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Verfahren zum Betrieb von Schwingungserzeugern Zur Erzeugung von Schwing-
oder Rüttelkräften sind unter anderen elektromagnetische und elektrodynamische Schwingungserzeuger
bekannt. Es sind dies Schwingungserzeuger, die einen mittels Wechselstrom erregten
Elektromagneten besitzen, der auf einen ihm zugeordneten Anker je nach seiner Bauart
elektromagnetische oder elektrodynamische Kräfte ausübt. Die Größe der von solchen
Schwingungserzeugern ausgeübten Schwing- oder Rüttelkräfte ist von der Größe ihrer
3fagnetkräfte und ihrer Schwingmassen abhängig. Will man größere Schwing- oder Rüttelkräfte
erzielen, so muß auch der Schwingungserzeuger entsprechend größer und stärker sein.
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Aus wirtschaftlichen und verwendungstechnischen Gründen ist es nun
aber nicht immer zweckmäßig, die Schwingungserzeuger immer größer und stärker zu
bauen, um die gewünschte Wirkung zu erhalten. Die Erfindung zeigt ein Verfahren,
das es ermöglicht, auch ohne Vergrößerung der Magnetkräfte und der Schwingmassen
eine größere Schwing- bzw. Rüttelwirkung zu erzielen. Das Verfahren nach der Erfindung
besteht darin, daß der Erregerstrom des Schwingungserzeugers während des Betriebes
in solchen nach Maßgabe der Abstimmung bemessenen Zeitabständen wiederholt ein-
und ausgeschaltet wird, daß die Schwingungsamplitude während einer jeden Einschaltzeit
auf Werte kommt, die größer sind als ihr Betriebswert im Dauerzustand. Erfindungsgemäß
wird also mit einer größeren Schwingungsamplitude gearbeitet, und mit der Vergrößerung
der Schwingungsamplitude nimmt
auch die Schwing- bzw. Rüttelkraft
verhältnisgleich zu. Da die vergrößerte Amplitude eine entsprechend höhere Beanspruchung
der Federelemente der Schwinganordnung hervorruft, ist es besonders vorteilhaft,
wenn die große Amplitude nicht dauernd mit einem gleichbleibenden Betrag aufrechterhalten
wird, sondern daß die Schwingbewegung durch das periodische Ein-und Ausschalten
der Erregung allmählich auf den Größtausschlag anschwillt, um dann abzuebben.
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An Hand der Zeichnung wird das Verfahren nach der Erfindung näher
erläutert.
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Die Fig. i und 2 zeigen zunächst zwei Ausführungsbeispiele eines elektromagnetischen
Schwingungserzeugers. In Fig. i ist am Rand eines topfförmigen Gehäuses i eine Blattfeder
2 mit ihren Enden fest eingespannt. An ihrer Mitte trägt sie eine Schwungmasse 3
und den Anker 4, der von dem ihm zugeordneten und am Boden des Gehäuses befestigten,
z. B. von Wechselstrom erregten Magnet 5 im Takte der doppelten Netzfrequenz angezogen
wird.
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Fig. 2 zeigt ein ähnliches Gerät. Die Teile i bis 5 sind im wesentlichen
die gleichen, doch ist ihre Ausbildung und Anordnung unterschiedlich. An Stelle
einer Blattfeder ist hier ein Federstab 2 vorgesehen, dessen Enden fest in der Vorder-
und Hinterwand des Gehäuses i eingespannt sind, während an seiner Mitte ein zweiarmiger
Hebel 6 befestigt ist. Am Ende des längeren Armes befindet sich die Schwungmasse
3, am Ende des kürzeren Armes der Anker 4. Der Magnet 5 ist wiederum fest mit dem
Boden des Gehäuses verbunden. Wird der Magnet 5 vom Wechselstrom erregt, so wird
auch hier der Anker 4 im Takte der doppelten Netzfrequenz angezogen, so daß auch
hier die Schwungmasse drei Schwingbewegungen im gleichen Rhythmus ausführt. Der
Federstab 2 wird hierbei auf Drehung beansprucht.
