DE4219648A1

DE4219648A1 - Verfahren und vorrichtung zum regeln schwingender aggregate

Info

Publication number: DE4219648A1
Application number: DE4219648A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Weber
Original assignee: Klein Alb Co KG GmbH
Current assignee: WEBER, HANS, DIPL.-ING., 35423 LICH, DE
Priority date: 1991-07-10
Filing date: 1992-06-16
Publication date: 1993-01-14

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Regeln von schwingenden Aggregaten - wie Sieben, För derrinnen, Schwingbrechern, Auspackrosten, Auspackrohren od. dgl. -, insbesondere zur Geräuschminderung bei Schall bzw. Luftschwingungen zwischen 0,01 und 200 Hz erzeugenden Aggregaten, die mit Unwuchtgewichte aufweisenden Unwuchtmo toren verbunden sind.

Schwingende Aggregate geben an ihre Umgebung Schwingungen in Form von Luftschall, Luftschwingungen und Bodenschwin gungen ab. Eine derartige Schwingungsübertragung ist uner wünscht, da sie zu gesundheitlichen Schäden bei Menschen und zu Beschädigungen an Bauteilen in der Umgebung führen kann. Man hat deshalb versucht, die Abstrahlung schwingen der Maschinen durch Kapselung zu unterdrücken. Dies behin dert zum einen die Zugänglichkeit der Maschinen und ist zu dem im Bereich von tiefen Frequenzen sehr aufwendig.

Angesichts dieses Standes der Technik und der Erkenntnis, daß sich die Abstrahlungen mehrerer Schwingaggregate addie ren, hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzubieten, welche/s die Abstrahlungen von schwingenden Maschinen - insbesondere deren Schall bzw. Luftschwingungen - zu minimieren in der Lage ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre der unabhängigen Patentansprüche; weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß werden die Schwingungen des Schwingaggrega tes erfaßt und eine gleiche bzw. ähnliche phasenverschobene Schwingung erzeugt. Diese beiden Schwingungen addieren sich zu einer geringeren Schwingung bzw. heben sich im Idealfall annähernd auf. Der Idealfall tritt dann auf, wenn vom Ge genschwingaggregat exakt die gleiche Schwingung genau um 180° phasenverschoben an dem gleichen Ort erzeugt wird, dieser Idealfall jedoch ist im praktischen Betrieb nur sehr schwer erreichbar. Zuerst muß die Größe des von der Ma schine erzeugten Schalls bzw. der Luftschwingungen gemessen oder berechnet werden. Danach wird ein Gegenschwingaggregat gebaut, das die Schwingungen in gleicher technischer Weise (etwa bei Schwingaggregaten mit Magnetantrieb ein Gegen schwingaggregat mit Magnetantrieb) erzeugt und deren Schall bzw. Luftschwingung in etwa die gleiche Größe hat sowie die gleiche Frequenz. Das Gegenschwingaggregat erzeugt vorteil hafterweise die Schwingung in gleicher technischer Art mit wenig Masse.

Im Rahmen der Erfindung wird nun am Schwingaggregat und dem Gegenschwingaggregat der obere bzw. untere Totpunkt der Schwingung festgestellt sowie die Schwingung des Gegen schwingaggregates derart geregelt, daß bei positiver Halb welle des Schwingaggregates das Gegenschwingaggregat eine negative Halbwelle erzeugt - und umgekehrt.

Bei einer bevorzugten Ausführung wird die Lage der Unwucht gewichte zumindest zweier einander zugeordneter schwingen der Aggregate registriert sowie mit dieser Information das Verhältnis der Lagen der Unwuchtgewichte zueinander - in Abhängigkeit von den Schalleistungspegeln - so geregelt, daß sich die Unwuchtgewichte der einzelnen Aggregate um ein Maß phasenverschoben bewegen, das etwa von einem durch die Anzahl der einander zugeordneten Aggregate geteilten Kreiß maß bestimmt wird.

