger 14a, Stirnträger 14b und Querträger 14c aufweist. An die Basis 14 ist mittels jeweils zwei oder mehrere Blattfedern 18 aufweisenden Federsätzen 19 ein Trog 16 montiert. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist jedes Ende eines aus Figur 4 hervorgehenden Querträgers 16a des Troges 16 mit jeweils einem Ende eines Querträgers I4c der Basis 14 durch je ein dazwischenliegendes Paar Federn 18 verbunden. Dementsprechend tragen je Federsatz 19 vier Blattfedern 18 und je Fördererabschnitt 10 der dargestellten Ausführungsform wiederum vier solche Federsätze 19 den Trog 16 auf der Basis 14.

Die Basis 14 eines jeden Fördererabschnitts 10 des Förderers 12 ist von einer stationären Trägerfläche 20, auf welcher er befestigt ist, mittels Isolierfedern 21 isoliert. Beispielsweise können die Isolierfedern 21 Elastomerblöcke 21a sein, die zwischen einem stationären, stehenden Keilblock 22a, der auf einen auf der Trägerfläche 20 befestigten Träger 23 montiert ist, und einem an der Basis, befestigten Keilblock 22b montiert ist.

Jeder Fördererabschnitt 10 weist vorzugsweise ein Gegengewicht, oder wie in der Basis eines herkömmlichenjisolierten Förderers auf der Basis installierte Gegengewichte auf, um eine Drehbewegung des Förderers so weit wie mögüich herabzusetzen. Außerdem sind die Gegengewichte so gewählt, daß das Verhältnis zwischen Troggewicht und Basisgewicht für alle Fordererabschnitte 10 konstant ist. Dadurch wird für jeden Fördererabschnitt 10 im wesentlichen die gleiche Trog- und gleiche Basisamplitude hergestellt, wodurch unerwünschte elastische Verbindungen nötig machen-

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de Wechselwirkungskräfte zwischen den Fördererabschnitten 10eliminiert werden. Darüber hinaus weist jeder Fördererabschnitt 10 Konstruktionselemente auf, die eine hinreichende Längs-, Seiten- und Torsionsversteifung erzeugen, so daß durch die Gewichte des Förderers und des geförderten Gutes erzeugte Biegemomente und die erzeugten dynamischen Kräfte nur kleine und unwesentliche Verbiegungen in dem Fördererabschnitt 10 induzieren. Jedoch ist das als Gegengewicht oder als Versteifungselemente zur Basis addierte Gewicht kleiner als bei der herkömmlichen Praxis zur Versteifung der Basis und des Troges, um die kleinste Resonanzfrequenz wesentlich, beispielsweise 50 % über die gewünschte Arbeitsfrequenz zu bringen. Bei der vorgeschlagenen Konstruktion liegt das Verhältnis zwischen der Masse der Basis und jener des Troges vorzugsweise zwischen 2 und 4.

Die Unterschiede zwischen dem Fördererabschnitt 10 nach Figur 3A und bisher benutzten isolierten Vibrationsförderer-Abschnitt en können am besten durch eine kurze Diskussion eines typischen isolierten Fördererabschnitts des: Standes der Technik gewürdigt werden.

Bei einer typsichen solchen Einrichtung, wie sie aus der Figur 2 hervorgeht, wurden zum Fördern von Gut längs eines Förderweges von beispielsweise etwa 30 m Länge zwei gerade Fördererstüfen 24 und 26 benutzt, von denen eine Stufe 24 höher liegt als die andere Stufe 26. Jede Stufe, die halb so lang wie der Förderweg ist, wäre kontinuierlich und bestünde entweder aus einem einzigen Abschnitt der halben Förderweglänge oder zwei oder mehrere Abschnitte wären fest miteinander verbunden, so daß sie die halbe Förderweglänge ergäben und als einzelne Förderstufe wirkt. Das Gut, welches von einem stromaufwärts .liegenden Förderer 28 ankäme, fiele auf den Trog 25 der höher liegenden Förderstufe, wie es in der Figur 2

