EP0488005A2 - Elektromagnetischer Schwingungserreger - Google Patents

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EP0488005A2
EP0488005A2 EP91119614A EP91119614A EP0488005A2 EP 0488005 A2 EP0488005 A2 EP 0488005A2 EP 91119614 A EP91119614 A EP 91119614A EP 91119614 A EP91119614 A EP 91119614A EP 0488005 A2 EP0488005 A2 EP 0488005A2
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housing
air gap
vibration exciter
magnetic core
armature
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Bernard Schreiner
Wolfgang Steuer
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/04—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism
    • B06B1/045—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism using vibrating magnet, armature or coil system

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic vibration exciter with an electromagnet made of a U-shaped magnetic core with an excitation winding which is cast in a housing with casting resin, and an armature arranged at a distance as an air gap D in front of the pole faces of the magnetic core, the armature in the air gap D vibrates with an amplitude s relative to the pole faces.
  • Such an electromagnetic vibration exciter is known from DE-PS 11 06 103 or from DE-GM 66 04 827.
  • Such electromagnetic vibration exciters are used as so-called magnetic vibrators in a wide variety of embodiments for driving vibratory conveyor troughs for bulk goods and small parts and for driving screens, separators or metering devices.
  • Electromagnetic vibration exciters represent a two-mass vibration system in which the magnet system and the armature vibrate in opposite directions to each other.
  • the magnet system and the armature are usually coupled to one another via springs.
  • the excitation of the vibration exciter is usually done with single or double mains frequency. However, deviations from these drive frequencies are also possible for special applications.
  • the electromagnet While in the past the electromagnet was attached to a supporting part, for example a housing, with the aid of fastening lugs or bolts, it has been the case for some time now that the electromagnet, that is to say the U-shaped magnetic core with its excitation winding, is closed in a housing with cast resin shed.
  • the electromagnet and the armature oscillate in opposite directions.
  • the air gap D is to be dimensioned such that during operation the armature swings within this air gap with an amplitude s that is smaller than the air gap. This is the only way to avoid that the electromagnet and the armature cannot knock together and thereby destroy the drive system.
  • the air gap D is to be dimensioned so large that the electromagnet and the armature are prevented from slamming together
  • the required inductive magnetizing current is smaller the smaller the air gap, which is due to the current load and the design of the power supply is to be aimed for.
  • the idle air gap is therefore expediently dimensioned in such a way that both requirements, the avoidance of the oscillating components collapsing and the lowest possible power consumption of the power supply unit are met.
  • the electromagnetic vibration drives are operated with a regulated supply voltage in order to at least compensate for the changes in the useful weight.
  • the components and materials of the magnet system change their volume or their geometry depending on the temperature.
  • the cast resins used have a larger coefficient of expansion than steel or even the frequently used cast iron housing. It must also be taken into account that the housing is fastened to a support element via brackets, the temperature-related changes in the brackets or the support frame also being noticeable in a change in the air gap.
  • the invention has for its object to provide a vibration exciter of the type mentioned, in which there is almost no temperature-related change in the width of the air gap.
  • the design and the choice of materials largely prevent the influence of temperature on the air gap from the outset, so that compared to the known vibration exciters, the idle air gap can be selected to be smaller and, in some cases, less control effort for operation of the vibration exciter is required.
  • the magnet system 1 consists of an electromagnet and an armature 2.
  • the electromagnet has a U-shaped magnetic core 3, which is provided with an excitation winding 4.
  • the magnetic core 3 and the excitation winding 4 are connected to the housing 6 via the casting resin 5.
  • the housing 6 is usually made of gray cast iron.
  • the armature 2 is located opposite the pole faces 7 of the magnetic core at a predetermined distance, which in the idle state is referred to as the quiescent air gap or generally as the air gap D.
  • the armature vibrates in a parallel orientation perpendicular to the pole faces with an amplitude s which is not shown in the figure.
  • the housing 6 of the electromagnet is attached to a support frame, not shown, via brackets 8, 8 '.
  • the height of the housing, based on the pole faces 7, is assumed as the length H.
  • the brackets 8 'shown in dashed lines are located at the end of the housing remote from the pole. The consequence of this is that when the temperature rises to the operating temperature of the vibration exciter, the housing expands by the value ⁇ H.
  • the air gap D at operating temperature is reduced by this value.
  • the air gap would have to be increased in accordance with the change in length ⁇ H.
  • the influence of the housing expansion on the air gap can be avoided in that the bracket 8 according to the invention is attached to a neutral point on the housing, i. H. as close as possible to the poles of the magnetic core. Then an increase in the housing height H does not affect the air gap.
  • the magnetic core is connected to the housing by a rigid strut.
  • the press plates 9 which press the sheets of the core yoke together, are firmly connected to the housing by means of a screw connection 10. This also prevents the magnetic core from lifting out of the housing 6 in the event of thermal expansion, in particular of the casting resin.
  • claw-shaped projections 11 are provided on the inside of the housing 6, which ensure clawing between the casting resin and the housing and thus largely prevent the poles from lifting off.
  • the temperature-related reduction in the air gap width can, in principle, also be avoided by a different type of measure, or even further reduced together with one or more of the aforementioned measures.
  • expansion elements 12 are provided, which are provided via plate springs 14 in the fastening of the magnet system. These expansion elements can be dimensioned such that a temperature-related change in the air gap by - ⁇ D is compensated for by the corresponding amount + ⁇ D.
  • the expansion elements 12 can be cuboid or cylindrical. They have not shown recesses for screws 15, which are used in connection with nuts 16 for fastening the housing 6.

