DE2427907C2 - Vorrichtung zum Einstellen der Schwingungen eines schwingend angetriebenen Bauteils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einstellen der Schwingungen eines schwingend angetriebenen Bauteils, insbesondere eines durch Unwucht angetriebenen Schwingförderers.

Aus der Zeitschrift »fördern und heben« 17 (1967), Nr. 6, S. 334—337 ist ein Schwingförderer mit regelbarem Unwuchtantrieb bekannt, der aus einem geschlossenen Resonanzantrieb mit Unwuchtmotor-Erregung besteht und als komplettes Aggregat an die Schwingförderringe angeschraubt wird. Bei diesem Antriebssystem sind zwei gesonderte Unwuchtmassen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und werden einzeln angetrieben. Das Gehäuse ist über zwei gegeneinander wirkende Schraubenfeder-Paare elastisch an einer Zwischenwand abgestützt, von denen jeweils eine Feder jedes Paares über eine gemeinsame Spindel verstellt werden kann, um die effektive Federkraft zu verändern. Die Federn sind selbststabiiisierende Koppelfedern mit stark progressiver Federkennlinie und durch Verstellen ihrer Vorspannung im Betrieb kann die Federkennzahl und damit die Eigenfrequenz im unterkritischen Bereich verstellt werden. Die Regelung der Erregerfrequenz erfolgt in herkömmlicher Weise durch eine übliche Verstellung der Erregerdrehzahlen der Antriebsmotoren für die Unwucht-Massen.

Ferner sind in der Zeitschrift »Baustoffindustrie«, 1970, Heft 12, S. 412-414 verschiedene Systeme zum Erzeugen von kreisförmigen, elliptischen, linearen und von Drehschwingungen beschrieben, bei denen für eine Beeinflussung bzw. Veränderung der jeweiligen Schwingungsform die Lage der Unwucht-Massen zweier gegensinnig umlaufender Schwungscheiben verstellt wird. Voraussetzung für dieses Steuerprinzip ist das Vorsehen von zwei gesonderten Schwungmassen mit jeweils einzeln verstellbarer Lage der Unwucht-Massen. Die Lager der Unwucht-Welle werden hoch beansprucht und haben daher nur eine begrenzte Lebensdauer, v/eil sie wegen der weit überkritischen Abstimmung des Schwingungssystems die vollen Massenkräfte bei relativ großen Drehzahlen aufnehmen müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Schwingungen eines in Kreis- oder elliptischen Bahnen schwingenden Körpers bzw. Bauteils in Richtung und Amplitude auf einfache Weise stufenlos zu steuern bzw. zu verstellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem schwingend angetriebenen Bauteil mindestens ein gesondertes Schwingsystem angeordnet ist, das solche linearen Schwingungen von einstellbarer Amplitude und Frequenz ausführt, daß die Schwingungen des Bauteils 1 in bestimmten Richtungen gedämpft und/oder verstärkt werden.
Vorteilhafterweise werden vom gesonderten Schwingsystem lineare Sekundärschwingungen erzeugt, die den Primärschwingungen des Bauteils überlagert werden und auf diese Weise neue zweidimensionale Schwingungsbilder in der gewünschten Form ergeben.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die gesonderten Schwingsysteme selbsttätig, d. h. über das schwingern? angetriebene Bauteil selbst, aktiviert werden und damit ihre Steuerfunktion erfüllen, ohne daß äußere Antriebskräfte notwendig wären.
Für die Anwendung bei besonderen Maschinen, beispielsweise bei hauptsächlich in der Nähe der kritschen Resonanzbereiche arbeitenden Schwingförderern od. dgl, ist die Verwendung von Luftfedern besonders zweckmäßig, deren Federkennlinie in weiten Grenzen durch Verstellen ihres Innendruckes verstellt werden kann (Anspruches—5). Mit einfachen pneumatischen Reglern läßt sich die Schwingweite ebenso wie d^;e Schwingungsform des schwingend angetriebenen Bauteils während des Betriebes verstellen, und zwar unter Verwendung nur eines einzigen Unwucht-Antriebes und unter Vermeidung von großen Lagerbelastungen.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Seitenansicht eines Schwingförderers bzw. einer Fertigungs- oder Verarbeitungseinheit und die Steuerung zur Einstellung der Schwingungselemente, und

Fig.2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Aufblasdruck und den Schwingungsamplituden des schwingend angetriebenen Bauteils und der Schwingungselemente.

