DE3110758A1

DE3110758A1 - Vibrationsfoerderer-steueranordnung

Info

Publication number: DE3110758A1
Application number: DE3110758A
Authority: DE
Inventors: Arthur Oldham Lancashire Hamer; Beverley Hugh Didsbury Manchester Pardoe
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1980-03-19
Filing date: 1981-03-19
Publication date: 1982-02-11
Also published as: US4496884A; US4441060A

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH -^:- --" '.-""--' "-" D-IOOO M D NCH EN 22 Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN StoinsdoifsttüßelO

Dr. re r. not. W. KÖRBKR '® ^ ' " " ⁸"

Dipl.-I ng. J. SCHMIDT-EVERS - 5 -

PATENTANWÄLTE

19. März 1981

NATIONAL RESEARCH DEVELOPMENT

CORPORATION

66-74 Victoria Street

London SWl/Engiand

VIBRATIONSFÖRDERER-STEUERANORDNUNG

Die Erfindung betrifft Förderer und insbesondere Steueranordnungen bzw. Regler für derartige Förderer.

Förderer sind bekannt (vgl. z.B. GB-PS 1154 042, US-PS 3372 793, GB-PS 2030 731/A), bei denen die relative Phase der Erregungskräfte, die für im wesentlichen orthogonale Schwingung, im allgemeinen vertikal und horizontal, der die Förderlast tragenden Einrichtung antjelegt ist, veränderbar ist. Wie in den genannten Drnckschriftnn erläutert, erfolgt eine Form der Erregung mittels elektromagnetischer Betätigungscjlied(>r,die zwischen einem Tragglied und einem Becher wirken, der auf dem Tragglied durch Torsionsstabe] rrrnente, einige Elemente zur Horxzontalbewegung und einige zur Vertikalbewegung, befestigt ist. Die Betätigungsglieder verschieben bei Erregung durch elektrische Wechselleistung laminierte oder geschichtete Teile an dem Becher entgegen den Torsionsfedern.

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Wie in den erwähnten Druckschriften erläutert, ist die Erregung in der Amplitude und Phase steuerbar, um eine Änderung in der Fördergeschwindigkeit zu erreichen. Die Erregung erfolgt bei relativ hoher Spannung, d.h. bei einigen 100 Volt und mäßigem Strom, d.h. bei einigen 10 mA, der vom Ausgang eines Verstärkers abgeleitet wird, dessen Eingang eine Schwingung geeigneter Frequenz, Amplitude und Phase ist. Diese Parameter werden unter Verwendung von mindestens fünf benutzereinstellbaren Steuerungen eingestellt, die eine Einstell-Prozedur erfordern, die in besonderer Weise erarbeitet sein muß und für verschiedene Lasten sehr sorgfältig durchgeführt werden muß. Es wird zwar in der letzteren Druckschrift vorgeschlagen, die Betätigungs-Spulen mit niedriger Spannung zu erregen. Üblicherweise wird jedoch die eingestellte Frequenz der Netz-Wechselspannungsversorgung verwendet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Förderer-Steueranordnung anzugeben, bei der eine einfachere Steuerung bzw. Einstellung und Einstell-Prozedur erreichbar ist.

Gemäß der Erfindung wird eine Vibrationsförderer-Steueranordnung für einen Vibrationsförderer mit einer Basis_/ einer lasttragenden Fläche, die einen Lastweg definiert, einer nachgiebigen Befestigungseinrichtung zwischen der Basis und der Fläche zum Ermöglichen von Schwingungen der Fläche im wesentlichen längs und senkrecht zu dem Weg zusammen mit erster und zweiter Ansteuereinrichtung, die zum Erreichen der Schwingung erregbar r.i nd, angeloben, wobei die Steueranordnung (der Regler) in einer geschlossenen Schleife eine Einrichtung zum Erzeugen eines Bewegungssiqnals von der Schwingung^bowegung der Fläche aufweist, wobei das Signal mindestens eine Komponente der Bewegung wiedergibt, sowie eine Einrichtung aufweist, die abhängig von dem Bewegungssignal die Erregungen d<-?r Ansi outM'oinri ehtunuen zum Aufrochtorhalten der Schwingung steuert.

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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Schwingungsförderer der erwähnten Art vorgesehen, der eine Steueranordnung aufweist, wie sie im vorstehenden Absatz erläutert ist.

Zweckmäßigerweise enthält die Steueranordnung eine Einrichtung zum Zuführen eines Startsignals zur geschlossenen Schleife zum anfänglichen Erregen der Anstcuereinrichtung zum anfänglichen Bewegen der Fläche und Erzeugen eines Bewegungssignals.

Die Einrichtung zum Anlegen eines Startsignals kann eine externe ₍r~._ Steuerung sein. Die Einrichtung zum Anlegen eines Startsignals kann eine elektronische Schaltung der Anordnung sein.

Die Steueranordnung kann zum Bestimmen der Frequenz der Bewegung der Fläche ohne Bezugnahme auf irgendeine elektrische Frequenzquelle arbeiten.

Vorzugsweise enthält die Steueranordnung benutzerbetätigbare Einrichtungen zum Einstellen der Amplitude der Erregung mindestens einer der Ansteuereinrichtungen und damit der Amplitude der Schwingung der Fläche. Zweckmäßi<:;i?rweise enthält die Steueranordnung benutzerbetätigbare Einrichtungen zum Einstellen der Phasenverschiebung, die in mindestens einem Zweig der Steuerschleife (Regelschleife)enthalten ist, wodurch die Phasenbeziehung der Ansteuereinrichtungen einstellbar ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Vibrationsfördorer-Stcueranordnung i'ür einen Vibrationsförderer angegeben, mit einer lasttragenden Fläche, die einen Lastweg definiert, und mit nachgiebigen Befestigungseinrichtungen, die eine Schwingung der Fläche im wesentlichen längs und senkrecht zu dem Weg ermögliche^ und mit entsprechenden ersten und zweiten elektrischen Ansteuereinrichtungen, um nie Schwinaungon zu erreichen, wobei die Steueranordnung^ auf die Bocherbewequng zum Erzeugen eines Becher -Bewegungssignals anspr icht, wobei eine Steuerschaltung einen Signal eingang, Bcnutzorstouerumjen und Anstauoroinricht ung-Kt reijunysoustj.'inge besitzt, wobei, die Fx-hnltung im Botrieb die

