-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schwingfördervorrichtung, welche für einen
Antrieb durch eine Vielzahl von Paaren drehbarer exzentrischer Gewichte
ausgelegt ist, wobei die Schwingfördervorrichtung sub-resonant
abgestimmte Antriebsfedern enthält,
und die Vielzahl der Paare drehbarer Gewichte akkumulativ während der
Rotation in Phase gebracht werden.
-
In
der Schwingvorrichtungsindustrie werden Schwingfördervorrichtungen, wie z. B.
Schwingspeiser, Schwingförderer,
Schwingsiebe, Schwingwärmeübertragungs-Wirbelschichtbetten,
Reibungsmühlen
und dergleichen alle durch ein allgemein bekanntes und beliebtes
Antriebsverfahren, welches als "Single
Input"- oder "Brute Force"-Art eines Antriebs
bezeichnet wird. Ein einziges Paar rotierender exzentrischer Gewichte
ist die alleinige Quelle der Eingangsenergie in dieser Antriebsart.
Direkt quer gegenüberliegend
eingebaut, läßt ein in
entgegengesetzten Richtungen rotierendes einziges Paar exzentrischer
Gewichte gemäß Darstellung
in
1 die Schwingfördervorrichtung
mit einer linearen oder geradlinigen "Hin und Her"-Bewegung schwingen. Da die Lasttransportfähigkeit
der Fördervorrichtungen über die
Jahre hinweg zugenommen hat, nahm das Gewicht der rotierenden exzentrischen
Gewichte ebenfalls notwendigerweise in der Größe zu. Ebenso tat es der Leistungsbedarf
der für
die Rotation der exzentrischen Gewichte verwendeten Elektromotoren. Beispiele
dieser praktischen Situation sind in dem U.S. Patent Nr.
4,180,458 und
dem U.S. Patent Nr.
4,826,017 zu sehen. In beiden
von diesen Patenten wird nur ein Paar rotierender exzentrischer
Gewichte verwendet. Das Patent Nr.
4,180,458 verwendet
einen "Keilrie men"-Verbindungstyp zwischen
der Zwischenwelle, welche die exzentrischen Gewichte dreht und dem
Antriebsmotor. Im Patent Nr.
4,826,017 könnten Schwingmotoren
verwendet werden, oder es könnten
auf einer von einem Keilriemen- oder Kettentyp eines Motorantriebs
gedrehten Zwischenwelle montierte exzentrische Gewichte verwendet
werden.
-
Um
eine kreisförmige
Förderbewegung
zu erzielen, wird ein Paar rotierender exzentrischer Gewichte diametral
gegenüberliegend
zueinander montiert. Dann könnte
durch Drehen der exzentrischen Gewichte in derselben Richtung ein "Dreh"-Typ einer Schwingwirkung
oder kreisförmigen
Förderung
erzielt werden. Ein Beispiel ist das U.S. Patent Nr.
3,254,879 .
Wie darin dargestellt, sind zwei Elektromotoren direkt mit auf einer
Zwischenwelle befestigten exzentrischen Gewichten gekoppelt. Das
Ergebnis ist ein spiralartiger Hub, welcher das enthaltene Material
in einer kreisförmigen
Bewegung transportiert. Ein weiteres Beispiel dieser Situation ist
in dem Dumbaugh U.S. Patent Nr.
3,173,068 und in
den
5A und
5B dargestellt.
-
Seit
vielen Jahren ist allgemein bekannt, daß ein einziges Paar rotierender
exzentrischer Gewichte für
die Verwendung mit einer Schwingfördervorrichtung kombiniert
werden kann, um entweder eine "lineare" oder "drehende" Art einer Hubwirkung
zu erzeugen. Indem im Geiste die Position der exzentrischen Gewichte 20 in
vier 90°-Inkrementen
einer 360° Umdrehung "gestoppt" und abgebildet wird, wird
eine vollständige
Umdrehung in jeder von den 2A und 2B dargestellt. Wenn beide
exzentrischen Gewichte 20 in entgegengesetzte Richtungen in
Bezug zueinander, wie es in 2A dargestellt
ist, rotieren, wird eine "lineare" Art eines Ausgangshubs erzielt.
Indem man das Paar rotierender exzentrischer Gewichte 20 in
derselben Richtung in Bezug zueinander drehen läßt, wie es in 2 dargestellt ist, entwickelt der Ausgangshub
eine "Drehung" aus dem sich ergebendem
Kräftepaar.
-
Ein
Paar rotierender exzentrischer Gewichte kommt korrekt zu einer "Phasenabstimmung", um entweder eine "lineare" oder "drehende" Art der Schwingkraft
und des sich ergebenden Ausgangshubs zu erzeugen, da sie inhärent ihren
niedrigsten Energieabgabepegel suchen. Anders gesagt, die Schwingmotoren,
welche die exzentrischen Gewichte drehen, versuchen so wenig wie
möglich
zu arbeiten. Demzufolge "gleichen" die exzentrischen
Gewichte die Kraftabgabe von zwei Viertelabschnitten des Rotationszyklus
bei 0° und
180° aus
oder kompensieren diese. Dadurch werden die zwei exzentrischen Gewichte
notwendigerweise dazu veranlaßt, ihre
Kraftabgaben für
die restlichen zwei Viertelabschnitte zu kombinieren, oder die andere
Hälfte,
ihres Rotationszyklus bei 90° und
270°. Wenn
dieses auftritt, addieren die zwei beteiligten Motoren akkumulativ
ihr Leistungsvermögen.
Beispielsweise wäre, wenn
zwei Motoren mit 1,12 KW (1,5 PS) verwendet werden, das Gesamtleistungsvermögen des
Motorenpaares 2,244 KW (3 PS).
-
Das
Paar der rotierenden exzentrischen Gewichte kann auf einer Zwischenwelle
mit zwei Lagern montiert sein, und über einen Motor über eine
geeignete "Keilriemen"-Kombination angetrieben
werden. Zwei Zwischenwellen, eine für jedes exzentrische Gewicht,
wären erforderlich.
Ein anderer Typ einer geeigneten Übertragung, wie z. B. eine
Kette, Zahnräder
oder dergleichen könnten
ebenfalls verwendet werden. Eine weitere Alternative ist die Verwendung eines
Schwingmotors 11, wie er von Kinergy Corporation gemäß Darstellung
in 3 verwendet wird. Ein
derartiger Schwingmotor besitzt eine doppelt verlängerte Welle.