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gezeigt ist. Nachdem es aufgrund der durch einen Antrieb 25a hervorgerufenen Vibrationen des Troges 25 über die Länge der Fördererstufe 27 transportiert worden wäre, würde das Gut von der höher liegenden Fördererstufe 24 in den Trog 27 der tiefer liegenden Fördererstufe 26 ausgetragen. Das in den Trog 27 ausgetragene Gut würde aufgrund der von einem Antrieb 27a. hervorgerufenen Vibrationen des Troges 27 über die Länge der Fördererstufe 26 gefördert und dann ausgetragen, beispielsweise auf einen stromabwärts liegenden Förderer 30. In einer solchen typischen Einrichtung wären die Seitenträger der Basis 32 oder 34 einer jeden Fördererstufe 24 bzw. 27 beispielsweise gewalzte I-Träger mit einer Höhe von etwa 61 cm (24 inches). Die bei vertikalen elastischen Deformationsschwingungen des elastischen Körpers auftretende niedrigste Hauptresonanz jeder Stufe 24, 26 länge etwa bei 10 Hz (600 cpm oder Perioden/Minute) und es würde eine Arbeitsfrequenz von 6 2/3 Hz (400 cpm) benutzt. Da die bei vertikalen elastischen Deformationsschwingungen auftretende Hauptresonanz die niedrigste der bei elastischen Deformationsschwingungen auftretenden Hauptresonanzen ist, d.h. die niedrigste Resonanzfrequenz aufweist, und da sie auch unterhalb aller zu den Hauptresonanzen gehörenden harmonischen Resonanzen liegt, läge die Arbeitsfrequenz sicher unterhalb sämtlicher Resonanzfrequenzen und unterhalb sämtlicher Harmonischen dazu, und es träte daher kaum eine Resonanz auf.

Wenn dementsprechend beim Stand der Technik eine über 6 2/3 Hz liegende Arbeitsfrequenz erforderlich wäre, benötigte die Förderlänge von etwa 30 m mehrere Stufen von je etwa 15 m Länge. Beispielsweise könnten vier je etwa 7,5 m lange Stufen mit einem die gleiche I-Träge rhöhe von etwa 61 cm aufweisenden Trog benutzt werden. Jede Stufe wäre dann steifer und wiese dann eine wesentlich höher liegende Hauptresonanz, die gleichbedeutend mit der Hauptresonanz bei vertikalen elastischen

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Deformationsschwingungen ist, auf, wodurch eine höhere Arbeitsfrequenz, "beispielsweise 2/3 der niedrigsten Hauptresonanzfrequenz möglich wäre, ohne daß die Gefahr einer Resonanz aufträte.

Bei der Erfindung dagegen kann der Förderer 12 (Figur 1) ein einziger Abschnitt gewünschter Länge, beispielsweise etwa 30 m (100 feet) sein oder er kann aus mehreren Abschnitten zusammengesetzt sein,
die starr miteinander verbunden

sind und eine Gesamtlänge von etwa 30 m (100 feet) ergeben, und die als ein einziger etwa 30 m langer Abschnitt wirken. Der Förderer 12 ist in einer Anordnung dargestellt, in der- er zu förderndes Gut von einem stromaufwärts liegenden Förderer 8 empfängt und das geförderte Gut auf einen stromabwärts liegenden Förderer 9 austrägt. Aus Konstruktionsgründen werden oftmals mehrere starr miteinander verbundene Abschnitte verwendet und dementsprechend sind in der Figur 1 derartige Abschnitte, die mit 10 bezeichnet sind, dargestellt. Es sind fünf Abschnitte 10 von je etwa 6 m (20 feet) Länge vorgesehen, die miteinander verbunden eine Einzelstufe von etwa 30 m Länge bilden. .

Wie aus der Figur 4 hervorgeht, sind die fünf Abschnitte 10 so miteinander verbunden, daß sie einen kontinuierlichen, aus einer Einzelstufe bestehenden Förderer 12 der gewünschten Länge bilden. Der Trog 16 einer jeden Fördererabschnitts 10 weist auf jeder Stirnseite einen Flansch 40 auf, der starr mit dem stirnseitigen Flansch eines benachbarten Fördererabschnitts verbunden ist, beispielsweise durch Verschweißen oder mittels Schrauben. Die Basen 14' benachbarter Fördererabschnitte 10 sind endweise durch an jeder Basis mittels Schrauben 44 befestigten Laschen 42 miteinander verbunden. Zur besseren Unterscheidung sind Tröge 16 von Fördererabschnitten

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10, die miteinander verbunden sind, mit 16' und Basen. 14 von Fördererabschnitten 10, die miteinander verbunden sind, mit 14' bezeichnet.