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Abstract

Elektromagnetischer Schwingungserreger mit einem Elektromagneten aus einem U-förmigen Magnetkern (3) mit einer Erregerwicklung (4), die in einem Gehäuse (6) mit Giessharz (5) vergossen ist, und einem mit Abstand als Luftspalt (D) vor den Polflächen (7) des Magnetkerns (3) angeordneten Anker (2), wobei der Anker (2) in dem Luftspalt (D) mit einer Schwingbreite S relativ zu den Polflächen (7) schwingt. Um die temperaturbedingte Veränderung der Breite des Luftspaltes zu kompensieren, ist vorgesehen, dass die sich infolge Temperaturänderung auf den Luftspalt (D) auswirkenden Konstruktionsteile bezüglich ihrer konstruktiven Gestaltung, ihrer Anordnung und Befestigung in dem Schwingungserreger und ihrer Wärmeausdehnung derart ausgebildet sind, dass ihr Einfluss auf die Breite des Luftspaltes (D) infolge einer Temperaturänderung minimiert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Schwingungserreger mit einem Elektromagneten aus einem U-förmigen Magnetkern mit einer Erregerwicklung, die in einem Gehäuse mit Giessharz vergossen ist, und einem mit Abstand als Luftspalt D vor den Polflächen des Magnetkerns angeordneten Anker, wobei der Anker in dem Luftspalt D mit einer Amplitude s relativ zu den Polflächen schwingt.
  • Ein derartiger elektromagnetischer Schwingungserreger ist aus der DE-PS 11 06 103 oder aus dem DE-GM 66 04 827 bekannt. Derartige elektromagnetische Schwingungserreger werden als sogenannte Magnetvibratoren in unterschiedlichster Ausführungsform zum Antrieb von Schwingförderrinnen für Schüttgüter und Kleinteile sowie den Antrieb von Sieben, Separatoren oder Zuteileinrichtungen eingesetzt.
  • Elektromagnetische Schwingungserreger stellen ein Zweimassen-Schwingungssystem dar, bei dem das Magnetsystem und der Anker gegenläufig zueinander schwingen. Das Magnetsystem und der Anker sind in der Regel über Federn miteinander gekoppelt. Die Anregung des Schwingungserregers erfolgt in der Regel mit einfacher oder doppelter Netzfrequenz. Für Sonderanwendungen sind aber auch Abweichungen von diesen Antriebsfrequenzen möglich.
  • Während früher der Elektromagnet mit Hilfe von Befestigungslaschen oder Bolzen an einem tragenden Teil, beispielsweise einem Gehäuse, befestigt wurde, ist man seit einiger Zeit dazu übergegangen, den Elektromagneten, d. h. also der U-förmige Magnetkern mit seiner Erregerwicklung, in einem Gehäuse mit Giessharz zu vergiessen.
  • Auf diese Weise wird nicht nur die elektrische Isolation vergrössert und das Gewicht der Magnetseite verkleinert, sondern es lassen sich auch erhebliche Herstellungskosten einsparen.
  • Wie bereits erwähnt, schwingen der Elektromagnet und der Anker gegenläufig zueinander. Im Ruhezustand nimmt der vor den beiden Polflächen des Magnetkerns angeordnete Anker einen bestimmten Abstand ein, der als Luftspalt D bezeichnet wird. Der Luftspalt D ist so zu bemessen, dass beim Arbeitsbetrieb der Anker innerhalb dieses Luftspalts mit einer Amplitude s schwingt, die kleiner als der Luftspalt ist. Nur dadurch lässt es sich vermeiden, dass der Elektromagnet und der Anker nicht zusammenschlagen können und dabei zu einer Zerstörung des Antriebssystems führen.
  • Während einerseits der Luftspalt D so gross zu bemessen ist, dass ein Zusammenschlagen des Elektromagneten und des Ankers mit Sicherheit vermieden wird, ist andererseits der erforderliche induktive Magnetisierungsstrom um so kleiner, je kleiner der Luftspalt ist, was von der Strombelastung her und der Auslegung des Netzgerätes anzustreben ist. Der Ruheluftspalt ist also zweckmässig so zu dimensionieren, dass beide Forderungen, das Vermeiden eines Zusammenschlagens der schwingenden Komponenten und eine möglichst geringe Leistungsaufnahme des Netzgerätes, erfüllt sind. Da sich ferner die Eigenfrequenz und damit die Schwingbreite noch in Abhängigkeit von dem Nutzgewicht, bei einem Fördergerät beispielsweise das Fördergut, ändert, werden die elektromagnetischen Schwingungsantriebe mit einer geregelten Speisespannung betrieben, um zumindest die Änderungen des Nutzgewichts auszugleichen.
  • Ein anderes Problem besteht darin, dass die Komponenten und Werkstoffe des Magnetsystems ihr Volumen bzw. ihre Geometrie in Abhängigkeit von der Temperatur verändern. Beispielsweise haben die verwendeten Giessharze einen grösseren Ausdehnungskoeffizienten als Stahl oder gar das häufig verwendete Graugussgehäuse. Ferner ist zu berücksichtigen, dass das Gehäuse über Konsolen an einem Tragelement befestigt ist, wobei die temperaturbedingten Änderungen der Konsolen bzw. des Traggestelles sich auch in einer Änderung des Luftspaltes bemerkbar machen.