Exzentrische Gewichte 20 können auf beiden Enden der Welle
angebracht sein, werden aber kumulativ als einziges drehbares exzentrisches Gewicht
betrachtet. Schwingmotoren, die mit auf der Welle montierten exzentrischen
Gewichten ausgerüstet
sind, werden hierin bevorzugt, aber andere Zwischenwellen-angetriebene
Kombinationen können
ebenfalls, wie z. B. Keilriemen und dergleichen, verwendet werden.
In jedem Fall ist das Paar der drehbaren exzentrischen Gewichte
auf der Förderrinnenanordnung
installiert und wird ein integriertes Teil davon.
-
Wenn
mehr Eingangsleistung benötigt
wird, um schwerere Lasten entlang des Verlaufs der Förderrinne
zu bewegen, werden mehr rotierende exzentrische Gewichtskraft und
Leistung benötigt. Demzufolge
werden die drehbaren exzentrischen Gewichte größer und schwerer und besitzen
eine größere Gewichtskraftabgabe.
Ebenso müssen
die elektrischen Wicklungen des Schwingmotors in der Größer zunehmen,
um mehr Leistung zu erzeugen. Diese Zunahme in der Gewichtskraftabgabe
und der entsprechenden Schwingmotorleistung hat den Punkt erreicht,
daß die
Schwingmotoren derzeit bereits so groß sind, wie sie praktisch herzustellen
sind, oder auf einer Schwingfördervorrichtung
einzusetzen sind. Daher würde,
wenn ein irgendein Verfahren zur Kombination mehrerer Paare von
Schwingmotoren und drehbarer exzentrischer Gewichte gefunden werden
könnte,
dieses die Verwendung von zwei oder mehr Paaren von Schwingmotoren
und exzentrischen Gewichten in Kombination anstelle nur eines Paares
von Motoren ermöglichen,
die im Wesentlichen zweimal so groß oder größer sind.
-
Im
Verlauf der Jahre wurden viele Versuche gemacht, mehr als ein Paar
von Schwingmotoren und exzentrischen Gewichten zu kombinieren, um die
Gesamtkraftabgabe und das Leistungsvermögen zu erhöhen. Leider neigen, wenn mehr
als ein Paar rotierender exzentrischer Gewichte verwendet werden,
diese immer dazu, ihre gegenseitigen Kraftabgaben gegenseitig "aufzuheben". Die sich ergebende Hubwirkung
an der Schwingmaschine würde
tatsächlich
geringer werden, oder könnte
sogar praktisch bis zu keiner Auslenkung oder einem Hub von Null
reduziert werden. Ein Beispiel dieser ungewollten Situation ist
in 4 dargestellt. In 4 wird ein zweites Paar
rotierender exzentrischer Gewichte verwendet. Nachdem die rotierenden
exzentrischen Gewichte gestartet sind, und sich bei ihren entsprechenden Drehzahlen
drehen, bewegt sich jedes von den vier exzentrischen Gewichten zu
einer Stelle in seiner Rotation, so daß sich alle Ausgabekräfte gegenseitig aufheben.
Demzufolge ist die Nettokraftabgabe im Wesentlichen Null und die
beteiligten Motoren entwickeln praktisch keine Leistung. Dieses
geschieht auch, wenn die Motoren so umgeschaltet werden, daß sie in
entgegengesetzte Richtungen laufen. Statt ihre entsprechenden Kraftabgaben
aus jedem Paar der exzentrischen Gewichte zu addieren, heben sie einander
auf. Dieses ist der Grund, warum jede Kombination von an einer Schwingfördervorrichtung
verwendeten freilaufenden exzentrischen Gewichten bisher immer auf
ein Paar begrenzt war.
-
Die
gewünschte
akkumulative Phasenabstimmung von einer Vielzahl von Paaren rotierender exzentrischer
Gewichte wurde mit freilaufenden rotierenden exzentrischen Gewichten,
die nicht physikalisch oder mechanisch hinsichtlich ihrer Rotation verbunden
oder miteinander gekoppelt sind, niemals erfolgreich erreicht. Daher
bestand für
viele Jahre ein unbeantworteter Bedarf nach der Fähigkeit,
mehr als ein Paar rotierender exzentrischer Gewichte zu verwenden,
um eine Steigerung des gesamten Schwingkraftabgabevermögens und
der Steigerung der dazugehörigen
gesamten Leistungsabgabe zu ermöglichen.
-
WO
99/28218 offenbart ein elektronisch gekoppeltes Mehrfachwellenantriebssystem
für eine Schwingvorrichtung
mit einer Vielzahl von Antriebsmotoren mit exzentrischen Gewichten,
die auf deren Wellen montiert sind, und ein elektronisches Steuersystem
für die
Steuerung der Motoren, um einen korrekten Phasenbezug der Gewichte
zueinander sicherzustellen.
-
US-A-4,255,254 offenbart
eine Schwingfördervorrichtung,
die dafür
angepaßt
ist, Material in Schwingung zu versetzen und zu fördern, wobei
die Schwingfördervorrichtung
enthält
ein Bett, auf welchem das Material gefördert wird; eine Vielzahl geneigter
Stabilisatoren, wobei jeder Stabilisator ein erstes Ende, ein zweites
Ende und eine Längsachse enthält, wobei
das erste Ende jedes Stabilisators an dem Bett befestigt ist; ein
erstes Paar drehbarer exzentrischer Gewichte, die mit dem Bett gekoppelt sind;
wobei das erste Paar drehbarer exzentrischer Gewichte ein erstes
Paar drehbarer exzentrischer Gewichte enthält, die mit dem Bett gekoppelt
sind, und ein zweites Paar drehbarer exzentrischer Gewichte, die
mit dem Bett gekoppelt sind, wodurch die Rotation des ersten Paares
drehbarer exzentrischer Gewichte und die Rotation des zweiten Paares
drehbarer exzentrischer Gewichte ein Schwingen des Bettes bewirkt.
