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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Regelung der Frequenz und/oder der Amplitude
der Schwingungen eines Schwingungserregers mit variablem Moment,
der zum Versenken von Gegenständen
im Erdboden verwendbar ist.
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Es ist bekannt, dass das eigentliche
Prinzip des Versenkens durch Schwingungen darin besteht, den Erdboden
mittels des zu versenkenden Objekts in Schwingungen zu versetzen.
Insbesondere im Falle von wenig kohärenten Böden erfolgt eine Fluidisierung
des Erdbodens, die das Versenken des Profils unter seinem Eigengewicht
und demjenigen des Schwingungserregers gestattet, der auf ihm aufsitzt.
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Der zum Versenken dienenden Schwingungserreger
setzt üblicherweise
zumindest zwei Antriebszüge
für Fliehgewichte
mit jeweils zwei exzentrischen Fliehgewichten ein, die um zwei Achsen drehbar
angebracht sind, die mit jeweils zwei Zahnrädern fest verbunden sind, die
miteinander kämmen, so
dass sie sich in umgekehrter Richtung relativ zueinander unter der
Wirkung eines Motorantriebs drehen, der ein oder mehrere Motoren
umfassen kann.
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Die Variation des durch die zwei
Antriebszüge
für Fliehgewichte
bewirkten Schwingmoments wird mittels eines Phasenschiebers erhalten,
der in der Lage ist, eine variable angulare Phasenverschiebung zwischen
den Drehbewegungen der Antriebszüge
für Fliehgewichte
herbeizuführen.
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Es zeigt sich, dass von dem Ort der
Versenkung sich Schwingungen ausbreiten, deren Intensität für benachbarte
Konstruktionen schädlich
sein kann, insbesondere für
gering verbundenes Mauerwerk oder auch für Orte, die vibrationsempfindliche
Geräte wie
beispielsweise Messapparate und/oder Rechner beherbergen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher
insbesondere, die Amplitude der Schwingungen dauerhaft zu kontrollieren,
um unter einem Schädlichkeitsgrenzwert
der Schwingungen zu bleiben, wobei dieser Grenzwert in Abhängigkeit
von der Art des Bodens, der zu versenkenden Gegenstände und
eventuell der zu schützenden
Einrichtungen variabel ist. Aus dem Gesagten ergibt sich, dass entsprechend
den Gesetzen der Physik die Schädlichkeit
des Schwingungserregers hinsichtlich der Emission von Schwingungen
von der abgegebenen Schwingenergie und folglich von dem Produkt
aus Amplitude und Frequenz abhängt.
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Sie schlägt daher eine Regelvorrichtung
vor, die Folgendes einsetzt: zumindest einen Beschleunigungsdetektor,
der so platziert ist, dass er direkt oder indirekt den von dem Schwingungserreger
erzeugten Schwingungen ausgesetzt ist, Mittel zum Ableiten eines
die Schädlichkeit
der Schwingungen wiedergebenden Wertes auf der Basis von durch den
Beschleunigungsdetektor gelieferten Beschleunigungsdaten, Mittel
zum Erfassen eines Sollwertes und elektronische Verarbeitungsmittel,
die mit Betätigungsmitteln
verbunden sind, die auf die Phasenverschiebungssteuerung des Phasenschiebers und/oder
die Geschwindigkeitsvariationssteuerung einwirken, um den die Schädlichkeit
der Schwingungen wiedergebenden Wert auf einem Niveau zu halten,
das kleiner oder gleich dem Sollwert ist.
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Mittels dieser Anordnungen kann die
Bedienungsperson nach einigen vorab vor Ort durchgeführten Versuchen
einen Sollwert bestimmen, der, sobald er erfasst ist, die Erzeugung
einer Schwingung gewährleistet,
deren Amplitude für
das Versenken ausreicht, aber unter dem Schädlichkeitsgrenzwert hinsichtlich
der benachbarten, empfindlichen Einrichtungen bleibt. Diese Versuche
gestatten es ebenso, eine Gesetzmäßigkeit zwischen der Schädlichkeit
und der Amplitude der Schwingungen und/oder der Frequenz der Schwingungen
zu ermitteln und zu speichern, wobei diese Gesetzmäßigkeit dann
durch die Regelvorrichtung dazu verwendet wird, die Amplitude und/oder
Frequenz der Schwingungen so zu regeln, dass die Schädlichkeit
der Schwingungen auf einem Niveau kleiner oder gleich dem Grenzwert
gehalten werden.