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Erregungsausgangssignale in einer Weise zuführt, die durch die Steuerschaltung mit Bezug auf das die Becherbewegung wiedergebende Signal und die Einstellungen der Benutzersteuerungen bestimmt ist, wobei die Steuerschaltung eine Startsteuerung und eine Einrichtung aufweist, die abhängig vom Betrieb der Startsteuerung die Erregung für eine bestimmte Last in Obereinstimmung mit den Benutzer-Steuerungen bestimmt, die lediglich die Schwingungsamplituden im wesentlichen längs und senkrecht zu dem Weg und die relative Phase der Schwingungen einstellen.

Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung arbeitet die *"■*"' Steueranordnung (der Regler) mit niedriger Spannung (unter 50V) und werden die Ansteuereinrichtungen mit einer derartigen niedrigen Spannung erregt. Die bei niedriger Spannung betriebene Steueranordnung ermöglicht eine wirksamere Erregung der Ansteuereinrichtung unter Verringerung der zum Ansteuern einer gegebenen Last verbrauchten elektrischen Leistung.

Vorteilhaft ist eine derartige Ansteuereinrichtung eine Transistor/Induktor- bzw. Tr.msistor/Spulenschaltung, wobei die Soule Teil zumindest eines elektromagnetischen Betätigungsgliedes ist, das zwischen der Basis undder tragenden Fläche wirkt, wobei der Transistor den Stromfluß durch eine anneschlossene Spule L·, von einer Versorgung abhängig von einem Steuersignaleingang ermöglicht bzw. sich diesem entgegensetzt, und wobei die Schaltung eine Energierückgewinrningseinrichtung aufweist, die beim Snerren des Stromflusses durch den Transistor wirksam ist, um Energie von der Spule zur Versorgung rückzuspeisen.

Die Erfindung wird anh .nd der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele .näher erläu'ort. Es zeigen

Fig. 1 schematich als Blockschaltbild einen Becher- bzw. Vibrationsf örderer-Req ^ <?r gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ausführlich eine Schaltungsanordnung des Reglers gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ausführlich ein Schaltbild eines Rrqlers q<Mnäß der Krf .i ndung,

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Fig. 4 im Schnitt eine Ausführungsform eines Becher-Vibrationsförderers, bei dem der Reglor gemäß Fig. 1 anwendbar ist.

Becher- bzw. Vibrationsförderer sind an sich bekannt und werden daher nicht näher erläutert. Der Typ, der für die Steueranordnung gemäß Fig. 1 geeignet ist, weist einen kreisförmigen Becher mit geneigter Umfangsspur auf, der auf einer Basis mittels nachgiebiger Glieder zur Vibration mittels dreier horizontaler Betätigungselemente und einem vertikalen Betätigungselement getragen ist. Eine Fühlerspule erreicht ein Becher-Horizontalbewegungssignal. Dabei können andere geeignete Betätigungs- und Fühlanordnungen mit den jeweils erforderlichen Änderungen in üblicher Weise verwendet werden.

Ein typischer beispielhafter Aufbau dieser Art eines Förderers ist in Fig. 4 dargestellt, obwohl selbstverständlich die Erfindung auch bei anderen Arten von Förderern anwendbar ist. Beispielsweise ist die Erfindung auch auf Linear-Vibrationsförderer anwendbar. Wie in der Schnittansicht gemäß Fig. 4 dargestellt, ist der Förderer auf einer wesentlichen Basis befestigt, die durch einen Tisch T gebildet ist, der durch eine steife Stahltafel gebildet sein kann. Ein foster Stahlring 3 ist nachgiebig von dem Tisch T mittels dreier horizontaler Aufhängungseinheiten HS, von denen lediglich zwei dargestellt sind, getragen, wobei der Ring R seinerseits eine weitere steife Stahlplatte PL mittels dreier vertikaler Aufhängungseinheiten VS trägt, von denen lediglich eine dargestellt ist. Der kreisförmige Förderbecher B ist an der Platte PL zur Bewegung mit dieser angebracht. Die horizontalen und vertikalen Aufhängungseinheiton sind allgnmein ähnlich und sind U-förmig ausgebildet, wobei jedes Glied eine Feder wie ein Metallstreifen ist, wobei die Glieder zur Bildung dos "U" mittels eines steifen Stabes miteinander verbunden sind. Die freien Endon jedes G]iodos oder Schenkels sind an den Fördererteilen zur hängenden Befestigung gesichert. Die Festigkeit und Steifigkeit der Federn ist gemäß der Art des Förderers und der Last gewählt, wie das an sich bekannt ist. Die

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horizontalen und vertikalen Aufhängungseinheiten sind zweckmäßigerweise gleich beabstandet um den kreisförmigen Förderer angeordnet. Geeignete Antriebseinrichtungen für den Förderer sind ebenfalls vorgesehen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind dies elektromagnetische Betätigungsglieder mit einem Stapel aus E-förmigen Lamellen bzw. Blechen, die eine Spule auf dem Mittelschenkel tragen und einem zusammenwirkenden Stapel aus I-Lamellen oder Blechen neben den Enden der Ε-Schenkel. Die E-Bleche sind am Tisch T . und die I-Bleche für die horizontalen Betätigungsglieder AH1 bis AH3, wie bei dem Glied AH3 dargestellt an dem Ring R und für das vertikale Betätigungsglied AV an der Platte PL befestigt. Zweckmäßigerweise sind drei horizontale Betätigungsglieder, die^n sich bekannter Weise geneigt sein können, und ein vertikales Betätigungsglied vorgesehen. Der Becher B besitzt einen mittigen Becherkonus BC, auf dem zu fördernde Teile geladen werden. Die Teile werden auf und längs der Neigung BI durch die gesteuerte Bewegung des Bechers bewegt. Die Neigung und der Konus können durch eine Schalldämmung INS getragen sein. Ein Kanal CH fördert die Teile von der Neigung zum Verwendungsort.