-
US-A-4,149,627 ,
auf welchem der vorkennzeichnende Absatz des Anspruches 1 basiert,
offenbart eine Fördereinrichtung,
welche dafür
angepaßt ist,
zu schwingen und Material zu fördern,
wobei die Schwingfördervorrichtung
enthält:
ein Bett, auf welchem Material gefördert wird;
eine Vielzahl
geneigter Stabilisatoren, wobei jeder Stabilisator ein erstes Ende,
ein zweites Ende und eine Längs achse
besitzt, wobei das erste Ende jedes Stabilisators an dem Bett befestigt
ist;
ein erstes Paar drehbarer exzentrischer Gewichte, die
mit dem Bett gekoppelt sind;
eine Vielzahl von Antriebsfedern
(
22), wovon jede von den Antriebsfedern (
22) ein
erstes Ende, ein zweites Ende und eine zentrale Achse besitzt, wobei das
erste Ende von jeder Antriebsfeder (
22) an dem Bett (
26)
befestigt ist, jede Antriebsfeder (
22) dafür angepaßt ist,
sich entlang einer Linie des Hubes im Allgemeinen parallel zu der
zentralen Achse der Feder (
22) zu stauchen und auszudehnen;
und
wobei die Längsachse
jedes Stabilisators (
24) im Allgemeinen senkrecht zu der
zentralen Achse einer Antriebsfeder (
22) liegt, jeder Stabilisator
(
24) in einer Richtung quer zu der Linie des Hubs steifer
ist, als der Stabilisator (
24) in der Richtung der Linie
des Hubs ist, die Stabilisatoren (
24) eine Bewegung von jeder
der Antriebsfedern (
22) im Allgemeinen parallel zu der
zentralen Achse der Antriebsfeder (
22) zulassen und eine
Bewegung von jeder Antriebsfeder (
22) im Allgemeinen quer
zu der zentralen Achse der Antriebsfeder (
22) hemmen; und
das
erste Paar drehbarer exzentrischer Gewichte ein in Zuordnung zu
einem ersten Motor (
12) drehbares erstes drehbares exzentrisches
Gewicht (
20) enthält und
ein in Zuordnung zu einem zweiten Motor (
12) drehbares
zweites drehbares exzentrisches Gewicht (
20), wobei die
ersten und zweiten drehbaren exzentrischen Gewichte (
20)
unabhängig
drehbar sind.
-
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schwingfördervorrichtung
gemäß Definition
in Anspruch 1 bereitgestellt.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren bereit, um eine
Fördervorrichtung
zum Fördern
von Material schwingen zu lasen, wie es in Anspruch 13 definiert
ist.
-
Die
Schwingfördervorrichtung
gemäß der Erfindung
bewirkt einen Antrieb durch eine Vielzahl akkumulativ in ihrer Phase
abgestimmter Paare freilaufender drehbarer exzentrischer Gewichte.
Die von den rotierenden exzentrischen Gewichten erzeugte akkumulative
Kraftabgabe wird zu einem Betrag gleich der Summe aller mehreren
Paare exzentrischer Gewichte vereint. Die entsprechenden Leistungsabgaben
der diese exzentrischen Gewichte drehenden Motoren addieren sich
ebenfalls akkumulativ. Diese gewollte "Phasenabstimmung" mehrerer Paare rotierender exzentrischer
Gewichte tritt nur in Verbindung mit korrekt stabilisierten sub-resonant abgestimmten
steifen Antriebsfedern auf. Diese Art eines Schwingantriebs wird
manchmal als System "Freier
Massen" bezeichnet,
ist jedoch allgemein als das "Kinergy
Drive System" bekannt.
Technisch wird er als der "Electrically
Controlled Motorized Version of a 'Free Force Input' Combined with Sub-Resonant Tuned Sprinugs" – Typ des in dem Dumbaugh Patent Nr.
3,251,457 offenbarten
Schwingantriebs bezeichnet.
-
Die
akkumulative Phasenabstimmung einer Vielzahl von Paaren rotierender
exzentrischer Gewichte ist auf Schwingfördervorrichtungen des nicht-ausgeglichenen
Typs anwendbar, welche steif auf ihrer Unterstützungsstruktur befestigt sein
müssen.
Sie ist auch auf Schwingfördermaschinen
anwendbar, welche dynamisch ausgeglichen und mit Isolationsfedern
ausgestattet sind. Das Ausgleichsgewicht kann eine einzige längliche
Anordnung sein, oder das Ausgleichsgewicht kann in eine Vielzahl
von Abschnitten, wie in dem Dumbaugh Patent
Nr. 4,149,627 dargestellt,
unterteilt sein. Die vorliegende Erfindung ist auf alle Typen induzierter
Fördervorrichtungen
und Maschinen, wie z. B. Schwingspeiser, Schwingfördervorrichtungen,
Schwingsiebe, schwingende Wirbelschichtkühler oder – trockner, Gießerei-Ausschlagroste,
Sandrückgewinnungsvorrichtungen,
Reibungsmühlen
und dergleichen anwendbar. Die Erfindung könnte auch auf Rundfördermaschinen,
wie in
14A–B dargestellt, wie
z. B. Schwingspeiser, Förderbänder, Spiralaufzüge, Wirbelschichtkühler oder
-trockner, Reibungsmühlen und
dergleichen angewendet werden. Es ist wichtig anzumerken, daß all diese
Schwingfördermaschinen die
Schwingantriebskonfigurationsart der sub-resonant abgestimmten Federn
verwenden müssen,
die geeignet stabilisiert ist, damit diese gewollte Mehrfachphasenabstimmung
einer Vielzahl von Paaren von drehbaren exzentrischen Gewichten
auftritt.
-
Die
mehreren Paare drehbarer exzentrischer Gewichte sind auf der Förderrinnenanordnung
der Fördervorrichtung
installiert und werden ein integrierter Bestandteil davon, wenn
die Schwingfördervorrichtung
der "nicht-ausgeglichene" Typ ist. Dieses
bedeutet, daß deren
Basisrahmen starr an einem stabilen stationären Fundament "fixiert" ist. Umgekehrt kann,
wenn der Schwingspeiser "dynamisch
ausgeglichen" ist,
das Paar drehbarer exzentrischer Gewichte entweder auf der Förderrinne
oder auf einem Ausgleichselement installiert sein. Wenn die Fördervorrichtung
ausgeglichen ist, ist das Paar exzentrischer Gewichte nahezu immer
auf dem Ausgleichselement installiert.
