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Gebiet der Offenbarung
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Vibrationsförderanlagen
und insbesondere auf Antriebe zum Erzeugen einer Vibrationsbewegung
in solchen Anlagen.
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Hintergrund der Offenbarung
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Vibrationsförderanlagen
werden verwendet in einem breiten Bereich industrieller Anwendungen. Vibrationszuführer und
-förderer,
können
beispielsweise verwendet werden um granulatförmiges Material, Gussformen
und andere Objekte zu transportieren. Solche Zuführer und Förderer umfassen typischerweise
ein Bett auf welchem die Objekte transportiert werden und einen
Antrieb zur Erzeugung einer Vibrationsbewegung des Betts, welches
die Objekte in der gewünschten
Richtung fortbewegt. Der Antrieb umfasst typischerweise einen Elektromotor mit
Exztentergewichten, welche auf dem Ausgangsschaft befestigt sind.
Während
des Betriebs wird der Ausgangsschaft mit den Exzentergewichten gedreht, um
eine Vibrationskraft zu erzeugen, welche auf das Bett übertragen
wird.
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Vibrationsförderanlagen
können
klassifiziert werden durch die Anzahl an nicht fest gekoppelten Massen,
welche verwendet werden, um die Vibrationsbewegung zu erzeugen.
Als solches sind Systeme bekannt, welche klassifiziert werden können als Ein-,
Zwei- oder Drei-Massensysteme. In einem Massensystem ist der Antrieb
fest verbunden mit dem Bett und die Antriebs/Bettkombination ist
isoliert von dem umgebenden Terrain durch ein elastisches Mittel.
In Zwei- oder Drei-Massensystemen
wird der Antrieb elastisch mit dem Bett gekoppelt und entweder der
Antrieb oder das Bett sind isoliert von dem umgebenden Terrain durch
ein e lastisches Mittel, welches in vielen Anwendungen bevorzugt
sein kann, da diese in der Lage sind auf effizientere Weise eine
Vibrationsbewegung zu produzieren. Daher kann ein kleinerer Motor
verwendet werden bei Zwei-Massensystemen um eine Kraft zu erzeugen,
welche die gleiche Amplitude aufweist, wie jene eines Einmassensystems,
welches einen größeren Motor
aufweist.
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Die
herkömmlichen
Drehmotoren produzieren eine Drehkraft, welche eine unnötige und
unerwünschte
Kraftkomponente aufweisen kann. Verschiedene Typen von Vibrationsforderanlagen
benötigen
ein Bett um in einer gewünschten
Richtung angetrieben zu werden. Die Drehkraft, welche durch die sich
drehenden Exztentergewichte produziert wird, erzeugt jedoch eine
Kraftkomponente, welche rechtwinkelig zu der gewünschten Richtung ist. Zusätzlich ist
für Zweimassensysteme
der Antrieb gekoppelt mit dem Bett durch ein elastisches Mittel,
welches nicht begrenzt ist hinsichtlich der Richtung in welche es ausgelenkt
wird. Spezieller wird das elastische Mittel typischerweise verschiedene
Freiheitsgrade aufweisen in welche es auslenkt werden kann. Eine
Schraubenfeder weist beispielsweise sechs Freiheitsgrade auf, (d.
h. Bewegung entlang der X, Y und Z-Achsen und Drehung um die X,
Y und Z-Achsen). Jeder Freiheitsgrad kann eine Resonanzfrequenz
aufweisen, welche mit ihm verbunden ist und somit kann das elastische
Mittel in jeder Anzahl von Richtungen ausgelenkt werden in Abhängigkeit
von der Betriebsfrequenz des Motors. Oftmals ist es notwendig für die Vibrationsforderanlage
dass die Kraft in einer einzigen Richtung oder einem einzigen Freiheitsgrad
aufgebracht wird und somit sind Kräfte in der Richtung von allen
anderen Freiheitsgraden unerwünscht,
weil dadurch die gewünschte
Bewegung beeinträchtigt wird
und die Effizienz des Systems vermindert wird.
