DE7345039U

DE7345039U - Schwingungsantrieb

Info

Publication number: DE7345039U
Application number: DE7345039U
Authority: DE
Original assignee: MURRELL N
Current assignee: MURRELL N
Publication date: 1974-06-27

Description

NICHOLAS JOHN MURRELL, 71 Beehive Lane, Welwyn Garden City, Hertfordshire, England

Schwingungsantrieb

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingantrieb für Schwing-Transportsysteme.

Die Verwendung von Schwing-Transportsystemen bei der Materialverarbeitung ist bekannt. Derartige Systeme werden in der Industrie beim Transport, dem Sieben, dem Abmessen und dem Mischen von Materialien verwendet, und auch beim Sortieren sowie dem Transport von Objekten zu Arbeitsstationen in bestimmten bevorzugten Lagen. Beispiele für Schwing-Transportsysteme sind unter anderem: Speise- oder Transportbehälter mit einstückigen schraubenförmigen Transportschienenf spiralförmige und lineare Trog-Transportbahnen. Es ist üblich, derartige Transportelemente durch elektrische Impulsgeneratoren oder Vibratoren zu betrei-

ben, die vom normalen Wechselstromnetz betrieben werden.

Ein Hauptnachteil der üblichen elektrischen Vibratoren besteht darin, daß sie mechanisch auf die Netzeingangsfrequenz, d.h. 50 oder 60 Hz, oder eine Harmonische der Eingangsfrequenz abgestimmt sein müssen. Die Abstimmung eines elektrischen Vibrators ist aber eine schwierige und zeitaufwendige Tätigkeit. Mechanische Abstimmittel werden jedoch allmählich gegenüber dem Einstellpunkt verstimmt, und zwar wegen der dauernden Schwingung oder Vibration während der Benutzung, so daß es erforderlich wird, die Abstimmung periodisch wiedereinzustellen. Ein noch ernsterer Nachteil besteht aber darin, daß die Betriebsfrequenz eines Vibrators sich abhängig von seiner Last ändert. Dies ist ein besonders unangenehmer Nachteil bei Schwing-Förder sy steinen, weil durch elektrische Vibratoren betriebene Speisebehälter und Transportbahnen häufig unterschiedliche Objektzahlen in jedem gegebenen Augenblick führen. Durch mechanische Abstimmung ist man nicht in der Lage, diesen sich ändernden Belastungszustand zu beherrschen. Eine sich ändernde Last am elektrischen Vibrator erzeugt Änderungen der Schwingungs- oder Vibrationsamplitude, der Frequenz und bewirkt auch Phasenverschiebungen bezüglich der Wechselstromeingangsgröße. Die Folge davon sind nicht wirkungsvoller, ungleichmäßiger Transport der Objekte, übermäßiges Geräusch und Wärme, wobei darüber hinaus eine Fehlausrichtung zwischen den Speisebehältern und den Transportbahnen bezüglich der festen Teile des Systems auftritt.

Gemäß der Erfindung ist nunmehr eine Antriebseinheit für ein Schwing-Materialhandhabungssystem vorgesehen, welches ein Gehäuse aufweist, das ein elastisch angeordnetes hin- und herbewegbares Antriebsglied besitzt und einen elektromagnetischen Motor enthält, der eine Vielzahl von Polen mit einzelnen Erregungsspulen aufweist, und wobei Wandlermittel auf die Bewegung des Antriebgliedes ansprechen, um ein elektrisches Ausgangssignal zur Steuerung der Leistungsversorgung für den Motor zu erzeugen, um so die Schwingung des Antriebgliedes aufrecht zu erhalten, und wobei die Antriebseinheit dadurch gekennzeichnet ist, daß die

