DE69208017T2 - Elektromagnetischer Antrieb für Vibrationsförderer - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem, das verwendet wird, um eine Schwingungseinrichtung anzutreiben, wie z.B. ein Antriebssystem, das verwendet wird, um Förderer anzutreiben. Insbesondere betrifft die Erfindung Techniken, um ein einem solchen Antriebssystem zugeordnetes elastomeres Federsystem abzustimmen. Die Feinabstimmung des Federsystems wird bestimmt durch Profile, welche in den Seitenwänden der elastomeren Federhalter geformt sind.
• Verschiedene Arten von Antriebssystemen einschließlich mechanischer sowie elektrischer Antriebssysteme benutzen Federn als Teil des Antriebs. Die Erfindung betrifft Federsysteme, die in Antrieben von elektrischen oder mechanischen Systemen verwendet werden. Die bevorzugte, hier beschriebene Ausführungsform ist ein elektromagnetisches Antriebssystem und die Erfindung wird in diesem Zusammenhang beschrieben.
• In der bevorzugten Ausführungsform, die vom Erfinder betrachtet wird, ist ein elektromagnetisches Antriebssystem vorgesehen zum Antrieb eines Förderers, welcher allgemein vom Zwei-Massen-System-Typ ist. Eine Masse besteht aus dem Förderer und dem Anker, der dem Elektromagnet zugeordnet ist, und die zweite Masse ist der Elektromagnet, sein Gehäuse und jeder Ballast. Federn, wie elastomere Federn, die in der vorliegenden Anwendung verwendet werden, verbinden die beiden Massen und sind derart bemessen, daß das System eine Resonanzverstärkung der Bewegung benutzt.
• Elektromagnete erzeugen eine nutzbare Kraft nur, wenn die Polflächen nahe zueinander angeordnet sind. Der Abstand ist in der Größenordnung von einem Zehntel eines Inch (2,5 mm) oder weniger im Zusammenhang der Erfindung. Da die Anziehungskraft des Elektromagneten ungefähr umgekehrt mit dem Quadrat des Spaltes anwächst, ist es wünschenswert, ein Federsystem zu haben, das dem Kraftanstieg des Elektromagneten im gleichen nichtlinearen Verhältnis von Kraft zu Abstand widersteht.
• Typischerweise erlauben elastomere oder Gummifeder nur lineare Kennungen des Federkennungsanstiegs und daher sind Gummifedern weniger bevorzugt worden als Federsysteme in den Luftspalt schließenden elektromagnetischen Antrieben, wo der durch den Elektromagneten erzeugte Kraftanstieg nichtlinear ist.
• Ein elektromechanischer Erreger benutzt ein elastomeres Federsystem, um der Kraft der Elektromagneten entgegenzuwirken, wenn die elektromagnetische Kraft ansteigt, wenn der Spalt zwischen den Magnetpolen verringert wird.
• Elastomere Federn, welche normalerweise eine lineare Federkennungsanstiegskurve aufweisen, werden in einzigartig ausgebildeten Haltern aufgenommen, welche die elastomeren Federn einschließen, wenn die Feder gebogen wird, und ergeben eine nichtlineare Federkennungskurve. Die Einschließungswände des Gehäuses sind derart geformt, daß die gemessene Federkennung der elastomeren Feder gesteuert wird, wenn die Feder gebogen wird.
• GB-A-2 155 701 offenbart elektromagnetische Schwingungserreger zur Verwendung beim Aufbringen einer Schwingungserregung in eine Host- Masse zur Verwendung z.B. in einer Schwingungsförderereinrichtung, Trichtern und Rutschen für Schüttguttransport und abgemessene Abgabe. Es ist ein langgestrecktes Gehäuse vorgesehen mit Elektromagneten, die nach innen gerichtet an jedem Ende des Gehäuses montiert sind. Die freie Masse ist für eine Längsbewegung im Gehäuse aufgenommen und die Masse trägt ein Paar von Ankern zum Zusammenwirken mit den Elektromagneten. Während des Betriebs wird ein Luftspalt aufrechterhalten zwischen den Elektromagneten und dem Anker durch die Verwendung von elastomeren Kompressionselementen, die zwischen das elektromagnetische Gehäuse und die Anker der freien Masse eingefügt sind. Die elastomeren Kompressionselemente sind nichtlineare Federeinrichtungen mit konturierten Oberflächen.
• Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein nichtlineares Federsystem zu schaffen mit einer elastomeren Feder, derart, daß die Kraft des Federsystems ansteigt, wenn der Hub des Elektromagneten ansteigt. Mit dem nichtlinearen Federsystem kann seine Kraft abgestimmt werden, um größer zu bleiben als die durch den Elektromagneten erzeugte Kraft, wenn die durch den Magneten erzeugte Kraft mit dem Hub ansteigt.