Nur aufgrund seiner Länge ist der vorgeschlagene, etwa 30 m (100 feet) lange Förderer 12 merklich weniger steif, d.h. flexibler, als ein etwa 15 m (50 feet) langer Förderer des Standes der Technik. Es wurde jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine leichte Basis 14' verwendet, welche Seitenträger I4a aufweist, die nur etwa 20 cm (8 inches) hoch und damit nur 1/3 der Höhe der Basis einer bekannten Fördererstufe 24, 26 von etwa 15 m (50 feet) Länge aufweist. Dadurch wird der vorgeschlagene Förderer wesentlich flexibler als der typische bekannte Förderer. Anstelle der niedrigsten Resonanzfrequenz von 10 Hz bei jeder Fördererstufe 24, 26 des typischen bekannten Förderers wird bei einer Fördererstufe von etwa 30 m (100 feet) Länge

des vorgeschlagenen Förderers eine niedrigste Resonanzfrequenz von etwa 23/30 Hz (46 cpm) erhalten.

Beim Stand der Technik würde eine Arbeitsfrequenz von etwa 2/3 der niedrigsten Resonanzfrequenz benutzt. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird bei der Erfindung eine Arbeitsfrequenz verwendet, die ein Vielfaches der niedrigsten Resonanzfrequenz, also der Hauptresonanzfrequenz, bei vertikalen Deformationsschwingungen beträgt. Jedoch kann, was im folgenden beschrieben wird, eine beträchtliche oberhalb irgendeiner Resonanzfrequenz des Förderers liegende Arbeitsfrequenz nicht blind ausgewählt werden.

Es ist wohlbekannt, daß jedes physikalische System eine oder mehrere Resonanzfrequenzen aufweist, die für das System selbst charakteristisch sind und die durch Konstanten bestimmt sind, die Bestandteil des Systems sind. Ein solches physikalisches System ist

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der isolierte Förderer 12, der durch den Trog 16, die Basis-14, die den Trog mit der Basis verbindenden Federn 18 und die Isolierfedern 21, auf denen die Basis befestigt ist, definiert ist. Konstanten, welche die Resonanfrequenzen. bestimmen, sind die Steifheit des Troges 16', die Steifheit der Federn 18, die Steifheit der Basis 14' und die Steifheit der Isolierfedern 21. Anstelle der Steifheit kann auch die Elastizität verwendet werden.

Die signifikanten Resonanzfrequenzen des physikalischen Systems des Förderers 12 enthalten:

A) Schwingungen des elastischen Körpers bei - 1. vertikaler Deformation oder Biegung

2. lateraler Deformation oder Biegung

3. Verwindung, d.h. torsionaler Deformation;

B) Schwingungen des starren Körpers bei

4. vertikaler Verschiebung

5. longitudinaler Verschiebung : 6. lateraler Verschiebung

7. Kippen (Verdrehung um eine waagerechte Querachse "■■'-■ des Körpers)

8. Schlingern oder Rollen (Verdrehung um eine Längsachse des Körpers)

9. Gieren (Vsrdrehung um eine vertikale Querachse des . - Körpers j

wie es in den Figuren 3B, 3C, 3D und 3E gezeigt ist.

In den Schwingungen des'starren Körpers bei vertikaler Verschiebung, longitudinaler Verschiebung und lateraler Verschiebung bewegen sich die Körper in Translation, d.hv ohne Rotation. In den Schwingungen des starren Körpers bel· Kippbewegung, Rollbewegung und Gieren drehen sich die Körper translationsfrei.

Wenn der Förderer 1,2 bei seitlicher Betrachtung während vertikaler Deformation momentan in einer festen Lage eingefroren wäre, würden der Trog 16· und die Basis 14', die beide durch die Federn 18 miteinander verbunden sind,

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parallel zu der in Figur 3C gezeigten Bezugslinie VB für vertikale Deformation oder Biegung verlaufen. Die horizontale Linie in der Figur 3C repräsentiert die Ruhelage des Förderers 12.

Wenn auf ähnliche Weise der Förderer 12 bei Betrachtung von oben momentan in einer Lage eingefroren wäre, verliefen die Seiten des Troges 16' und jene der Basis 14' parallel zu der Bezugslinie LB in Figur 3D. Die horizontale Linie in Figur 3D repräsentiert die Ruhelage des Förderers 12.

Bei Betrachtung des Förderers 12 von hinten oder von vorne wurden die äußersten Enden des zusammengesetzten Förderers sich zwischen den Bezugslinien T1 und T2 als Grenzen drehen,und zwar so, wie es durch die Zeile A^ und Ap in Figur 3E angedeutet ist.