Wandlermittel innerhalb des Gehäuses benachbart zum Motor amje ordnet sind, und zwar an einer Stelle, die im wesentlichen den gleichen Abstand gegenüber den Polen derart aufweist, daß die Resultierende der durch die einzelnen Erregungsspulen erzeugten Magnetfelder am Wandlermittel minimal ist, wodurch verhindert wird, daß der Motor die Wandlermittel stört. Durch eine derartige Anordnung der Wandlermittel ksnn man auf viel Platz beanspruchende magnetische Abschirmplatten und große Abstände zwischen dem Motor und den Wandlermitteln verzichten. Bekannte Konstruktionen von Vibrations- oder Schwing-Antriebseinheiten benutzten recht komplizierte Abschirmungen und große Abstände, um einen zufriedenstellenden Betrieb zu ermöglichen. Infolgedessen war die Herstellung dieser Konstruktionen teuer, wobei darüber hinaus diese Konstruktionen viel Platz beanspruchten. Die vorliegende Erfindung vermeidet insbesondere diese Nachteile.

Im Betrieb wird zugelassen, daß die vorliegende Antriebseinheit bei der Eigenfrequenz der Einheit und dem zugehörigen belasteten Transportelement in Resonanz kommt, und zwar geschieht dies an Stelle einer Einschränkung der Einheit derart, daß diese mit einer niedrigeren Frequenz, normalerweise der Netzfrequenz, schwingt. Zur Aufrechterhaltung der Resonanz ist ein Steuerkreis elektrisch mit den Wandlermitteln verbunden, und er ist so angeordnet, daß der Motor wiederholt erregt wird. Vorzugsweise sind die elektrischen Verbindungen zu den Wandlermitteln benachbart zu diesen angeordnet, so daß sie sich in einer Zone befinden, wo das resultierende Feld ein Minimum hat. Die dem Motor zugeführte Energie ist synchron zur Bewegung des Antriebsgliedes und besitzt eine gerade ausreichende Größe, um die Antriebseinheit am Hin- und Herschwingen zu halten.

Der Motor kann eine elektromagnetisch in Schwingungen versetzte Abstimmgabel sein, die mit dem Antriebsglied gekuppelt ist, um letzteres in Schwingungen zu versetzen, wobei die Abstimmgabel durch einen zweispuligen, zweipoligen Statorelektromagnet erregt wird. Alternativ kann der Motor aus einem innerhalb des Gehäuses befestigten zweipoligen Stator bestehen und ein Paar von

Erregungsspulen aufweisen, wobei ein ferromagnetischer Anker vom Antriebsglied getragen wird. Wenn der Motor erregt wird, so bewirkt er eine spannung der elastischen Mittel, wobei die elastischen Mittel darauffolgend diese Energie wieder freigeben, um das Antriebsglied durch seinen Schwingungszyklus anzutreiben. Vorzugsweise bestehen die elastischen Mittel aus Blattfedern.

Die Wandlermittel sind so ausgebildet, daß sie ein schwankendes elektrisches Ausgangssignal aussenden, und zwar infolge der Bewegung des Antriebsgliedes; die Wandlermittel können einen photoelektrischen Treiber, eine Belastungsmessvorrichtung, eine Hall-Effekt-Vorrichtung oder eine piezoelektrische Vorrichtung aufweisen. Vorzugsweise wird jedoch eine magnetische Form von Wandlermitteln verwendet. In diesem Falle bestehen die magnetischen Wandlermittel aus einem vorzugsweise am Antriebsglied für eine Bevegung damit befestigten Magneten und einer Aufnahmespule, um Änderungen im Magnetfeld abzufühlen, die sich durch den sich bewegenden Magneten ergeben.