-
Damit
die Erfindung gut verstanden wird, werden nun einige Ausführungsformen
davon im Rahmen eines Beispiels beschrieben, wobei Bezug auf die
beigefügten
Zeichnungen genommen wird, in welchen:
-
1 eine Skizze eines Schwingförderers ist,
welcher von einem einzigen Paar von Schwingmotoren mit praktisch
gleich großen
rotierenden exzentrischen Gewichten auf jedem Motor angetrieben wird;
-
2A eine Darstellung ist,
welche den sich ergebenden Ausgabehub aus einem Paar rotierender
exzentrischer Gewichte darstellt, die sich in entgegengesetzter
Richtung in Bezug zueinander drehen;
-
2B eine Darstellung ist,
welche den sich ergebenden Ausgabehub aus einem Paar rotierender
exzentrischer Gewichte darstellt, die sich in gleicher Richtung
in Bezug zueinander drehen;
-
3 einen Schwingmotor mit
exzentrischen drehbaren Gewichten darstellt;
-
4 eine Skizze eines Schwingförderers mit
zwei Paaren rotierender exzentrischer Gewichte ist, die an der Fördervorrichtung
befestigt sind, jedoch ohne sub-resonant abgestimmten Antriebsfedern;
-
5A und 5B Skizzen eines Rundschwingfördermechanismus
mit nur einem einzigen Paar von Schwingmotoren und rotierenden exzentrischen
Gewichten sind;
-
6 eine Seitenaufrißansicht
einer Schwingfördervorrichtung
mit drei Paaren von Schwingmotoren und drehbaren exzentrischen Gewichten
und sub-resonant abgestimmten Schraubenantriebsfedern aus Stahl
und Stabilisatoren ist;
-
7 eine Seitenaufrißansicht
der Verbindung zwischen zwei Abschnitten eines Ausgleichs ist;
-
8A–D Diagramme sind,
welche die akkumulative Phasenabstimmung der drei Paare rotierender
exzentrischer Gewichte der in 6 dargestellten
Fördervorrichtung
zeigen;
-
9A einen vergrößerten Abschnitt
der Fördervorrichtung
von 6 darstellt;
-
9B ein Querschnitt der Fördervorrichtung
von 6 ist;
-
10 ein elektrisches Schaltbild
für die Schwingmotoren
der Fördervorrichtung
von 6 ist;
-
11 eine Seitenaufrißansicht
einer nicht ausgeglichenen Schwingfördervorrichtung ist, die eine
Vielzahl von Schwingmotoren und exzentrischen Gewichten enthält;
-
12 eine Seitenaufrißansicht
einer ausgeglichenen Schwingfördervorrichtung
mit einem einteiligen Ausgleich von einer Vielzahl von Paaren von
Schwingmotoren und drehbaren exzentrischen Gewichten ist;
-
13 eine Seitenaufrißansicht
einer Schwingfördervorrichtung
ist, welche einen sektionalisiertes Ausgleichsge wicht besitzt und
drei Paare von Schwingmotoren und drehbaren exzentrischen Gewichten;
-
14A und 14B Skizzen einer Rundschwingfördervorrichtung
sind, welche eine Vielzahl von Schwingmotoren und rotierenden exzentrischen Gewichten
besitzt;
-
15A–D Diagramme sind,
welche die akkumulative Phasenabstimmung der exzentrischer Gewichte
der Rundfördervorrichtung
der 14A–B darstellen;
-
15E ein Diagramm ist, das
die Hublinie der rotierenden exzentrischen Gewichte von den 15A–D darstellt.
-
Eine
Schwingfördervorrichtung
10 der
vorliegenden Erfindung, wie z. B. ein Sandkühler, ist in
6 dargestellt. Die Schwingfördervorrichtung
10 nutzt
das in dem Dumbaugh Patent Nr.
3,251,457 offenbarte
elektrisch gesteuerte Antriebsverfahren und ein sektionalisiertes
oder unterteiltes Ausgleichsgewicht
16, wie er in dem Dumbaugh
Patent
4,149,627 beschrieben ist. Die Schwingfördervorrichtung
10 enthält ein erstes
Paar von Schwingmotoren
12 und ein zweites Paar von Schwingmotoren
14,
welche relativ nahe auf dem vorderen Abschnitt
15 des Ausgleichgewichts
16 plaziert
sind. Der hintere oder rückwärtige Abschnitt
18 des
Ausgleichgewichts
16 besitzt ein drittes Paar von Schwingmotoren
19.
Mit anderen Worten, es werden insgesamt sechs Schwingmotoren gemäß Darstellung
in
6 verwendet. Die
zwei Motoren in jedem Motorenpaar sind sich quer gegenüberliegend
in Bezug auf die Längsrichtung
der Fördervorrichtung
10 angeordnet.
Jeder Schwingmotor enthält
ein drehbares exzentrisches Gewicht
20. Da die sich drehenden
exzentrischen Gewichte
20 auf der Ober- und Unterseite jedes Motors angeordnet
sind, ist eine Summe von insgesamt zwölf einzelnen exzentrischen
Gewichten einbezogen, wobei jedoch alle exzentrischen Gewichte auch nur
einen Motor hierin als nur ein exzentrisches Gewicht betrachtet
werden. Das auf einem der Schwingmotoren
11 in einem Paar
von Schwingmotoren befestigte exzentrische Gewicht
20 ist
im Wesentlichen gleich dem an dem anderen Schwingmotor
11 in
dem Paar der Schwingmotoren befestigten exzentrischen Gewicht. Jeder
Motor ist auf 3,73 KW (5 PS) ausgelegt, was eine Gesamtleistung
von 22,37 KW (30 PS) ergibt, die von den sechs Schwingmotoren geliefert wird,
obwohl andere Motorgrößen verwendet
werden können.
Falls gewünscht
können
nur zwei Paare oder mehr als drei Paare von Schwingmotoren und exzentrischen
Gewichten verwendet werden. Obwohl elektrische Motoren bevorzugt
werden, können auch
Luftmotoren oder Hydraulikmotoren verwendet werden.
