DE60309560T2

DE60309560T2 - Linearantrieb für schwingende Einrichtung

Info

Publication number: DE60309560T2
Application number: DE60309560T
Authority: DE
Inventors: B. Richard Barrington Kraus
Original assignee: General Kinematics Corp
Current assignee: General Kinematics Corp
Priority date: 2003-01-08
Filing date: 2003-12-29
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2023-12-30
Also published as: ATE344771T1; EP1739035B1; DE602006005070D1; US20080116040A1; AU2003270977B2; ATE422194T1; EP1739035A1; MXPA03011917A; JP2004210545A; CA2453630C; US7322569B2; US20040129519A1; EP1437313B1; DE60309560D1; JP2008214107A; BRPI0400060A; AU2003270977A1; EP1437313A1; CA2453630A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Ausrüstungen für Vibrationsprozesse und, insbesondere auf Antriebe zum Erzeugen einer Vibrationsbewegung in solch einer Ausrüstung. Das Dokument US 2001/001 5314 A1 offenbart einen pneumatischen Vibrationszuführer mit zwei Massen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Ausrüstungen für Vibrationsprozesse werden in einem weiten Feld industrieller Anwendungen verwendet. Vibrationszuführer und Förderer können beispielsweise verwendet werden, um granulatförmiges Material, Formmaterial für Gießereien, oder andere Objekte zu transportieren. Solche Zuführer und Förderer umfassen typischerweise ein Bett, auf welchem die Objekte transportiert werden und einen Antrieb zum Erzeugen einer Vibrationsbewegung des Betts, welche die Objekte in der gewünschten Richtung fortbewegt. Der Antrieb umfasst typischerweise einen elektrischen Motor mit exzentrischen Gewichten, welche auf dessen Ausgangsschaft befestigt sind. Im Betrieb wird der Ausgangsschaft mit den exzentrischen Gewichten gedreht, um eine Vibrationskraft zu erzeugen, welche auf das Bett übertragen wird.
Ausrüstungen für Vibrationsprozesse können im Allgemeinen klassifiziert werden als ein Ein-Massen- oder Zwei-Massen-Systeme. Bei Ein-Massen-Systemen, ist der Antrieb fest verbunden mit dem Bett und die Antrieb/Bettkombination ist isoliert von dem umgebenden Terrain durch ein elastisches Element. In Zwei- Massen-Systemen, ist der Antrieb elastisch gekoppelt an das Bett und entweder der Antrieb oder das Bett ist von dem umgebenden Terrain durch ein elastisches Element isoliert. Zwei Massensysteme werden in vielen Anwendungen bevorzugt, da sie in der Lage sind die Vibrationsbewegung effizienter zu erzeugen. Folglich kann in einen Zwei-Massen-System ein kleinerer Motor verwendet werden, um eine Kraft zu erzeugen, welche die gleiche Amplitude aufweist, wie die eines Ein-Massen-Systems mit einem größeren Motor.
Die herkömmlichen Rotationsmotoren erzeugen eine Rotationskraft, welche eine unnötige und unerwünschte Kraftkomponente aufweist. Die meisten Vibrationsprozessausrüstungen treiben das Bett mit einer gewünschten Bewegung an. Die Rotationskraft, welche erzeugt wird durch die exzentrischen Gewichte erzeugt jedoch eine Kraftkomponente, welche rechtwinklig zu der gewünschten Bewegung ist. In Zwei-Massen-Systemen wird der Antrieb durch ein elastisches Element an das Bett gekoppelt. Das elastische Element wird typischerweise gestützt, so dass es mehrere Freiheitsgrade hat in denen es sich bewegen kann. Eine Feder weist beispielsweise sechs primäre Freiheitsgrade auf (d.h., Bewegung entlang der X, Y und Z-Achsen und Rotation um die X, Y, Z-Achsen). Als ein Ergebnis kann das elastische Element angeregt werden, auf alle möglichen Arten und Weisen, welche sich von der gewünschten Bewegung unterscheiden. Die rechtwinklige Kraftkomponente kann deshalb das elastische Element in unerwünschte Richtungen anregen, wobei die gewünschte Bewegung abgeschwächt wird und die Effizienz des Systems vermindert wird.
