DE3940111A1 - Vibrationswendelfoerderer - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Vibrationswendelförderer finden Anwendung bei der auto­ matischen Werkstückhandhabung. Sie bunkern, fördern und ord­ nen Werkstücke aller Art und sind für die flexible Automati­ sierung vielfältiger Be- und Verarbeitungsprozesse in nahezu allen Industriezweigen unentbehrlich. Besondere Anwendung finden sie als periphere Geräte der Industrieroboter-Technik.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Üblicherweise sind Vibrationswendelförderer als Zweimassen- Schwingsysteme aufgebaut. Die Nutzschwingmasse wird aus einem topfähnlichen Behälter gebildet, bestehend aus Boden, Mantel mit Förderwendel und ist in der Regel als komplette, austausch­ bare Baueinheit ausgeführt. Die Werkstücke werden dort ein­ gefüllt, gebunkert, gefördert und geordnet.

Im Vergleich zur Nutzschwingmasse ist die Gegenschwingmasse mehrfach größer ausgebildet. Durch gegenseitige Schwingbewe­ gungen beider Massen heben sich die Schwingkräfte weitest­ gehend gegeneinander auf.

Nutz- und Gegenschwingmasse sind durch schräg angeordnete Lenkerfedern miteinander verbunden und bilden mit diesen ge­ meinsam das Schwingsystem. Als Schwingungserreger dienen vor­ zugsweise Elektromagnete, die mit der normalen Netzfrequenz betrieben werden.

In der Regel wird das Schwingsystem eines Vibrationswendel­ förderers so abgestimmt, daß die Betriebsfrequenz in der Nähe der Eigenfrequenz liegt. Die statischen Amplituden wer­ den dadurch dynamisch verstärkt. Hohe Fördergeschwindigkeiten bei minimalem Energieaufwand sind die Folge.

Neben den bekannten Vorzügen der Vibrationswendelförderer haben jedoch Geräte mit diesem konstruktiven Aufbau einige grundsätzliche Mängel aufzuweisen.

So wird das Resonanzverhalten der Geräte bei größeren Werk­ stück-Einfüllmassen durch Ankopplungserscheinungen an die Nutzschwingmasse so beeinflußt, daß die Fördergeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Füllungsstand ständig schwankt.

Dadurch kann der Förder- und Ordnungsvorgang gestört werden. Noch schwerwiegender ist die unzulässig hohe Lärmentwicklung, die oft umfangreiche Lärmbekämpfungsmaßnahmen, zum Beispiel Vollkapselungen erforderlich macht. Dabei geht es sowohl um die Reduzierung des Primärlärmes, der durch die Werkstück­ bewegung entsteht, als auch um den Sekundärlärm, der vom Vibrationswendelförderer und dessen Schwingübertragungen auf das Fundament ausgeht.

In der DD-PS 2 20 944 wurde deshalb vorgeschlagen, den Be­ hälterboden zu trennen und der Gegenschwingmasse zuzuordnen und den Förderschwingring mit Mantel und Förderwendel als Nutzschwingmasse auszubilden. Dadurch unterliegen nur die Werkstücke den Förderimpulsen, die sich auf dem Förder­ schwingring und der Förderwendel befinden, während die auf dem Behälterboden aufliegenden Werkstücke nur den mehrfach geringeren Schwingbewegungen der Gegenschwingmasse ausge­ setzt sind. Das führt zu geringeren Werkstückbewegungen auf dem Behälterboden und zur verminderten Ankopplung der Werkstückmasse an die Nutzschwingmasse.

Geräte dieser Art sind besonders vorteilhaft einzusetzen für die Speicherung großer Werkstückmassen. Die Förderge­ schwindigkeit ist nahezu unabhängig von der eingefüllten Werkstückmasse, so daß der Förder- und Ordnungsvorgang in diesen Geräten weniger störanfällig ist und der Bedien­ aufwand sinkt, ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die minimierte Lärmentwicklung, so daß die sonst übliche Lärm­ kapselung der Vibrationswendelförderer für diese Geräte nicht erforderlich sind.

Auch bei der vorgeschlagenen Lösung nach DD-PS 2 20 944 muß in bekannter Weise die Gegenschwingmasse im Verhältnis zur Nutzschwingmasse sehr groß sein.