-
An
jedem Schwingmotor 11 in einem Paar von Schwingmotoren
ist im Wesentlichen dasselbe exzentrische Gewicht 20 daran
so befestigt, daß jeder
Schwingmotor und jedes exzentrische Gewicht in dem Paar der Schwingmotoren
und die exzentrischen Gewichte im Wesentlichen dieselbe Kraftabgabe
während
des Betriebs erzeugen. Jedoch muß die gesamte Kraftabgabe von
einem ersten Paar von Schwingmotoren und exzentrischen Gewichten
nicht notwendigerweise gleich der Gesamtkraftabgabe eines zweiten
Paares von Schwingmotoren und exzentrischen Gewichten sein.
-
Alle
sechs Motoren synchronisieren und liefern eine akkumulativ phasenabgestimmte
Kraftabgabe gleich der Summer der individuellen Kraftabgaben aller
drei Paare der exzentrischen Gewichte 20. Die geeignete
Phasenabstimmung der Paare der exzentrischen Gewichte 20 ergibt
sich, wenn jedes Paar der Motoren 12, 14 und 19 getrennt
oder in einer beliebigen Kombi nation gestartet oder alle zum gleichen
Zeitpunkt gestartet werden. Die zwei Motoren 11 in jedem
Motorenpaar 12, 14 und 19 rotieren in
entgegengesetzte Richtung in Bezug zueinander, was für eine unidirektionale
Fördervorrichtung
bevorzugt wird. Jedoch würden
diese Motoren immer noch versuchen "sich in der Phase abzustimmen", selbst wenn die
Rotation unterschiedlich wäre,
wenn diese sechs Motoren in Verbindung mit sub-resonant abgestimmten
Schraubenantriebsfedern aus Stahl arbeiten, welche Flachstangenstabilisatoren
besitzen, um deren Hublinie zu führen.
-
Die
Fördervorrichtung 10 enthält ein oberes Bett,
wie z. B. eine Rinnenanordnung 26, zum Fördern des
geförderten
Materials, welches beispielsweise ein Wirbelschichtbett für das Durchführen von Luft
bis zu dem geförderten
Material, wie z. B. Formsand sein kann. Unterhalb der oberen Rinnenanordnung 26 befindet
sich eine Vielzahl von Haltern 28, welche Schraubenantriebsfedern 22 aus
Stahl gemäß Darstellung
in 6 enthalten. Diese
sind sehr steife Federn, welche einzeln an dem oberen und unteren
Ende an den Befestigungshaltern 28 verschraubt sind. Das
sektionalisierte längliche
Ausgleichsgewicht 16 ist unter den Sätzen sub-resonant abgestimmter
Antriebsfedern 22 positioniert. Das geteilte oder getrennte
Ausgleichsgewicht 16 ist gemäß Darstellung in 7 durch flache Stangenbänder 30 an
den oberen und unteren Flanschen jedes Trägers, der das Ausgleichsgewicht
bildet, miteinander verschraubt. An den vertikalen Stegen des Ausgleichsgewichtes
werden zwei mit Gummihülsen
versehene Stahlschaft-Verbindungsarmglieder 32 gemäß Darstellung
in 7 verwendet. Diese
Verbindung ist relativ stark bezüglich
Zug und Druck in der horizontalen Ebene. Vertikal ist sie relativ
elastisch oder nicht sehr starr. Die gesamte Schwingfördervorrichtung 10 wird
von Schraubenisolationsfedern 34 aus Stahl unterstützt, welche
vertikal unter Druck montiert sind. Zwei Paare von Schwingmotoren 12 und 14 sind nahe
aneinander auf dem vorderen oder längeren Abschnitt des Ausgleichsgewichtes 16 montiert.
Die Motoren in dem dritten Paar der Motoren 19 sind direkt
quer gegenüberliegend
auf dem hinteren oder kürzeren
Abschnitt 18 des Ausgleichsgewichtes 16 montiert.
Das Ziel besteht darin, die Lasttransportrinne 26 mit einem
vorbestimmten Hub von beispielsweise 1,27 cm (1/2 Inch) mit einer
Frequenz von 570 Zyklen pro Minute (CPM – cycles per minute) schwingen
zu lassen, welche dieselbe wie die Rotationsgeschwindigkeit der
Motoren von 570 Umdrehungen pro Minute (RPM – revolutions per minute) ist.
Mit anderen Worten, die Betriebsfrequenz der Fördervorrichtung 10 in
CPM ist dieselbe wie die RPM der Motoren.
-
Die
Motoren können
in getrennten Schritten der einzelnen Paare unter Strom gesetzt
werden. Bevorzugt wird das erste Paar der Motoren 12 vorne, und
dann das zweite Paar der Motoren 14 in der Mitte und dann
das dritte Paar der Motoren 19 im hinteren Bereich unter
Strom gesetzt. Die weitere Option besteht darin, alle sechs Motoren
zum selben Zeitpunkt unter Strom zu setzen.
-
Nachdem
sie untere Strom gesetzt sind, beschleunigen die Motoren die auf
den oberen und unteren Wellenverlängerungen der Motoren befestigten drehbaren
exzentrischen Gewichte 20. Während die Gewichte beschleunigen,
kann eine leichte "flatternde" oder schüttel-artige
Bewegung in der gesamten Vorrichtung 10 vorhanden sein.
Nachdem alle sechs Motoren ihre volle Drehzahl erreicht haben, beginnt der
Hub der Fördereinrichtung
stetig beispielsweise von 3,2 mm (1/8 Inch) bis zu dem gewünschten
Maximum von 1,3 cm (1/2 Inch) in etwa 20 Sekunden anzuwachsen. Somit
benötigen
die drei Paare der Motor kombinationen etwa 10 bis 20 Sekunden nach dem
Versorgen mit Strom, um die exzentrischen Gewichte 20 zu
beschleunigen und um korrekt "die
Phase abzustimmen" oder
akkumulativ die Ausgänge
der exzentrischen Gewichte 20 zu synchronisieren.
-
Alle
von den rotierenden exzentrischen Gewichten 20 können genau
dieselbe Kraftabgabe aufweisen. Wenn irgendein Paar dieser Motoren
vom Strom genommen wird, nimmt der sich ergebende Hub auf der Rinne 26 um
ein Drittel von seinem maximalen Betrag ab. Wenn zwei Paare der
Motoren ausgeschaltet werden und nur ein Paar eingeschaltet bleibt,
wird der Hub der Förderrinne 26 auf
ein Drittel seines maximalen Betrags reduziert.