Vertikale Verschiebungen des Troges 16' und der Basis 14', die im wesentlichen im Gleichklang verschoben werden, erfolgen parallel zur Y-Achse in Figur 1, die ohne Deformation oder Biegung vertikal ist. Longitudinale Verschiebungen des Troges 16' und der Basis 14^! erfolgen parallel zur X-Achse in Figur 1, die ohne Deformation oder Biegung zur Y-Achse normal ist. Laterale Verschiebungen oder QuerverSchiebungen des Troges 16' und der Basis 14', die im wesentlichen im Einklang verschoben werden, erfolgen parallel zur Bezugslinie Z in Figur 1, die ohne Deformation oder Biegung zur X- und Y-Achse normal ist.

Eine Verkippung des Förderers ist eine natürliche oder Eigenrotati ο ns schwingung eines starren Körpers, die, wie in Figur 3B angedeutet, um die durch den Schwerpunkt CG des Förderers gehende laterale Z-Achse (Figur 1) erfolgt.

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Ein Rollen oder Schlingern des Förderers ist eine Eigenrotationsschwingung eines starren Körpers, die, wie in Figur 3B angedeutet, die um die durch den Schwerpunkt CG des Förderers 12 gehende longitudinale X-Achse (Figur 1) erfolgt. Ein Gieren des Förderers isU eine Eigenr.otationsschwingung eines starren Körpers, die, wie in der Figur 3B angedeutet, um die durch den Schwerpunkt CG des Förderers 12 gehende vertikale Achse Y (Figur 1) erfolgt.

Wenn ein System wie ein Förderer 12 Impulsen irgendwelcher Frequenzen ausgesetzt wird, wird es notwendigerweise mit dieser Frequenz schwingen, selbst wenn diese Frequenz nicht eine der Eigenfrequenzen des Systems ist. Diese erzwungenen Schwingungen können sehr schwach sein; wenn aber die aufgezwungene Frequenz variiert wird, wird die Erregung immer bei Annäherung an eine der Resonanzfrequenzen oder einer ihrer Harmonischen schnell stärker, wobei bei Erreichen des exakten Synchronismus die Amplitude oft um ein Vielfaches anwächst. Dieser Effekt ist als Resonanz bekannt. Normalerweise ist die Arbeitsfrequenz nahe aber nicht bei einer Resonanzfrequenz, so daß die Schwingungsamplitude soweit anwächst, daß sie nicht zerstörerisch wirkt, aber die Förderrate für das Gut erhöht wird. Eine Arbeitsfrequenz bei einer Resonanzfrequenz muß vermieden werden, damit keine durch Resonanz hervorgerufene zerstörerischen Kräfte auftreten.

Bevor der Förderer 12 zum Förderguttransport eingesetzt wird, wird er zur Bestimmung der Eigenfrequenzen und der signifikanten Harmonischen des Förderers über einen weiten Frequenzbereich hinweg in erzwungene Schwingungen versetzt. Dies kann durch einen Antrieb ausgeführt werden, der so konstruiert ist, daß er den Förderer während einer normalen Erregung in Schwingungen versetzt, aber es empfiehlt

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sich, einen einfacheren Schwingantrieb zu verwenden, der vor dem Einbau des Arbeitsantriebs in den Förderer an die Basis montiert wird. Die Geschwindigkeit dieses Prüfvibrators kann leichter über einen weiten Eereich variiert werden. Der bevorzugte Prüfvibrator ist ein Luftmotor 50 (Figur 7)_} der mit der Basis verbunden wird. Die Geschwindigkeit des Luftmotors wird durch ein Ventil 52 gesteuert, das in die Leitung 54 geschaltet ist, welche den Luftmotor mit einer Druckluftquelle 56 verbindet. Der Luftmotor weist eine Antriebswelle 58 auf, die beidseitig des Gehäuses hervorsteht,.und die exzentrische Gewichte 60 aufweist, die sich nicht gegenüberliegen. Eine Betätigung des Ventils durch die Person, welche die Eigenfrequenzen ermittelt, wird durch Verdrehen einer Mutter 62 bewirkt, durch die das konische Verschlußstück des Ventils nach rechts oder links geschoben und der Strömungsdurchgang für die Luft durch das Ventil allmählich abgesperrt oder geöffnet wird, was eine abnehmende oder zunehmende Schwingung der Basis 14' bezüglich der stationären Oberfläche 20 bewirkt. Bei dieser Sachlage wird durch die Federn 18 im Trog 16' eine Schwingung von der gleichen Frequenz induziert, mit der auch die Basis 14' schwingt.