Eine zur Verwendung mit der Antriebseinheit geeignete Steuerschaltung impulsformt das schwankende Ausgangssignal von den Wandlermitteln und erzeugt eine Folge von Impulsen, die dazu benutzt werden, um dem Motor wiederholt von einer Leistungsversorgung Leistung zuzuführen. Die durch die Impulsformung erhaltenen Impulse sind so angeordnet, daß sie auf oder nahe den Spitzen des fluktuierenden (schwankenden) Ausgangssignals festgelegt und zentriert werden.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schwingantriebseinheit;

Fig. 2 einen vereinfachten Längsschnitt durch die Einheit der Fig. 1, wobei der Schnitt rechtwinklig zu Fig. 1 verläuft.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Schwingantriebseinheit weist ein aus einer Basis 11 und einer daran einstellbar befestigten zylindrischen Seitenwand 12 bestehendes Gehäuse auf. Innerhalb des Gehäuses ist ein zweipoliger Elektromagnet 13 befestigt, der einen U-förmigen Stator 14 besitzt, dessen Schenkel jeweils eine Erregungsspule 15,15 tragen. Am oberen Ende des Gehäuses ist ein Treiber oder eine Antriebsvorrichtung in der Form einer Kreisplatte/vorgesehen, die elastisch am Gehäuse mittels zweier oder mehrerer geneigter Blattfedern 17 befestigt ist. Die Antriebsplatte 16 trägt an ihrer Unterseite einen Weicheisenoder permanent magnetischen Anker 18, wobei in der dargestellten Ruhestellung ein Luftspalt zwischen dem Anker und den benachbarten Polen des Stators 14 vorhanden ist. Die Einheit; wird durch Stromimpulse erregt, die den Erregungsspuleu 15 durch nicht gezeigte Leiter zugeführt werden. Wenn ein Impuls den Spulen 15 zugeführt wird, so wird ein Magnetfeld erzeugt, welches den Anker 18 und die Antriebsplatte 16 zum Stator 14 hinzieht, wobei die Blattfedern verformt werden. Am Ende des Impulses hört die magnetische Anziehung auf und die in den Federn 17 gespeicherte Energie wird durch deren Freigabe freigesetzt. Die Federn 17 bewegen sich schnell entsprechend der ihnen eigenen Übereinstimmung in ihre ursprünglichen oder "Ruhe"-Stellungen zurück und schießen darüber hinaus. Die Bewegung der Federn 17 drückt die Antriebsplatte 16 impulsartig vom Stator 14 weg. Die Federn 17 sind sämtlich im gleichen Sinne geneigt und während der Rückbewegung weist ihre Bewegung eine seitliche Komponente auf, die der Antriebsplatte 16 eine Dreh-Schwingbewegung aufprägt,. Diese Komponente ist in Fig. 1 durch einen PfeiloCdargestellt,.

Ein weiterer Impuls wird an die Spulen 15 angelegt,, um die Antriebsplatte 16 zum Durchlaufen eines weiteren Zyklusses zu veranlassen, wobei die Impulse wiederholt angelegt werden, um die Antriebsplatte 16 im Schwingungszustand zu halten. Um den Leistungsverbrauch zu minimieren, werden die Impulse den Spulen synchron mit der Bewegung der Federn zugeführt, um so die Einheit in einem Resonanzzustand zu halten.

■" D ^—

In diesem Beispiel wird die Antriebseinheit zum Antrieb eines Schwing-Transport-Speisebehälters 20 verwendet, der starr an der Antriebsplatte 16 befestigt ist, um sich mit dieser zu bewegen. Der Behälter 20besi'tzt eine aufrechte Zylinderwand 21, die innen mit einer spiralförmigen Speiseschiene oder Kante 22 versehen ist, die sich vom Boden des Behälters 20 aus um die Wand herum zu einer Abgabeöffnung 23 erstreckt. Die Oberfläche der Kante 22 kann glatt oder mit Vertiefungen versehen sein oder aber sie kann stufenförmig oder in anderer Weise geformt sein, wie dies in der Technik bekannt ist. Der Boden des Speisebehälters 20 ist - wie gezeigt - konvex ausgebildet, um sicherzustellen, daß in den Behälter 2C durch einen Trichter eingespeisten Gegenstände oder Objekts die Tendenz besitzen, nach aussen zur Wand 21 zu laufen. Wenn der Behälter 20 schwingt, so erreichen Gegenstände die Wand 21 und bewegen sich auf den untersten Teil der Kante 22. Infolge der durch die geneigten Federn 17 bewirkten

^y 1,6

gerichteten Drehschwingung der Speise- oder Transportplatte/werden die Gegenstände auf der Kante 22 nach oben längs dieser bewegt, um durch die Öffnung 23 abgegeben zu werden. Die abgegebenen Gegenstände können sodann vom Speisebehälter 20 aus durch den übrigen Teil des zugehörigen Verarbeitungs- bzw. Handhabungssystems transportiert werden.

