DE3706449A1

DE3706449A1 - Vibrator

Info

Publication number: DE3706449A1
Application number: DE19873706449
Authority: DE
Inventors: Shinichi Inoue; Yasushi Oshima
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 1986-04-25
Filing date: 1987-02-27
Publication date: 1987-10-29
Also published as: GB2229046B; JPH0763674B2; GB9004655D0; US4764695A; GB8703755D0; GB2189654A; DE3706449C2; GB2189654B; JPS62253299A; GB2229046A; FR2597765A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vibrator gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Vibrator zur Erzeugung mechanischer Schwingungen für eine Siebmaschine, einen Teileförderer für eine Arbeits- oder Montagemaschine oder einen Gutförderer für eine Wiege- oder Verpackungsmaschine. Der vorliegende Vibrator eignet sich besonders für Verteilerfördervorrichtungen, durch die ein Wiegegut verteilt oder vereinzelt Wiegebehältern einer Kombinationswiegemaschine zugeführt werden kann.

Aus der JA-GM-OS 59-52426 ist ein gattungsgemäßer Vibrator bekannt, bei dem die Schwingungen durch ein motorgetriebenes Nockenrad erzeugt werden, das mit einem schwingenden Bauteil gekoppelt ist. Bei diesem Vibrator läßt sich die Amplitude der Schwingungen nicht ohne weiteres ändern, da sie durch das Profil des Nockenrades bestimmt wird.

Ein anderer Vibrator, der aus der JA-PS 58-18283 bekannt ist, enthält einen kreisförmigen, in Schwingungen zu versetzenden Tisch, der an seinem Umfang durch mehrere Blattfedern gehaltert ist und durch Wechselstrom gespeiste Elektromagnete in Drehschwingungen versetzt wird. Bei diesem Vibrator kann die Schwingungsamplitude zwar leicht gesteuert werden, er hat jedoch den Nachteil, daß die Schwingungsamplitude in der Mitte des Tisches praktisch Null ist und in radialer Richtung nach außen hin zunimmt.

Aus dem JA-GM 49-36289 ist ein Vibrator bekannt, der eine exzentrische Masse enthält, die durch einen Motor in Drehungen versetzt wird, welcher an einem in Schwingungen zu versetzenden Bauteil befestigt ist. Bei diesem Vibrator wird dieses Bauteil zusammen mit dem Motor durch die Zentrifugalkraft der exzentrischen Masse in eine Drehschwingung versetzt. Auch bei diesem Vibrator kann die Schwingungsamplitude während des Betriebs nicht variiert werden und obwohl sie theoretisch verstellbar ist, ist sie in der Praxis nicht veränderbar, da eine einfache und genaue Verstellung vom normalen Bedienungspersonal nicht durchgeführt werden kann.

Durch die vorliegende Erfindung soll dementsprechend ein verbesserter Vibrator angegeben werden, der Schwingungen erzeugt, deren Amplitude über das in Schwingungen zu versetzende Bauteil im wesentlichen gleichmäßig ist, der weich arbeitet und dessen Schwingungsamplitude leicht steuerbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Vibrator erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Vibrators sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Schwingungserzeugung.

Ein Vibrator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält ein schwingungsfähiges Bauteil, das um eine vertikale Achse drehbar über einer im wesentlichen stationären Basis oder Grundplatte elastisch gelagert ist. An dem schwingungsfähigen Bauteil sind drei oder mehr Anker befestigt, die auf einem Kreis liegen, der bezüglich der vertikalen Achse zentriert ist. Den Ankern liegen Elektromagnete gegenüber, die an der Grundplatte befestigt sind und mit einem mehrphasigen Wechselstrom gespeist werden können.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, dabei werden auch noch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung zur Sprache kommen. Es zeigen:

Fig.1 eine geschnittene Seitenansicht einer verteilenden Fördereinrichtung mit einem Vibrator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine teilweise weggebrochene Draufsicht der Fördervorrichtung gemäß Fig. 1 ohne den Verteilertisch;