Es sei daran erinnert, daß die Basis 14' durch Federn 21 auf dem stationären Träger 20 befestigt ist und daß der Trog 16' durch Federn 18 auf der Basis 14' befestigt ist. Dadurch können sich der Trog relativ zur Basis und dem stationären Träger und die Basis relativ zum Trog und dem stationären Träger bewegen. Der Schwingantrieb kann sowohl am Trog als auch an der Basis angebracht werden. In jedem Fall erregen die demjenigen Glied direkt erteilten Schwingungen,an dem der Schwingungserreger angebracht ist, also der Trog oder die Basis, über die Federn 18, welche die beide Glieder mit einander verbinden, Schwingungen in dem anderen Glied, derart, daß

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die beiden Glieder mit der gleichen Frequenz schwingen. In der; Zeichnung ist der Vibrator mit der Basis 14' verbunden, so daß er diese direkt in Schwingungen versetzt und den Trog 16' durch die Federn 18 erregt.

Ein etwa 30 m langer Förderer aus 11er (11 gage) Stahl mit einer Basis von etwa 20 cm (8 inches) Höhe und etwa 46 cm (18 inches) Breite und einem Trog von etwa 10 cm (4 inches) Höhe und etwa 46 cm (18 inches) Breite wurde mit einemLuftmotor-Prüfvibrator auf Eigenfrequenzen und signifikante Harmonische, geprüft .Wenn die Frequenz der durch den Prüfvibrator erzeugten erzwungenen Schwingungen allmählich erhöht wird, wird bei jeder Hauptresonanzfrequenz und bei jeder signifikanten Harmonischen eine merkliche Resonanz festgestellt. Es kann auch mit dem Auge bestimmt werden, welcher Resonanzfrequenzbereich gerade beobachtet wird. Beispielsweise wird eine Resonanz des elastischen Körpers durch eine sichtbare vertikale, sichtbare laterale oder sichtbare Verwendung des Förderers in Form einer stehenden Welle angezeigt. Resonanzen bei Verschiebungen des starren Körpers werden durch eine sichtbare vertikale, eine sichtbare longitudinale oder eine sichtbare laterale Verschiebung des Förderers relativ zum stationären Träger angezeigt. Ähnlich werden Rotationsresonanzen des starren Körpers durch ein sichtbares Kippen, ein sichtbares Rollen oder ein sichtbares Gieren angezeigt. Wie in Figur 7 angedeutet, kann auch ein elektronisches Tachometer EP (beispielsweise ein von der Fa. Power Instruments Inc., Skokie, Illinois) mit einem gegen die Basis oder Trog des Förderers gehaltenen Fühler P verwendet werden, der eine digitale Frequenzanzeige liefert, die notiert werden kann, wenn bei der Hauptresonanzfrequenz und harmonischen Frequenzen Resonanz auftritt. Mit Hilfe einer großen Anzahl von elektronischen Verschiebungsmessern (nicht dargestellt), die mit der-Basis oder dem Trog zusammenwirken, kann der Typ

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und die Art der Resonanzfrequenz bestimmt werden, obwohl eine Bestimmung mit dem Auge im allgemeinen genügt und leichter auszuführen ist.

Die Ergebnisse solcher Bestimmungen der Resonanzfrequenz sind in den Figuren 8 bis 16 wiedergegeben. Wenn diese Werte miteinander verglichen werden, wie es in der Figur 17 dargestellt ist, können geeignete, durch schraffierte Bereiche angedeutete Arbeitsfrequenzbereiche festgestellt werden, die keine Resonanzfrequenzen oder Harmonische davon enthalten. Es sei darauf hingewiesen, daß nur Schwingungen des elastischen Körpers Harmonische oder zumindest signifikante Harmonische aufweisen.

Eine Untersuchung der Figur 17» in welcher die Zahlen neben jeder Kurve der Reihe nach den Figuren 8 bis 16 zugeordnet sind, zeigt, daß gewisse Arbeitsfrequenzbereiche in allen neun Kurven frei von Resonanzfrequenzen oder Harmonischen sind. Beispielsweise kann eine zufriedenstellende Arbeitsfrequenz in einen der folgenden Bereiche fallen, in denen keine Resonanz erzeugt wird:

a) 445/60 Hz bis 570/60 Hz

b) 651/60 Hz bis 684/60 Hz

c) 756/60 Hz bis 826/60 Hz

d) 914/60 Hz bis 942/60 Hz.