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Der Beschleunigungsdetektor wird
vorteilhafterweise an dem schwingenden Gehäuse des Schwingungserregers
befestigt. In diesem Fall kann der Detektor durch eine Drahtleitung
mit elektronischen Verarbeitungsmitteln verbunden werden.
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Die. Erfindung ist jedoch nicht auf
diese Lösung
beschränkt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann
in der Tat eine Beschleunigungmesszentraleinheit einsetzen, die
mit elektronischen Verarbeitungsmitteln ausgestattet ist, die dafür vorgesehen
sind, auf Höhe
der zu schützenden
Struktur installiert zu werden. In diesem Fall kann für die Übertragung
zwischen der Beschleunigungmesszentraleinheit und den elektronischen
Verarbeitungsmitteln durch irgendein Fernübertragungsmittel gesorgt werden,
wie eine Drahtverbindung, Funk, etc.
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der
Erfindung im Sinne von keine Einschränkung darstellenden Beispielen
unter Bezug auf die folgenden beigefügten Zeichnungen beschrieben
werden:
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Die 1 und 2 sind ein schematischer
axialer beziehungsweise transversaler Schnitt eines Schwingungserregers
mit variablem Moment;
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3 ist
ein schematischer axialer Schnitt, der das allgemeine Prinzip eines
Phasenschiebers veranschaulicht;
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4 ist
eine Prinzipskizze der Regelschaltung des Phasenschiebers.
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Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Beispiel
umfasst der Schwingungserreger zwei Antriebszüge 1, 2 für exzentrische
Fliehgewichte M, M', die
mittels Wellen A1, A2,
An, A'1, A'2, A'n drehbar montiert sind, die zu einer transversalen
Achse XX' parallel
sind und deren Enden in Lager eingreifen, die von zwei parallelen
Flanschen 3, 4 getragen werden, die die zwei seitlichen
Seiten eines Gehäuses 5 bilden.
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Mit jedem der Fliehgewichte M, M' ist ein Zahnrad
P verknüpft,
das so angeordnet und bemessen ist, dass die Zahnräder P, die
mit ein und demselben Antriebszug 1, 2 für Fliehgewichte
M, M' in aufeinanderfolgenden
Paaren miteinander kämmen.
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In 1 sind
zwei Antriebszüge 1, 2 für Fliehgewichte
M, M' dargestellt,
die jeweils ein mit durchgezogenen Linien dargestelltes Paar von
Einheiten aus Fliehgewicht M, M'/Zahnrad
P umfassen, wobei die teilweise in unterbrochenen Strichen dargestellte
Einheit die Einbauweise eines anderen Paares anzeigt.
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Für
den Drehantrieb der zwei Antriebszüge 1, 2 für Fliehgewichte
M, M' wird mittels
eines Motorantriebs mit zwei Hydraulikmotoren H1,
H2 gesorgt, die auf dem Flansch 3 an
einem der Enden des Gehäuses 5 angebracht
sind.
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Diese zwei Motoren H1,
H2 treiben jeweils zwei parallele Ausgangsachsen
an, die durch mit den Flanschen 3, 4 fest verbundenen
Lager verlaufen und die jeweils zwei koaxiale Zahnräder P1, P2–P5, P6 tragen.
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Das Zahnrad P1 kämmt mit
dem Zahnrad P, das mit dem Fliehgewicht M' fest verbunden ist, um das In-Drehung-Versetzen des Antriebszugs 2 zu
bewirken.
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Das Zahnrad P6 kämmt mit
dem Zahnrad P, das mit dem Fliehgewicht M fest verbunden ist, um das
In-Drehung-Versetzen
des Antriebszugs 1 zu bewirken.
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Um eine Änderung der Amplitude der Schwingbewegung
zu bewirken, umfasst der Schwingungserreger zudem einen Phasenschieber 7 mit
hydraulischem Antrieb, der Folgendes umfasst:
- – eine Antriebswelle,
die ein Zahnrad P3 trägt,
das mit einem Zahnrad P5 kämmt, das
fest mit der Ausgangswelle des Motors H2 verbunden
ist, und
- – eine
Abtriebswelle, die ein Zahnrad P4 trägt, das mit
einem Zahnrad P2 kämmt, das fest mit der Ausgangswelle
des Motors H1 verbunden ist.
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Die Erfindung ist natürlich nicht
auf diese Anordnung begrenzt: das Zahnrad P3 könnte zum
Beispiel mit irgendeinem der Zahnräder P kämmen, die mit den Fliehgewichten
M des Antriebszugs 1 verknüpft sind, während das Zahnrad P4 mit irgendeinem der Zahnräder P kämmen könnte, die
mit den Fliehgewichten M' des
Antriebszugs 2 verknüpft
sind.