Fig. 3 ein Diagramm, auf das bei der Erläuterung der Arbeitsweise des Vibrators gemäß Fig. 1 und 2 Bezug genommen wird;

Fig. 4 ein Schaltbild einer Antriebsvorrichtung für den Vibrator der Fördervorrichtung gemäß Fig. 1 und 2;

Fig. 5 ein Schaltbild einer anderen Antriebsvorrichtung für den vorliegenden Vibrator;

Fig. 6 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer verteilenden Fördervorrichtung; die einen Vibrator gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält, und

Fig. 7 eine Schnittansicht in einer Ebene VII-VII der Fig. 6.

In den Zeichnungen sind jeweils entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

In den Fig. 1 und 2 ist eine verteilende Fördervorrichtung dargestellt, wie sie beispielsweise in Verbindung mit einer Kombinationswiegemaschine verwendet werden kann, um Wiegegut, das der Fördervorrichtung in der Mitte zugeführt wird, zu verteilen und zu mehreren Wiegeeinheiten zu fördern, die am Umfang der Fördervorrichtung angeordnet sind (nicht dargestellt). Die Fördervorrichtung enthält eine becherförmige Basis mit einer Grundplatte (10), die durch schwingungsdämpfende Federn (11) an einem nicht dargestellten Maschinenrahmen gelagert ist. Über der Grundplatte (10) ist ein im wesentlichen dreieckförmiges schwingungsfähiges Bauteil (12) das eine mit der Basis gemeinsame vertikale Achse (13) hat, durch drei schräge elastische Halterungsstäbe (14) gelagert, deren untere an der Grundplatte (10) befestigte Enden auf einem Kreis (15) liegen, dessen Mittelpunkt auf der Achse (13) liegt. Die Verlängerungen (16) der Halterungsstäbe (14) schneiden sich in einem Punkt auf der vertikalen Achse (13). Das schwingende Bauteil (12) trägt einen konischen Verteilertisch (17), der an ihm durch einen Schraubenbolzen (18) befestigt ist.

Von der Unterseite des Bauteils (12) erstreckt sich ein rohrförmiger Ansatz (19) nach unten, an dessen Seitenwand (3) Magnetanker (20) mit gleichen Abständen längs des Umfanges des Ansatzes angebracht sind. Den Ankern (20) liegen drei Elektromagnete (21) gegenüber, die an der Grundplatte (10) befestigt sind. Hinter jedem Elektromagnet (21) befindet sich eine Blattfeder (22), deren unteres Ende jeweils über einen Winkel (23) an der Grundplatte (10) und deren oberes Ende jeweils über eine Verbindungsstange (24) mit dem rohrförmigen Ansatz (19) verbunden ist. Die Verbindungsstange (24) hat mindestens zwei dünne abgeflachte Biegeabschnitte (25) und (26), die in senkrecht zueinander verlaufenden Ebenen liegen und in Querrichtung biegsam sind.

In Fig. 3 ist mit O die vertikale Achse (13) bezeichnet und X, Y und Z geben die Richtungen der drei Blattfedern (22) bezüglich der Achse (13) an. Nimmt man nun an, daß die Mitte des schwingungsfähigen Bauteils (12) um eine Strecke S zu einem Punkt O′ in der Richtung O-O′ verlagert wird, welche einen Winkel ϑ bezüglich der X-Richtung bildet, so hat dies die Auslenkung einer der Blattfedern (22) von P nach P′ um eine Strecke der Größe

= S · cosϑ (1)

zur Folge. Hieraus resultiert eine Rückstellkraft F der Blattfeder gemäß der folgenden Gleichung:

F = KS · cosϑ (2),

wobei K die Federkonstante der Blattfeder ist. In Richtung O-O′ tritt daher eine Komponente F _ϑ der Rückstellkraft auf, die folgende Größe hat:

F _j = FS · cos²ϑ (3).