Jeder dieser Bereiche ist mindestens 5 % von einer Resonanzfrequenz entfernt. In dem hier gegebenen, der Illustration dienenden Beispiel wurde eine Arbeitsfrequenz von 925/60Hz ausgewählt. Die Gegengewichte für einen jeden Fördererabschnitt und die Federn für diesen Fördererabschnitt sind an dem Fördererabschnitt so angeordnet, daß sie eine Deformation oder Biegung des Fördererabschnitts während des Schwingens so klein wie möglich machen. Darüber hinaus ist ein ähnliches Verhältnis zwischen Basis- und Troggewicht für alle Ab-

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schnitte in dem zusammengesetzten Förderer beibehalten. Danach wird der Betrag der unausgeglichenen Kräfte, die im Förderer Verbiegungen und Torsionen hervorrufen können, minimisiert und wird eine Arbeitsfrequenz ermöglicht, die 5 % über oder unter einer speziellen Resonanzfrequenz bei Biege- und Torsionsschwingungen nahekommen kann, vorausgesetzt, daß die Arbeitsfrequenz nicht näher als 5 % an eine andere Resonanzfrequenz kommt. Wie oben angedeutet wurde, gibt es viele solche Arbeitsfrequenzen, welche die obigen Kriterien erfüllen und es wird daraus die Arbeitsfrequenz ausgewählt, die eine Gutförderrate liefert, die der gewünschten Förderrate am nächsten kommt.

Nachdem die Hauptresonanzen der neuen Grundschwingungen, denen der leichte Förderer unterworfen wird, und die Harmonischen bestimmt worden sind, wird der Prüfvibrator vom Förderer weggenommen. Es wird dann zwischen die Basis und dem Trog ein Antrieb 46 montiert, die die ausgewählte Arbeitsfrequenz erzeugt, mit welcher der Trog zum Transport des auf ihm befindlichen Gutes zu betreiben ist.

Bei normalem Betrieb des Förderers, beim dem Gut bewegt wird, wird der Trog 16' mittels eines herkömmlichen Antriebs für isolierte Förderer, wie beispielsweise der Antrieb 46, in eine vorbestimmte Richtung bei einer vorbestimmten Frequenz betrieben. Der Antrieb 46 kann beispielsweise ein elektromagnetischer Antrieb oder eine von einer exzentrischen Welle angetriebene Kurbel sein. In jedem Fall wird eine positive Steuerung zwischen der Basis und dem Trog beibehalten, um den Trog relativ zur Basis zu vibrieren. Alternativ kann der Antrieb aus einer von einem Motor angetriebenen Unwucht bestehen, die entweder mit dem Trog oder mit der

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Basis verbunden ist. Im erstgenannten Fall wird der Trog direkt in Schwingungen versetzt, im zweitgenannten Fall werden die Schwingungen des Troges durch Schwingungen der Basis indiziert.

Wie es in den Figuren 5 und 6 gezeigt ist, weist der Antrieb 46 einen Kurzschlußläufermotor 70 auf, der an die Basis 14' montiert ist. Eine Kurbelwelle mit einer exzentrischen Kröpfung 73 ist in ebenfalls an der Basis befestigten Lagern 74 gelagert. Ein an die exzentrische Kröpfung 73 montierter Arm 76 ist durch zwei Elastomerblöcke 78 und Haltern 79 mit dem Trog verbunden. Der Arm 76 ist mit den Haltern 79 durch Schrauben 83 verbunden. Die Kurbelwelle wird über Scheiben 80, 82 und einen Riemen 84 angetrieben und erzeugt eine Schwingbewegung des Troges längs eines Weges T, der senkrecht zu den Federn 18 (siehe Figur 4) verläuft. Die konischen Flansche der Scheiben 80 und 82 sind unabhängig voneinander auf die Wellen 71, 72 montiert, beispielsweise mittels Klemmschrauben, so daß die Flansche in Richtung aufeinander zu oder voneinander fort eingestellt werden können, und dadurch der effektive Durchmesser der Scheiben 80, 82 vergrößert oder verkleinert werden kann. Auf diese Weise kann das Drehzahlverhältnis zwischen dem Motor 70, welcher sich mit konstanter Geschwindigkeit dreht, und der Kurbelwelle 72 variiert werden und damit auch die Arbeitsfrequenz des Troges in einem gewissen Bereich.

