DE4116647C5

DE4116647C5 - Rüttelvorrichtung

Info

Publication number: DE4116647C5
Application number: DE4116647A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. Anderl; Gerhard Bogun; Winfried Burkhard
Original assignee: Hess Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Hess Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 1991-05-22
Filing date: 1991-05-22
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2011-05-23
Also published as: DE4116647C1; WO1992020466A1; US5355732A; DE59204232D1; ATE129935T1; CA2087849A1; CA2087849C; EP0515305A1; EP0515305B1

Abstract

Rüttelvorrichtung mit einem Rütteltisch, mit vier (oder einem ganzzahligen Vielfachen von vier) in dem Rütteltisch angeordneten, angetriebenen und mit je einem Unwuchtkörper versehenen Unwuchtwellen, die paarweise einander zugeordnet sind, und mit einer Stelleinrichtung, über die die Rüttelfrequenz und die Winkellage der jeweils ein Paar bildenden Unwuchtkörper zueinander veränderbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Unwuchtwelle (W1 bis W4) einzeln durch einen Motor (M1 bis M4) angetrieben ist, der mit vorgegebener Drehzahl und bei fehlendem Stelleingriff im Gleichlauf mit den anderen Motoren umläuft, daß als Stelleinrichtung ein elektronischer Regler vorgesehen ist, über den jeder Motor (M1 bis M4) winkelsynchron so regelbar ist, daß zur Änderung der Rüttelfrequenz die Drehzahl der Unwuchtwellen (W1 bis W4) und zur Änderung der Winkellage der jeweils ein Paar bildenden Unwuchtkörper (U1 bis U4) zueinander die Drehzahl zumindest der einen ein Paar bildenden Unwuchtwellen (W1 bis W4) kurzzeitig veränderbar ist, daß einer der Motoren (M1) als Leitantrieb, die...

Description

Die Erfindung betrifft eine Rüttelvorrichtung mir einem Rütteltisch, mit in dem Rütteltisch angeordneten, angetriebenen und mit je einem Unwuchtkörper versehenen Unwuchtwellen, die paarweise einander zugeordnet sind, und mit einer Stelleinrichtung, über die die Rüttelfrequenz und die Winkellage der Unwuchtkörper zueinander veränderbar ist.
Eine derartige bekannte verstell- und regelbare Rüttelvorrichtung dient dem Zweck Betonelemente bei ihrer Produktion optimal zu verdichten. Dies wird erreicht durch programmgesteuerte Anpassung der Betriebsparameter der Rüttelvorrichtung an die produktspezifischen Erfordernisse während des Produktionsvorganges. Hierfür finden sich im Stand der Technik folgende Lösungen: Eine mechanische Verstellung einer Unwuchtmasse aus der Nullage bis zu einem Maximalwert erfolgt bei Außen- oder bei Gegenlaufvibratoren dadurch, daß auf den Unwuchtwellen querbewegliche Zahnspangen angeordnet sind, die über eine schrägverzahnte Schubstange mit einer außerhalb des Vibrators befindlichen Stelleinrichtung verbunden sind (vgl. "Betonwerk + Fertigteil-Technik", 10/1988, S. 48 bis 50). Eine Phasenverstellung ist mittels eines elektromechanisch verstellbaren Überlagerungsgetriebes ( DE 37 08 922 A1 ) oder mittels eines Phasenverstellgetriebes ( DE 37 09 112 C1 ) möglich.
Der Erfindung liegt folgende Überlegung zugrunde: Optimal erfolgt die Verdichtung von Betonelementen mir einer Rüttelvorrichtung, wenn folgende Verstell- und Regelaufgaben gelöst werden:

a) Veränderung der Rüttlerfrequenz durch Änderung der Rüttelwellendrehzahl:
b) Veränderung der Rüttelkraft zwischen Null und Maximum durch Phasenverstellung von mindestens zwei umlaufenden Unwuchtmassen zueinander:
c) Veränderung der Schwingungsamplitude durch Kombination der unter a) und b) genannten Maßnahmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Rüttelvorrichtung der eingangs genannten Art die zur Erzeugung des optimalen Rütteleffektes erforderliche Anpassung der Betriebsparameter auf eine neue Art und Weise zu erreichen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 gelöst; die auf ihn rückbezogenen Ansprüche definieren bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Konzepts.
Die Druckschrift EP-A-92 014 offenbart einen Zwei-Wellen-Unwuchtrüttler mit einer Einrichtung für das Variieren des Phasenwinkels zwischen den beiden Wellen. Hierfür wird die Winkelgeschwindigkeit beider Wellen gemessen, und deren Differenz wird zu einer Phasendifferenz aufintegriert. Mittels eines Summiergliedes wird ein gewünschter Phasenwinkel zu der Phasendifferenz addiert, und ein resultierendes Stellsignal greift an einem Leistungsverteiler an, der eine eingespeiste Gesamtleistung nach Maßgabe des Stellsignals auf die Einzelantriebe der beiden Wellen verteilt. Dabei erfolgt eine Proportionalregelung.
Gleichlaufregelungen für Wellen werden von verschiedenen Herstellern angeboten; vgl. KEM Nov. 1990 S. 98, auch solche mit Phasentrimmung, vgl. Lenze Antriebstechnik, Technische Beschreibung Digitaler Gleichlaufregler BY 100, 10.03.1991.
Bei der Erfindung wird die Synchronisierung der einzelnen Unwuchtwellen durch eine elektronische, winkelsynchrone Regelung der Unwuchtantriebe erreicht. Die Intensität des Rütteleffekts wird gesteuert durch eine elektronische Veränderung des Rotorlagewinkels der einzelnen Unwuchtantriebe zueinander.
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend im einzelnen beschrieben Es zeigen in der Darstellung mit Schaltsymbolen
1 einen Rütteltisch mit vier Unwuchtwellen und Einzelantrieb für jede Welle;
2 einen zweiteiligen Rütteltisch mit acht Unwuchtwellen, von denen je zwei Wellen miteinander gekuppelt sind, und mit Einzelantrieb für jede Welle, wobei auch der Regelkreis für die Einzelantriebe dargestellt ist;
3 einen zweiteiligen Rütteltisch mir acht Unwuchtwellen und Einzelantrieb für jede Welle;
4 die Wirkungsweise der Phasenverstellung der Unwuchtmassen:
5 als Ausschnitt aus 2 den Regelkreis der einen der Einzelantriebe mit Angabe des Signalflusses.
Vier in einem Rütteltisch 1 angeordnete Unwuchtwellen W1 bis W4 werden einzeln durch zugeordnete Motoren M1 bis M4 über Gelenkwellen G1 bis G4 angetrieben. Die Unwuchtwellen W1 bis W4 sind mit Hilfe von Wälzlagern L1 bis L4 in dem Rütteltisch 1 gelagert. Mit jedem Motor M1 bis M4 ist über eine Kupplung C1 bis C4 ein Resolver R1 bis R4 mechanisch verbunden. Kupplungen sind auch zwischen den Wellen des zweiteiligen Rütteltisches 1 in 2 vorgesehen. Jeder Motor M1 bis M4 und jeder Resolver R1 bis R4 ist elektrisch mit einem Antriebsumrichter A1 bis A4 verbunden, der Bestandteil eines Motorregelkreises K1 bis K4 ist. Den Motorregelkreisen K1 bis K4 übergeordnet ist ein Rotorlageregler 2.
Alle vier Motoren M1 bis M4 drehen ständig mit vorgegebener Drehzahl im Gleichlauf, solange kein Stelleingriff erfolgt. Auf den Wellen befestigte Unwuchtkörper U1 bis U4 stehen so zueinander, daß sich die Zentrifugalkräfte gegenseitig aufheben und keine Rüttelwirkung vorhanden ist (4, Bild 1). Soll gerüttelt werden, ist eine Phasenverstellung der Unwuchten U1 bis U4 auf einen Wert notwendig, der der gewünschten Rüttelwirkung entspricht. Dies geschieht in der Weise, daß die Motoren M3 und M4 kurzzeitig mit verringerter Drehzahl gegenüber den Motoren M1 und M2, aber im Gleichlauf miteinander drehen, bis die gewünschte Phasenverstellung erreicht ist – 4, z. B. 100%, Bild 3, und 70%, Bild 2 –, um dann sofort wieder mit der gleichen Drehzahl wie die Motoren M1 und M2 zu rotieren, so daß die eingestellte Lage der Unwuchten U1 bis U4 für die Dauer des Rüttelvorgangs erhalten bleibt. Die Rückstellung in die Nullage erfolgt in entgegengesetzt gleicher Weise. Die in 3 dargestellte Anordnung ermöglicht den gleichzeitigen Betrieb der Rütteltischhälften mir unterschiedlichen Frequenzen und Rüttelkräften.
Jede Unwuchtwelle W1 bis W4 ist einzeln durch einen der Motoren M1 bis M4 angetrieben. Der Motor M1 bis M4 läuft mit vorgegebener Drehzahl und, solange kein Stelleingriff erfolgt, im Gleichlauf mit den anderen Motoren um. Als Stelleinrichtung, über die die Rüttelfrequenz und die Winkellage der Unwuchtkörper U1 bis U4 zueinander veränderbar ist, ist ein elektronischer Regler vorgesehen. Über den elektronischen Regler ist jeder Motor M1 bis M4 winkelsynchron so regelbar, daß zur Änderung der Rüttelfrequenz die Drehzahl der Unwuchtwellen W1 bis W4 und zur Änderung der Winkellage der Unwuchtkörper U1 bis U4 zueinander die Drehzahl zumindest der einen der beiden einander zugeordneten Unwuchtwellen W1 bis W4 kurzzeitig veränderbar ist.
Die Unwuchtkörper U1 bis U4 einander zugeordneter Unwuchtwellen W1 bis W4 weisen eine Winkellage von 180° zueinander auf. Über den einen der beiden einander zugeordnete Unwuchtwellen W1 bis W4 antreibenden Motoren M1 bis M4 ist die eine Unwuchtwelle kurzzeitig mit verringerter Drehzahl, nach Erreichen der von 180° abweichenden, gewünschten neuen Winkellage wieder mir derselben Drehzahl angetrieben wie der die zugeordnete Unwuchtwelle antreibende Motor.
Die Regelung der Motoren M1 bis M4 ist über die Motorregelkreise K1 bis K4 und den Rotorlageregler 2 vorgenommen. Der Rotorlageregler 2 ist den Motorregelkreisen K1 bis K4 übergeordnet. Jedem Motor M1 bis M4 sind einer der mechanisch gekuppelten Resolver R1 bis R4 und als Bestandteil eines der Motorregelkreise K1 bis K4 einer der Antriebsumrichter A1 bis A4 zugeordnet. Der Antriebsumrichter A1 bis A4 verändert in Abhängigkeit von Ausgangssignalen sin ωt und cosωt aus dem Resolver R1 bis R4 und Sollwertsignalen aus dem Rotorlageregler 2 über die Betriebsfrequenz f die Drehzahl des Motors M1 bis M4. Dem Rotorlageregler 2 sind aus den Motorregelkreisen K1 bis K4 (siwerte der Rotorlagen der Motoren M1 bis M4 und Betriebsparamter zugeführt. Zu den Betriebsparametern gehören beispielsweise Sollwinkel, Rütteldauer und Stellzeit.
Einer der Motoren M1 ist als Leitantrieb, die übrigen Motoren M2 bis M4 sind als Folgeantriebe vorgesehen. Für den Leitantrieb ist in Abhängigkeit von der gewählten Drehzahl eine feste Sollwertvorgabe vorgesehen. und der Sollwert für die Folgeantriebe wird über einen PI-Stellalgorithmus aus deren Abweichung von der Sollage errechnet. Der PI-Stellalgorithmus lautet:
mit
Y_n = Stellgröße für den Zyklus n,
X_dn = Regeldifferenz im Zyklus n,
X_dn–1 = Regeldifferenz im Zyklus n–1,
T_A = Abtastzeit,
T_N = Nachstellzeit,
T_V = Vorhaltezeit,
Kp = Proportionalkonstante.