Der Förderer ist mit einer Sondenspule SC versehen, die zweckmäßigerweise am Tisch T b-:>.festigt ist, sowie mit einem Sonden- [^, spulen-Anker SCA, der -»m Ring R befestigt ist. Die Sucherodor Sondonspule kann daher ein elektrisches Si<innl erzeugen, das die Bewegung des Rinn:; wiedergibt, durch die; Relativbewegung des Ankers SCA und tier Spule SC mit der horizontalen Vibration oder Schwingung des Rings R.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Blockschaltbild einer Steueranordnung für einen Vibrations förderer gemäß der Erfindung. Bei allen Schaltbildern sind zur Vereinfachung bestimmte Einzelheiten wie die Versorgungsanschlüsse und die Werte der Bauelemente nicht dargestellt, da sich dies für den Fachmann ohne weiteres ergibt.

Gemäß Fig. 1 worden die 1· Otigungsel > -mente von finer 32V-Glcichsp.'innungsve.rsoixjung über -ine netzorregte Versorgungse.i nhoit

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PSUP erregt. Die Zufuhr zur Einheit I¹SUP erfolgt über einen Relaiskontakt RLAC. Eine weitere Versorgung PSUC, die nicht im einzelnen dargestellt ist, erreicht; eine stabilisierte Versorgung für integrierte Schaltungen und diskrete Halbleiterelement e mit - 12V-Gleichspannung.

Der Schaltungsaufbau gemäß Fig. 1 wird beginnend mit dem ausgangsseitigen EnOe₇ an dem die Betätigungsglieder angeschlossen sind, erläutert.

Das vertikale Betätigungselement AV und die drei horizontalen Betätigungselemente AH₁, AH„, und AH₃ sind jeweils transformatorähnlich bewickelte Stapel aus E- und I-Blechen. Die Transformator-Primärseiten sind die Kollektorlasten geeigneter Ausgangstransistoren TV bzw. TH₁, TH , TH und die Sekundärseiten sind über Dioden mit der 32V-Gleic s;annunqsversoraung gekoppelt. Diese Kopplung wird weiter unten notier erläutert. Die drei Horizontal-Ausgangstransistoren besitzen einen gemeinsamen Ansteueroder Treibertransistor TD zum Erreichen einer Last, die für eine integrierte Schaltung geeignet ist, die auch die Art der Last ist, die für den einzigen Vertikal-Ausgangstransistor TV vorgesehen ist. Die Hori_zontal- und die Vertikal-Ausgangsschaltungen werden durch jeweilige als integrierte Schaltung ausgebildete irionostabile Kippglieder HMS bzw. VMS betätigt, die Impulse den jeweiligen Transistoren TD bzw. TV zuführen. Die Impulse besitzen gesteuerte Länge und Wioderbolfrequenz über einen Bereich von etwa 25 Hz bis 50 Hz bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel. Die Länge der Impulse wird mittels Steuergleichsignalen von jeweiligen benutzerbetätigten Horizontal- und Vertikal-Steuerungen HA bzw. VA gesteuert. Diese Steuerungen sind Spannungsteiler über der -12V-Versorgung, die ein Eingangssignal für jeweilige in der integrierten Schaltung enthaltende DiffGrenzverstärker erreichen die jeweils niu-h ein Ei mj.-incjs.si qnnl MSC crlialion, das von dem Wort dor 32V-Gloichversorgung abgeleitet ist, um eine Kompensation bezüglich Netzversorgungsschwankungsspannungen zu erreichen. Die Zeitsteuerung des Auftretens jedes Impulses wird durch ein Au.scjcängs.signal von einem ODIiR-GIi ed POR eingestellt. Das

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Signal vom ODER-Glied POR zum monostnbilen Kippglied VMS wird gegenüber dem zum inonostabilen Kippglied HMS über ein monostabiles Verzögerungsglied DMS verzögert. Die durch das monostabile Verzögerungsglied DMS erreichte Verzögerung wird durch einen benutzergesteuerten Spannungsteiler PA an einem Eingang des monostabilen Verzögerungsglieds DMS gesteuert.

Das Ausgangssignal vom ODER-Glied POR wird normalerweise von dem Becher-Bewegungssignal abgeleitet. Anfangs wird jedoch ein Eingangsimpuls für das ODER-Glied POR durch den Start- und Laufzustand eines Start/Stop-Schalters SSS über einen Inverter SiNV und ein RC-Netzwerk SP erzeugt. Dieser Impuls löst die mögliche Erregung des Betätigungsgliedes aus, um eine Becher-Bewegung zu erreichen, die durch die Fühlerspule SC erfaßt wird. Das Ausgangssignal der Fühlerspule SC wird über einen als integrierte Schaltung ausgebildeten- Verstärker und UND-Glieder einem Eingang des ODER-Glieds POR als Flanke zugeführt, die die Becher-Aus lenkung in horizontaler Richtung wiedergibt. Dies erreicht eine Reg^lschleife direkt für die horizontale Auslenkung oder Bewegung und indirekt über die Verzögerung DMS für die vertikale Auslenkung bzw. Bewegung (Hub). Der als integrierte Schaltung ausgebildete Verstärker SAMP glättet und formt das Bewegungssignal. Das erste UND-Gliod SAND wird lediglich freigegeben, wenn der Schalter SSS in der Start- und Lauflage ist. Das zweite UND-Glied PAND wird gesperrt, wenn die Welligkeit der 32V-Gleichspannung zu groß ist. Wenn die 32V-Gleichspannungs-Welligkeit noch höher ist, wird das Relais bzw. die Relaisspule RLS des oben erläuterten Kontakts RLAC betätigt zum Abtrennen der 32V-Gleichspannuruj Versorgung vom Netz. Dies erreicht einen Schutz für die Betätig*,ngsgliodor.