Der vorstehend beschriebene Förderer weist eine leichte Basis auf, kann aber mit hoher Arbeitsfrequenz betrieben werden, ohne daß zerstörerische Resonanzen erzeugt werden. Bei den Förderern des Standes der Technik ist es üblich, die bestimmte Arbeitsfrequenz wesentlich unter die niedrigste Hauptresonanz, die im allgemeinen die Resonanz bei vertikalen Biegeschwingungen ist, zu legen. Bei dem hier vorgeschlagenen Förderer wird die bevorzugte Arbeitsfrequenz vorzugsweise oberhalb aller Hauptresonanzen, die

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bei Verschiebeschwingungen (vertikal, longitudinal und lateral) des starren Körpers auftreten, oberhalb aller Hauptresonanzen, die bei Drehschwingungen (um eine Längsachse und um eine horizontale und eine vertikale Querachse des Förderers) des starren Körpers auftreten und über alle Hauptresonanzen, die bei elastischen Deformationen (vertikale Verbiegung, laterale Verbiegung und'Torsion) des elastischen Körpers auftreten, gelegt. Die bestimmte Arbeitsfrequenz braucht dabei nicht oberhalb allen Harmonischen zu den Hauptresonanzen (in der Regel sind nur die zu den Hauptresonanzen bei elastischen Schwingungen gehörenden Harmonischen signifikant) gelegt zu werden, weil wie es hier vorgeschlagen worden ist, diese-Harmonischen-bestimmt werden und diese Resonanzen durch die geeignete Auswahl der bestimmten Arbeitsfrequenz vermieden werden.

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Claims (1)

1. F TENTANWÄLTE Dipl.-Ing. H. ¥eickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke - Dipl.-Ing. F. A.Weickmann· Din,-Chem. B. Hjber

   Dr. Ing. H. LiSKA

   D/20 - 8000 MÜNCHEN 86, DEN

   FMC CORPORATION postfach 860820

   - MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

   Patentansprüche

   1. Isolierter Förderer mit einer auf einer Trägerfläche elastisch gelagerten Basis, einem auf der Basis elastisch gelagerten Trog für ein zu förderndes Gut und mit einem Antrieb, der dem Trog Schwingungen einer vorbestimmten Arbeitsfrequenz erteilt, durch welche das Gut auf dem Trog bewegt wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Arbeitsfrequenz des Troges (16·) oberhalb eines niedrigsten Hauptresonanzbereichs des Förderers (12) liegt.

   2. Förderer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfrequenz oberhalb des Hauptresonanzbereichs vertikaler Biegeschwingungen des Förderers (12) liegt.

   3. Förderer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Arbeitsfrequenz zwischen Resonanzbereichen liegt, die Harmonische des niedrigsten Hauptresonanzbereichs sind.

   4. Förderer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Arbeitsfrequenz oberhalb eines Hauptresonanzbereichs lateraler Biegeschwingungen und eines Hauptresonanzbereichs von Torsionsschwingungen des Förderers (12) liegt.

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   5. Förderer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Arbeitsfrequenz oberhalb eines Hauptresonanzbereichs vertikaler, longitudinaler und lateraler Verschiebeschwingungen und oberhalb eines Hauptresonanzbereichs von Drehschwingungen um eine horizontale Querachse, eine Längsachse und eine vertikale Querachse des Förderers (12) liegt.

   6. Förderer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderer (12) durch mehrere Fördererabschnitte (10) gebildet ist, von denen jeder eine Basis (14), eine Einrichtung (21) zum elastischen Lagern der Basis (14) auf der Trägerfläche, einen Trog (16) und eine Einrichtung (19) zum elastischen Lagern des Troges (16) auf der Basis (14) aufweist, daß bei allen Fördererabschnitten (10) das Verhältnis zwischen Basis und Troggewicht gleich oder ähnlich ist, daß eine Einrichtung (40) zum endweisen starren Verbinden der Tröge (16) aller Fördererabschnitte (10) und eine Einrichtung (44) zum endweisen starren Verbinden der Basen (14) aller Fördererabschnitte (10) vorgesehen sind und daß als Antrieb ein Schwingantrieb (46, 52) vorgesehen ist, der den miteinander verbundenen Trögen (16¹) eine Arbeitsfrequenz erteilt, die größer als die bei vertikalen Biegeschwingungen der miteinander verbundenen Fördererabschnitte (10) auftretenden niedrigsten Hauptresonanzfrequenz ist.

   7. Förderer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (21) zum elastischen Lagern der Basis (14')auf der Trägerfläche Federn(21a) aufweist, die zwischen die Basis und die Trägerfläche montiert sind, daß die Einrichtung (19) zum elastischen Lagern des Troges (I6')auf der Basis (I4^f) Federn (19) aufweist, die zwischen die Basis (I4')und den Trog (16'kontiert sind, daß jeder Fördererabschnitt (10)

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   Gegengewichte aufweist, und daß die Federn und Gegengewichte eines jeden Fördererabschnitts (10) so angeordnet sind, daß eine Verbiegung des Abschnitts während des; Schwingens so klein wie möglich ist.