Die schwingenden Aggregate werden bevorzugt jeweils paar weise betrachtet, und an jedem der beiden Aggregate wird die Lage der Unwuchtgewichte der Unwuchtmotoren mittels Sensoren festgestellt. Nun wird die Lage der Unwuchtge wichte zueinander so geregelt, daß sie sich um etwa 180° phasenverschoben bewegen. Die erzeugten Schallwellen, Luft schwingungen und/oder Bodenschwingungen heben sich dann durch ihre entgegengesetzte Polarität auf bzw. vermindern sich.

Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, die Schwingaggregate im Trio, im Quartett, im Quintett, im Sextett usw. zu be trachten; analog gelten jetzt dazu 120°, 30°, 72°, 60° usw. verschobene Positionen der Unwuchten zueinander. Durch un terschiedliche Schalleistungspegel der einzelnen Schwingag gregate kann sich jedoch auch ein anderer Winkel der Un wuchtgewichte zueinander als günstig erweisen.

Beispielsweise können bei sechs Aggregaten jeweils drei in zwei Gruppen in Gleichlauf derart geregelt werden, daß die beiden Gruppen um 180° versetzt gegeneinander laufen.

Wenn im folgenden von zwei Unwuchtmotoren zu lesen ist, so sei angemerkt, daß selbstverständlich auch die oben erwähn ten Trios, Quartette od. dgl. Polygruppierungen - in ent sprechender Abwandlung - erfaßt sein sollen.

Erfindungsgemäß werden die Unwuchtmotoren der beiden Schwingaggregate von jeweils einem Frequenzumformer ange steuert. An den Unwuchtmotoren der beiden Schwingaggregate wird mittels jeweils eines Näherungsinitiators die Lage der Unwuchtgewichte festgestellt; diese Näherungsinitiatoren sind um 180° versetzt am Umfang der Unwuchtmotoren ange baut.

Mittels einer Elektronik wird ausgewertet, ob das Signal des 1. Schwingaggregates vor dem Signal des 2. Schwingag gregates kommt oder umgekehrt. Die Zeit zwischen den beiden Signalen wird gemessen, in Abhängigkeit der beiden genann ten Stellungen oder Möglichkeiten sowie der Zeitspanne in ein unterschiedliches Spannungssignal umgewandelt und eine: Frequenzumformer als Korrektursignal aufgeschaltet. Das Korrektursignal kann noch durch eine PID-Regelung an die jeweiligen Verhältnisse angepaßt werden. Dieser Frequenzum former steuert den Slave Motor, der andere - mit konstan ter Drehzahl betriebene oder anderweits geregelte - Fre quenzumformer steuert den Master Motor.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich tung besteht in der Möglichkeit, die Unwuchtmotoren eines Schwingaggregates vom Netz zu speisen und die Unwuchtmoto ren der anderen Schwingaggregate über frequenzgeregelte Frequenzwandler zu betreiben.

Das dargelegte Prinzip ist nicht auf von Unwuchtmotoren an getriebe Schwingaggregate beschränkt; es läßt sich auch bei Antrieben mittels Magneten, Unwuchten mit Gelenkwellen, Keilriemen, Zahnriemen, elastischen Kupplungen od. dgl. an wenden.

Sofern der Phasenverschiebungswinkel der Unwuchten zueinan der nicht während des Betriebes verändert werden soll, kann bei entsprechender räumlicher Anordnung der Schwingaggre gate die Kupplungen auch mechanisch erfolgen, etwa mittels Zahnriemen, Ketten, Gelenkwellen.

Die Zwischenschaltung hydraulischer Kupplungen oder mecha nischer Stellgetriebe ermöglicht auch hier eine Beeinflus sung der Phasenverschiebungswinkel im Betrieb.

Nach der Erfindung können sogar zusätzliche Sensoren auch andere Winkel als 180° bei der Phasenverschiebung erreichen helfen. Dann ist mit dieser Regelungsart auch eine Beein flussung der Schwingungsrichtung von Schwingaggregaten, z. B. zur Transportrichtungsumkehr, möglich.