Das ist erforderlich, um die Schwingkräfte der Nutzschwing­ masse weitestgehend zu eliminieren. Das hat jedoch zur Fol­ ge, daß die gesamte Gerätemasse im wesentlichen durch die Gegenschwingmasse bestimmt wird und relativ groß ist. Nach­ teilig ist der Transport dieser schweren Geräte. Außerdem sind sie mit hohem Materialaufwand gebaut und der Anbau an Fertigungseinrichtungen ist relativ kompliziert.

Die hohen ökonomischen Effekte, die durch die Vorteile die­ ser Geräte zu erzielen sind, werden erst dann voll wirksam, wenn große Werkstückmassen gespeichert und geordnet werden müssen. Die erforderliche hohe Gerätemasse ist dann weniger von Bedeutung.

Ziel der Erfindung

In vielen Fällen sind sogenannte Leichtwerkstücke, das sind Werkstücke geringer Eigenmasse, zum Beispiel aus Kunststoff, Gummi oder dünnem Blech hergestellte Teile, mittels Vibra­ tionswendelförderer zuzuführen.

Ziel der Erfindung ist es, einen Vibrationswendelförderer zu schaffen, der vorwiegend zum Speichern und Ordnen von Leicht­ werkstücken geeignet ist, eine geringere Gerätemasse aufweist, mit konstanter Fördergeschwindigkeit arbeitet und weitest­ gehend unabhängig vom Füllstandsgrad mit Werkstücken betrie­ ben werden kann. Außerdem soll seine Lärmentwicklung derart reduziert werden, daß keine zusätzlichen Lärmbekämpfungs­ maßnahmen, zum Beispiel Vollkapselungen erforderlich sind.

Wesen der Erfindung

Um die erfinderischen Zielstellungen zu erreichen, wird vor­ geschlagen, die Nutz- und Gegenschwingmasse so zu ge­ stalten, daß sie entgegen bekannten Lösungen gleich große dynamische Trägheitsmomente aufweisen, daß an Nutz- und Gegenschwingmasse schräg angeordnete gleich große Lenkerfeder- Pakete mit jeweils einem Einspannende befestigt sind, daß aber das jeweils andere Ende der Lenkerfeder-Pakete paarweise an gemeinsamen Spannböcken angeschraubt ist. Alle Lenker­ feder-Pakete sind mit gleicher Schrägstellung auf dem gleichen Wirkdurchmesser von Nutz- und Gegenschwingmasse angeordnet und sind so ausgebildet, daß sie annähernd gleiche Feder­ steife aufweisen.

Da die gleich großen Nutz- und Gegenschwingmasse gegen­ sinnige Schwingbewegungen ausführen, erzeugen sie auch ent­ gegengesetzte gleich große Schwingkräfte, die an den an bei­ den Massen befestigten Einspannenden der Lenkerfeder-Pakete wirken. Sie erzeugen gleich große Reaktionskräfte an den gegenüberliegenden Einspannenden, die an gemeinsamen Spann­ böcken befestigt sind, wodurch sich die Reaktionskräfte dort aufheben. Aus funktionellen Gründen wäre es nicht mehr er­ forderlich, die Spannböcke miteinander zu verbinden. Ledig­ lich ist es vorteilhaft, die Spannböcke auf einer leichten Bodenplatte aufzuschrauben, die dann auch Möglichkeiten bietet für die Befestigung einer Abdeckung des gesamten An­ triebsraumes des Vibrationswendelförderers.

Durch die Reduzierung des dynamischen Trägheitsmomentes der Gegenschwingmasse auf die Größe der Nutzschwingmasse ver­ ringert sich die gesamte Gerätemasse gegenüber bekannten Lösungen um mehr als 50%.

Da die Befestigung des Vibrationswendelförderers am Auf­ stellungsort nicht wie üblich über Gummipuffer an der Gegen­ schwingmasse, sondern an der Befestigungsplatte der schwingungs­ freien Spannböcke erfolgt, sind theoretisch keine Maßnahmen zur Schwingungsisolierung erforderlich.

Es ist jedoch zweckmäßig, weiterhin die Befestigung des Gerätes mittels Gummipuffer vorzunehmen, deren Abmessungen und Anzahl aber wesentlich zu verringern ist. Diese Maßnahme verhindert die Übertragung geringfügiger Restkräfte, die aus praktisch nicht völlig ausgeglichenen Massenverhältnissen herrühren können.