   -8. Förderer nach Anspruch 6 oder 7, g e k e η η zeichnet du r c h eine Einrichtung (ET, P) zum Bestimmen der bei Biegeschwingungen auftretenden Hauptresonanzen des Förderers (·12) und der Harmonischen ' zu diesen Hauptresonanzen und durch eine Einrichtung (52> 62) zum Regulieren des Schwingantriebs (50), derart, daß die miteinander verbundenen Tröge (16') bei einer erzwungenen Frequenz oberhalb des niedrigsten Hauptresonanzbereichs und mit Abstand zwischen sämtlichen Hauptresonanzbereichen und deren Harmonischen schwingt.

   9. Verfahren zum Betrieb eines isolierten Förderers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η ζ ei c h-.n et, daß der niedrigste Hauptresonanzfrequenzbereich und die dazugehörigen Harmonischen Resonanzbereiche des Förderers (12) bestimmt werden, und daß die Frequenz des Antriebes (46, 50) oberhalb des niedrigsten Hauptresonanzfrequenzbereichs und zwischen die dazu Harmonischen Resonanzfrequenzbereiche eingestellt wird.

   10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e h η ζ e i c h η e t , daß die Hauptresonanzbereiche lateraler Biegeschwingungen und von Torsionsschwingungen des Förderers (12) bestimmt werden, daß die zu diesen Hauptresonanzbereichen harmonischen Resonanzbereiche dieser Schwingungen ermittelt werden und daß die Frequenz des Antriebs (46, 50) oberhalb der Hauptresonanzbereiche dieser Schwingungen und zwischen die dazu harmonischen Resonanzbereiche dieser Schwingungen eingestellt wird. ^: : ν "

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   11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Hauptresonanzbereiche von vertikalen, longitudinalen und lateralen Verschiebeschwingungen und von Drehschwingungen um die horizontale und vertikale Querachse und die Längsachse des Förderers (12) ermittelt werden, und daß die Frequenz des Antriebs (46, 50) oberhalb all dieser Hauptresonanzfrequenzbereiche eingestellt wird.

   12. Verfahren zum Bestimmen einer Arbeitsfrequenz für einen langen Förderer, der mehrere Fördererabschnitte aufweist, von denen wiederum jeder eine auf einem stationären Träger elastisch gelagerte Basis und einen elastisch auf der Basis gelagerten Trog aufweist, und der einen Hauptresonanzbereich bei vertikalen Biegeschwingungen und andere Hauptresonanzbereiche, darunter Hauptresonanzbereiche bei anderen Biegeschwingungen sowie signifikante zu den Hauptresonanzberei chen harmonische Resonanzbereiche aufweist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte :

   a) die Fördererabschnitte (10) werden endweise miteinander verbunden, so daß sie eine Fördererstufe (12) bilden, die einen auf einer kontinuierlichen Basis elastisch gelagerten, kontinuierlichen Trog (16') aufweist,

   b) der Hauptresonanzbereich bei vertikalen Biegeschwingungen und die anderen Hauptresonanzbereiche werden ermittelt,

   c) die zu den Hauptresonanzbereichen signifikanten harmonischen Resonanzbereiche werden ermittelt *

   d) es wird eine Antriebseinrichtung (46, 50) vorgesehen, die dem Trog (16') Schwingungen bei einer ausgewählten Frequenz erteilt, die oberhalb der Hauptresonanzfrequenz bei vertikalen Biegeschwingungen und mit Abstand

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   zwischen den anderen Haupt- und Resonanzbereichen liegt.

   13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Frequenz, bei_%welcher der Trog (Τβ¹) durch die Antriebseinrichtung (46, 52) in Schwingungen versetzt wird, oberhalb des Hauptresonanzbereichs liegt, und einen Abstand von mindestens 5 % von jedem anderen Hauptresonanzbereich oder jedem harmonischen Resonanzbereich aufweist.

   14. Verfahren nach Anspruch 13* dadurch gekennzeichnet , daß die Frequenz, bei welcher der Trog (16·) durch die Antriebseinrichtung (46, 52) in Schwingungen versetzt wird, etwa 5 % von einem der anderen Hauptresonanzbereiche und harmonischen Resonanzbereiche entfernt ist.

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