In entsprechender Weise erzeugen die von den übrigen Blattfedern in der Y- und der Z-Richtung erzeugten Rückstellkräfte in der Richtung O-O′-Komponenten der Größe KS · cos²( ϑ + 2/3 π) bzw. KS · cos²( j + 4/3 π). Die Summe der O-O′-Komponenten der Rückstellkräfte der drei Blattfedern ist dann also:

KS [cos² ϑ + cos² (ϑ + 2/3 π) + cos² (ϑ + 4/3 π) = 3/2 KS. (4)

Die Summe ist also unabhängig vom Winkel ϑ. Dies bedeutet aber, daß auf das Bauteil (12) bei einer Auslenkung in jeder beliebigen Richtung immer eine Rückstellkraft wirkt, die einer Federkonstanten entspricht, die gleich dem 1,5fachen der Federkonstanten K jeder Blattfeder (22) ist. Dies ist auch in den drei elastischen Halterungsstäben (14) der Fall. Die durch die Federkonstante erzeugte Kraft ist also nicht gerichtet und das schwingungsfähige System mit der Gesamtmasse des schwingungsfähigen Bauteils einschließlich des Verteilertisches (12) ist ebenfalls nicht richtungsabhängig.

Die Elektromagnete (21) sind mit einer dreiphasigen Leistungsquelle (27) gekoppelt, wie Fig. 4 zeigt. Wenn die drei Elektromagnete (21) durch jeweils eine Phase eines dreiphasigen Wechselstromes gespeist werden, werden sie periodisch mit einer gegenseitigen Phasendifferenz von 120° erregt und ziehen nacheinander die Anker des oben erwähnten Resonanzsystems an, so daß eine umlaufende oder Drehschwingung auftritt. Dies bedeutet, daß jeder Punkt der Oberfläche des schwingenden Bauteils (12) eine gleichartige Drehschwingung der gleichen Amplitude ausführt. Diese Schwingung wird durch die drei elastischen Halterungsstäbe (14) begrenzt und die Schwingungsamplitude nimmt in Richtung auf den oben erwähnten Schnittpunkt der Verlängerungen der drei Stäbe (14) ab. Dies ist zwar ohne große Wirkung, wenn die Höhe des schwingenden Körpers sehr klein ist; man erhält jedoch einen speziellen Effekt durch die sich in Vertikalrichtung ändernde Amplitude in einem einzigen Schwingungssystem, wenn dieses hoch genug ist, wie es bei einem Siebstapel einer Siebmaschine der Fall sein kann. Es ist leicht einzusehen, daß sich der Amplitudengradient umkehrt, die Amplitude also von oben nach unten abnimmt, wenn die Halterungsstäbe (14) so angeordnet sind, daß sie nach oben divergieren, und daß kein Amplitudengradient auftritt, wenn die Halterungsstäbe parallel zueinander verlaufen und daß der Amplitudengradient vom Neigungswinkel der Halterungsstäbe (14) abhängt. Diese Parameter können entsprechend der für den Vibrator vorgesehenen Anwendung gewählt werden.

Das in den Fig. 6 und 7 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel enthält ein schwingendes Bauteil (12) mit einem rohrförmigen Ansatz (19), der einen quadratischen Querschnitt hat. Das Bauteil (12) ist an einer Grundplatte (10) über vier Blattfedern (22) gelagert, deren eine Enden an den vier Seitenwänden des Ansatzes (19) und deren andere Enden an der Grundplatte (10) befestigt sind. Von dem schwingenden Bauteil (12) erstrecken sich drei Arme (30) in Radialrichtung weg, an deren äußeren Enden jeweils einer von drei Magnetankern (20) befestigt ist. Den Magnetankern (20) liegen drei Elektromagnete (21) mit Abstand gegenüber, die an der Grundplatte (10) befestigt sind. Dieser Vibrator kann durch eine Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 4 angetrieben werden; die Schwingungskonfiguration des Verteilertisches (17) entspricht einem kopfstehenden Kegel, dessen Spitze sich in der Mitte der Blattfederanordnung befindet.