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Die Schwingbewegung der Schwungmasse 3 erfolgt bei beiden Geräten
in der eingezeichneten Pfeilrichtung. Werden die in Fig. i und 2 gezeigten Rüttelgeräte
an irgendeinem Körper 7, beispielsweise alt der zu rüttelnden Wandung eines Gutbehälters,
befestigt, so übertragen sich die Rüttelkräfte der Geräte auch auf diesen Körper
7.
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Bei der Überprüfung der Schwingbewegung derartiger Schwingungskörper
ist nun zu beachten, daß jedes Schwingsystem eine bestimmte Eigenschwingungszahl
bzw. Eigenfrequenz hat, die von der netzabhängigen erregenden Frequenz in der Regel
abweicht. Gewöhnlich bemißt man Schwingsysteme derart, daß ihre Eigenfrequenz von
der erregenden Frequenz etwas abweicht.
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In Fig. 3 stellt beispielsweise die Linie 8 die freie Schwingung eines
Schwingungserzeugers mit seiner Eigenfrequenz wo und die Linie 9 die erzwungene
Schwingung mit der erregenden Frequenz w dar. Schaltet man einen derart abgestimmten
Schwingungserzeuger ein, so überlagern sich diese beiden Schwingungen zu einer resultierenden
Schwingung. Die freie Schwingung klingt jedoch schon kurz nach dem Einschalten schnell
wieder ab, so daß dann nur die erzwungene Schwingung übrigbleibt. In Fig. 4 ist
dies bildlich dargestellt. Die Linie io ist durch Überlagerung der beiden Linien
8 und 9'entstanden; ihre Ordinate entspricht der jeweiligen Höhe der in Fig.3 schraffierten
Fläche. Wie aus Fig.4 ersichtlich, schaukelt sich die Linie io allmählich bis auf
den Größtwert hoch, um dann wieder abzunehmen. Dies ist aus den gestrichelt eingezeichneten
Umhüllungslinien ii ersichtlich. Zeichnet man diese Umhüllungslinien für eine gegenüber
Fig. 4 größere Zeitspanne auf, so ergibt sich das Bild der Fig. 5, in der der Zeitmaßstab
erheblich größer ist: Die in Fig. 4 erfaßte Zeitspanne ist in Fig. 5 mit der Strecke
12 angedeutet.
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Wie aus Fig. 5 ersichtlich, schwillt die Amplitude x allmählich bis
auf einen Größtwert xmax an, um dann bis auf den Wert x" , die Amplitude des Normalbetriebes,
wieder abzuebben. Bei wo @ w ist xmax praktisch gleich 2 X.. Ungefähr das gl°iclie
Größenverhältnis liegt jedoch auch bei den praktisch gebräuchlichen Abweichungen
zwischen wo und w vor.
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Die Größe dieses Verhältnisses erhält man am einfachsten dadurch,
daß man die Schwingbewegung während des Einschaltvorganges von einem Schwingungsmesser
selbsttätig aufzeichnen läßt und dann die Größe der Schwingungsweite unmittelbar
abliest. Auch rechnerisch kann man dieses Verhältnis ermitteln, doch ist die Rechnung
verhältnismäßig langwierig. Über diese rechnerische Überprüfung sei daher nur kurz
folgendes angeführt: Da die Induktion im Magneteisen mit guter Annäherung nach einer
Sinus-oder Cosinuslinie verläuft, erhält man für die Magnetkraft P, die mit dem
Quadrat der Induktion wächst, die Gleichung
Hierbei ist Ro eine konstante Anziehungskraft, R, eine harmonisch periodische Kraft
gleicher Maximalamplitude und R2 eine Summe verschiedener Einzelkräfte. An sich
ruft jedes dieser Einzelglieder eine Bewegung der Schwingmassen hervor: da jedoch
die das Glied R2 bildenden Einzelkräfte nach einer Exponentialkurve schnell wieder
abklingen und außerdem der Wert R2 bei den für Schwingungserzeuger gebräuchlichen
Frequenzverhältnissen sehr klein gegenüber dem Wert R1 ist, so bleibt auch beim
Einschaltvorgang praktisch nur eine Magnetkraft von
übrig. Die rechnerische Ermittlung zeigt also, daß sich die Magnetkraft im wesentlichen
aus einer konstanten Anziehungskraft und einer harmonisch-periodischen Kraft gleicher
Maximalamplitude zusammensetzt. Berechnet man unter Zugrundelegung dieser Magnetkraft
den Bewegungsvorgang des Schwingsystems, der sich aus der erzwungenen und der Eigenschwingung
zusammensetzt, so kommt man auch hierbei zu dem Ergebnis, daß sich die Schwingungsamplitude
beim Einschalten des Erregerstromes in jedem Falle zunächst allmählich bis über
ihren normalen Betriebswert hochschaukelt, und zwar in der Regel bis ungefähr auf
den doppelten Betriebswert, um dann allmählich wieder abzuklingen.