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Darüber hinaus
weist eine Vibrationsförderanlage,
welche herkömmliche
Drehmotoren verwendet eine Drehungsträgheit auf, welche das Stoppen und
Starten der Anlage verzögert.
Da die Drehmotoren beschleunigt werden aus der Ruhestellung in die Betriebsgeschwindigkeit,
verläuft
die resultierende Vibrationskraft durch verschiedene unerwünschte Frequenzen,
welche die verbindenden oder iso lierenden elastischen Mittel in
unerwünschte
Richtungen auslenken können.
Des Weiteren verläuft
die Vibrationskraft durch dieselben unerwünschten Frequenzen wenn der
Motor abgebremst wird von der Bertriebsgeschwindigkeit in die Ruhestellung.
Beispielsweise können
spezifische Frequenzen unter anderem Isolationshüpfen, Isolationsschütteln und
Rütteln zwischen
dem Antrieb und dem Bett erzeugen. Diese unerwünschten Bewegungen verursachen
Fremdbewegungen des Betts, welche insbesondere unerwünscht sein
können
für Anwendungen,
welche ein schnelles Starten und Stoppen erforderlich machen, wie
beispielsweise bei Präzisionszuführern.
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Aus
der
EP 1 437 313 A1 ist
ein Zweimassenvibrationsapparat zum Befördern von Arbeitsmaterial bekannt.
Der Apparat weist ein Bett auf, welches eine Transportoberfläche zur
Aufnahme von Objekten aufweist. Des Weiteren weist der Apparat einen
elastischen Amplifizierer auf, welcher ein erstes Ende aufweist,
welches verbunden ist mit dem Bett und ein zweites Ende sowie eine
Basis, welche verbunden ist mit dem zweiten Ende des elastischen Amplifizierers.
Ein linearer Aktuator ist auf der Basis befestigt und so ausgestaltet,
dass er eine lineare Vibrationskraft erzeugt, welche amplifiziert
bzw. verstärkt
wird durch den elastischen Amplifizierer, um das Bett in eine Vibrationsbewegung
zu bringen. Das Arbeitsmaterial bewegt sich in Reaktion auf die
Vibrationsbewegung des Bettes. Somit ist dieser Apparat nicht in
der Lage, einerseits eine Vibration in einer erwünschten Richtung zu gestatten,
während
er andererseits Kräfte
in andere Richtungen dämpft.
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Es
ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung
bereitzustellen durch welche eine verbesserte Einstellung des Vibrationsantrieb
erreicht werden kann und zwar auf eine leichte und kostengünstige Weise.
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Dieses
Ziel wird erreicht durch den Vibrationsfördervorrichtung wie sie in
Anspruch 1 der Erfindung beansprucht wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Seitenaufrissansicht einer Vibrationsfördervorrichtung gemäß dem Stand
der Technik, welche in Übereinstimmung
mit der Offenbarung konstruiert wurde;
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1A ist
eine vergrößerte schematische Ansicht
eines Aktuators, welcher in einer Vorrichtung gemäß 1 eingebaut
ist;
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2 ist
eine Seitenaufrissansicht einer Vibrationsfordereinrichtung gemäß dem Stand
der Technik, welche in Übereinstimmung
mit der Offenbarung konstruiert wurde;
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3 ist
eine Seitenaufrissansicht einer erfindungsgemäßen Vibrationsförderanlage,
welche in Übereinstimmung
mit der Offenbarung konstruiert wurde; und
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4 ist
eine Endansicht der Vorrichtung gemäß 3, wobei
bestimmte Komponenten aus Gründen
der Klarheit entfernt wurden.