Die Schwingungsamplitude kann durch Änderung der Stromstärke und diese wiederum durch Änderung der Speisespannung oder durch Änderung des Leitungswinkels eines Thyristors während jedes Zyklus gesteuert werden.

Die Anzahl der Anker (20) ist nicht auf drei beschränkt. Fig. 5 zeigt ein anderes Beispiel, das sechs Magnetanker (20), die um den vertikalen Ansatz (19) eines schwingenden Bauteils angeordnet sind, und sechs entsprechende Elektromagnete (21), die durch eine sechsphasige Wechselstromquelle (28) gespeist werden, enthält.

Der Vibrator gemäß der Erfindung erzeugt also eine Schwingung, deren Amplitude an jeder Stelle des Verteilertisches (17) im wesentlichen gleich ist und leicht gesteuert werden kann.

Der Vibrator gemäß der Erfindung eignet sich besonders für Siebmaschinen und dergleichen, sowie für Fördervorrichtungen.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich selbstverständlich in der verschiedensten Weise abwandeln, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.

Claims

1. Vibrator mit einer im wesentlichen stationären Grundplatte (10), ferner mit einem schwingenden Bauteil (12), welches eine vertikale Achse (13) hat, und mit einer Vorrichtung (14) zur elastischen Lagerung des schwingenden Bauteils (12) über der Grundplatte (10), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Magnetanker (20) um die Achse (13) verteilt am schwingenden Bauteil (12) angebracht sind und daß den Ankern (12) Elektromagnete (21) gegenüberliegen, die durch eine mehrphasige Stromquelle (27) speisbar sind um periodische, gegeneinander phasenverschobene Antriebskräfte zu erzeugen, die eine Drehschwingung des drehbaren Bauteils erzeugen.

2. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerungsvorrichtung mindestens drei elastische Halterungsstäbe (14) enthält, die um die vertikale Achse (13) verteilt angeordnet, mit ihrem oberen Ende jeweils an dem schwingenden Bauteil (12) befestigt und mit ihrem unteren Ende jeweils an der Grundplatte (10) angebracht sind.

3. Vibrator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verlängerungen der Halterungsstäbe (14) in einem Punkt auf der vertikalen Achse (13) schneiden.

4. Vibrator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerungsvorrichtung Blattfedern (22) enthält, die um die vertikale Achse (13) verteilt angeordnet, mit ihrem oberen Ende jeweils mit dem schwingenden Bauteil (14) verbunden und mit ihrem unteren Ende jeweils an der Grundplatte (10) angebracht sind.

5. Vibrator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern ein erstes und ein zweites Paar von Blattfedern enthalten, daß jedes Paar von Blattfedern einander parallel gegenüberliegen und daß die ersten und zweiten Paare orthogonal miteinander verbunden sind.

6. Verfahren zum Erzeugen von Schwingungen eines schwingenden Bauteils eines Vibrators, das durch mehrere Halterungselemente über einer stationären Grundplatte gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem schwingenden Bauteil längs eines ersten Kreises mehrere Magnetanker angebracht werden; daß mehrere Elektromagnete die jeweils einem der Anker entsprechen, längs eines zweiten, zum ersten Kreis konzentrischen Kreis an der Grundplatte angebracht werden und daß die Elektromagnete mit einem mehrphasigen Wechselstrom gespeist werden, um periodische, gegeneinander phasenverschobene Antriebskräfte zu erzeugen, die eine Drehschwingung des Bauteils bewirken.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungselemente elastische Stäbe enthalten, welche mit ihren oberen Enden an dem schwingenden Bauteil und mit ihren unteren Enden an der Grundplatte angebracht sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Stäbe bezüglich der Vertikalrichtung geneigt sind und ihre Verlängerungen sich in einem Punkt schneiden.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungselemente Blattfedern enthalten, deren eine Enden an dem schwingenden Bauteil und deren andere Enden an der Grundplatte angebracht sind.