Für kleine Vibrationswendelförderer mit kleinen dynamischen Trägheitsmomenten und relativ geringen Werkstück-Einfüll­ massen genügt es, den Behälter mit Behälterboden als ge­ schlossene Baueinheit auszubilden und der Nutzschwingmasse zuzuordnen. In diesen Fällen ist der Massenankopplung der Werkstücke praktisch ohne Einfluß. Der Gegenschwingmasse kommt nur die Aufgabe zu, Schwingkräfte zu eliminieren. Große Vibrationswendelförderer nehmen in der Regel auch größere Werkstück-Einfüllmassen auf. Auch bei der Zuführung von Leichtwerkstücken kann es zur Beeinflussung der Reso­ nanzabstimmung und damit der Förderstabilität des Vibrations­ wendelförderers kommen, besonders dann, wenn die gesamte Massenankopplung nur an der Nutzschwingmasse erfolgt. Deshalb wird vorgeschlagen, den Behälterboden entsprechend der DD-PS 2 20 944 von der Nutzschwingmasse zu trennen und diesen als Gegenschwingmasse auszubilden. Der Unterschied zu DD-PS 2 20 944 ist der, daß der Behälterboden nicht einer mehrfach größeren Gegenschwingmasse zugeordnet ist, sondern selbst die eigentliche Gegenschwingmasse bildet und sein dynamisches Trägheitsmoment gegenüber dem der Nutzschwing­ masse gleich groß sein muß. Dabei ist der Ringspalt sehr klein zu halten beziehungsweise in bekannter Weise abzu­ dichten. Der Behälterboden führt dann wiederum gleich große Schwingbewegungen aus wie der Förderschwingring mit Mantel und Förderwendel. Die Umlaufrichtung der Werkstücke ist ebenfalls gleich infolge der gleichen Schrägstellung der Lenkfeder-Pakete. Um den Einfluß möglicher Massenkopp­ lung auf ein praktisch unbedeutendes Maß zu reduzieren, ist es zweckmäßig, die Förderfläche von Nutz- und Gegenschwing­ masse annähernd gleich groß zu halten und damit die Werk­ stückmasse auf Nutz- und Gegenschwingmasse gleichmäßig zu verteilen.

Eventuelle geringe Veränderungen der Massenverhältnisse an Nutz- und Gegenschwingmasse werden quantitativ und zeitlich gemeinsam wirken. Dadurch heben sich die Schwing­ kräfte in jedem Füllungszustand des Vibrationswendel­ förderers gegenseitig auf. Eine Beeinflussung der Förder­ geschwindigkeit ist beim Fördern von Leichtwerkstücken praktisch ohne Bedeutung, auch bei vergrößerten Einfüll­ massen. Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Lösung liegt in der reduzierten Lärmentwicklung. Der von den Leichtwerkstücken ausgehende Primärlärm ist wesentlich geringer als der sekundäre Gerätelärm, der aus den Schwingungs­ bewegungen der Nutz- und Gegenschwingmasse und des Elektro­ magnet-Antriebes herrührt und dessen Überhang auf das Funda­ ment. Wie bereits beschrieben, ist die Befestigungsplatte für die Spannböcke der Lenkerfedern praktisch schwingungs­ frei, so daß keine lärmerzeugenden Schwingungen auf das Fundament übertragen werden. Zweckmäßigerweise können zur Minderung des Primärlärms weitere bekannte Maßnahmen durch­ geführt werden, z. B. Mitbringen eines abriebfesten Belages auf alle Förderflächen. Insgesamt wird die Lärmentwicklung durch die vorgeschlagene Lösung in Verbindung mit der An­ wendung bekannter Lösungen so weit reduziert, daß weitere umfangreiche Lärmbekämpfungsmaßnahmen, zum Beispiel Voll­ kapselungen, entfallen können.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Die zeichnerischen Darstellungen zeigen in

Fig. 1 die Schnittdarstellung eines größeren Vibrations­ wendelförderers entsprechend dem Schnitt A-A in Fig. 3,

Fig. 2 den Teilabschnitt eines kleineren Vibrationswendel­ förderers analog dem Schnitt A-A in Fig. 3,

Fig. 3 die Schnittdarstellung entsprechend dem Schnitt B-B in Fig. 1,

Fig. 4 die Darstellung des Teilschnittes C-C in Fig. 3,

Fig. 5 die gedrehte Darstellung des Teilschnittes D-D in Fig. 3.