• Dieses Ziel wird erreicht durch einen Antrieb, wie er in Anspruch 1 bestimmt ist.
• Es wird nochmals angemerkt, daß das beschriebene Ausführungsbeispiel eine bevorzugte Ausführungsform ist, wobei der Erfinder der Auffassung ist, daß die hier offenbarten Federsysteme mit der gleichen Leichtigkeit in mechanischen Antriebssystemen und Antriebssystemen roher Gewalt benutzt werden könnten.
• Diese und weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich für den Durchschnittsfachmann aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen, in welchen:
• Fig. 1 eine vereinfachte Zeichnung eines Förderers ist, der die Umgebung der Erfindung zeigt;
• Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Erregers ist, wobei die Deckplatte in Explosionsdarstellung gezeigt ist, um das Innere des Erregers aufzudecken;
• Fig. 3 ein Erreger ist, der wie in Fig. 1 montiert ist, wobei ein größerer Teil einer Montageflügelplatte entfernt ist, um eine Seitenansicht des Erregers zu zeigen;
• Fig. 4 eine graphische Darstellung ist, welche eine nichtlineare Kurve der Federkennung über einer elektromagnetischen Kraftverhältniskurve zeigt;
• Fig. 5 eine projizierte Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Federsystems ist;
• Fig. 6 eine projizierte Ansicht einer anderen alternativen Ausführungsform eines Federsystems ist;
• Fig. 7 eine andere Ausführungsform der Erfindung ist, welche eine Feder in einer projizierten Ansicht zeigt.
• Aus Fig. 1 geht die allgemeine Umgebung der Erfindung hervor. Ein Förderer 10 ist auf Beinen 12 auf einem Bodenaufbau 14 gelagert. Ein Förderertrog 16 ist über Schwingungsisolatoren 20 auf den Beinen 12 gelagert. Dieser Förderer könnte bei einer bevorzugten Ausführungsform ein Förderer mit einer Länge von 243,84 bis 304,80 cm (8 bis 10 Fuß) und einer Breite von 25,40 bis 30,48 cm (10 bis 12 Inch) sein. Sein Zweck besteht in der Förderung von leichtgewichtigen Produkten wie z.B. Imbißprodukten, Getreide geringer Dichte oder anderen Produkten geringer Dichte. Der Förderer könnte natürlich viele verschiedene Größen aufweisen und könnte zum Transportieren vieler Materialien benutzt werden, von Materialien hoher Dichte, wie z.B. Kohle, Kies, Metallteile, bis zu Materialien geringer Dichte, wie z.B. Verpackungs-"Peanuts" aus expandiertem Schaum.
• Der Rechtsnachfolger dieser Erfindung ist ein Hersteller von breitgefächterten Einrichtungen, die das Federsystem der Erfindung benutzen könnten. Einrichtungen zur Handhabung und Entwässerung von großer pyritdurchsetzter Kohle, Schwingungsförderer mittlerer Größe zur Verwendung in Gruben, Zementwerken, Glaswerken und dergleichen, und Drehvibrationsteilchenschöpfer sind lediglich einige der Vorrichtungen, die das Prinzip der vorliegenden Erfindung benutzen könnten.
• Der Förderer 10 der Fig. 1 weist zwei elektromagnetische Antriebseinheiten 22 und 24 auf, die beide gleich sind, ausgenommen ihr Montageort, montiert auf dem Förderer mit Hilfe von Flügelplatten 26. Bei dieser Ausführungsform sind die Antriebseinheiten nach oben in Richtung des Förderers gewinkelt unter einem Winkel von ungefähr 20º gegenüber der Horizontalen. Der Montagewinkel wird bestimmt durch die entworfenen Vorschubcharakteristiken der Maschine und könnte um viele Grade variieren. Darüber hinaus könnten mehr oder weniger als zwei Einheiten auf einer Host-Maschine benutzt werden.
• In den Fig. 2 und 3 erkennt man die Einzelkomponenten der Antriebseinheiten. In Fig. 3 ist die rückseitige Flügelplatte 26 weggebrochen, um eine Seitenansicht der Antriebseinheit zu zeigen. In Fig. 2 ist die Deckplatte 30 entfernt worden, um die Antriebskomponenten zwischen der Deckplatte 30 und einer Mittelplatte 32 deutlich zu zeigen. Komponenten unterhalb der Mittelplatte 32 gehen nicht klar aus Fig. 2 hervor, aber sind in Fig. 3 als ähnlich gezeigt und in einem Spiegelbild zu den Komponenten oberhalb der Mittelplatte 32 montiert.