-
Die "phasenabgestimmt" oder synchronisierten
exzentrischen Gewichte 20 auf den Schwingmotoren erregen
oder veranlassen die Schraubenantriebsfedern 22 aus Stahl
zu einer Hin- und
Herbewegung oder Stauchung und Ausdehnung in einem geradlinigen
Hub. Diese "Linie" wird von den flachen Stangenstabilisatoren 24 geführt, die
in 90° oder senkrecht
zu der axialen Mittellinie der Schraubenantriebsfedern 22 aus
Stahl eingebaut sind. Die auf der Oberseite der Antriebsfederhalter 28 positionierte Förderrinne 26 bewegt
sich als Reaktion auf die Bewegung des Ausgleichsgewichtes 16 darunter
hin und her. Dieses erfolgt durch die Einhaltung des Newton'schen Gesetzes einer "gleichen und entgegengesetzten
Reaktion". Die Stabilisierung
der Antriebsfedern 22 muß in einer Richtung quer zu
der Hublinie relativ steif und in der Richtung des Hubs relativ
schwach sein. Beispielsweise kann der flache Stangenstabilisator
127 mm (5 Inch) in seiner Querrichtung breit, und nur 0,32 cm (1/8
Inch) in der Hubrichtung dick sein. Wenn die Antriebsfedern 22 nicht starr
in einer Richtung quer zu der Hublinie stabilisiert sind, können sich
die rotierenden ex zentrischen Gewichte nicht synchronisieren. Die
Stabilisatoren 24 können
in anderen Konfigurationen als flachen Stangen ausgebildet sein,
solange die Stabilisatoren relativ starr zu ihrer Längsachse
und relativ schwach quer zu ihrer Längsachse sind. Die Schwingmotoren sind
aus der Horizontalen gekippt oder geneigt, so daß sie mit der Hublinie und
dem Einbauneigungswinkel der Antriebsfedern 22 übereinstimmen.
-
Die
gesamte Vorrichtung schwingt sehr sanft und ruhig, wenn alle sechs
Motoren bei ihrer vollen Drehzahl arbeiten. Der Betrag des Schwingungshubs bleibt
konstant oder stabil. Eine gegebene Menge von festem Schüttgut, wie
z. B. Formsand in der über dem
Ausgleichsgewicht 16 installierten Förderrinne 26 kann
mit einer konstanten Geschwindigkeit von beispielsweise 2 m/s (40
Fuß pro
Minute (FPM)) befördert
werden.
-
Die
steifen Schraubenantriebsfedern aus Stahl 22 besitzen eine
kombinierte Eigenfrequenz, welche immer über der maximalen Drehzahl
der verwendeten Motoren liegt. "Sub" bedeutet "unter" und "resonant" bedeutet "Eigenfrequenz". Daher hat "sub-resonant" die Bedeutung, die
maximale Betriebsdrehzahl des Motors (beispielsweise 600 RPM oder
CPM) immer unter der "Eigenfrequenz" aller Schraubenantriebsfedern 22 aus
Stahl (wie. z. B. 650 CPM) zu erhalten, wenn sich die Schwingfördervorrichtung 10 in
dem "unbelasteten" Zustand oder Leerzustand
befindet. Wenn eine Last auf die Förderrinne 26 aufgebracht
wird, reduziert sich die "Eigenfrequenz" aller eingebauten
Antriebsfedern 22 inhärent aufgrund
des hinzugefügten
Gewichtes der Belastung (beispielsweise auf 625 CPM). Da die Eigenfrequenz
der Antriebsfedern 22 abgenommen hat (von 650 auf 625 CPM)
und sich näher
an die Motordrehzahl (600 RPM oder CPM) bewegt hat, arbeitet die gesamte
Antriebskonfiguration härter.
Je mehr die Eigenfrequenz der Antriebsfedern (22) aufgrund
einer zusätzlich
hinzugefügten
Last zu der Förderrinne 26 abnimmt,
desto näher
kommt die Eigenfrequenz aller Antriebsfedern 22 an die
Betriebsdrehzahl der Motoren. Somit arbeitet die Antriebskonfiguration
noch härter.
Dieses ist der Vorteil der "sub-resonanten" Abstimmung.
-
Demzufolge
treiben die steifen Schraubenantriebsfedern 22 aus Stahl
in Kombination mit den sechs Motoren inhärent härter an, wenn eine Last auf die
Förderrinne 26 aufgebracht
wird. Daher macht sich die Verwendung der "sub-resonanten" Abstimmung den Vorteil des Prinzips
der "Eigenfrequenz" zu Nutze. Es sei
jedoch angemerkt, daß diese
Art von Antriebskonfiguration normalerweise nicht in der "Eigenfrequenz" arbeitet.
-
Wenn
die Fördereinrichtung
eine relativ leichtgewichtige Konstruktion ist, könnten die
Stahlschraubenfedern weggelassen werden, und nur die Stabilisatoren
könnten
als Antriebsfedern verwendet werden, um die gewünschte sub-resonante Abstimmung
zu erzielen. Ein Beispiel ist eine sehr leichtgewichtige Lebensmittelhandhabungs-Fördereinrichtung
in einer hygienischen Ausführung.
-
Die "Phasenabstimmung" der exzentrischen Gewichte 20 wird
effizienter und effektiver erreicht, wenn das erste Paar der Motoren 12 in
unmittelbarer Nähe
zu dem Ausgabeende der induzierten Fördervorrichtung 10 eine
höhere
exzentrische Kraftabgabe als die restlichen Motoren besitzt. Beispielsweise sollte,
wenn eine Gesamtkraft von 156 Kilo-Newton (35000 pounds (LBS)) in
diesem Beispiel benötigt würde, die
am weitesten abstromseitig befindliche gepaarte Gruppe exzentrischer
Motoren 20 eine kombinierte Ausgangskraft von beispielsweise
89 Kilo-Newton (20000 pounds) besitzen. Dann hät ten die entlang der anstromseitigen
Länge der
Förderrinne oder
dem restlichen anstromseitigen Abschnitt des Ausgleichsgewichtes
beabstandet angeordneten rotierenden exzentrischen Gewichte eine
gesamte Kraftabgabe von 66,7 Kilo Newton (15000 pounds).