Wenn auch die voranstehenden Arten des - durch Einsatz von Frequenzwandlern bestimmten - Betriebes bevorzugt werden, sind im Rahmen der Erfindung auch andere Kegelungsarten der beiden Unwuchtgewichte möglich, gegebenenfalls auch in Kombi nation; etwa über getaktete Ein- und Ausschaltung von den Netzschützen oder Thyristoren der Unwuchtmotoren, mittels Varistoren der beiden Motoren oder über ein getaktetes Ein- und Ausschalten von Bremsen der beiden Motoren.

Auch ist es denkbar, die Motoren mittels Polumschaltung über Spannungserhöhung zu regeln (Phasenanschnittsteuerung und/oder Leistungssteller).

Beim Einsatz der Bremsen zum Regeln der Unwuchtgewichte sind mechanische, hydraulische oder pneumatische Bremsen möglich.

Erfindungsgemäß kann die Lage der beiden Unwuchtgewichte zueinander durch optische oder akustische Maßnahmen - Lichtschranken, Sonar, Ultraschall oder ähnliches - erfol gen oder mittels mechanischer plus elektrischer Maßnahmen (biegsame Welle plus Drehimpulsgeber, mechanischer End schalter, Welle plus Initiatoren oder ähnliches).

Will man die Lage der beiden Unwuchtgewichte zueinander durch elektrische Maßnahmen feststellen, gelangen bevorzugt Drehimpulsgeber, Initiatoren zum Einsatz.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die beiden Unwuchtmotoren z. B. durch mechanische Wellen, biegsame Wellen, Ketten, Zahnriemen, Keilriemen od. dgl. so mecha nisch miteinander gekoppelt werden, daß die Lage der Un wuchtgewichte zueinander immer konstant bleibt bzw. über ein Getriebe geregelt zu werden vermag.

Die Anwendung einer hydraulischen Kupplung erlaubt es, daß die Lage der Unwuchtgewichte zueinander immer konstant bleibt - wie dies auch bei pneumatischer Koppelung der Fall ist.

Im übrigen können die Unwuchtmotoren durch einen Asynchron motor, Synchronmotor, sonstigen Drehstrommotor, Wechsel strommotor, Gleichstrommotor, Hydraulikmotor, Pneumatikmo tor od. dgl. angetrieben werden.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, statt der Lage der Un wuchten die Lage des Schwingkörpers mittels optischer Maß nahmen (Lichtschranken usw.), akustischer Maßnahmen (Sonar, Ultraschall usw.), mechanischer Maßnahmen (mechanischer Endschalter, Hebel usw.), elektrischer Maßnahmen (Näherungsschalter usw.), zu bestimmen.

Die Schwingungen der Schwingkörper oder -aggregate können auch mittels hydraulischer oder pneumatischer Maßnahmen er reicht werden - beispielsweise Hydraulikzylinder oder Pneumatikzylinder -, wobei dazu eine definierte Erzeugung von entgegengesetzten Schwingungen möglich wird; nicht mehr die Lage der Unwuchtgewichte wird festgestellt, sondern z. B. die Stellung eines Schwingung erzeugenden Zylinders oder des Schwingkörpers selbst

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines be vorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt jeweils als Schemaskizze in

Fig. 1 ein Schwingaggregat, dem ein Gegenschwingaggregat zugeordnet ist;

Fig. 2 eine andere Betriebsstellung der beiden Aggregate nach Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 schwingen ein Schwingaggregat 10 sowie ein Ge genschwingaggregat 10a um 180° phasenverschoben. Dabei überfahren Unwuchtsektoren 12 bzw. 12a jeweils einen Sensor 14 bzw. 14a gleichzeitig. Diese sind zueinander in einem Winkel w von 180° versetzt sowie über Leitungen 16 mit ei nem Auswerter 18 verbunden, der an - hier geschlossene - Netzschalter 20 bzw. 20a angelegt ist.