• In Fig. 2 ist die Deckplatte 30 mit Öffnungen 34 versehen, um Befestigungseinrichtungen wie Bolzen 36 aufzunehmen, welche durch die Deckplatte bis zur Bodenplatte 40 hindurchtreten, welche mit Schraubengewinde versehenen Öffnungen versehen sein kann, um den mit Schraubengewinde versehenen Abschnitt der Bolzen 36 aufzunehmen. Die Mittelplatte 32 ist mit einer großen Öffnung 42 versehen, durch welche ein Elektromagnet 44 und ein Elektromagnetgehäuse 46 hindurchtreten. Der Elektromagnet 44 ist sicher im Elektromagnetgehäuse 46 aufgenommen, welches seinerseits sowohl an der Deckplatte 30 wie auch an der Bodenplatte 40 durch die Bolzen 36 befestigt ist, welche durch Öffnungen 50 im Elektromagnetgehäuse 46 hindurchtreten. Das Elektromagnetgehäuse hat eine kritische Höhe und wirkt als Abstandseinrichtung, welche den Abstand zwischen den inneren Oberflächen der Deck- und Bodenplatte bestimmt. Die Beine des Elektromagnetgehäuses können auch mit gekrümmten Oberflächen 52 und 54 versehen sein, welche als konvexe krummlinige Oberflächen bei der bevorzugten Ausführungsform gezeigt sind.
• Eine zweite größere Öffnung 56 in der Mittelplatte nimmt ein Abstandsrohr 60 auf, welches die gleiche Höhe wie die Höhe des Elektromagnetgehäuses 46 aufweist und auch als Abstandseinrichtung dient, um den Abstand zwischen den innenseitigen Oberflächen der Deck- und Bodenplatte zu halten. Befestigungseinrichtungen 36 können durch die Mitte des Abstandsrohrs 60 verlaufen, um eine genaue Lokalisierung des Rohres zu unterstützen.
• Ein anderer Gegenstand, der durch die große Öffnung 42 hindurchtritt, ist ein Polstück oder Anker 62, der fest an der Mittelplatte 32 mit Hilfe von Winkelstützen 64 auf der oberen und unteren Seite der Mittelplatte befestigt ist. Eine Abstandsplatte 66 kann zwischen dem Polstück 62 und den Winkelstützen verwendet werden. Das Polstück 62 trägt Gummipuffer 70 und 72, die so ausgerichtet sind, daß sie jeweils die gekrümmten Oberflächen der Gehäusebeine 54 und 52 berühren.
• Das Federsystem dieses Antriebs besteht aus einigen Federn, welche untereinander ähnlich sind. In Fig. 2 sind drei Federsysteme leicht erkennbar, ein langes Federsystem 74 und zwei kleinere Federsysteme 76.
• Diese Federsysteme sind am besten in den Fig. 2 und 3 zu erkennen. Sie weisen eine Federeinschließungsbasis 80, eine elastomere Feder 82 und eine Federkompressionseinrichtung 84 auf. In der bevorzugten Ausführungsform, gezeigt in den Fig. 2 und 3, ist jede Federeinschließungsbasis 80 ähnlich im inneren Profil zu den anderen, obwohl das Federsystem 86 länger als die anderen beiden Federsysteme ist, welche zwischen der Mittelplatte und der Deckplatte angeordnet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Federsysteme zwischen der Mittelplatte und der Bodenplatte spiegelbildlich zu denjenigen über der Mittelplatte montiert, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Diese Federn können bei alternativen Ausführungsformen derart installiert sein, daß die Spalte nach unten gerichtet sind, um das Risiko, daß Schutt sich im geformten Abschnitt der Feder ansammelt, zu minimieren.
• Das Profil der Einschließungsbasis 80 ist geformt, um eine Anfangsdimension "W" an der Basis des Hohlraums 90 zu haben, welche die gleiche Abmessung ist wie die Breite "W&sub1;" der Basis des elastomeren Blockes 82. Die Breite des Hohlraums 90 wächst allmählich zur oberen Seite des Hohlraums hin an, und der Hohlraum läuft dann bei 92 und 94 aus (Fig. 4), wobei die Tiefe des Hohlraums kleiner als die Höhe des elastomeren Blockes 82 ist.
• Das Profil des Hohlraums ist derart geformt, um die gewünschte Federkennung zu ergeben und um die resultierende Kennung des elastomeren Blockes zu erzielen, beeinflußt durch das Profil, um eine nichtlineare Federkennung aus der normalerweise linearen Federkennung des elastomeren Blockes zu erzielen. Das Profil des Hohlraums ist derart, daß die Seitenwandabschnitte des Halters weggewinkelt sind von den geraden vertikalen parallelen Seiten des elastomeren Blockes unter einem kleinen Winkel für mehr als 50% ihrer Höhe. Bei ungefähr 2/3 der Höhe der Wände wendet sich das Profil des Hohlraums radikal von den Seiten des elastomeren Blockes ab.