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Während die
folgende Offenbarung zugänglich
ist für
verschiedene Modifikationen und alternative Konstruktionen, werden
bestimmte illustrative Ausführungsformen
davon in den Zeichnungen dargestellt und werden weiter unten im
Detail beschrieben werden. Es sollte allerdings verstanden werden, dass
es keine Absicht ist, die Offenbarung der spezifischen offenbarten
Formen zu begrenzen sondern es wird im Gegenteil beabsichtigt, alle
Modifikationen, alternative Konstruktionen und Äquivalente welche innerhalb
des Rahmens der Offenbarung liegen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert wird,
zu umfassen.
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Detaillierte Beschreibung
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Die
Ausführungsformen,
welche hierin beschrieben werden beabsichtigen nicht erschöpfend zu
sein oder den Rahmen der Offenbarung auf die offenbarten Formen
zu begrenzen. Die folgenden Ausführungsformen
wurden ausgewählt
und beschrieben, um am Besten die Prinzipien der Offenbarung zu
beschreiben und um andere Fachleute in die Lage zu versetzen ihrer
Lehre zu folgen. Während
die Ausführungsformen
der Vibrationsfördereinrichtungen, welche
hier dargestellt werden im Allgemeinen als Zuführer oder Förderer bezeichnet werden, sollte
es verstanden werden, dass die Lehren der vorliegenden Offenbarung
in anderen Anwendungen benutzt werden können wie beispielsweise Kompaktionstischen,
Zerkleinerungsmühlen
oder anderen Vibrationsfördereranlagen.
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Bezug
nehmend auf die Zeichnungen, illustriert 1 einen
Zuführer 10 des
Typs, welcher im Stand der Technik wohl bekannt ist. Der Zuführer 10 umfasst
ein Bett wie beispielsweise die Wanne 12, welche eine Arbeitsoberfläche definiert
zur Aufnahme des Arbeitsmaterials, welches befördert werden soll. Die Wanne 12 weist
ein Aufnahmeende 18 und ein Abgabeende 20 auf
und wird unterstützt
und wird gelagert auf einem elastischen Mittel wie beispielsweise
Federn 14, welche das Bett von dem umgebenden Terrain isolieren.
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Ein
Vibrationsantrieb 22 ist elastisch gekoppelt mit der Wanne
12 zum Erzeugen einer Vibrationsbewegung des Betts. In der Ausführungsform welche
in 1 dargestellt wird ist der Antrieb 22 mit der
Wanne 12 durch ein elastisches Mittel, wie beispielsweise
eine Feder 24, verbunden. Der Antrieb 22 umfasst
einen Erreger oder eine Antriebsbasis 26, welche einen
linearen Aktuator 28 lagert und ein Einstellgewicht 30.
Während
der lineare Aktuator 28 in 1 dargestellt
ist, wie er innerhalb der Feder 24 angeordnet ist, wird
es verstanden werden, dass der Aktuator an anderen Punkten auf der
Antriebsbasis 26 angeordnet werden kann. Des Weiteren kann, während eine
einzelne Feder 24 dargestellt ist, das Gerät mehrere
Federn umfassen, welche sich zwischen der Antriebsbasis 26 und
der Wanne 12 erstrecken. Des Weiteren können die Einstellgewichte 30 an
jedem Punkt auf der Antriebsbasis 26 befestigt werden,
ohne von der Lehre der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Im
Betrieb erzeugt der lineare Aktuator 28 eine lineare Kraft,
welche sinusförmig
oder nicht-sinusförmig über die
Zeit ausgebildet ist. Die lineare Kraft wird amplifiziert, bzw.
verstärkt
durch die Feder 24 und auf die Wanne 12 übertragen,
was in einer Vibrationsbewegung der Wanne resultiert. Material, welches
auf der Arbeitsoberfläche
der Wanne 12 platziert wird, wird sich in Antwort oder
in Reaktion auf die Vibrationsbewegung der Wanne 12 bewegen.