Auf diese Weise kann die Vibrations- oder Pchwingunqsfrecnionz die Eigenfrequenz der r^hwingung soin, die von der Fühlerspule SC erfnsstist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die horizontale Schwingung erfaßt, jedoch können auch andere Richtungen verwendet werden, und auch mit geeigneter Wahl oder Mischung eine Kombination von Richtungen.Solange die Verstärkung längs der

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Regelschleife eine ausreichende Anstouerkraft erreicht, um Verlusten zu begegnen, und eine geeignete Phasenverschiebung auftritt, üblicherweise 180°, wird eine Vibration bzw. Schwingung aufrechterhalten.

In den Fig. 2a und 2b ist ein ausführliches Schaltbild einer Ausführungsform des Blockschaltbildes gemäß Fig. 1 wiedergegeben. Wenn auch ein großer Teil der Schaltung auf üblicher Entwurfstechnik für integrierte Schaltungen beruht und daher nicht im einzelnen erläutert wird, werden jedoch diejenigen Teile, die besondere Vorteile bei der Steuerung bzw. Regelung von Vibrationsförderern erreichen, sowie für der-en zuverlässigen und wirtschaftlichen Betrieb im einzelnen betrachtet.

Bei der Anordnung gemäß den Fig. 1 und 2 werden die Becher-Betätigungsglieder von einer 32V-Versorgung erregt. Dies unterscheidet sich von herkömmlichen Becher-Betätigungsgliedern, die wesentliche höhere, etwa 10-fach höhere Versorgungsspannungen verwenden. Wenn auch die Verwendbarkeit einer 24V-Versorgung erwähnt worden ist (GB-PS 20 330 731/A; Erfinder Hamer, Pardoe und Redford) sind jedoch keine einzelnen Merkmale angegeben wie eine derartige Versorgungsanordnung ausgeführt sein könnte.

Dagegen hat die tatsächliche Ausführung bei der vorliegenden Erfindung zu Niederspannungs-Betätiguivjsgliedem geführt, die, obwohl der erwartete Betrieb bei einer sichereren Spannung erreicht werden kann, eine überraschende Verbesserung im Wirkungsgrad und eine Verringerung im Energieverbrauch im Vergleich zu Hochspannungs--7vusbildungsformen erreichen .Diese Verbesserungen unter wirksamerer Ausnutzung der dem Becher zugeführten Leistung verringert auch die Erwärmung, den Lärm und die Schwingungen, die dutch die BoI äi i guiHjsgl i rd-Anstouorl cvi stunq verursacht sind, die bisher nicht in den Becher und dessen Last bzw. Beladung gekoppelt worden ist und nur auf diesem Wege vorbraucht V7erden-konnte.

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Daher wurde die an sich erwartete Stromerhöhung bei niedriger Betriebsspannung_/ mit unvermeidbaren Kosten und anderen Nachteile^ tatsächlich vermieden.

Die 32V-Versorgungsgleichspannung ist eine gleichgerichtete und ; geglättete 24V-Wechselspannung, die durch die Einheit PSUP erreicht ist. Ein Brückengleichrichter BRI und Glättungskondensa- ^: toren CS1, CS2 reichen aus, um einen zulässigen Welligkeitspegel

-■ beim Nenn-Gleichspannungswert von 32V zu erzeugen. Eine Hoch-

frequenzdrossel RFC kann auch zum Ausschließen bzw. Unterdrücken

von netzseitigem elektrischen Rauschen insbesondere in fabrik-' mäßiger Umgebung verwendet werden.

Jedes Betätigungsglied ist ein Stapel aus Ε-Blechen, wobei der mittige Schenkel auf einer Wickelschablone eine Spule trägt. Der I-Blech-Stapel ist an dem Becher zur Zusammenwirkung mit den Enden des E-Blech-Stapels auf der Becher-Tragplatte befestigt.

; Zweckmäßigerweise sind die sich gegenüberliegenden Flächen der Luftspalte zwischen den E- und I-Stapeln bei zumindestens einem davon gegenüber der normalen ebenen Form geändert. Beispiels-, weise durch Kurz schneiden der Schenkel beispielsweise der Hälf- : te der E-Bleche und annähernd, beispielsweise der Hälfte der

I-Bleche und durch Zusammensetzen jedes Stapels in Lagen aus (^ geschnittenen.und untjoschni tienen Riechen wird eine zinnen-

förmige Ausbildung bei sich gegenüber!iegenrten Flächen erzeugt. Durch Anpassen der Spitzen jeder Fläche wird der ¹Zl ächenbereich • für den Fluß, der durch die Luftspalte fließt, verringert, auf

\ etwa die Hälfte in einem Fall, während der gesamte Flußwert nicht j geändert wird. Da die Kraft proportional dem Quadrat des Flußwertes und umgekehrt proportional dem Flächenbereich ist, wird die effektive Betätigungskraft annähernd verdoppelt. Eine Sättigung der zinnenförmigen Ausbildungen ist, wenn sie auftritt, kein ernsthafter Nachteil. Die Spule auf jeder Wicklungsschablone ist im Verhältnis 1:1 doppelt gewickelt. Maßnahmen zur Verringerung der Gegen i nduk L iv.it ät und --kapazität der Spulen können, wie das weiter unten erläutert werden wird, bezüglich der Kon-

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-15-densatoren CT₁, CT₃, CT- und CV zweckmäßig sein.

Die Betriebsweise einer typischen Bet .'itigungs-Anstcuerschaltung wird nun mit Bezug auf diejenige für den Transistor TH2 bei einer der Ilorizontal-Scbaltunqen erläutert. Das Tnipulsausgangssignal des monostabilen Kippglieds HMS wird über den Ansteuertransistor TD, einer Emitterfolgerstufe, zur Basis des Transistors TH2 geführt. Dieser Transistor TH2 wird zwischen dem Leit- und dem Sperrzustand abhängig von dem Tmpulszustand geschaltet \jnd ermöglicht oder sperrt den Stromfluß in seinem Kollektorkreis zu einem Widerstand pi imär zur Primärwicklung der Betätigungsspule, die mit der 32V-Gleichspannungsversorgung verbunden ist. Ein kleiner Kondensator CT₂ ist zwischen dem Kollektor und dem anderen Versorgungsanschluß (-ve) angeschlossen. Die Sekundärwicklung des Betätigungsglieds ist an einem Ende mit dem Minus-Versorgungsanschluß und am anderen Ende über eine Diode TH~ mit dem 32V-Gleichspannungsversorgungsanschluß verbunden. Die Sekundärwicklung ist mit dem 32V-Anschluß gegensinnig zur Primärwicklung verbunden.