Die Antriebseinheit an sich wurde als Antrieb für eine bekannte Bauart eines Transportbehälters beschrieben. Die Einheit kann aber - wie man ohne weiteres erkennt - auch zum Antrieb von spiralförmigen oder linearen Transporttrögen benutzt werden, die im Rest des Systems verwendet werden können.

Die den Spulen 15 zum Betrieb der Einheit eingespeisten Impulse werden durch eine Steuerschaltung gesteuert, die zusammen mit einem Wandler 25 arbeitet. Der Wandler 25 besteht in diesem Beispiel aus einer Aufnahmespule 26 und einem Permanentmagneten Die Spule 26 ist an der Innenseite der Seitenwand 12 befestigt, während der Magnet 27 an der Unterseite der Antriebsplatte 16 befestigt ist. Man erkennt, daß die Schwingungsbewegung der Antriebsplatte 16 den Magneten 27 zum benachbarten Ende der Spule 26 hin und von diesem weg bewegt. Wenn sich der Magnet bewegt,

so induzierter einen kleinen schwankenden oder fluktuierenden Strom in der Spule 26, der durch nicht gezeigte Leiter zur Steuerschaltung geführt wird. Der induzierte schwankende Strom hat die gleiche Frequenz wie die schwingende Antriebsplatte 16.

Es wurde festgestellt, daß die genaue Anordnung des Wandlers von großer Wichtigkeit dann ist, wenn der Wandler für das sich ändernde, vom sich bewegenden Magneten 27 kommende Feld empfindlich sein soll und damit der darin induzierte schwankende Strom genau in Phase mit der schwingenden Antriebsplatte 16 verläuft. Es ist erforderlich, daß man verhindert, daß die Aufnahmespule Streufelder abfühlt, wie beispielsweise die durch die benachbarten impulsgespeisten Erregungsspulen 13 erzeugten. Idealerweise sollte die Aufnahmespule nur für das durch den Magnet 27 erzeugte Feld empfindlich sein, was aber in einer kompakten Antriebseinheit nicht in praktikabler Weise erreichbar ist. Gute Ergebisse wurden dann erhalten, wenn die Aufnahmespule 26 in einer Zone angeordnet ist, wo die magnetische Feldstärke ein Minimum besitzt. Die Spule ist zusammen mit ihren Verbindungen zu den Ausgangsleitern - wie gezeigt - mit gleichem Abstand (äquidistant) gegenüber den beiden Spulen 15 angeordnet. Bei dieser Anordnung sind die auf die Spulen 15 zurückgehenden Feldbeiträge 30, 31 ausgeglichen und der Nettoeffekt auf die Aufnahmespule 26 wird vernachlässigbar.

Der durch die Aufnahmespule 26 des Wandlers 25 erzeugte schwankende Strom wird in einen gesteuerten Leistungsversorgungskreis eingespeist, der kontinuierlich den ankommenden schwankenden Strom überwacht. Der schwankende Strom bewirkt, daß die Leistungsversorgung an die Erregungsspulen 15 einen pulsierenden Strom liefert, der phasen- und frequenzstabil mit dem erwähnten schwankenden Strom verläuft« um die Schwingung der Antriebseinheit aufrechtzuerhalten «