Zusätzlich weisen Ausrüstungen für Vibrationsprozesse, welche herkömmliche Drehmotoren verwenden eine Rotationsträgheit auf, welche das Stoppen und Starten der Ausrüstungen verzögert. Wenn die Drehmotoren vom Ruhezustand auf die Betriebsgeschwindigkeit beschleunigt werden, verläuft die resultierende Vibrationskraft durch verschiedene ungewünschte Frequenzen, welche die verbindenden oder isolierenden elastischen Elemente auf unerwünschte Weise anregen können. Die Vibrationskraft verläuft durch dieselben unerwünschten Frequenzen, wenn der Motor von der Betriebsgeschwindigkeit in den Ruhezustand runter fährt. Beispielsweise können spezielle Frequenzen unter anderem ein Isolationshüpfen, Isolationsschütteln und ein Schütteln zwischen dem Antrieb und dem Bett erzeugen. Diese unerwünschten Bewegungen verursachen untypische Bewegungen des Betts, welche besonders unerwünscht sein können für Anwendungen, welche ein schnelles Starten und Stoppen erfordern, wie beispielsweise Präzisionsförderer.
Die vorliegende Erfindung wird durch Anspruch 1 definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenaufrissansicht einer Vibrationsprozessvorrichtung, welche in Übereinstimmung mit der Lehre der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde;
2 ist eine Seitenaufrissansicht einer alternativen Vibrationsprozessvorrichtung, welche nicht in Übereinstimmung mit der Lehre der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde.
Detaillierte Beschreibung
Die hier beschriebenen Ausführungsformen sollen nicht erschöpfend sein oder den Rahmen der Erfindung begrenzen auf die präzise Form oder Formen, welche offenbart sind. Die folgenden Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung am besten zu beschreiben und um es anderen Fachleuten möglich zu machen ihrer Lehre zu folgen. Während die Ausführungsformen der Vibrationsprozessvorrichtung, welche hier illustriert werden im Allgemeinen als Zuführer oder Förderer bezeichnet werden, sollte es verstanden werden, dass die Lehre der vorliegenden Erfindung in anderen Anwendungen verwendet werden kann, wie beispielsweise bei Verdichtungstischen, Zerkleinerungsmühlen oder anderen Vibrationsprozessausrüstungen.
Unter Bezugnahme nun auf die Zeichnungen, veranschaulicht 1 einen Zuführer bzw. Förderer 10 des Typs, welcher im Stand der Technik wohl bekannt ist. Der Förderer 10 umfasst ein Bett, wie beispielsweise den Bottich 12, welcher eine Arbeitsoberfläche zum Aufnehmen des Arbeitsmaterials definiert, welches bearbeitet werden soll. Der Bottich 12 weist ein aufnehmendes Ende 18 und ein Entladeende 20 auf und wird gestützt auf elastische Elemente, wie beispielsweise Federn 14, welche das Bett von dem umgebenden Terrain isolieren.