-
Ferner
sollten die steifen Antriebsfedern 22 so angeordnet sein,
daß die
halbe Länge
der Rinne 26 näher
an dem Ausgabeende der Schwingvorrichtung 10 einen höheren Prozentsatz
der erforderlichen Anzahl der eingebauten Antriebsfedern 22 enthält. Die
restliche oder anstromseitige Hälfte
der Rinnenlänge
besitzt weniger als die Hälfte
der gesamten erforderlichen Anzahl eingebauter Antriebsfedern 22. Wenn
das Ausgleichsgewicht "sektionalisiert" ist, haben die Ausrichtung
und der Einbau der erforderlichen Anzahl von Antriebsfedern 22 dieselbe
Beziehung auf jedem Abschnitt des Ausgleichsgewichtes. Nämlich mehr
als die Hälfte
der insgesamt erforderlichen Antriebsfedern 22 ist auf
der abstromseitigen Hälfte
der Abschnittslänge
angeordnet. Anders gesagt, mehr Antriebsfedern 22 sind
auf der halben Länge
eines individuellen Ausgleichsabschnittes eingebaut, der näher an dem
Ausgabeende der Schwingvorrichtung 10 liegt. Die andere
Hälfte
des Ausgleichsgewichtabschnittes, die sich anstromseitig befindet,
hätte weniger
als die Hälfte
der eingebauten Anzahl der Antriebsfedern 22 eingebaut.
Mit anderen Worten, die halbe Länge
des Ausgleichsgewichtabschnittes, welches sich am nächsten zu
dem Einlaß befindet,
oder weiter weg von dem Ausgabeende, hätte eine geringere Anzahl eingebauter
Schraubenfedern 22. Jedoch bleiben die flachen Stangenstabilisatoren 24 gleichmäßig über die
Breite und entlang des Verlaufs der Schwingvorrichtung 10 verteilt.
-
Die
Aufgabe besteht darin, die entsprechenden Kraftabgaben der exzentrischen
Gewichte 20 die Rinne 26 der Fördereinrichtung 10 unter
Zugspannung von dem Ausgabeende "ziehen" zu lassen, statt die
Trägheitsmasse
unter Druck von dem Einlaßende aus "drücken" zu lassen. Dieselbe
Beziehung ist von der Gesamtanzahl der eingebauten Antriebsfedern 22 gewünscht, welche
dazu beitragen, die Vorrichtung 10 schwingen zu lassen.
Dieses ist der Grund dafür,
warum die kollektiven Kräfte
sowohl von den rotierenden exzentrischen Gewichten 20 als
auch den Antriebsfedern 22 die gesamte Länge der Schwingvorrichtung 10 in
Zugspannung in Vergleich zu einer Druckspannung versetzen sollten.
Einfacher ausgedrückt,
die Schwingvorrichtung wird dynamisch "gezogen", statt daß sie "gedrückt" wird.
-
Bisher
war das nur das eine Paar von Schwingmotoren in dem mittleren Abschnitt
der Länge
der Fördervorrichtung
angeordnet, und die Schraubenantriebsfedern 22 aus Stahl
waren gleichmäßig entlang
der Länge
der Schwingvorrichtung verteilt. Es wurde kein absichtlicher Aufwand
getrieben, um mehr Kraftabgabe auf die abstromseitige Hälfte im
Vergleich zu der anstromseitigen Hälfte der Schwingvorrichtungslänge zu plazieren.
-
Die
Rotation der zwei Motoren in jedem Motorenpaar 12, 14 und 19 ist
bevorzugt entgegengesetzt zueinander, wobei jedoch allen Motoren
auf jeder Seite der Vorrichtung ansonsten in derselben Richtung
rotieren. Die Schwingvorrichtung 10 hat selbst dann noch
eine korrekte "Phasenabstimmung", wenn alle Schwingmotoren
nicht entgegengesetzt zueinander und in derselben Richtung drehen.
Es gibt jedoch Anzeichen, daß die
Leistung der Schwingvorrichtung 10 wahrscheinlich geringer
als die erzielbaren Resultate sind, wenn alle Paare exzentri scher
Gewichte sich entgegengesetzt zueinander gemäß Darstellung in den 8A bis 8D drehen.
-
Elektrisch
kann jeder Satz der gepaarten Motoren 12, 14 und 19 getrennt
gestartet werden, bis alle unter Strom stehen sind. Bevorzugt von
vorne nach hinten. Die andere Option besteht in dem Start aller
gepaarten Motoren zum selben Zeitpunkt, wobei dieses aber bewirkt,
daß die
elektrische Stromversorgung den maximalen Betrag des Stoßstroms
durch die Summierung aller kombinierten Motoren unterworfen wird.
-
Der
entsprechende Überlastungsschutz
für jeden
der gepaarten Motoren kann dieses gegebene Paar abschalten, wenn
eine elektrische Schwierigkeit auftritt. Dieser Überlastungsschutz muß nicht
alle anderen gepaarten Motoren abschalten, wenn eine Überlastung
bei einem gegebenen Paar von Motoren auftritt. Dieses ermöglicht auch,
daß die
Schwingvorrichtung 10 in Betrieb bleibt, selbst wenn die
Stundentonnen-(TPH)-Kapazität möglicherweise
bei einem reduzierten Betrag liegt. Dieses ermöglicht die Aufrechterhaltung
der Produktion und es kann eine zeitlich günstigere "Abschaltung" der Schwingmaschine für die Reparatur
des elektrischen Problems geplant werden.
-
Eine
Schwingfördervorrichtung
ohne Ausgleichsgewicht ist in 11 mit
einer Vielzahl von Paaren von Schwingmotoren 12, 14 und 19 dargestellt,
wovon jeder drehbare exzentrische Gewichte aufweist, die an der
Rinne 26 befestigt sind. Eine Vielzahl geneigter Antriebsfedern 22 und
Stabilisatoren 24 unterstützen die Rinne 26 auf
einer stationären
Basis.
-
Eine
Schwingfördervorrichtung
mit Ausgleichsgewicht ist in 12 mit
einem einteiligen Ausgleichsgewicht 16 und ei ner Vielzahl
von Paaren von Schwingmotoren 12 und 14 mit jeweils
drehbaren exzentrischen Gewichten dargestellt.