Der Betrieb des Antriebs- und Transportelements bei deren Eigenresonanzfrequenz (höher als Netzfrequenz) hat einen glatteren Transport der zu transportierenden Gegenstände zur Folge. Die Gegenstände werden durch eine Reihe von kleinen Sprüngen für eine

gegebene Transportgeschwindigkeit weiterbewegt, und zwar an Stelle eines Transports durch größere Sprünge, wie dies von den bekannten Schwing-Transportvorrichtungen bekannt ist. Entsprechend der erhöhten Frequenz ist die Amplitude der Sprünge vermindert. Demgemäß wird das Geräusch und die Möglichkeit der Beschädigung zerbrechlicher Gegenstände vermindert. Ferner wird das Risiko von Verstopfungen durch Gegenstände zwischen der Schwing-Transportvorrichtung und der zugehörigen stationären Schiene vermindert. Die auf diese Weise mögliche Leistungsverminderung minimiert den Temperaturanstieg in der Antriebseinheit, was in einem beträchtlichen Ausmaße diejenigen Probleme vermindert, die bei bekannten Schwingantrieben auftreten, wo eine Ausdehnung der Federn 17 auftritt, so daß sich eine Fehlausrichtung zwischen der Schwing-Transportvorrichtung und der zugehörigen stationären Schiene ergibt.

Claims

SCHÜTZANSPRÜCHE

1· Antriebseinheit für Materialhandhabungssysteme der Schwingbauart mit einem Gehäuse, welches ein elastisch gelagertes hin- und herbewegbares Antriebsglied trägt, und wobei das Gehäuse einen elektromagnetischen Motor einschließlich einer Vielzahl von Polen mit einzelnen Erregungsspulen und eine Wandlervorrichtung enthält, welche auf die Bewegung des Antriebsgliedes anspricht, um ein elektrisches Ausgangssignal zur Steuerung der Leistungsversorgung für den Motor derart zu erzeugen, daß die Schwingung des Antriebsgliedes aufrechterhalten bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlervorrichtung (25) innerhalb des Gehäuses (11,12) benachbart zum Motor (13, 14, 15) an einer Stelle angeordnet ist, die im wesentlichen den gleichen Abstand gegenüber den Polen aufweist, so daß die Resultierende der durch die einzelnen Erregungsspulen erzeugten Magnetfelder an der Wandlervorrichtung ein Minimum aufweist, wodurch eine Störung der Wandlervorrichtung durch den Motor verhindert wird.
2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische Motor eine mit dem Antriebsglied gekuppelte Abstimmgabel und einen zweispuligen Zweipol-Statorelektromagnet aufweist.
3. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische Motor einen zweipoligen, vorzugsweise U-förmigen Stator (14) mit einem Paar von Erregungsspulen (15) und einen ferromagnetischen Anker (18) aufweist, der vom Antriebsglied benachbart zum Stator getragen ist.
4. Antriebseinheit nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlervorrichtung (25) benachbart zu und mit im wesentlichen gleichem Abstand gegenüber den beiden Spulen (15) angeordnet ist, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß die Feldbeiträge von den beiden Spulen sich im wesentlichen ausgleichen und einander an der Stelle der Wandlervor-

I₁

richtung auslöschen.
5. Antriebseinheit n^ch Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen zwischen dem Wandler und einer zugehörigen Steuerschaltung dort angeordnet sind, wo sich die beiden Feldbeiträge ausgleichen.
6. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlervorrichtung eine photoelektrische Vorrichtung auf v/eist, um die Bewegung des Antriebgliedes bezüglich des Gehäuses zur Erzeugung einer schwankenden Ausgangsgröße abzufühlen.
7. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlervorrichtung eine Beanspruchungsmeßvorrichtung aufweist, um die Bewegung des Antriebsgliedes bezüglich des Gehäuses zur Erzeugung einer schwankenden Ausgangsgröße abzufühlen.
8. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlervorrichtung ein Hail-Effekt-Wardler ist, um die Bewegung des Antriebsgliedes bezüglich des Gehäuses zur Erzeugung einer schwankenden Ausgangsgröße abzufühlen.