Ein Schwingförderer oder ein anderes schwingendes Gerät zur Förderung von Material in jeder Richtung bzw. zum Klassieren, Mischen oder Sortieren von Materialien, weist einen Behälter (Bauteil) 1 auf, der auf Luftfedern 2 gelagert ist und durch exzentrische Gewichte 3 in Schwingung versetzt wird, die auf einer am Behälter 1 gelagerten Welle 4 befestigt sind. Die Welle 4 ist in der Nähe des Behälter-Schwerpunkts angeordnet und wird von einem äußeren oder von einem am Behälter 1 angeordneten Motor 5 direkt oder über Riemen angetrieben. Ohne Schwingungsdämpfer (Schwingsystem) 6 bis 9 würde der Behälter 1 in einer etwa kreisförmigen Bahn durch die Zentrifugalkraft der exzentrischen Gewichte 3 schwingen.

Die Richtung und die Amplitude der Schwingung des Behälters 1 wird von mehreren abgestimmten dynamischen Schwingungsdämpfern 6 bis 9 gesteuert. Jeder

Schwingungsdämpfer weist eine Masse 10 auf, die durch Schwinghebel 11 gegenüber dem Behälter 1 geführt wird. Die Bewegung der Schwingmasse 10 wird von zwei Luftfedern 12 gesteuert, deren Federkonstante durch Einstellung ihres Aufblasdrucks einstellbar ist. Die Luftfedern 12 liegen an gegenüberliegenden Seiten der Masse 10 und wirken gegeneinander. Da sich während der Schwingung eine Feder ausdehnt und die andere Feder zusarr.mendrückt, ist die effektive Federkonstante des Federpaares gleich der Summe der einzelnen Federkonstanten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schwingungsdämpfer paarweise oder satzweise angeordnet, wobei die Elemente jedes Paars im wesentlichen gleichen Abstand vom Schwerpunkt des Behälters 1 haben. Die Schwingungsdämpfer 6 und 9 bilden ein Paar und können in einer in F i g. 1 nach links oben weisenden Richtung schwingen.

Die Schwingungsdämpfer 7 und 8 bilden ein zweites Paar und können in einer in F i g. 1 nach rechts oben weisenden Richtung schwingen.

Wenn ein Paar Schwingungsdämfer 6, 9 ^o abgestimmt ist, daß die Massen in Verbindung mit den Federn 12 bei Nenndrehzahl der exzentrischen Gewichte 3 in Resonanz schwingen, dann werden die in Schwingungsrichtung der Massen 10 wirksamen Kräfte der exzentrischen Gewichte praktisch kompensiert, so daß nur geringe oder keine Schwingungen des Behälters 1 in dieser Richtung auftreten.

Das andere Paar Schwingungsdämpfer 7, 8 ist dabei so eingestellt, daß der Behälter 1 ein erstes Element und die Massen 10 mit den Luftfedern der Schwingungsdämpfer 7, 8 ein Zwei-Massen-Schwingsystem bilden, welches in der Nähe, vorzugsweise gerade unter der Nennfrequenz in Resonanz schwingt. Bei dieser Einstellung c^hwinapn die Massen 10 der Schwingungsdämpfer 7, 8 in Phase mit den exzentrischen Gewichten 3 und verstärken die Schwingung des Behälters 1 in der Schwingrichtung der Massen 10. Durch Änderung der Einstellung laßt sich die Erhöhung der Kraft variieren und die Schwingungsamplitude des Behälters 1 ändern.

Das Verhältnis zwischen der Amplitude und der Phase der Schwingung des Behälters und der Massen 10 gegenüber den exzentrischen Gewichten 3 ist in F i g. 2 dargestellt. Wenn der Aufblasdruck auf der linken Seite der Figur niedrig ist, ist die Resonanzfrequenz niedrig und die Wanne bzw. der Behälter I schwingt mit einer Amplitude X1, während die Massen 10 mit einer Amplitude X 2 schwingen. Bei einem Druck P1 ist die Amplitude der Schwingung X1 der Wanne 1 etwa zweimal so groß wie ihre ungedämpfte Schwingung. Wenn der Druck erhöht wird, vergrößern sich die Schwingur.gsamplituden bis zu einem durch die Wirkung der Federn 12 festgelegten Maximum. Ein weiterer Anstieg des Druckes erhöht die Resonanzfequenz, bis bei einem Druck Pl die Amplituden des Behälters 1 praktisch Null werden.