• Verschiedene nichtlineare Federkennungskurven sind möglich durch Profilierung der Hohlräume unter flacheren oder steileren Winkeln als denjenigen, die in den Zeichnungen gezeigt sind. Das Ziel des Erreichens einer Nichtlinearität ist graphisch in Fig. 4 gezeigt, wobei die X- Achse die Verschiebung zeigt, die sich zwischen den Polflächen des Magneten und der Biegung der Feder ergibt. Die Y-Achse zeigt die Kraft in Pfund, welche durch den Magneten erzeugt wird, und die Kraft der Federn, welche der Magnetkraft widerstehen.
• Wenn in einem den Luftspalt schließenden Magneten die Magnetpolstücke sich einander annähern, steigt die Anziehungskraft nichtlinear an, wie durch die mit "Magnet" gekennzeichnete Kurve gezeigt ist. Um zu verhindern, daß die Magnetpolstücke ineinanderkrachen, wenn der Magnet erregt ist, müssen die Federn den Magnetkräften widerstehen und müssen daher ebenfalls einen nichtlinearen Anstieg in der Federkennung haben. Idealerweise ist eine "Clearance-Zone" zwischen den Magnetkraftspitzen und der Federkraft wünschenswert, um zu gewährleisten, daß die Magnetpolstücke nicht aufeinanderprallen. Eine nahezu ideale Situation ist in Fig. 4 gezeigt und dieses Ergebnis wird erzielt durch die vorliegende Anwendung in der bevorzugten, in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform.
• Fig. 5, 6 und 7 zeigen alternative Ausführungsformen der Federeinschließungsblöcke.
• In Fig. 5 ist der Halbhohlraumblock 96 ähnlich den früher gezeigten Federeinschließungsblöcken, ausgenommen, daß eine der profilierten Hohlraumseitenwände entfernt worden ist unter Zurücklassen einer linken Seitenwand 100 mit einer einzelnen Rampenoberfläche 102. Der elastomere Block hat die gleiche Breite wie der Basisabschnitt des Federeinschließungsblockes, wobei die innere Kante des elastomeren Blockes am untersten Punkt der profilierten Rampenoberfläche 102 angeordnet ist.
• In Fig. 6 ist die Breite W&sub2; des Hohlraums größer als die Breite des elastomeren Blockes, welche bei diesem Beispiel eine Standardbreite W&sub1; ist. Diese Breitendifferenz zwischen dem Hohlraum und den elastomeren Blöcken ergibt Spalte 106 und 108 zwischen dem Boden des elastomeren Blockes und dem untersten Punkt der profilierten Rampenoberfläche.
• Eine vierte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 7 gezeigt, welche eine Verfeinerung der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform ist. In Fig. 7 sind elastomere Scheiben 114 mit zwischengefügten Aluminiumplatten 116 zusammengebunden. Wenn die Feder durch die Magnetkraft gebogen wird, kontaktieren die Aluminiumplatten die profilierten Hohlraumwände und verhindern, daß die elastomeren Scheiben direkten Kontakt mit den Hohlraumwänden haben. Hierdurch soll der Wärmeaufbau in der Feder minimiert werden, da der ungleiche Ausdehnungskoeffizient der elastomeren Komponenten und des Einschließungsblockes aus der Gleichung herausgenommen wird, wenn die elastomeren Scheiben eher in den Bereich zwischen den Aluminiumplatten expandieren als in Berührung mit den Seitenwänden des Einschließungsblockes kommen. Es wird erwartet, daß das Material der Platten 116 das gleiche ist wie das Material der Hohlraumseitenwände oder mindestens Materialien mit ähnlichen thermischen Eigenschaften sind.
• Es wird angemerkt, daß ein Federsystem geschaffen worden ist für die Verwendung in einem Schwingungserreger und ein Schwingungserreger selbst, der das Ziel der Erfindung verwirklicht. Verschiedene Abänderungen des Designs, wie z.B. die Anordnung des Elektromagneten an einem Ende der Vorrichtung gegenüber der Anordnung in der Mitte der Vorrichtung sowie vielfache Einschließungsblockformen und Konfigurationen sind von den Erfindern in Betracht gezogen worden. Darüber hinaus könnten Erregersysteme, die auf mechanischen Antriebssystemen beruhen, wie oben erwähnt, durch die Verwendung des hier offenbarten Federsystems verbessert werden.