  • Bei der Bemessung des Luftspaltes ist also die Wärmeausdehnung zu berücksichtigen, die bei der Betriebstemperatur des Gerätes auftritt, wodurch jedoch, wie bereits erwähnt, der induktive Belastungsstrom im kalten Zustand wiederum erhöht wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungserreger der eingangs genannten Art verfügbar zu machen, bei dem nahezu keine temperaturbedingte Veränderung der Breite des Luftspaltes auftritt.
  • Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die sich infolge Temperaturveränderung durch Wärmeausdehnung auf den Luftspalt D auswirkenden Konstruktionsteile des Schwingungserregers bezüglich ihrer konstruktiven Gestaltung und ihrer Anordnung und Befestigung in dem Gehäuse so ausgebildet sind, dass ihr Einfluss auf die Breite des Luftspaltes D gering ist.
  • Der besondere Vorteil ist darin zu sehen, dass von der Konstruktion und der Werkstoffauswahl her von vornherein ein Temperatureinfluss auf den Luftspalt weitgehend vermieden wird, so dass gegenüber den bekannten Schwingungserregern der Ruheluftspalt kleiner gewählt werden kann und in manchen Fällen auch ein weniger grosser Regelaufwand zum Betrieb des Schwingungserregers erforderlich ist.
  • Das Wesen der Erfindung soll anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
  • Es zeigen
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt des Magnetsystems in schematischer Darstellung;
    Fig. 2
    einen Detailschnitt des Magnetsystems nach Fig. 1 und
    Fig. 3
    eine Ansicht eines Gehäuses des Magnetsystems ohne Anker von unten.
  • Das Magnetsystem 1 besteht aus einem Elektromagneten und einem Anker 2. Der Elektromagnet weist einen U-förmigen Magnetkern 3 auf, der mit einer Erregerwicklung 4 versehen ist. Der Magnetkern 3 und die Erregerwicklung 4 sind über das Giessharz 5 mit dem Gehäuse 6 verbunden. Das Gehäuse 6 besteht in der Regel aus Grauguss.
  • Der Anker 2 befindet sich gegenüber den Polflächen 7 des Magnetkerns in einem vorbestimmten Abstand, der im Ruhezustand als Ruheluftspalt oder allgemein als Luftspalt D bezeichnet wird. Beim Betrieb des Schwingungserregers schwingt der Anker in paralleler Ausrichtung senkrecht zu den Polflächen mit einer Amplitude s, die in der Figur nicht dargestellt ist. Das Gehäuse 6 des Elektromagneten ist über Konsolen 8, 8' an einem nicht dargestellten Traggestell befestigt. In Fig. 1 ist die Höhe des Gehäuses, bezogen auf die Polflächen 7, als Länge H angenommen. Bei den bekannten Ausführungsformen befinden sich die gestrichelt eingezeichneten Konsolen 8' am polfernen Ende des Gehäuses. Dies hat zur Folge, dass bei einer Temperaturerhöhung auf die Betriebstemperatur des Schwingungserregers das Gehäuse sich um den Wert Δ H ausdehnt. Um diesen Wert wird der Luftspalt D bei Betriebstemperatur verkleinert.
  • Um ein Zusammenschlagen von Anker und Magnetsystem zu vermeiden, müsste der Luftspalt entsprechend der Längenänderung Δ H vergrössert werden. Der Einfluss der Gehäuseausdehnung auf den Luftspalt lässt sich dadurch vermeiden, dass die Konsole 8 gemäss der Erfindung an einer neutralen Stelle des Gehäuses angebracht ist, d. h. möglichst in der Nähe der Pole des Magnetkerns. Dann wirkt sich nämlich eine Vergrösserung der Gehäusehöhe H nicht auf den Luftspalt aus.
  • Bei erhöhter Temperatur werden durch die starke Ausdehnung des Giessharzes die Pole aus dem Gehäuse zum Anker hin herausgedrückt und damit auch der Luftspalt verringert.
  • Dieser Effekt lässt sich dadurch vermindern, dass beispielsweise zusätzlich zu der Giessharzumhüllung der Magnetkern mit dem Gehäuse durch eine starre Verstrebung verbunden ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Pressplatten 9 (Fig. 2), welche die Bleche des Kernjoches zusammenpressen, mittels einer Verschraubung 10 fest mit dem Gehäuse verbunden werden. Auch dadurch wird vermieden, dass sich der Magnetkern bei einer Wärmeausdehnung, insbesondere des Giessharzes, nicht aus dem Gehäuse 6 abhebt.
  • Eine weitere Möglichkeit, um den Temperatureinfluss des Giessharzes kleinzuhalten, besteht darin, dass auf der Innenseite des Gehäuses 6 krallenförmige Vorsprünge 11 vorgesehen sind, die für eine Verkrallung zwischen dem Giessharz und dem Gehäuse sorgen und damit das Abheben der Pole weitgehend verhindern.
  • Die temperaturbedingte Verminderung der Luftspaltbreite lässt sich grundsätzlich aber auch durch eine andersartige Massnahme vermeiden oder zusammen mit einer oder mehreren der vorgenannten Massnahmen noch weiter vermindern. Dazu sind Dehnungselemente 12 vorgesehen, die über Tellerfedern 14 in der Befestigung des Magnetsystems vorgesehen werden. Diese Dehnungselemente lassen sich so bemessen, dass eine temperaturbedingte Änderung des Luftspaltes um - ΔD um den entsprechenden Betrag + ΔD kompensiert wird.
  • Die Dehnungselemente 12 können quaderförmig oder zylindrisch sein. Sie weisen nicht dargestellte Aussparungen für Schrauben 15 auf, die in Verbindung mit Muttern 16 zur Befestigung des Gehäuses 6 verwendet werden.