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Wie in 3 dargestellt
ist, besteht der Phasenschieber 7 aus einer festen, teilweise
zylindrischen Struktur 9, die fest mit den Flanschen 3, 4 verbunden
ist.
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Im Inneren dieser Struktur 9 sind
zwei koaxiale Wellen drehbar montiert, und zwar
- – eine gestützte, mittige
Welle (Antriebswelle 6), die auf Höhe ihres dem Flansch 4 benachbarten Endes
das Zahnrad P3 trägt,
- – eine
rohrförmige
Welle (Abtriebswelle 8), die um die gestützte Welle 6 drehbar
montiert ist und die axial relativ zu dem Zahnrad P3 versetzt
das Zahnrad P4 trägt.
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Auf Höhe des zylindrischen Teils 10 der Struktur 9 umfasst
die rohrförmige
Welle 8 eine zylindrische Innenfläche, die hintereinander einen
glatten Abschnitt 11 und einen mit einem Innengewinde mit spiralförmigen Zahnungen
versehenen Abschnitt 12 aufweist.
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Diese zylindrische Innenfläche begrenzt
mit einer zylindrischen Fläche
der gestützten
Welle 6 einen ringförmigen
Zwischenraum 13, der auf einer Seite durch ein Lager 14,
das für
die drehbare und dichte Montage einer der zwei Achsen 6, 8 relativ
zu der anderen sorgt, und auf der anderen Seite durch einen Boden 15 geschlossen
ist, der mit der Welle 8 fest verbunden ist, durch den
die Welle 6 auf abgedichtete Weise, hindurchtritt.
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Die zylindrische Fläche der
Welle 6 umfasst hintereinander einen glatten Abschnitt 16 und
einen mit einem Gewinde mit spiralförmigen Zahnungen versehenen
Abschnitt 17.
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Im Inneren des ringförmigen Raums 13 ist ein
ringförmiger
Kolben 20 angeordnet, der Folgendes umfasst:
- – eine
zylindrische Außenfläche mit
einem einen glatten Abschnitt 21, der dicht auf dem glatten
Abschnitt 11 gleitet, und einen mit einem Gewinde versehenen
Abschnitt 22, der mit dem mit einem Innengewinde versehenen
Abschnitt 12 in Eingriff steht;
- – eine
zylindrische Innenfläche
mit einem einen glatten Abschnitt 23, der dicht auf dem
glatten Abschnitt der Welle 6 gleitet, und einen mit einem
Innengewinde versehenen Abschnitt 24, dessen spiralförmige Zahnung
auf den Zahnungen des mit einem Gewinde versehenen Abschnitts 17 eingreifen.
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Der Raum E1,
der zwischen dem Kolben 20, dem Boden 15 und den
zwei Wellen 6, 8 liegt, bildet eine erste Arbeitskammer
(Hauptarbeitskammer), in die ein Hydraulikfluid mittels eines axialen
Kanals 25 eingelassen werden kann, der in der Welle 6 ausgebildet
ist.
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Dieser Kanal 25 mündet in
einer Drehdichtung 26, die am Ende der Welle 6 vorgesehen
ist und deren ortsfester Teil fest mit der Struktur 9 verbunden ist.
Dieser ortsfeste Teil umfasst eine Anschlussmuffe 27, an
der die Leitung eines Steuerhydraulikfluids des Phasenschiebers
angeschlossen wird.
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Ebenso bildet Raum E2,
der zwischen dem Kolben 20, dem Lager 14 und den
zwei Wellen 6, 8 liegt, eine zweite Arbeitskammer,
in die Hydraulikfluid mittels eines axialen Kanals 28 eingelassen
werden kann, der in der Welle 6 ausgebildet ist.
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Dieser Kanal mündet in einer Drehdichtung 29,
die am Ende der Welle 6 vorgesehen ist und deren ortsfester
Teil, der fest mit der Struktur 9 verbunden ist, eine Anschlussmuffe 30 bildet.
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Die Funktionsweise dieses Phasenschiebers ist
wie folgt
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Beim Fehlen von Druck im Inneren
der Arbeitskammern E1 und E2 ruft
das Antriebsdrehmoment des Antriebszugs 1 für Fliehgewichte
M einen doppelten Schraubvorgang zwischen dem Kolben 20 und
den Wellen 6, 8 hervor. Dieses Schrauben bewirkt
dann eine axiale Verschiebung des Kolbens 20 bis er am
Ende des Hubs an dem Boden 15 zum Anschlag kommt.