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In
dem Gerät
gemäß 1 sind
der lineare Aktutator 28 und die Feder 24 abgewinkelt
um eine Bettbewegung zu produzieren, welche das Arbeitsmaterial
nach oben anhebt und nach rechts bewegt, so dass das Arbeitsmaterial
sich von dem Aufnahmeende 18 zu dem Abgabeende 20 der
Wanne 12 bewegen wird. Die Ausrichtung des Antriebs und/oder
der Federn kann modifiziert werden, um das Arbeitsmaterial auf verschiedene
Art und Weisen zu bewegen. Beispielsweise können der Antrieb und die Federn
so ausgerichtet werden, dass Arbeitsmaterial, welches auf der Arbeitsoberfläche platziert
ist, komprimiert wird. Im Allgemeinen ist die Feder so ausgerichtet,
dass der geeignete Freiheitsgrad der Feder ausgerichtet ist mit
der Bewegungsrichtung, welche durch den linearen Aktuator 28 erzeugt
wird, so dass wenn der Aktuator sich in einer geeigneten Betriebsfrequenz
befindet, die Feder ausgelenkt wird bei einer natürlichen
Frequenz der gewünschten Richtung,
wodurch die Wanne 12 in der gewünschten Bewegung bewegt wird.
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Der
lineare Aktuator 28 kann pneumatisch, hydraulisch oder
anderweitig betrieben werden. In der dargestellten Ausführungsform
umfasst der lineare Aktuator 28 einen sich hin- und her
bewegenden Kolben 29, welcher innerhalb eines Gehäuses 31 angeordnet
ist, um die Vibrationskraft zu erzeugen, wie am Besten unter Bezugnahme
auf die 1A zu sehen. Der Kolben 29 greift
ein in die innere Oberfläche des
Gehäuses 31,
um obere und untere Kammern 33a und 33b zu defi nieren,
welche Fluidkissen oder Luftfedern für den Kolben 29 bilden.
Der Kolben 29 ist nicht anderweitig verbunden oder mechanisch
gekoppelt mit irgendeiner anderen Komponente des Zuführers und
ist somit frei um axial innerhalb des Gehäuses 20 zu gleiten
in Reaktion auf den Luftdruck, welcher auf das Gehäuse aufgebracht
wird. Wenn der Kolben 29 sich innerhalb des Gehäuses 30 hin-
und herbewegt, wird die Kraft die von dem Kolben 29 erzeugt
wird übertragen über die
Luftfedern auf die Antriebsbasis 26. Die Kraft wird dann
verstärkt
durch die Feder 24 und auf die Warme 12 aufgebracht.
In der dargestellten Ausführungsform
kann der lineare Kolbenaktuator 28 entweder extern geölt oder
nicht geölt
werden.
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Wenn
der lineare Aktuator 28 pneumatisch oder hydraulisch ist,
kann der Fluiddruck auf den Aktuator 28 gesteuert werden,
um nicht nur die Frequenz einzustellen bei der sich der Kolben 29 hin- und
herbewegt, sondern auch um den Kraftoutput des Aktuators 28 einzustellen.
Wenn beispielsweise der Aktuator 28 betrieben wird bei
sub-resonanten Frequenzen, welche unterhalb der natürlichen
Frequenz der Feder 24 liegen, wird ein Anstieg im Fluiddruck,
welcher für
den Aktuator 28 bereitgestellt wird, die Vibrationsamplitude
oder den Hub steigern. Speziell kann der gesteigerte Luftdruck einen
Anstieg in den Zyklen pro Minute des Kolbens 29 bewirken,
was wiederum den Hub steigern wird. Es sollte gewürdigt werden,
dass der Aktuator daher eine Einstellung von sowohl der Frequenz
als auch der Amplitude der Vibrationskraft gestattet und dass die
Einstellung im Wesentlichen eher stufenlos ist als inkremental.
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Der
Zuführer 10,
welcher hier offenbart wird, wird als ein Dreimassensystem betrachtet.