Claims (8)

  1. Elektromagnetischer Schwingungserreger mit einem Elektromagneten aus einem U-förmigen Magnetkern (3) mit einer Erregerwicklung (4), die in einem Gehäuse (6) mit Giessharz (5) vergossen ist, und einem mit Abstand als Luftspalt (D) vor den Polflächen (7) des Magnetkerns (3) angeordneten Anker (2), wobei der Anker in dem Luftspalt (D) mit einer Amplitude s relativ zu den Polflächen schwingt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die sich infolge Temperaturänderung durch Wärmeausdehnung auf den Luftspalt (D) auswirkenden Konstruktionsteile (3, 5, 6) des Schwingungserregers bezüglich ihrer konstruktiven Gestaltung und ihrer Anordnung und Befestigung in dem Gehäuse (6) so ausgebildet sind, dass ihr Einfluss auf die Breite des Luftspaltes (D) gering ist.
  2. Schwingungserreger nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Gehäuse (6) an Konsolen (8) befestigt ist, die an ausdehnungsneutralen Stellen des Gehäuses (6) angeordnet sind.
  3. Schwingungserreger nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Konsolen (8) benachbart zu den Polflächen (7) des Magnetkerns (3) liegen.
  4. Schwingungserreger nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Magnetkern (3) zusätzlich zu dem Giessharz (5) über starre metallische Befestigungen (9, 10) mit dem Gehäuse (6) verbunden ist.
  5. Schwingungserreger nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Befestigung Pressplatten (9) dienen, mit denen das Joch des Magnetkerns (3) an das Gehäuse (6) gedrückt ist.
  6. Schwingungserreger nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Pressplatten (9) mittels einer Verschraubung (10) mit dem Gehäuse (6) verbunden sind.
  7. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an der Innenseite des Gehäuses krallenförmige Vorsprünge (11) vorgesehen sind, die eine Verkrallung mit dem Giessharz (5) bewirken.
  8. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in den Befestigungselementen des Magnetsystems (1), die den Anker (2) in einer vorgegebenen Lage zu den Polflächen (7) des Magnetkerns (3) positionieren, Dehnungselemente (12) derart vorgesehen sind, dass die temperaturbedingte Breitenänderung des Luftspaltes (D) kompensiert wird.
EP91119614A 1990-11-29 1991-11-18 Elektromagnetischer Schwingungserreger Expired - Lifetime EP0488005B1 (de)

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