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In dieser Position drehen sich die
Fliehgewichte M der zwei Antriebszüge 1, 2 für Fliehgewichte
M mit entgegengesetzter Phase und ihr resultierendes Moment ist
Null.
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Wenn unter Druck stehendes Fluid
in die Arbeitskammer E1 injiziert wird,
unterliegt dieser Kolben 20 einer Axialkraft, die darauf
zielt, ihn in die zum Boden 15 entgegengesetzte Richtung
zu bewegen und damit eine doppelte Relativdrehung zwischen den zwei
wellen 6, 8 zu bewirken, wobei dies mittels der konjugierten
Wirkungen der Gewinde 17, 22 auf den Innengewinden 12, 24 zustande
kommt. Natürlich sind
diese letzteren so ausgelegt, dass sie eine doppelte Relativdrehung
der Wellen 6, 8 zur Folge haben, die 180° erreichen
kann (wieder in Phase Bringen der Fliehgewichte M). Es ist klar,
dass diese Relativdrehung nur für
den Fall eintritt, dass die Zunahme des Motormoments, die aus dem
Einlass von unter Druck stehendem Fluid in die Kammer E1 resultiert,
größer wird
als das Widerstandsmoment, das das den Schwingungen unterworfene
Objekt dem Schwingungserreger entgegensetzt (Widerstand beim Versenken).
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Erfindungsgemäß wird für den Einlass des Hydraulikfluids
in das Innere der Kammern E1, E2 durch
eine Regelung gesorgt, die Folgendes einsetzt:
- – einen
Hydraulikverteiler D, dessen zwei Ausgänge D1,
D2 jeweils mittels zwei entsprechenden Hydrauklikleitungen
C1, C2 mit den Eingängen der zwei
Drehdichtungen 27, 30 des Phasenschiebers 7 verbunden
sind,
- – einen
Beschleunigungsdetektor A, der mit einem Wandler CA verbunden ist,
der eine Verarbeitung und eine Digitalisierung der von dem Detektor
A abgegebenen Beschleunigungsinformationen ausführen soll,
- – einen
Einsteller S, der in der Lage ist, die Erfassung und die Einstellung
eines Sollwertes auszuführen,
- – einen
Prozessor PC, der aus einem programmierbaren Automaten bestehen
kann, der den Unterschied zwischen den von dem Wandler gelieferten
Daten und dem von dem Einsteller erfassten Sollwert bestimmen soll
und der den Verteiler D und damit die von dem Phasenschieber 7 bedingte
Phasenverschiebung so steuert, dass der Unterschied ausgeglichen
wird.
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Natürlich kann der Prozessor PC
mit verschiedenen üblichen
Peripheriegeräten
versehen sein, wie beispielsweise einer Tastatur/Bildschirm-Konsole
CE, einem Drucker I, etc.
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Wie zuvor erwähnt, kann der Beschleunigungsdetektor
A an dem Gehäuse
des Schwingungserregers platziert werden, wobei seine empfindliche
Achse parallel zu der Ausbreitung der Schwingungen des Schwingungserregers
ist. In diesem Fall führt
der Wandler CA eine doppelte Integration des sinusförmigen Signals,
das von dem Beschleunigungsaufnehmer A ausgesendet wird, sowie eine
Analog/Digital-Wandlung dieses Signals aus. Das zu dem Prozessor
PC übertragene
Signal ist dann ein für
die Amplitude der von dem Schwingungserreger erzeugten Schwingungen
repräsentatives
Signal.
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Der Sollwert, den die Bedienungsperson
auf dem Einsteller S einzustellen hat, wird daher ein Wert sein,
der für
eine Amplitude dieser Versenkungsschwingungen repräsentativ
ist. Dieser Wert kann nach einer Untersuchungsphase ermittelt werden,
so dass er einer Amplitude entspricht, die ausreicht, um das Versenken
zu gewährleisten,
aber kleiner als ein Schädigungsgrenzwert
für die
benachbarten empfindlichen Einrichtungen ist.
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In Abhängigkeit von dem gewählten Sollwert steuert
der Prozessor PC den Verteiler D, allgemein einen hydraulischen
Schieber, um die Drehung in der einen oder anderen Richtung des
Phasenschiebers einzustellen (der die Geschwindigkeit der exzentrischen
Fliehgewichte des Schwingungserregers dreht).
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Diese Vorrichtung macht einen Unterschied gegenüber den
Fähigkeiten
von manuellen Steuerungen, die derzeit bei Schwingungserregern mit
variablem Moment zur Verfügung
stehen, wenig genau sind und die für das gleiche Resultat eine
dauernde Manipulation durch die Bedienungsperson sowie ein passive
Erfassung der Amplitude erfordern würden, um die. Amplitude dauerhaft
auf den gewünschten Wert
einzustellen.