Da die Schwingungsdämpfer 6 bis 9 paarweise angeordnet sind und in verschiedenen Richtungen wirken, kann sowohl die Richtung der Schwingförderung als auch die Schwingungsamplitude durch Aufblasen der einzelnen Luftfedern auf geeignete Drücke eingestellt werden. Obwohl auch bei Aufblasdrücken über oder unter dem Resonanz-Druck PR wirksame Schwingungsamplituden erhalten werden können, wird der Betriebsdruck zweckmäßig auf dicht oberhalb des Resonanzdrucks PR gehalten. Aus Stabilitätsgründen wird während der Anlaufphase des Behälters mit niedrigeren Drücken gearbeitet.

Da der Druck P 2 zur Schwingungsdämpfung und der bevorzugte Druck Pi zur Vergrößerung der Arbeitsamplitude sich bei Resonanz um den Druck PR unterscheiden, und da ferner das System bei Resonanz selbstzerstörend wirkt, kann die Schwingungsrichtung während der Rotation der exzentrischen Gewichte JO mit Nenndrehzahl nicht umgekehrt werden. Da ferner bei dem gewünschten Arbeitsdruck P1 die Arbeitsfrequenz

ίο gerade über der Resonanzfrequenz des Systems liegt, ist es praktisch unmöglich, die exzentrischen Gewichte durch die Resonanzfrequenz hindurch zu beschleunigen. In der Praxis müssen daher vor dem Starten des Motors 5 die Luftfedern derjenigen der dämpfend wirksamen Schwingungsdämpfer mit dem Druck P2 beaufschlagt werden, während der herrschende Druck in den anderen Luftfedern gegenüber dem Arbeitsdrack P1 verringert wird. Sobald der Motor 5 läuft und die exzentrischen Gewichte ? mit Nenndrehzahl rotieren, können die Luftfedern mit niedrigem Druck au^f ^.en Arbeitsdruck F i aufgeblasen werden.

Die Steuereinrichtung zum richtigen Aufblasen der Luftfedern für eine Schwingförderung in beiden Richtungen ist im unteren Teil in F i g. 1 dargestellt. Die Steuereinrichtung weist eine Verbindung 20 zu einer Druckluftquelie, einen ersten Druckregler 21, einen Druckmesser 22 und einen Filter 23 zur Zuführung sauberer Druckluft zu einer Verzweigung 24 auf.
Von der Verzweigung 24 wird Luft darch Druckregler, Nadelventile und Dreiwegeventile zu den Luftfedern jedes Schwingungsdämpfers 6 bis 9 geführt. Zur Einstellung beispielsweise für eine Förderung nach rechts, wird der Luftdruck in den Luftfiltern der Dämpfer 6 und 9 auf den Wert P 2 und der Druck in den Schwingungsdämpfern 7 und 8 in die Nähe des Drucks P1 eingestellt. Die Verzweigung 24 ist auf diese Weise durch den Druckregler 25 (mit dem Druck P2) und das Nadelventil 26 mit einer Druckleitung 27 sowie üb^r die Dreiwege-Umschaltventile 28, 29 und Leitungen 30, 31 mit den Federn der Schwingungsdämpfer 6, 9 verbunden.

Die Schwingungsdämpfer 7 und 8 werden gleichzeitig über Leitungen 32 und 33 unter Druck gesetzt, wobei diese Leitungen jeweils über ein Umschaltventil 34 bzw. 35 und Anlaßventile 36,37 an Leitungen 38,39 geschaltet und die Leitungen 38, 39 durch Druckregler 40, 41 und Nadelventile 43,43 gesteuert sind. Sämtliche Nadelventile werden zur Steuerung der Geschwindigkeit der Druckänderungen betätigt. Die Druckregler 40 und 41 legen die Drücke in den Schwingungsdämpfern 7,8 auf einen Druck P1 (vgl. F i g. 2) fest, um die Schwingungsamplituden zu steuern. Ez werden einzelne Regler verwende·;, um eine Feinjustierung zur Kompensation von Änderungen in den Luftfedern und anderen Systemkomponenten zu gestatten. Während des Arbeitszustands wird ein Magnetventil 44 aktiviert, so daß der Leitungsdruck von der Verzweigung 24 über das Ventil

