DE1095563B - Elektromagnetischer Grenzleistungsvibrator - Google Patents

Description

• Elektromagnetischer Grenzleistungsvibrator Die Erfindung betrifft eine Methode zur Erhöhung der Schwingleistungsziffer von großen, mit Netzfrequenz betriebenen elektromagnetischen Vibratoren. Derartige Geräte werden dazu verwendet, frei schwingfähig gelagerte Massen, z. B. Förderrinnen od. ä., in eine periodische hin- und hergehende Bewegung zu versetzen. Der Abstand zwischen den beiden Endlagen einer solchen Masse wird dabei als Nutzschwingbreite s", die Masse selbst als Nutzmasse N bezeichnet. Die sogenannte Nutzschwingleistungsziffer N ' s"2 [kg/mm2], die mit einem bestimmten Vibrator höchstens erreichbar ist, dient üblicherweise als Vergleichsgröße.
• Die Entwicklung insbesondere der Fördertechnik, aber auch anderer technischer Disziplinen, verlangt immer leistungsfähigere Vibratoren. Es gelang jedoch nicht, unter Anwendung des bekannten Konstruktionsprinzips und bekannter Werkstoffe mit einer Vibratoreinheit eine bestimmte Grenze der Nutzschwingleistungsziffer zu überschreiten.
• An Hand der Fig. 1, die den prinzipiellen Aufbau eines bekannten Schraubenfedervibrators zeigt, soll dies verdeutlicht werden. Die zu vibrierende Nutzmasse N ist an Festpunkten beweglich aufgehängt. Der Vibrator besteht im wesentlichen aus dem Anbauteil 1 mit Anker 2 und Federbolzen 7 und 8, aus den Schraubenfedern 3 bis 6 sowie aus der Traverse 10 mit Elektromagnet 9. Die beiden letztgenannten Teile können als Freimasse bezeichnet werden. Sie führen gegenüber der Nutzmasse und den mit ihr fest verbundenen Teilen eine gegenläufige Schwingung aus.
• Zunächst sei von folgendem einfachem Gedanken ausgegangen: Um eine Nutzmasse bei der gleichen Frequenz und den gleichen Ausschlägen verdoppeln zu können, müssen die beiden Vibratorteile ebenfalls doppelt so groß gemacht werden. Dabei verdoppelt sich auch die nach der bekannten Formel zu errechnende resultierende Masse. Voraussetzung für das Funktionieren dieses verdoppelten Massenschwingsystems ist das Verdoppeln der Federkonstante und der anregenden Kraft. Es hat sich jedoch gezeigt, daß unter dieser Voraussetzung die oben angenommene Massenverdoppelung der Vibratorteile nicht zu verwirklichen ist. Bei konstruktiver Berücksichtigung der doppelten dynamischen Beanspruchung liegen die Massen sämtlicher Vihratorbauteile höher als der doppelte Wert, so daß man gezwungen ist, die ursprünglich geplante Nutzmasse wesentlich zu reduzieren, um wieder die doppelte resultierende Masse und damit die vorgeschriebene Eigenfrequenz des Systems zu erhalten.
• Es existiert also bei den bekannten Vibratoren im Gegensatz zu anderen elektrischen Maschinen ein eindeutiges Leistungsmaximum. Bei Überschreitung dieses Maximums fällt die Leistung wieder ab, d. h., bei weiterer Vergrößerung der Federn und des Magnetsystems nimmt die Masse des Vibrators selbst so sehr zu, daß die zu vibrierende Nutzmasse verkleinert werden müßte.
• Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß nur durch Vergrößerung der relativen Schwingbreite s (Differenz zwischen größtem und kleinstem Massenabstand) und damit durch einen entsprechenden Zuwachs der Nutzschwingbreite s" die Nutzschwingleistungsziffer erhöht werden kann.
• In der Fig. 2 ist der Zusammenhang von Nutzschwingbreite s" und Vibratorspannung U aufgezeichnet, wie er sich bei einem vorstehend beschriebenen Vibrator, dessen Magnet mit einem Schnittbandkern ausgerüstet ist, darstellt. Bei steigender Spannung steigt die Nutzschwingbreite zunächst steil an. Dann treten Sättigungserscheinungen im magnetischen Kreis auf, und die Kurve verläuft flacher, bis etwa bei U = 1,1 UN die Vibratorteile gegeneinanderschlagen. Damit ist der sogenannte Anschlag erreicht, ein Betriebszustand, der wegen der gewaltigen Stoßbeanspruchung unbedingt vermieden werden muß. Die Erfahrung hat nun gezeigt, daß bei Anschluß an die üblichen Versorgungsnetze die notwendige Sicherheit gegen Anschlag gewährleistet ist, wenn man den Arbeitspunkt für Nennspannung, etwa wie in Fig. 2 gezeigt, nach P1 legt. Der Vibrator kommt dann erst bei 10a/aigem Spannungsanstieg zum Anschlag.
• Erfindungsgemäß wird nun der Vibrator mit Hilfe einer selbsttätigen transduktorischen Steuer- oder Regeleinrichtung zur Konstanthaltung der Vibratorspannung kurz. vor dem Anschlag betrieben und das Magnetsystem so ausgebildet, daß sein Strom oberhalb der Nennspannung mit der Spannung ansteigt. Im Beispiel entspricht dies etwa dem Arbeitspunkt P2. Die Sicherheit gegen Anschlag wird damit nicht mehr durch den bei größter Annäherung der beiden Massen noch vorhandenen Minimalluftspalt, sondern durch die genannte Konstanthalteeinrichtung gewährleistet, die dafür sorgt, daß sich die Spannungserhöhungen im Netz nicht mehr auf den Vibrator auswirken. Der praktische Erfolg dieser Maßnahme ist unter anderem darin begründet, daß die Nutzschwingbreite s" quadratisch in die Nutzschwingleistungsziffer eingeht. So ist z. B. eine Erhöhung derselben auf nahezu den doppelten Wert möglich.
• Bei den bekannten Vibratoren mit Schichtkernen ist der Einsatz von Spannungskonstanthaltern für den Betrieb in dem betrachteten Bereich kurz vor dem Anschlag nicht möglich. Dies soll an Hand der Fig. 3 deutlich werden, in welcher die Kennlinie 1 den Stromverlauf eines Schichtkernvibrators darstellt. Bei Steigerung der Spannung über die Nennspannung hinaus, d. h. bei Verkleinerung des Minimalluftspaltes, fällt der Vibratorstrom ab. Dies verursacht bekanntlich eine Instabilität der geregelten Spannung. Erst die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verwendung eines Magnetsystems mit steigendem Stromverlauf nach Kennlinie 2 der Fig. 3, beispielsweise eines Magnetsystems mit Schnittbandkern, ermöglicht es, daß mit Hilfe von Konstanthaltern auch eine Spannung eingehalten werden kann, die nur wenige Prozent unterhalb der Anschlagspannung liegt. Dabei ergibt sich als weiterer Vorteil eine geringere Scheinleistungsaufnahme infolge des geringeren wirksamen Luftspaltes.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Elektromagnetischer Grenzleistungsvibrator, der eine frei schwingfähig gelagerte Nutzmasse N in eine Schwingung mit großer Nutzschwingbreite versetzt, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer selbsttätigen transduktorischen Steuer- oder Regeleinrichtung zur Konstanthaltung der Vibratorspannung der Vibrator kurz vor dem Anschlag betrieben wird und daß das Magnetsystem so ausgebildet ist, daß sein Strom oberhalb der Nennspannung mit der Spannung ansteigt.