In Fig. 2 ist der Unwuchtsektor 12a des Gegenschwingaggre gates 10a dem des Schwingaggregates 10 um einen Winkel t vorausgeeilt. Der Auswerter 18 öffnet für ein Zeitinter vall den Netzschalter 20a - die Drehzahl des Unwuchtsektors 12a fällt ab.

Die Regelung der 180°-Phasenverschiebung erfolgt hier durch das Abschalten des vorauseilenden Gegenschwingaggregates 10a.

Claims

1. Verfahren zum Regeln von schwingenden Aggregaten wie Sieben, Förderrinnen, Schwingbrechern, Auspackrosten, Auspackrohren od. dgl., insbesondere zur Geräuschmin derung bei Schall bzw. Luftschwingungen zwischen 0,01 und 200 Hz erzeugenden Aggregaten, dadurch gekennzeichnet, daß eine zu den Schwingungen des Aggregates um 180° phasenverschobene, ansonsten gleichartige Schwingung erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Phasenverschiebung von etwa 180°.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein zur Schall- bzw. Luftschwingung des Aggregates gleiche Schall- bzw. Luftschwingungen aufweisendes Ge genschwingaggregat, wobei der obere Totpunkt des einen Aggregates dem unteren Totpunkt des anderen Aggregates zugeordnet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das schwingende Aggregat mit Un wuchtgewichten aufweisenden Unwuchtmotoren verbunden sowie die Lage der Unwuchtgewichte zumindest zweier einander zugeordneter schwingender Aggregate regi striert und das Verhältnis der Lagen der Unwuchtge wichte zueinander so geregelt wird, daß sich die Un wuchtgewichte der einzelnen Aggregate um ein Maß pha senverschoben bewegen, das etwa von einem durch die Anzahl der einander zugeordneten Aggregate geteilten Kreismaß bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Paar von Aggregaten, deren Unwucht sich mit einer Phasenverschiebung von etwa 180° zueinander bewegen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Schwingungen zueinander in entge gengesetzter Richtung mechanisch gehalten werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Schwingungen zueinander in entge gengesetzter Richtung pneumatisch gehalten werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Schwingungen zueinander in entge gengesetzter Richtung hydraulisch gehalten werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche l bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der obere oder der untere Totpunkt der Schwingung elektrisch erfaßt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der obere oder der untere Totpunkt der Schwingung pneumatisch erfaßt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der obere oder der untere Totpunkt der Schwingung hydraulisch erfaßt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der obere oder der untere Totpunkt der Schwingung akustisch oder optisch erfaßt wird.

13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Moto ren des Gegenschwingaggregates mittels getaktetem Ein- und Ausschaltungen von Netzschützen verändert und die Lage der Unwuchtgewichte von Schwingaggregat sowie Ge genschwingaggregat zueinander geregelt wird.

14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Moto ren des Gegenschwingaggregates mittels getaktetem Ein- und Ausschaltungen von Thyristoren der Motoransteue rung verändert und die Lage der Unwuchtgewichte von Schwingaggregat sowie Gegenschwingaggregat zueinander geregelt wird.

15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Moto ren des Gegenschwingaggregates mittels Frequenzumfor men verändert und die Lage der Unwuchtgewichte von Schwingaggregat und Gegenschwingaggregat zueinander geregelt wird.

16. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Ma gnetantriebes des Gegenschwingaggregates mittels Fre quenzumformer verändert und der obere und untere Tot punkt von Schwingaggregat und Gegenschwingaggregat zu einander geregelt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 5 oder 9, dadurch gekennzeich net, daß elektronisch festgestellt wird, ob das Signal des 1. Schwingaggregates vor dem Signal des 2. Schwingaggregates kommt oder umgekehrt, daß die Zeit zwischen den beiden Signalen gemessen, in Abhängigkeit der beiden Alternativen sowie der Zeitspanne in ein unterschiedliches Spannungssignal umgewandelt und ei nem Frequenzumformer als Korrektursignal aufgeschaltet wird.

18. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Frequenzum former den Slave Motor steuert, der andere Frequenzum former mit konstanter Drehzahl betrieben wird und den Master Motor steuert.

19. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 18, gekennzeichnet durch die Regelung der Unwuchtge wichte zueinander über getaktete Ein- und Ausschaltung von Bremsen der Unwuchtmotoren.

20. Verfahren nach Anspruch 4 oder 13, gekennzeichnet durch die Regelung der Unwuchtgewichte zueinander über getaktete Ein- und Ausschaltung von Netzschützen der Unwuchtmotoren.

21. Verfahren nach Anspruch 4 oder 14, gekennzeichnet durch die Regelung der Unwuchtgewichte zueinander über getaktete Ein- und Ausschaltung von Thyristoren der Unwuchtmotoren.

22. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 18, gekennzeichnet durch die Regelung der Unwuchtge wichte zueinander über Triacs der Unwuchtmotoren.

23. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 18, gekennzeichnet durch die Regelung der Unwuchtge wichte über Polumschaltung an den Unwuchtmotoren.

24. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 18, gekennzeichnet durch die Regelung der Unwuchtge wichte zueinander über Spannungserhöhung an den Un wuchtmotoren.

25. Verfahren nach Anspruch 4 oder 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lage der Unwuchtgewichte zueinander optisch oder akustisch festgestellt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 4, 6 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lage der Unwuchtgewichte zueinander mechanisch und/oder elektrisch festgestellt wird.

27. Verfahren nach Anspruch 4 oder 1, dadurch gekennzeich net, daß die Lage der beiden Unwuchtgewichte zueinan der pneumatisch, bevorzugt durch das Unterbrechen ei nes Luftstrahles, festgestellt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 4 oder 8, dadurch gekennzeich net, daß die Lage der beiden Unwuchtgewichte zueinan der hydraulisch, bevorzugt durch die Erzeugung eines Druckes bei einer bestimmten Lage der Unwucht, festge stellt wird.

29. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Unwuchtmotoren me chanisch miteinander gekoppelt werden, wobei die Lage der Unwuchtgewichte zueinander immer konstant gehalten über ein Getriebe geregelt wird.

30. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Unwuchtmotoren hydraulisch oder pneumatisch miteinander gekoppelt werden sowie die Lage der Unwuchtgewichte zueinander konstant gehalten wird.

31. Verfahren zum Regeln von schwingenden Aggregaten wie Sieben, Förderringen, Schwingbrechern, Auspackrosten, Auspackrohren, od. dgl., die mit Unwuchtgewichten auf weisenden Unwuchtmotoren verbunden sind, dadurch ge kennzeichnet, daß die Lage zumindest zweier einander zugeordneter schwingender Aggregate registriert sowie das Verhältnis dieser Lagen zueinander so geregelt wird, daß sich die einzelnen Aggregate um ein Maß pha senverschoben bewegen, das etwa von einem durch die Anzahl der einander zugeordneten Aggregate geteilten Kreismaß bestimmt wird.

32. Vorrichtung zum Regeln von schwingenden Aggregaten wie Sieben, Förderrinnen, Schwingbrechern, Auspackrosten, Auspackrohren, od. dgl., insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der voraufsehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schwingaggregat wenigstens ein Gegenschwingaggregat etwa gleichen Schall oder gleichen Luftschwingung zwi schen 0,01 und 200 Hz zugeordnet ist und die Schwin gungen beider Aggregate um etwa 180° phasenverschoben sind.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, deren Aggregate mit Un wuchtgewichte aufweisenden Unwuchtmotoren verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß den Unwuchtmotoren der Schwingaggregate jeweils ein Frequenzumformer so wie ein Näherungsinitiator zugeordnet ist, wobei die Näherungsinitiatoren am Umfang der Unwuchtmotoren um ein Maß versetzt angeordnet sind, das etwa von einem durch die Anzahl der einander zugeordneten Aggregate geteilten Kreismaß bestimmt ist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekenn zeichnet, daß bei einem Paar von Unwuchtmotoren an de ren Umfängen die Näherungsinitiatoren um etwa 180° versetzt angeordnet sind.