Claims (9)

1. Elektromagnetischer Schwingungserregerantrieb, enthaltend:

- eine Mittelplatte (32) mit einer Vielzahl von Öffnungen (42, 56) und einem fest auf dieser montierten Anker (62);

- einen Elektromagnet (44), der in einem Magnetgehäuse (46) aufgenommen ist, das durch eine der Öffnungen (42, 56) der Mittelplatte (32) hindurchtritt;

- ein nichtlineares Federsystem mit:

- mindestens einer oberseitigen elastomeren Feder (74, 76), die auf der relativen oberen Seite der Mittelplatte (32) montiert ist, und einer unterseitigen elastomeren Feder (74, 76), die auf der relativen unteren Seite der Mittelplatte (32) montiert ist;

- einer Deckplatte (30), die auf der oberseitigen elastomeren Feder (74, 76) aufliegt, und

- einer Bodenplatte (40), die auf der unterseitigen elastomeren Feder (74, 76) aufliegt, wobei die Deckplatte (30), die Bodenplatte (40) und das Elektromagnetgehäuse (46) sich zusammen als eine Einheit und die Mittelplatte (32) und der Anker (62) sich zusammen als eine Einheit bewegen.

2. Antrieb gemäß Anspruch 1, bei dem die oberseitige und unterseitige elastomere Feder (74, 76) aufweisen:

- einen elastomeren langgestreckten Block (82) mit parallelen Seiten;

- eine Einschließungsbasis (80) zum Einschließen des elastomeren langgestreckten Blockes (82), wobei diese Einschließungsbasis (80) Wände benachbart zu den parallelen Seiten des Blockes (82) aufweist, die zueinander und zu den Seiten des Blockes (82) nicht parallel sind.

3. Antrieb gemäß Anspruch 2, bei dem die Wände der Einschließungsbasis (80) ein Querschnittsprofil aufweisen, wobei das obere Ende der Wände weiter voneinander entfernt ist als der untere Teil.

4. Antrieb gemäß Anspruch 3, bei dem die unteren Teile der Wände in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der größer ist als die Breite der parallelen Seiten des elastomeren langgestreckten Blockes.

5. Antrieb gemäß Anspruch 3, bei dem der elastomere langgestreckte Block (82) mindestens zweimal so lang wie breit ist.

6. Antrieb gemäß Anspruch 3, bei dem der elastomere langgestreckte Block (82) gegenüber Biegung zu einen größeren Grad an den unteren zwei Dritteln der Höhe der Seiten eingezwängt ist als an dem oberen Drittel der Höhe der Seiten.

7. Antrieb gemäß Anspruch 6, bei dem drei oberseitige elastomere Federn (74, 76) und mindestens drei unterseitige elastomere Federn (74, 76) jeweils auf der Deckplatte (30) und der Bodenplatte (40) montiert sind.

8. Antrieb gemäß Anspruch 1, bei dem die elastomeren Federn (74, 76) jeweils aufweisen:

- eine Einschließungsbasis mit voneinander weggewinkelten Wänden;

- einen elastomeren Block (82), der an der Einschließungsbasis (80) befestigt ist; und

- eine Platteneinrichtung, welche an dem elastomeren Block (82) weg von der Einschließungsbasis (80) befestigt ist.

9. Antrieb gemäß Anspruch 2, bei dem die Einschließungsbasis-Wände an der Unterseite der Wände um einen Abstand voneinander, der gleich der Breite des elastomeren Blockes (82) ist, und an der Oberseite der Wände um einen größeren Betrag beabstandet sind.