Diese Schaltung erreicht eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades der Ansteueranordnung, so daß trotz der Verringerung der Spannung die unvi'i meidbare Strornerhöhunq qerinq qcijenüber ik-r ist, die bei oiner einfachen Einstellung der Hochspannungs-Bauelemente von hoher auf niedrigere Spannungswerte erforderlich wäre. Weiter sind auch die Betriebsbedingungen für die Transistoren weniger schwierig.

Das Verhalten beim Durchschalten des Transistors ist wie folgt. Der Kondensator CT~ wird durch den leitenden Transistor entladen, der vorzugsweise gesättigt ist und ein Strom fließt in die

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Prιmärwicklung. Die Sokundärwickluna'zu diesem Zeitpunkt wirksam ein offener Stromkreis, so daß der Primärstrom einen Fluß in dem laminierten Betätiguugsglied-E-Kern erzeugt, der den X-Kern und den Becher anzieht, um diesen in horizontalem Sinne y.u bewegen. Beim Verschieben der Transistorbasis in Richtung auf

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OV geht der Transistor vom Leitzustand in den Sperrzustand über und beginnt die Anzahl der umgewälzten Ladungsträger abzusinken. Das folgliche Abtrennen des Primärstroms von der Versorgung bewirkt eine gegenseitige Induktion (Gegeninduktion) zum Erzeugen einer Hochspannung in dem offengeschalteten Primärkreis in einer Richtung derart, daß die Diode DH₉ leitet und ein Strom in die Glättungskondensatoren CS., CS„ fließt. Dieser Strom wird von der Energie von der Versorgung abgeleitet, die in dem Betätigungs-Magnetkreis gespeichert ist und wird daher in die Versorgung rückgespeist, statt als Wärme in den Wicklungen oder als Rauschen und Schwingungen verbraucht zu werden. Die Vibration, die sich aus der Betätigungsgliederregung auf diese Weise ergibt, erfolgt um eine Ruhelage statt einer Einrichtungsbewegung aus einer Ruhelage wie bisher. Auch dadurch wird der Wirkungsgrad der Ansteuerung durch Erhöhen der Amplitude der Becher-Vibration bei einer gegebenen Energiezufuhr erhöht.

Die Rückführung oder Rückspeisung von Energie zur Versorgung verringert auch die Beanspruchung bzw. Belastung des Ansteuertransistors. Während der Übergang vom Sperrzustand zum Durchschaltzustand geradlinig erfolgt, ist der übergang in Rückwärtsrichtung komplizierter. Der Transistor kann nicht unmittelbar in den Sperrzustand zuiückkehren wegen der endlichen Lebens- ^w dauer der Stromträger, die während des Leit- oder Durchschaltzustands erzeugt werden. Der Transistor muß daher sowohl Strom als auch Spannung erheblicher Vierte statt nur einem davon aushalten. Dies kann einen zu großen Vorbrauch und oine thermische Zerstörung oder auch einen plötzlichen Durebbruch aufgrund einer schnellen Erhöhung des Stroms über einen sicheren Pegel veruwöchon, wenn gespoicherte Energie als Gegonrnaktion gegen das Abschalten (Spurren) fließt. Diese Gefahr kann durch den Kondensator CT „ weiter verringert worden. Dieser Kondensator CT~ wird entladen währ-nd der Transistor TH„ gesperrt wird und kann bei dem Sperrzustand von der Energie in der Induktivität des Betätigungsgliodes AH- aufgeladen werden. Diese Wirkung steuert dan Strom in dem Transistorkreis auf sichere Grenzen während dos Sperrens, '"ypischo Wert ο für die Kondensatoren

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CT₂ und CS und Cy„ sind in der Zeichnung angegeben.

Ein weiterer Vorteil ist, daß kein umstehender oder überlagernder Gleichstrom in dem Induktor vorliegt zur Erhöhung der erzeugten Wärme als auch der verlorengehenden Energie. Daher WiT anstatt den Betätigungsstrom von einem eingestellten Wert nach oben und nach unten .zu ändern der Sliom in jeder Impulsperiode auf Null verringert.

Es wird im folgenden die Schaltungsanordnung im Bereich aas η Relais RLA und des UND-Glieds RAND erläutert. Ein Signal, das die +32V-Gleichspannungs-Leitungswelligkeit wiedergibt, wird über einen Kondensator CR₁ und zwei Dioden DR₁ und DR₂ abgeleitet. Der Kondensator CR„ wird dui ch den Strom von diesem Signal aufgeladen. Das Potential am Kondensator CR₂ gibt die Welligkeitsamplitude wieder und führt ein Eingangssignal dem UND-Glied RAND zu. Wenn ein ausgewähltes Potential, das einen unzulässigen Welligkeitspegel wiedergibt, erreicht ist, wird das UND-Glied gesperrt zum Inhibieren oder Sperren des Ansteuerns des Bechers. Wenn der Welligkeitspegel über den dar- ) gestellten Pegel ansteigt, ist das erhöhte Potential am Kon-

^ densator CR„ weiter über den Inverter RINV wirksam zum Anil steuern des Transistors TR, um zu erreichen, daß das Relais

* ' RLA die Kontakte RLAC öffnet zum Abtrennen der Versorgungsverbindung zur Versorgung PSUP für die 32V-Gleichspannungsver-

-: sorgung. Dieser zweistufige Schutz kann zunächst die Betäti-

gungsglieder gegenüber Beschädigung schützen und weiter eine

\ zu große Vibration bzw. Schwingung in der Becherbewegung ver-

hindern. Das Relais RLA wird von der 12V-Versorqung erregt.