Der Behälter 1 des großen Vibrationswendelförderers, Fig. 1, besteht aus dem Mantel 2 mit Förderwendel 3 und dem Förder­ schwingring 4 und bildet die Nutzschwingmasse. Der Behälter­ boden 5 ist durch einen Ringspalt 6 vom Förderschwingring 4 getrennt und bildet die Gegenschwingmasse. Nutz- und Gegen­ schwingmasse sind so gestaltet, daß sie gleich große dyna­ mische Trägheitsmomente aufweisen.

Bei kleinen Vibrationswendelförderern, Fig. 2, kann unter der Bedingung gleich großer dynamischer Trägheitsmomente von Nutz- und Gegenmasse der Behälterboden 5 mit dem Förderboden verbunden sein, so daß der Ringspalt 6 in diesem Fall nicht vorhanden ist.

Am Umfang von Nutz- und Gegenschwingmasse sind auf gleichem Wirkdurchmesser Lenkerfeder-Pakete 7 in gleicher Teilung an­ geordnet, deren Anzahl von den Erfordernissen der Resonanz­ abstimmung des Zweimassenschwingsystems bestimmt wird (Fig. 3). Die Lenkerfeder-Pakete 7 sind untereinander gleich und haben gleiche Schrägstellung und -richtung. Die Lenker­ feder-Pakete 7 sind wechselweise mit dem jeweils oberen Einspannende 8, 9 mit der Nutz- bzw. Gegenschwingmasse verbunden (Fig. 4). Die unteren Einspannenden 10, 11 sind paarweise an gemeinsamen Spannböcken 12 befestigt.

Zweckmäßigerweise werden alle Spannböcke 12 auf einer ge­ meinsamen Bodenplatte 13 aufgeschraubt, die auch zur Be­ festigung der Abdeckung 14 des gesamten Antriebsraumes 15 dient.

Die Elektromagnet-Schwingantriebe 16 sind in der erforder­ lichen Anzahl diametral zueinander mit gleichem Abstand vom Mittelpunkt des Vibrationswendelförderers angeordnet. Sie sind Bestandteile des Zweimassen-Schwingsystems, Fig. 5, wobei zweckmäßigerweise der Magnetkern mit Spule 17 an der Gegenschwingmasse, der Magnetanker 18, Fig. 3, jedoch an der Nutzschwingmasse befestigt ist.

Theoretisch heben sich alle Schwingkräfte an den Spann­ böcken 12 auf. Um geringfügige Restkräfte aus praktisch nicht völlig ausgeglichenen Massenverhältnissen vom Funda­ ment 19 zu isolieren, empfiehlt es sich, an der Bodenplatte 13 Gummifedern 20 anzuordnen.

Verzeichnis der verwendeten Bezugszeichen

1 Behälter
2 Mantel
3 Förderwendel
4 Förderschwingring
5 Behälterboden
6 Ringspalt
7 Lenkerfeder-Pakete
8, 9 obere Einspannenden
10, 11 untere Einspannenden
12 Spannbock
13 Bodenplatte
14 Abdeckung
15 Antriebsraum
16 Elektromagnet-Schwingantrieb
17 Magnetkern mit Spule
18 Magnetanker
19 Fundament
20 Gummifedern

Claims (5)

1. Vibrationswendelförderer mit Nutz- und Gegenschwingmasse und schräg angeordneten Lenkfeder-Paketen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nutz- und Gegenschwingmasse gleich große dynamische Trägheitsmomente aufweisen und daß an der Nutz- und der Gegenschwingmasse in gleicher Anzahl jeweils gleich große Lenkerfeder-Pakete (7) in gleicher Schrägstellung mit ihren oberen Einspannende (8, 9) befestigt und die jeweils unteren Einspannende (10, 11) der Lenkerfeder-Pakete (7) paarweise an gemein­ samen Spannböcken (12) angeordnet sind.

2. Vibrationswendelförderer nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nutzschwingmasse aus dem Mantel (2) mit Förderwendel (3) und Förderschwingring (4) und die Gegenschwingmasse durch den Behälterboden (5) gebildet ist.

3. Vibrationswendelförderer nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Behälterboden (5) in die Nutzschwing­ masse einbezogen ist.

4. Vibrationswendelförderer nach Anspruch 1-3, dadurch ge­ gekennzeichnet, daß alle Lenkerfeder-Pakete (7) mit glei­ cher Federsteife auf dem einheitlichen Wirkdurchmesser der Nutz- und Gegenschwingmasse befestigt sind.

5. Vibrationswendelförderer nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Förderflächen der Nutz- und Gegenschwingmasse annähernd gleich groß sind.