-
Eine
Schwingfördervorrichtung
ist in 13 dargestellt,
die ein dreiteiliges sektionalisiertes Ausgleichsgewicht 16 und
drei Paare von Schwingmotoren 12, 14 und 19 enthält, die
jeweils drehbare exzentrische Gewichte enthalten, wobei jedes Paar
von Schwingmotoren an einem entsprechenden Abschnitt des Ausgleichsgewichtes
befestigt ist.
-
Eine
runde Schwingfördervorrichtung
ist als ein spiralförmiger
Aufzug in den 14A und 14B dargestellt, welcher
eine Vielzahl von Paaren von Schwingmotoren 12 und 14 enthält, wovon
jeder drehbare exzentrische Gewichte 20 besitzt. Die akkumulative
Phasenabstimmung der exzentrischen Gewichte der runden Fördereinrichtung
der 14A–B ist in den 15A bis 15D dargestellt. Falls gewünscht, können nur
drei einzelne oder gleiche Gruppen von Schwingmotoren verwendet
werden, die etwa 120° voneinander
beabstandet sind.
-
Eine
Vielzahl gepaarter Schwingmotoren mit entsprechenden rotierenden
exzentrischen Gewichten kann in geeigneter Weise entlang der Länge oder um
den Durchmesser einer Schwingvorrichtung herum in Abständen angeordnet
sein, und sowohl deren gesamte dynamische Kraftabgabe als auch das
Leistungsvermögen
werden akkumulativ verfügbar,
um zum Antrieb der Vorrichtung beizutragen. Die unidirektionale
oder kreisförmig
induzierte Fördereinrichtung
kann ohne Ausgleichsgewicht sein und auf dem Boden befestigt sein,
oder dynamisch mit Isolatorfedern 34 zur Unterstützung und
mit einem Ausgleichsgewicht versehen sein.
-
Zusätzlich zur
Reduzierung der Kosten bietet die vorliegende Erfindung viele Vorteile.
Die Schwingmotoren können
in einer sektionalisierten in Längsrichtung
mit Ausgleichsgewichten versehenen Fördervorrichtung eingesetzt
werden. Dieses erlaubt den Bau längerer
Fördervorrichtungen
mit größerer TPH-Kapazität. Die Anzahl
von Komponententeilen wird minimiert, was die Herstellung begünstigt.
Ferner kann die simultane Einstellung des Betriebshubs und der Frequenz
mittels einer elektrischen Steuerung mit variabler Spannung wie
in den Patenten Nr.
3,251,457 und
4,015,705 beschrieben,
erfolgreich eingesetzt werden. Als ein Ersatz für eine Steuerung mit variabler
Spannung kann ein Frequenzwandler ebenfalls verwendet werden.
-
Da
diese Motoren mit sub-resonant abgestimmten Antriebsfedern 22,
die geeignet durch Stabilisatoren 24 stabilisiert sind,
kombiniert werden, benötigt
die Kombination einer Vielzahl von Paaren von Motoren mit geringerer
Leistungsabgabe pro Motorenpaar, um sich an die Bewegung der steifen
Antriebsfedern 22 anzupassen, als erforderlich wäre, "außer Tritt" oder nicht phasengerecht
oder akkumulativ synchronisiert mit allen sub-resonant abgestimmten
Antriebsfedern 22 zu arbeiten zu versuchen.
-
Die
gepaarten dynamischen Kraftabgaben der freilaufenden nicht mechanisch
verbundenen exzentrischen Gewichte 20 können über die Länge der Fördervorrichtung verstreut oder
verteilt sein. Dieses reduziert die strukturellen Beanspruchungen,
wenn die Vorrichtung schwingt. Der Grund ist, daß eine Anzahl kleinerer dynamischer
Kräfte
anstelle nur einer wesentlich größeren Kraft
eingesetzt werden. Ferner sind diese kleineren Kräfte verteilt
und nicht an einem einzigen Ort konzentriert.
-
Dasselbe
gilt bei einer runden Fördervorrichtung.
Die Kräfte
sind um den Umfang der Vorrichtung herum verteilt.
-
Wenn
Schwingmotoren in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden,
kann eine Anzahl kleinerer Motoren anstelle von zwei Motoren mit
wesentlich größerer Abmessung
eingesetzt werden. Die kleineren Motoren sind leichter zu handhaben
und leicht erhältlich.
Dieses vermeidet auch die Entwicklungskosten wesentlich größerer Motoren
mit demselben Gesamtleistungsvermögen. Die Abmessungserfordernisse
exzentrischer Gewichte und entsprechender Motoren, Keilriemen, Ketten,
Lager und dergleichen werden minimiert. Anderenfalls müßten alle
diese Komponenten wesentlich größer sein.
Die Motoren können
in gepaarten Inkrementen oder Schritten gestartet werden. Dieses
minimiert die "Einschaltstromstoß"-Anforderung an die
elektrische Stromversorgung. Der "Einschaultstoßstrom" wäre wesentlich
größer bei
dem Start von zwei großen
Motoren mit derselben Leistungsfähigkeit.
-
Da
die Förderkapazität jeder
Schwingfördervorrichtung
direkt damit in Beziehung steht, wie viel Leistung verfügbar ist,
ermöglicht
die vorliegende Erfindung wesentlich höhere Stundenstonnen (TPH) von
zu förderndem
oder transportierendem Material. Die Möglichkeit, breite und lange
Schwingvorrichtungen zu konstruieren und zu bauen ist bereits seit
vielen Jahren bekannt. Jedoch in der Lage zu sein, die notwendige
Menge an Eingangsleistung zur Verfügung zu stellen, war eine technische
Herausforderung. Mit dieser Erfindung ist dieses Problem gelöst. Die
erforderliche Menge an Motorleistung kann nun mit mehreren gepaarten
Motoren welche jeweils entsprechende drehbare exzentrische Gewichte
besitzen, die sich akkumulativ in der Phase abstimmen oder bis zu
der gesamten be nötigten
Leistung "aufaddieren", kann nun bereitgestellt
werden.
-
Obwohl
die Antriebsfedern geneigt dargestellt sind, könnten die Antriebsfedern auch
horizontal oder vertikal positioniert werden, wobei dieselben Akkumulationsvorteile
realisiert würden.