\ Zum Verringern der Wirkung der Änderung der Versorgungs-Netzspannung wird ein weiteres Signal von der +32V-Gleichspannungsversorgung abgeleitet, das deren ist-Wert anzeigt.

'■··; Fin Spannungsteiler, der ein voreinqestelltes einstellbares

Hl c πι ο nt HVS enthält, i'nhrt einen Gleiehspannunqspoael MSC

j einem Einq-mcf von sowohl dom in integrierter Schaltung ausqe-

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bildeten Horizontal-Verstärker HDA als auch dem in integrierter Schaltung ausgebildeten Vertikal-Verstärker VDA zu. Diese Eingangssignale stellen die Wirkung der Benutzersteuerungen HA und VA so ein, daß das Ist-Impulstastverhältnis des Impulsausgangssignals der monostabilen Kippglieder HMS und VMS automatisch zur Kompensation bezüglich Netzversorgungsspannungsschwankungen oder anderer Schwankungen eingestellt vird, die die 32V-Versorgung nachteilig beeinflussen und daß eine im wesentlichen konstante Becher-Bewegung in Übereinstimmung mit den Einstellungen der Benutzersteuerungen aufrechterhalten wird.

Die Wirkung des Teils der Schaltung, die das Signal von der Fühlerspule SC auf dem Becher- bzw. Vibrationsförderer verarbeitet, wurde weiter oben bereits kurz erläutert. Die Bauelemente, die dem in integrierter Schaltung ausgebildeten Verstärker SAMP zugeordnet sind, ergeben ein Verstärkerausgangssignal, das ein geglättetes und gefiltertes Ausqanqssignal des Spulensiqnals ist, das auch eine definierte Flanke in Zeitintervallen besitzt, die Zyklen der Becher-Bewegung wiedergeben. Diese Flanken sind auch um 90° in der Phase gegenüber der Frequenz verschoben, mit der der Becher vibriert bzw. schwingt. Diese Phasenverschiebung, zusammen mit einer weiteren 90°-Phasenverschiebung längs der Schleife über den Regler bzw. die Steuerung und das Horizontal-Betätigungsglied erreicht den Zustand für das Aufrechierhalten der Vibration bzw. Schwingung in hörixonlal or Richtung.

Das Auftreten der Flanke am Ausgang des ODER-Glieds POR erreicht eine Bezugszeit von der aus die vertikale Vibration oder Schwingung in der Phase gegenüber der horizontalen Vibration oder Schwingung mittels der Benutzersteuerung PA einstellbar ist. Bei der -usführungsform gemäß Fig. 2 ist dies ein einstellbarer Wide-stand- zwischen einem Steueranschluß eines als integrierte Schaltung ausgebildeten monostabilen Kippglieds (DMS) vom Typ 556 und der Null-Versorgung. Die Wirkung des :.onostabilon Kippgliods DMS ist eine Verzögerung des Anloqc-n:; der Flanke, die von d"r horizontalen

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Erregung abgeleitet ist, an einen ausgewählten Punkt innerhalb !

der horizontalen Schwingung. \

Die Stromversorgungseinheit PSUC besitzt üblichen Aufbau. Die [i stärker belastete +12V-Gleichspannungsleitung ist mittels eines |f

Transistorreglers stabilisiert, während die weniger stark be- ,■ ■. lastete -12V-Gleichspannungsloitung lediglich durch eine Z-Diode _;.

stabilisiert ist. Ein Schalter SW steuert die Netzversorauna t.

zu den beiden Stromversorgungseinheiten. |

I-Die Betriebsweise des Reglers ist wie folgt, beginnend mit dem .-Zustand eines leeren Bechers und dem Erfordernis, Bauelemente eines neuen Typs von dem Becher zu fördern. Die Schalter SW {■.

und SSS sind selbstverständlich ausgeschaltet (gesperrt, ge- [

öffnet). Γ.

Zweckmäßigerweise werden die Amplitudensteuerungen HA, VA auf u einen niedrigen Pegel und die Phasensteuerung PA auf den Mit- : '

telpunkt eingestellt, jedoch sind diese Anfangseinstellungen -!

nicht notwendig. Einige der Bauelt iente werden in den Becher gegeben und die Schalter SW und dann SSS werden auf "Ein" bzw.

"Start" geschaltet. Zunächst wird die Horizontal-Amplituden- ·

stmjorung so eingestellt, daß die Schwingungsamplitude nahe

an den Maximalwert erhöht wird, und dann wird die Vertikal- ■

Äjnplitudensteuerung in ähnlicher Weise eingestellt. Die Pha-

.'ionstouerung wird dann bezüglich der erforderlichen Fördorge- \

schwindigkeit eingestellt. Bauelemente werden in den Becher ?

nach Bedarf eingefüllt. Die Einfachheit dieser Einstellungen _;:

ist mit der früherer elektrischer Steuerungen bzw. Regelungen ;; in Vergleich zu setzen, bei denen vielmehr Einstellungen und in genauer Reihenfolge bei derartigen Förderern durchzuführen waren, wobni bei derartigen Förderern keine Einstellungen meg- ; lieh waren mit der Ausnahme der Änderung der mechanischen Auf- !

h-"ngnng des Bechers (US-PS 3915 292 = GB-PS 1462 152). Die \

sich wie vorstehend ergebene Einstellung kann während der Befiul zung geändert werden, um die RGehor-!''ür<'lorgeschwi ndigke it

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einzustellen. Die Einstellungen für ein Bauelement, die sich bei einem vorhergehenden Betrieb ergeben haben und aufgezeichnet worden sind, können üblicherweise eingestellt werden₇und es kann dann der Regler eingeschaltet werden, um sofort eine korrekte Förderung .zu erreichen. Es ist auch nicht notwendig, den Startschalter auf "Aus" zu schalten vor dem Einschalten des Hauptschalters SW, wenn der Regler diesen Start-Zustand unter Last tolerieren kann.

Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Reglers (Steueranordnung) gemäß der Erfindung. Es handelt sich um eine V_x-, andere Ausführungsform gegenüber der gemäß Fig. 2, bei der trotz vereinfachtem Aufbau das gleiche Gesamtergebnis erreichbar ist, wobei eine Wirtschaftlichkeit bezüglich der Bauelemente erreicht wird.

Bauelemente, die auch in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, sind in Fig. 3 mit dem gleichen Bezugszeichen mit hinzugefügtem Strich versehen.

Eine wesentliche Änderung besteht darin, daß die als integrierte Schaltung ausgebildeten Verstärker die den Benutzer-Steuerungen zugeordnet sind, weggelassen sind, und in Versorgung der / _ +12V-Gleichspannungsschiene von der +32V-Gleichspannungsschiene mittels eines Transistor/Z-Dioden-Reglers TZR. Eine -12V-Gleichspannungnschiene wird nicht verwendet. Die verschiedenen Logikschaltungselemente SAND, RAND, POR sind auf ein einziges diskretes Transistor-Verknüpfungsglied TG reduziert. Bei Betätigung des Schalters SSS' zum Starten der Schwingung geht der Ladestrom für den Kondensator der Startimpulsschaltung SP¹ zu den nionostabilen Horizontal- und Vertikal-K.ippgliedern und löst eine Schwingung bzw. Vibration des Bechers wie erläutert aus, wobei da« Becher-Bcwt-jungssiijnal in einem in i nur-griertnr Schaltunq ansscjob i ldr-ti-n Vorstärker SAMP' wie bereits orläuii-rt vorarbeitet wird.

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Eine sehr wesentliche Änderung liegt bei den Betätigungs-Ansteuerschaltungen vor. Ein einziyer Transistor TH¹ ersetzt die vier Transistoren TD, TEL, TH₃ und TH-, die bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 verwendet sind. Eine einzige Diode DH¹ kann daher ebenfalls die drei Dioden DH₁, DH₂, DH₃ ersetzen. Zweckmäßigerweise können die Dioden DH', DV an dem Becher nahe den Betätigunqs-Spulen untergebracht sein. Dadurch wird die Anzahl der Verbindungen zwischen dem Regler und dem Becher verringert \and wird die Möglichkeit schlechter Kontakte vermieden, die die Wirkung der Dioden stören können. Die Energierückgewinnungs- und Leistungsbegrenzungsschaltungen sind wie eingangs erläutert.

Der bei einer niedrigen Spannung (einem Nennpegel von 24V Wechselspannung) betriebene Regler zeigt eine überraschende Verbesserung in der Wirkungsweise beim Vorgleich mit bisher verwendeten Hochspannungs-Bauarten (bei etwa 250 bis 300V). Diese Verbesserung ist zusätzlich zur wirtschaftlichen Leistungsausnutzung und dem verringerten Erwärmen und dem verringerten Rauschen. Die Betätigungsglieder bewirken eine wesentliche Erhöhung der Schwingungsamplitude und damit in der Bauelement-Förderung. Bei einer typischen Becher-Resonanzfroquenz von etwa 30 Hz vibrierten Hochspannungs-Ausführungsforraen um etwa 3 mm (1/8 ⁿ ) Spitze-Spitze mit einer Fördergeschwindigkeit mit bis zu 10 cin/s (4 ' /s) . Di ο Ni f'dorspaununqs-Ain; führungsf ormon konnton wesentlich genauer bei bei ypi el sweise 31 Hz in sein mit der zweifachen /amplitude, d.h. bis zu 6 mm (1/4 '' .) Spitze-Spitze bei einer Fördergeschwindigkeit , die 20 cm/s (8* /s) errrichun konnte. Dies trifft für einen Leistungsv.erbrauch von i',axiiiial 150 VA und im al !gemeinen weniger zu. Typisch wird die Vertikal-Schwingung boi oberhalb der Resonanzfrequenz angesteuert, wobei 12% ein geeigneter Grenzwert ist. Die Ziffernang-.iben bezichen sich auf einen Becher mit etwa 45 cm (18" ) Durchmesser.

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Die vorstehend erläuterten Regler erreichen daher zusätzlich zu dem erwartenden Sicherheitsmerkmal des Betriebes bei niedriger Spannung eine unerwartete Verbesserung bezüglich des Leistungsverbrauches (Wirtschaftlichkeit) und eine sehr wesentliche Erhöhung der Fördergeschwindigkeit, was eine vergleichbare Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit von durch den Becher bzw. Vibrationsförderer versorgten Maschinen ermöglicht. Weiter ist nunmehr der Betrieb des Reglers wesentlich einfacher für den Benutzer und kann die Schaltungsanordnuna qegenüber Fehlfunktionen und Versorgungsschwankunqen geschützt und stabilisiert werden, wenn dies erwünscht ist. Die Betriebsfrequenz ist nun für die Charakteristiken der Ausrüstung geeignet, statt daß die Ausrüstung bestenfalls eine gute Annäherung ist, wie das derzeit der Fall ist. Daher weist eine derzeit erhältliche Ausrüstung eine mechanische Aufhängung auf, die sich innerhalb üblicher Herstellungstoleranzen ändert und wird einzeln für jedes Stück eingestellt. Bei Verwendung der Erfindung kann jedes Stück in optimalem Zustand betrieben werden, ohne langwierige Einstellungen vor oder nach der Herstellung,

Wenn auch die Erfindung mit Bezug auf einen bestimmten Becher-Förderer und für bestimmte Versorgungsspannungen und Bauelemente erläutert worden ist, ist die Erfindung auch auf andere Vibrationsfördi. rbauarten an.-ondbar, wie beispielsweise auf lineare Bauarten, und auch auf andere Reqler-Schaltungsanordnungen. Selbstverständlich sind noch andere Ausführunqsformen möglich.