Ein Vibrationsantrieb 22 ist elastisch gekoppelt an den Bottich 12 zum Erzeugen einer Vibrationsbewegung des Betts. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Antrieb 22 mit dem Bottich 12 durch ein elastisches Element, wie beispielsweise eine Feder 24, verbunden. Der Antrieb 22 umfasst eine Basis 26, welche einen linearen Aktuator 28 trägt und ein Einstellgewicht 30. Während der lineare Aktuator 28 in 1 so veranschaulicht wird, dass er innerhalb der Feder 24 angeordnet ist, sollte verstanden werden, dass der Aktuator auch an anderen Punkten an der Basis 26 positioniert werden kann. Des Weiteren kann, während eine einzelne Feder 24 veranschaulicht ist, die Vorrichtung mehrere Federn umfassen, welche sich zwischen der Basis 26 und dem Bottich 12 erstrecken. Weiterhin können die Einstellgewichte 30 an jeden Punkt an der Basis 26 befestigt werden, ohne von der Lehre der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Im Betrieb erzeugt der lineare Aktuator 28 eine lineare Kraft, welche im Verlauf der Zeit sinusförmig oder nicht-sinusförmig sein kann. Die lineare Kraft wird verstärkt durch die Feder 24 und übertragen auf dem Bottich 12, was eine Vibrationsbewegung des Bottichs ergibt. Material, welches auf der Arbeitsoberfläche des Bottichs 12 platziert wird, wird sich als Reaktion auf die Vibrationsbewegung des Bottichs 12 bewegen. Wegen der elastischen Verbindung zwischen dem Bottich 12 und dem Antrieb 22 wird die dargestellte Ausführungsform als Zwei-Massen-System betrachtet, welches hierin definiert wird als eine Vibrationsvorrichtung mit einer Arbeitsmasse, welche elastisch gekoppelt ist an eine Anregungsmasse.
In der Vorrichtung gemäß 1 sind der lineare Aktuator 28 und die Feder 24 winklig so angeordnet, dass sie eine Bettbewegung erzeugen, welche das Arbeitsmaterial nach rechts anhebt und bewegt, so dass das Arbeitsmaterial sich von dem Aufnahmeende 18 zum Abladeende 20 des Bottichs 12 bewegen wird. Die Ausrichtung des Antriebs und/oder der Federn kann modifiziert werden, um das Arbeitsmaterial auf verschiedene Arten zu bewegen. Beispielsweise können der Antrieb und die Federn so ausgerichtet werden, dass Arbeitsmaterial, welches auf der Arbeitsoberfläche platziert wird, verdichtet wird. Im Allgemeinen sind die Federn ausgerichtet mit der Bewegungsrichtung, welche erzeugt wird durch den linearen Aktuator 28, sodass, wenn der Aktuator in einer Betriebsfrequenz ist, die Feder angeregt werden wird mit ihrer Eigenfrequenz in der gewünschten Richtung, um dadurch den Bottich 12 in die gewünschte Bewegung zu bringen.
Der lineare Aktuator 28 wird pneumatisch betrieben. In der dargestellten Ausführungsform umfasst der lineare Aktuator 28 einen sich hin- und herbewegenden Kolben 29 innerhalb des Aktuators, um die Vibrationskraft zu erzeugen. Der Fluiddruck auf den Aktuator 28 kann gesteuert werden, um nicht nur die Frequenz zu steuern mit der sich der Kolben 29 hin- und herbewegt, sondern auch um den Kraftausgang des Aktuators 28 abzustimmen. Demgemäß können sowohl die Frequenz als auch die Amplitude der Vibrationskraft, welche von dem Antrieb 22 erzeugt wird, eingestellt werden.
2 illustriert eine Vibrationsvorrichtung 50, welche nicht in Überreinstimmung mit der Lehre der vorliegenden Erfindung ist. Die Vibrationsvorrichtung 50 umfasst eine Basis 52, welche getragen wird von Isolationsfedern 54 oberhalb des umgebenden Terrains. Die Verstärkungsfeder 56 weisen erste Enden auf, welche befestigt sind an der Basis 52 und zweite Enden, welche befestigt sind an dem Bett 58. Das Bett 58 definiert eine Arbeitsoberfläche zur Aufnahme eines Arbeitsmaterials. Ein linearer Aktuator 60, welcher nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird an der Basis 52 befestigt zum Erzeugen einer Vibrationskraft. Der lineare Aktuator 60 kann einen sich hin- und herbewegenden Kolben 62 umfassen, welcher unter Verwendung eines pneumatischen oder hydraulischen Drucks betrieben wird. Im Betrieb erzeugt der sich hin- und herbewegende Kolben eine Kraft, welche durch die Federn 56 verstärkt wird, um eine Vibrationsbewegung des Betts 52 zu erzeugen.