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Diese Lösung gestattet es zudem, Mängel der
Drehdichtungen zu beheben, die für
die Versorgung des Phasenschiebers 7 mit Hydraulikfluid
verwendet werden: diese Dichtungen sind nicht dicht und sind folglich
mit Abläufen
versehen. Sie gestatten es daher nicht, einen gegebenen Phasenverschiebungswert
ohne regelmäßige und
häufige
Korrekturen beizubehalten.
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Die Automatisierung der Phasenverschiebungssteuerung
gestattet es, all diese Fehler zu beseitigen. Sie gestattet es zudem,
die Schwankung der Amplitude zu kompensieren, die mit der Schwankung
der durchquerten Bodenarten verknüpft ist.
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Gemäß einer weiteren Variante der
Erfindung kann der Beschleunigungsdetektor A einen oder mehrere
Beschleunigungsaufnehmer umfassen (zum Beispiel eine Einheit aus
drei Aufnehmern, die entsprechend drei orthogonalen Achsen ausgerichtet sind),
die an der Struktur platziert werden, die man gegen die Schwingungen
zu schützen
wünscht,
so dass sie die Messung der Amplitude der Schwingungen, denen die Struktur
ausgesetzt ist, in einer oder mehreren Richtungen gestatten.
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Auf analoge Weise wird das von jedem
der Beschleunigungsmesser des Detektors abgegebene Signale in dem
Wandler CA einer Transformation und einer doppelten Integration
sowie einer Analog/Digital-Wandlung
unterworfen. Das am Ausgang des Wandlers CA vorliegende Signal,
das für
die besondere Geschwindigkeit des Bodens repräsentativ ist, wird an den Eingang
des Prozessors PC angelegt. Dieser kann eine Verarbeitung der Beschleunigungsinformationen
durchführen,
um daraus einen Wert abzuleiten, der die Schädlichkeit der erfassten besonderen
Geschwindigkeit anzeigt. Dieser Wert kann zum Beispiel zu jedem
Zeitpunkt dem größten Beschleunigungssignal
unter den von allen Beschleunigungsaufnehmern abgegebenen Signalen
entsprechen. Dieser Prozessor kann ebenso in Abhängigkeit von den empfangenen
Parametern eine Gesetzmäßigkeit
für die
Schädlichkeit
in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit der Motoren und/oder der Amplitude der Schwingungen
ermitteln.
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Dieser die Schädlichkeit der Partikelgeschwindigkeit
angebende Wert wird durch den Prozessor PC mit einem Wert verglichen,
der einen Schädlichkeitsgrenzwert
wiedergibt, der durch die Bedienungsperson ermittelt und erfasst
wird. Der Prozessor kann dann in Abhängigkeit von der oben genannten
Gesetzmäßigkeit
auf den Verteiler D einwirken, um die Amplitude der von dem Schwingungserreger
abgegebenen Schwingungen zu erhöhen oder
zu reduzieren und/oder an die Steuerung für die Geschwindigkeit CV der
Motoren H1 und H2,
um den die Schädlichkeit
angebenden Wert auf einen Wert zu bringen, der höchstenfalls gleich dem Schädlichkeitsgrenzwert
ist.
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Unter Berücksichtigung des eventuell
erheblichen Abstands zwischen dem Schwingungserreger und dem Ort des
Beschleunigungsdetektors A kann die Verbindung zwischen diesem eventuell
mit dem Wandler verknüpften
Detektor einerseits und dem Prozessor andererseits mittels einer
Fernübertragungsvorrichtung
wie beispielsweise einem Kabel oder einer Funkverbindung erfolgen.
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Man stellt hier im Grunde in dem
Prozessor PC den Beschleunigungswert oder den maximalen Partikelgeschwindigkeitswert
ein, der für
die zu schützende
Struktur zulässig
ist und programmiert den Prozessor so, dass er den Schwingungserreger nicht
nur bezüglich
eines Sollwertes der gleichen Art steuert, sondern auch bezüglich der
Einwirkung der Schwingung, die an der Einrichtung selbst, die das Target
bildet, relativ zu dem maximalen Wertes, der für dieses Target zulässig ist,
gemessenen wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann natürlich mehrere
Beschleunigungsdetektoren umfassen, die jeweils auf Höhe von mehreren
Einrichtungen oder Targets installiert sind. In diesem Fall wird der
Prozessor die Amplitude des Schwingungserregers relativ zu dem am
stärksten
betroffenen der zu schützenden
Targets regeln.