Der Patentanwalt

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Claims

NATIONAL RESEARCH DEVELOPMENT CORPORATION 66-74 Victoria Street London SWl/England ANSPRÜCHE

1. Vibrationsförderer-Steueranordnung für einen Vibrationsförderer mit einer Basis, einer lasttragenden Fläche, die einen Lastweg definiert, einer nachgiebigen Befestigungseinrichtung -/,wischen der Basis und der Flache, um eine Vibration bzw. Schwingung der Fläche im wesentlichen längs und senkrecht zu dem Weg zu ermöglichen, zusammen mit entsprechenden ersten und zweiten Ansteuereinrichtungen, die zum Erreichen der Vibration erregbar sind, dadurch gekennzeichnet,

daß die Steueranordnung in einer geschlossenen Regelschleife aufweist

eine Einrichtung (SC) zum Erzeugen eines Bewequnqssiqnals von der Schwinqunqsbewequnq der Fläche (R), wobei das Siqnal mindestens eine Komponente dor Beweaunq wiederqibt, und

(■M-iio liint ichliini!, iiio .lbhänqin von dein BowcmindSHinnnl die Krriii|unq der An·;! <M.n.-roinrichiunq zum Aufrechterhalten der Schwingung bzw. Vibration steuert.

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2. Steueranordnung nach Anspruch 1,

gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Anleqen eines Startsignals an die erschlossene Schleife zur Anfangserregung der Ansteuereinrichtung zur Anfanasbeweauncr der Fläche (R) und zum Erzeugen eines Bewegung^ ign

3. Steueranordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zum Anlegen eines Startsignals eine externe Steuerung ist.

4. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß im Betrieb die Frequenz der Bewegung der Fläche (R) ohne Bezug auf eine elektrische Frequenzquelle bestimmbar ist.

5. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine benutzerbetätigbare Einrichtung zum Einstellen der Amplitude der Erregung mindestens einer der Ansteuereinrichtungen und damit der Amplitude der Vibration bzw. Schwingung der Fläche (R).

6. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine benut zorbetätiqbare Einrichtung zum Einstellen einer Phasenverschiebung in mindestens einem Zweig der Regel schleife, wodurch die Phasenbeziehung der Ansteuereinrichtung einstellbar ist.

7. Steueranordnung n.ich einem der Ansprüche 1 bis 6, ci.ulurch gekennzeichnet,

daß die Ansteuereinrichtung eine Transistor-Induktor-bzw. -Spulenschaltung aufweist, wobei die Spule ein Teil zumindest eines elektromagnetischen Botätiuungsgliedes (AH₁, AH„, AH^, AV) ist, das zwischen der Basis (τ) und der Tragfläche (R) wirkt, wobei der Transistor den Stromfluß von einer Versorgung durch die angeschlossene Spule ermöglicht bzw. sich

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diesem entgegensetzt abhängig von einom Steuerennganqssignal und daß die Schaltung eine Energierückgewinnungseinrichtung aufweist, die bei der Sperrung des Stromflusses durch den Transistor wirkt, derart, daß Energie von der Spule zur Versorgung rückspeisbar ist.

8. Steueranordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Versorgung eine Niederspannungsversorgungsquelle (unter 50V) ist.

9. Steueranordnung nach Anspruch 7 oder 8,

gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Sperren der Ansteuerung des Förderers, wenn ein bestimmter Welligkeitspegel bei einer Nenn-GJeichspannungsversorqung für die Ansteuereinrichtung überschritten ist.

10. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Abtrennen einer Nenn-Gleichspannungsversorgung an der Ansteuereinrichtung bei zu großem Welligkeitspegel in der Versorgung.

11. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die abhängig vom Istwert der Versorgung den Betrieb der Ansteuereinrichtung zur Kompensation bezüglich Schwankungen des Istwertes gegenüber einem Nennwert einstellt.

12. Stoueranordnung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Einstellung durch Ändern dos Tastverhältnisses eines Steuersignals erreicht ist.

13. Vibrationsförderer, mit
einer Basis,

ei nor ei non Lnstweg dofinierenden 1 ast tragenden Fläche,

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nachgiebigen Befestigungen zwischen der Basis und der ^vläche, um eine Vibration oder Schwingung der Fläche im wesentlichen längs und senkrecht zu dem Weg zu ermöglichen zusammen mit einer ersten und einer zweiten Ansteuereinrichtung, die zum Erreichen der Vibration bzw. Schwingung erregbar sind, und einer Steueranordnung,
gekennzeichnet durch,

in einer geschlossenen Regeischleite:

eine Einrichtung zum Erzeugen eines Bewegungssignals von der Schwingungsbewegung der Fläche, wobei das Signal mindestens eine Komponente der Bewegung wiedergibt, und

*—* eine Einrichtung, die abhängig von dem Bewecmngs signal die Erregung der Ansteuereinrichtung zum Aufrechterhalten der Schwingung steuert.

14. Vibrationsförderer-Steueranordnung für einen Vibrationsförderer mit einer lasttragenden Fläche, die einen Lastweg definier^ und mit nachgiebigen Befestigungseinrichtungen, die die Schwingung der Fläche im wesentlichen längs und senkrecht zu dem Weg ermöglichen und mit entsprechenden ersten und zweiten elektrischen Ansteuereinrichtungen zum Erreichen der Schwingungen,
dadurch gekonnzeichnet,
ι. daß die Steueranordnung aufweist

eine Einrichtung, die abhängig von der Becher-Bewegung ein Becher-Bewegungssignal erzeugt,

eine Steuerschaltung mit einem Signaleingang, Benutzer-Steuerungen und Ansteueroinrichtung-ErrenunqsausqanqsSignalen, wobei die Schaltung im Betrieb die Erregungsausgangssignale in einer Weise zuführt, die durch die Steuerschaltung mit Bezug auf das die Bocher-Bewequng darstellende Signal und die Einstellungen dor Benutzer-Steuerungen bestimmt ist, wobei die Stuucrschnllung eine Startsteuerung und eine Einrichtung aufweist, die abhängig vom Betrieb der Startsteuerung die Ei regung für ο inc» bos I iiimil ο T.nst abhängig von den Beiiu tv οι-Steuerungen bestimmt, die lediglich die Schwingungsamplit mien im wesentlichen längs und senkrecht zu dem Weg und die relativen Phasen der Schwingungen einstellen.

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