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Wird nun der Schwingungserzeuger erfindungsgemäß wiederholt ein- und
ausgeschaltet, beispielsweise derart, daß er in der Fig. 5 im Zeitpunkt t1 ausgeschaltet
und im Zeitpunkt t2 wieder eingeschaltet
wird, so ergibt sich ein
Scli@vi:igungsvorgang nach Fig. 6. Wie aus dieser Figur ersichtlich, setzt dann
im Zeitpunkt t., von n,-uem der gleiche Aufschaukelvorgang ein wie im Zeitpunkt
to. Ein Vergleich der Fig. 6 mit Fig. 5 zeigt den erheblichen Vorteil des Verfahrens
nach der Erfindung: Während nach Fig. 5 die Schwingungsweite nach Beendigung des
Einschaltvorganges dauernd den normalen Betriebswert x" behalten würde, wird sie
nach Fig. 6 immer so stark aufgeschaukelt, daß sie den Betriebswert x" während eines
großen Teiles der Betriebszeit, im vorliegenden Falle wie auch in der Regel sogar
während des größten Teiles der Betriebszeit, erheblich überschreitet.
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Die Einschaltdauer des Erregerstromes, also die Zeitspanne vorn Zeitpunkt
to bis zum Zeitpunkt t1, muß mindestens so groß sein, daß sich die Schwingungsweite
innerhalb dieser Zeitspanne in der erstrebten «'eise über ihren normalen Betriebswert
x" hinaus hochschaukelt. In Fig. .4 muß also diese Zeitspanne größer als die Zeitspanne
von to bis t.;" sein. Nach oben hin ist die Einschaltdauer to bis t1 an sich unbegrenzt,
doch wird man sie schon aus Zweckmäßigkeitsgründen nicht zu groß machen, um die
erfinduiigsgein;iß erzielbaren Vorteile möglichst weit auszunutzen. Die Ausschaltdauer
t, bis t2 des Erregerstromes kann grundsätzlich beliebig lang und beliebig kurz
sein.
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Ein bestimmtes Verhältnis zwischen den Werten der Ein- und Ausschaltdauer
oder etwa zwischen diesen Werten und der Dauer einer einzelnen Schwingung läßt sich
allgemeingültig nicht angeben, da diese Werte nicht nur von der Frequenz, sondern,
wie erwähnt auch von dem Verhältnis zwischen der Eigenfrequenz und der erregenden
Frequenz des Schwingsystems abhängig sind. Auf Grund der vorstehend gegebenen Richtlinien
ist es aber ohne weiteres möglich, diese Werte nach Maßgabe der jeweiligen Abstimmung
von Fall zu Fall so zu bemessen, daß sie den praktischen Verhältnissen möglichst
gut entsprechen.
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Erwähnt sei noch, daß es für das Verfahren nach der Erfindung vollkommen
gleichgültig ist, welches zeitliche Verhältnis der Einschalt- und der Ausschaltzeitpunkt
zur augenblicklichen Phasenlage der Erregerspannung haben, denn das Verfahren nach
der Erfindung ist von der Größe des augenblicklichen Spannungswertes praktisch unabhängig.
In jedem Falle schaukelt sich die Schwingungsamplitude zunächst auf Werte hoch,
die größer als ihr normaler Betriebswert und in der Regel ungefähr doppelt so groß
sind.