44 an die Betätigu/igsorgane der Anlaßventile 36,37,45 und 46 angelegt wird und diese Ventile die Leitungen 38 und 39 mit cien Umschaltventilen verbinden, Während der Anlaufphase befinden sich die Anlaßvent'le 36, 37,

45 und 46 vor der Aktivierung des Magnetventils 44 in den gezeigten Stellungen, so daß ein von dem Druckregler 47 gesteuerter Druck an die Luftfedern der Schwingungsdämpfer 7 und 8 angelegt wird. Druckschalter 48,49,50 sind an jede gesteuerte Druckleitung angeschlossen und in der elektrischen Start- und Betriebssteuerung des Motors 5 vorgesehen, um ein Star-

ten des Motors zu verhindern und den Motor stillzusetzen, falls ungünstige Drücke in den jeweiligen Leitungen herrschen.

Wenn das System deaktiviert ist, sind die Luftfedern der Schwingungsdämpfer 7 und 8 an den Regler 47 angeschlossen und weisen zum Schließen der Kontakte des Schalters 48 niedrigen Druck auf, so daß der Motor gestartet werden kann. Die übrigen Schalter 49, 50 liegen zur Deaktivierung des Motors im Haltesiromkreis des Motor-Starters, so daß der Motor abgeschaltet wird, wenn die Drücke PX zu hoch oder der Druck P 2 in der Leitung 27 zu klein wird.

Wenn die Förderrichtung umgeschaltet werden soll, wird ein Magnetventil 51 betätigt, um einen Druck an die Betätigungsorgane der Umschaliventile 28, 29, 34 und 35 anzulegen. Dies hat die Wirkung, daß ein Druck P 2 von der Leitung 27 an die Luftfedern der Schwin-

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tungen 30 und 31 der Schwingungsdämpfer 6 und 9 über die Anlaß-Ventile 45 und 46 an die Leitungen 52, 53 angeschlossen werden, wobei diese Leitungen von Druckreglern 54,55 gesteuert werden. Die Arbeitsweise in entgegengesetzter Förderrichtung gestaltet sich in der oben beschriebenen Weise unter Bezugnahme auf die Vorwärtsrichtung der Förderung.

Da bei einem Druckverlust in den auch als Isolatoren wirkenden Luftfedern 2 schwere Beschädigungen am Förderer auftreten können, werden die Luftfedern 2 über eine Leitung 56 gespeist, die von einem Druckregler 57 gesteuert und durch einen Druckschalter 58 überwacht wird, der bei einem Druckabfall den Motor 5 abschaltet.

Durch die Anordnung der verschiedenen Schwingungsdämpfer-Sätze an dem Behälter bzw. einem anderen Arbeitsorgan, welches einer Zentrifugalkraft durch die rotierenden exzentrischen Gewichte ausgesetzt ist. kann die Richtung und Amplitude der Schwingungen gewählt und durch Änderung des Luftdrucks in den Federn der Schwingungsdämpfer gesteuert werden.

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Einstellen der Schwingungen eines schwingend angetriebenen Bauteils, insbesondere eines durch Unwucht angetriebenen Schwingförderers, dadurch gekennzeichnet, daß an dem schwingend angetriebenen Bauteil (1) mindestens ein gesondertes Schwingsystem (6 bis 9) angeordnet ist, das solche linearen Schwingungen von einstellbarer Amplitude und Frequenz ausführt, daß die Schwingungen des Bauteils (1) in bestimmten Richtungen gedämpft und/oder verstärkt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Bauteil (1) mindestens zwei gesonderte Schwingsysteme (6; 9 bzw. 7; 8) unter verschiedenen Winkeln angeordnet sind, die lineare Schwingungen in unterschiedlichen Richtungen ausführen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schwingsystem (6 bis 9) aus einer am Bauteil (1) beweglich gehaltenen Schwingmasse (10) und je einer Luftfeder (12) an den gegenüberliegenden Seiten der Schwingmasse (10) besteht

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schwingsystem (6 bis 9) aus zwei gesonderten Schwingmassen (10) mit Luftfedern (12) an ihren gegenüberliegenden Seiten besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftdruck in den Luftfedern (12) einstellbar ist.