Claims

Rüttelvorrichtung mit einem Rütteltisch, mit vier (oder einem ganzzahligen Vielfachen von vier) in dem Rütteltisch angeordneten, angetriebenen und mit je einem Unwuchtkörper versehenen Unwuchtwellen, die paarweise einander zugeordnet sind, und mit einer Stelleinrichtung, über die die Rüttelfrequenz und die Winkellage der jeweils ein Paar bildenden Unwuchtkörper zueinander veränderbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Unwuchtwelle (W1 bis W4) einzeln durch einen Motor (M1 bis M4) angetrieben ist, der mit vorgegebener Drehzahl und bei fehlendem Stelleingriff im Gleichlauf mit den anderen Motoren umläuft, daß als Stelleinrichtung ein elektronischer Regler vorgesehen ist, über den jeder Motor (M1 bis M4) winkelsynchron so regelbar ist, daß zur Änderung der Rüttelfrequenz die Drehzahl der Unwuchtwellen (W1 bis W4) und zur Änderung der Winkellage der jeweils ein Paar bildenden Unwuchtkörper (U1 bis U4) zueinander die Drehzahl zumindest der einen ein Paar bildenden Unwuchtwellen (W1 bis W4) kurzzeitig veränderbar ist, daß einer der Motoren (M1) als Leitantrieb, die übrigen Motoren (M2 bis M4) als Folgeantriebe vorgesehen sind, und daß für den Leitantrieb in Abhängigkeit von der gewählten Drehzahl eine feste Sollwertvorgabe vorgesehen ist und der Sollwert für die Folgeantriebe über einen PI-Stellalgorithmus aus deren Abweichung von der Sollage errechnet wird.
Rüttelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unwuchtkörper (U1 bis U4) einander zugeordneter Unwuchtwellen (W1 bis W4) zunächst eine Winkellage von 180° zueinander aufweisen und daß die Drehzahl des einer der beiden Wellen zugeordneten Motors kurzzeitig abgesenkt wird, bis eine gewünschte, von 180° abweichende neue Winkellage der beiden Unwuchtkörper erreicht ist, wonach beide Motoren wieder mit gleicher Drehzahl laufen.
Rüttelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Motoren (M1 bis M4) über Motorregelkreise (K1 bis K4) und einen den Motorregelkreisen übergeordneten Motorlageregler (2) erfolgt.
Rüttelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Motor (M1 bis M4) ein mechanisch gekoppelter Resolver (R1 bis R4) und als Bestandteil des Motorregelkreises (K1 bis K4) ein Antriebsumrichter (A1 bis A4) zugeordnet sind, der in Abhängigkeit von Ausgangssignalen (sint; cost) aus dem Resolver (R1 bis R4) und Sollwertsignalen aus dem Motorlageregler (2) über die Betriebsfrequenz (f) die Drehzahl des Motors (M1 bis M4) verändert.
Rüttelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Motorlageregler (2) aus den Motorregelkreisen (K1 bis K4) Istwerte der Rotorlage der Motoren (M1 bis M4) und Betriebsparameter zugeführt werden.