Die Anzahl an Massen, welche in einem System definiert wird, kann
bestimmt werden durch die Anzahl an separaten, nicht fest gekoppelten
Strukturen, welche von dem System verwendet werden, um die gewünschte Vibrationsbewegung
zu erzeugen. In dem dargestellten Zuführer 10, ist die Wanne 12 elastisch verbunden
mit dem Antrieb 22 und definiert somit eine Erstmasse (d.
h. die Wanne und jegliche fest gekoppelte Mittel). Die Antriebsbasis 26,
dass Kolbengehäuse 30 und
jegliche Komponenten, welche fest damit verbunden sind, definieren
eine zweite Masse. Zusätzlich
ist der Kolben 29 des linearen Aktuators 28 mit
dem Gehäuse
gekoppelt mittels der Luftfedern und definiert somit eine dritte
Masse. Demgemäß wird der
Zuführer 10 zutreffender
Weise als ein Dreimassensystem betrachtet.
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2 veranschaulicht
eine alternative Ausführungsform
des Vibrationsgeräts 50,
welches in Übereinstimmung
mit der Lehre der vorliegenden Offenbarung konstruiert wurde. Das
Vibrationsgerät 50 umfasst
eine Antriebsbasis 52, welche durch eine Isolationsfeder 54 unterstützt wird
oberhalb des umgebenden Terrains. Die Verstärkerfedern 56 weisen erste
Enden auf, welche mit der Antriebsbasis 52 befestigt sind
und zweite Enden, welche an einem Bett 58 befestigt sind.
Das Bett 58 definiert eine Arbeitsoberfläche zur
Aufnahme eines Arbeitsmaterials.
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Ein
linearer Aktuatur 60 ist an der Antriebsbasis 52 befestigt,
um eine Vibrationskraft zu erzeugen. Der lineare Aktuator 60 kann
einen sich hin- und herbewegenden Kolben 62 umfassen, welcher
betrieben wird unter Verwendung eines pneumatischen und eines hydraulischen
Drucks. Im Betrieb erzeugt der sich hin- und herbewegende Kolben
eine Kraft, welche verstärkt
wird durch die Federn 56, um eine Vibrationsbewegung des
Bettes 52 zu erzeugen.
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Der
hauptsächliche
Unterschied zwischen den Ausführungsformen
gemäß den 1 und 2 ist
die Anordnung der Isolationsfedern. In der Ausführungsform gemäß 1 sind
die Isolationsfedern direkt mit der Wanne 12 gekoppelt,
während
in der Ausführungsform
gemäß 2 die
Isolationsfedern mit der Antriebsbasis 52 gekoppelt sind.
Abgesehen von den Isolationsfedern ist die Konstruktion und der
Betrieb der zwei Ausführungsformen
ziemlich ähnlich.
Diese Ausführungsform
wird auch als ein Dreimassensystem angesehen, welches aus dem Bett 58 besteht,
der Antriebsbasis 52 und dem Kolben 62.
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Die 3 veranschaulicht
ein anderes Vibrationsgerät
in Form eines Förderers 70 in Übereinstimmung
mit der Offenbarung. Der Förderer 70 ist ähnlich dem
Zufüh rer,
welche in 1 offenbart wird, er umfasst
jedoch zusätzlich
eine Struktur zum Vermindern der Krafterzeugung in unerwünschte Richtungen.
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Spezieller
umfasst der Förderer 70 ein
Rahmen 72, welcher mit dem umgebenden Terrain mittels Isolationsfedern 74 verbunden
ist. Ein Bett 76 ist mittels von Blattfedern 78 auf
biegsame Weise mit dem Rahmen 72 gekoppelt. Eine Antriebsbasis 80 ist mittels
einer Mehrzahl von Spiralfedern 82 (4) elastisch
mit dem Bett 76 gekoppelt. Während die Spiralfedern in der
veranschaulichten Ausführungsform
gezeigt werden, wird es verstanden werden, dass andere Typen von
elastischen Verstärkern,
wie beispielsweise Gummifedern, verwendet werden können.