Die obige Ausführungsform verwendet einen linearen Aktuator, um eine Vibrationskraft in einem Zwei-Massen-System zu erzeugen. Die durch den linearen Aktuator erzeugte Kraft wirkt in eine einzige Richtung und deshalb wird die rechtwinklige Kraftkomponente (und der resultierende nachteilige Effekt auf die gewünschte Vibrationsbewegung), welche durch herkömmliche Antriebe mit Drehmotoren erzeugt wird, minimiert oder eliminiert. Zusätzlich wiegen die linearen Aktuatoren signifikant weniger als elektrische Motoren und deshalb kann das Gewicht des Antriebs reduziert werden. Dies ist wichtig für Anwendungen in denen das zu verarbeitende Material leicht ist, weil das Bett mehr wiegen muss, als der Antrieb damit die Vorrichtung effizient arbeitet. Des Weiteren ist, wenn der lineare Aktuator durch ein unter Druck stehendes pneumatisches Fluid betrieben wird dieser feiner einstellbar als elektrische Motoren, wodurch eine bessere Steuerung der Geschwindigkeit möglich ist, mit der die Objekte transportiert werden. Schließlich gestattet die Verwendung des linearen Aktuators in einem Zwei-Massen-System nicht nur das Einstellen der Frequenz, sondern auch der Amplitude, wodurch eine weitere Einstellung des Vibrationsantriebs auf eine einfache und kostengünstige Weise gestattet wird.
Eine Vielzahl von Modifikationen und alternativen Ausführungsformen der Erfindung werden für die Fachleute offensichtlich sein in Anbetracht der vorstehenden Beschreibung. Demgemäß soll die Beschreibung betrachtet werden als lediglich veranschaulichend und für den Zweck den Fachleuten den besten Modus zum Ausführen der Erfindung aufzuzeigen. Die Details der Struktur können innerhalb des Rahmens der beigefügten Ansprüche verändert werden.

Claims

Eine Vibrationszuführvorrichtung (10) mit zwei Massen zum Transportieren von Arbeitsmaterial, wobei die Vorrichtung (10) aufweist: ein Bett (12), welches eine Transportoberfläche definiert, zum Aufnehmen des Arbeitsmaterials; einen elastischen Verstärker (24), welcher ein erstes Ende aufweist, welches mit dem Bett (12) verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist; eine Basis (26), welche verbunden ist mit dem zweiten Ende des Verstärkers; und einen pneumatisch betriebenen linearen Aktuator (28), welcher auf der Basis (26) montiert ist, und ein Gehäuse aufweist und eine sich hin- und herbewegende Masse (29), welche gleitend angeordnet ist innerhalb des Gehäuses, wobei die sich hin- und herbewegende Masse (29) reagiert auf pneumatischen Fluiddruck, welcher an den Aktuator (28) abgegeben wird, wobei der pneumatische Fluiddruck gesteuert wird, um eine lineare Vibrationskraft zu erzeugen, welche verstärkt wird durch den elastischen Verstärker (24), um dadurch das Bett (12) in eine Vibrationsbewegung zu bringen, und das Arbeitsmaterial entlang der Transportoberfläche zu befördern in Reaktion auf die Vibrationsbewegung des Betts (12), dadurch gekennzeichnet dass die sich hin- und herbewegende Masse (29) von einer mechanischen Verbindung zu irgendeiner Komponente außerhalb des Gehäuses isoliert ist, und wobei das Gehäuse und die Basis (26) lediglich getragen werden durch den elastischen Verstärker (24).
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die sich hin- und herbewegende Masse (28) einen sich hin- und herbewegenden Kolben (29) aufweist, welcher mit einer Frequenz und einer Amplitude betätigt wird.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Frequenz und die Amplitude des Kolbens (29) einstellbar sind.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend einen elastischen Isolator (14), welcher ein erstes Ende aufweist, welches gekoppelt ist mit dem Bett (12), und ein zweites Ende, welches gekoppelt ist mit dem umgebenden Terrain, um dadurch das Bett (12) von dem umgebenden Terrain zu isolieren.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der elastische Verstärker (24) zumindest eine Feder aufweist.