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Ein
Aktuator 84 ist gekoppelt mit der Antriebsbasis 80.
Der Aktuator umfasst ein Gehäuse 86, welches
einen sich hin- und her bewegenden Kolben 88 umschließt. Der
Kolben 88 erzeugt eine Vibrationskraft, welche durch die
Federn 82 verstärkt
wird, um das Bett 76 anzutreiben und somit ist der Betrieb des
Förderers 70 ähnlich zu
dem der Zuführer,
welche oben beschrieben wurden unter Bezugnahme auf die 1 und 2.
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Der
Förderer 70 umfasst
des Weiteren eine Stabilisierungsverbindung 90 zum Dämpfen von Kräften in
unerwünschte
Richtungen. In der veranschaulichten Ausführungsform weist die Stabilisierungsverbindung 90 eine
Stabilisierungsfeder auf, welche ein erstes Ende aufweist, welches
mit der Basis 80 verbunden ist und ein zweites Endes welches mit
dem Bett 76 verbunden ist. Alternativ kann die Stabilisierungsverbindung 90 zwischen
dem Rahmen 72 und der Antriebsbasis 80 gekoppelt
werden. Auf jeden Fall ist die Stabilisierungsverbindung 90 so ausgestaltet,
dass sie eine Vibration in die erwünschte Richtung gestattet während Dämpfungskräfte in andere
Richtungen aufgebracht werden. Als solches kann die Stabilisierungsverbindung 90 aus
jeglichen Materialien gebildet werden und in jeglicher Form, so dass
sie eine Federkonstante aufweist, welche nicht ausreicht um eine
Verstärkung
während
der Betriebsfrequenzen des Aktuators 84 zu erzeugen.
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Die
oben genannten Ausführungsformen verwenden
einen linearen Aktuator um eine Vibrationskraft zu erzeugen in einem
Dreimassensystem. Die Kraft, welche durch den linearen Aktuator
produziert wird, wirkt hauptsächlich
in eine einzige Richtung und somit wird die rechtwinkelige Kraftkomponente
(und der resultierende nachteilige Effekt auf die gewünschte Vibrationsbewegung)
welche durch herkömmliche
Antriebe mit drehenden Motoren erzeugt wird, minimiert oder eliminiert.
Zusätzlich
wiegen die linearen Aktuatoren wesentlich weniger als drehende Elektromotoren
mit Exzentergewichten und somit kann das Gewicht des Antriebs reduziert
werden. Dies ist wichtig für
Anwendungen in denen das zu befördernde
Material leicht ist, da das Bett mehr wiegen muss als der Antrieb
für das
Gerät damit
es auf effizientere Weise betrieben werden kann. Des Weiteren ist,
wenn der lineare Aktuator durch unter Druck stehende Fluide betrieben
wird, dieser feiner einstellbar als Elektromotoren, wodurch eine
bessere Steuerung der Rate ermöglicht
wird, bei der die Objekte transportiert werden. Schließlich gestattet
die Verwendung des linearen Aktuators in einen Dreimassensystem
nicht nur die Einstellungen der Frequenz sondern auch der Amplitude,
wodurch eine weitere Justierung des Vibrationsantriebs auf eine
einfache und kostengünstige
Weise ermöglicht
wird.
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Viele
Modifikationen und alternative Ausführungsformen der Offenbarungen
werden offensichtlich werden für
die Fachleute in Anbetracht der vorstehenden Beschreibung. Demgemäß dient
diese Beschreibung lediglich als eine Veranschaulichung und soll
den Fachleuten den besten Modus zum Ausführen der Erfindung aufzeigen.
Die Details der Struktur können
wesentlich verändert
werden, ohne von der Offenbarung abzuweichen und die ausschließliche Verwendung
von allen Modifikationen, welche innerhalb des Rahmens der beigefügten Ansprüche liegen,
wird vorbehalten.