DE102004059554A1

DE102004059554A1 - Einrichtung zum Verdichten von körnigen Formstoffen

Info

Publication number: DE102004059554A1
Application number: DE102004059554A
Authority: DE
Inventors: Hubert Bald
Original assignee: GEDIB INGBUERO INNOVATION; Gedib Ingenieurbuero und Innovationsberatung GmbH
Current assignee: GEDIB INGBUERO INNOVATION; Gedib Ingenieurbuero und Innovationsberatung GmbH
Priority date: 2003-12-14
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2005-08-11
Also published as: WO2005056279A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verdichten von körnigen Formstoffen in einer Form (15) zu wenigstens einem Formkörper (16), umfassend DOLLAR A ein Erregersystem (7), mit dem der Formstoff mittels erzwungener Schwingungen verdichtbar ist, DOLLAR A wobei ein Zweimassenschwinger (9) aus einer Arbeitsmasse und einer Freischwingmasse (37) gebildet ist, die durch ein Federsystem (24) miteinander gekoppelt sind und im wesentlichen phasengleich und gegenläufig schwingen, wobei die Arbeitsmasse die Masse eines Schwingtisches (13) für die Form (15) und/oder die Masse der Form (15) und des darin eingefüllten Formstoffs umfaßt, DOLLAR A wobei die Massen und das Federsystem (24) des Zweimassenschwingers (9) derart abgestimmt sind, daß die Haupteigenfrequenz des Zweimassenschwingers (9) zumindest in der Nähe einer vorbestimmten Verdichtungsfrequenz liegt, und DOLLAR A eine Preßeinrichtung (6), die eine auf den in der Form (15) befindlichen Formstoff einwirkende Preßplatte (19) umfaßt, und DOLLAR A eine Steuerung (S) für das Erregersystem (7), durch die bei einer vorgegebenen Verdichtungsfrequenz die Erregerleistung veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verdichten von körnigen Formstoffen. Derartige Einrichtungen dienen beispielsweise zur Herstellung von Betonsteinen, wobei körniger Formstoff in Form von feuchtem Betonmörtel in eine Form eingefüllt und mittels Vibrationsschwingungen zu Steinrohlingen verdichtet

Aus DE 101 54 897 A1 ist eine Einrichtung zum Verdichten von körnigen Formstoffen in einer Form zu wenigstens einem Formkörper bekannt, die als Zweimassenschwinger, mit dem der Formstoff mittels erzwungener Schwingungen verdichtbar ist, ausgebildet ist. Der Zweimassenschwinger wird aus einer Arbeitsmasse und einer Freischwingmasse gebildet, wobei die beiden Massen durch ein Federsystem miteinander gekoppelt sind und im wesentlichen phasengleich und gegenläufig schwingen, wobei die Arbeitsmasse die Masse eines Schwingtisches für die Form, der Form und des darin eingefüllten Formstoffs umfaßt. Der Zweimassenschwinger ist zusätzlich über ein Abstützfedersystem gegenüber einer feststehenden Fläche abgestützt. Als Erregeraktuator dient ein Unwuchtvibrator. Bei dieser Einrichtung gibt es keine Möglichkeit, die Erregerleistung des Unwuchtvibrators bei Einhaltung einer vorgegebenen Verdichtungsfrequenz zu beeinflussen oder die Schwingwegamplituden insbesondere bei einer Erregerfrequenz in der Nähe der Haupteigenfrequenz zu begrenzen. Vielmehr ist dort vorgesehen, bei gleichbleibenden Beschleunigungsamplituden erheblich oberhalb oder unterhalb der Resonanzfrequenz zu arbeiten. Dies erfordert jedoch entsprechend starke Motoren und einen hohen Energieeintrag, um eine ausreichende Verdichtung zu erzielen, zumal bereits für die Schwingungsbewegungen selbst ohne Abgabe einer Verdichtungsleistung ein hoher Leistungsaufwand notwendig ist. Abgesehen davon ist diese Einrichtung nicht für einen Formstoff in Form von erdfeuchtem Betonmörtel geeignet, da dieser nicht ausreichend verdichtet würde. Ein höherer Wasseranteil des Betonmörtels führt aber dazu, daß aus dem Betonmörtel gebildete Rohlinge nicht sofort entformbar sind, wodurch die Taktzeiten erheblich verlängert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Verdichten von körnigen Formstoffen zu schaffen, die eine hohe Verdichtungsleistung bei geringem Leistungsaufwand ermöglicht.

Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Hiernach ist eine Einrichtung zum Verdichten von körnigen Formstoffen in einer Form zu wenigstens einem Formkörper vorgesehen, die ein Erregersystem, mit dem der Formstoff mittels erzwungener Schwingungen verdichtbar ist, umfaßt, wobei ein Zweimassenschwinger aus einer Arbeitsmasse und einer Freischwingmasse gebildet ist, die durch ein Federsystem miteinander gekoppelt sind und im wesentlichen phasengleich und gegenläufig schwingen, wobei die Arbeitsmasse die Masse eines Schwingtisches für die Form und/oder die Masse der Form und des darin eingefüllten Formstoffs umfaßt, und wobei die Massen und das Federsystem des Zweimassenschwingers derart abgestimmt sind, daß die Haupteigenfrequenz des Zweimassenschwingers in der Nähe einer vorbestimmten Verdichtungsfrequenz liegt, und eine Preßeinrichtung, die eine auf den in der Form befindlichen Formstoff einwirkende Preßplatte umfaßt, und vorzugsweise eine Steuerung, durch die bei einer vorgegebenen Verdichtungsfrequenz die Erregerleistung veränderbar ist, vorgesehen sind.

Hierdurch wird bewirkt, daß benachbart zur bzw. bei der Haupteigenfrequenz des Zweimassenschwingers unter gleichzeitiger Beaufschlagung des zu verdichtenden Formstoffs mittels der Preßeinrichtung gearbeitet werden kann, wodurch nicht nur der durch das Erregersystem aufzubringenden Leistungsaufwand verringert, sondern auch gleichzeitig das Verdichtungsergebnis verbessert werden kann. Der verminderte Leistungsaufwand ermöglicht den Einsatz entsprechend schwacher Motoren trotz hoher Schwingwegamplituden. Die in den Maschinenrahmen bzw. die Fundamente einzuleitenden Schwingungskräfte sind entsprechend gering. Auch ist eine hohe Flexibilität bei der Produktion von Formkörpern wechselnden Gewichts gegeben.

Die Einrichtung ermöglicht bei der Herstellung von Betonwaren aus Betonmörtel die Verwendung von erdfeuchtem Betonmörtel, der sich nach dem Verdichten zu Rohlingen sofort entformen läßt, da die Rohlinge sofort standfest sind.

Weiterhin können die Produktionszykluszeiten verringert werden: Mit Blick auf erwünschte sehr kurze Produktionszykluszeiten für je eine Grundplatte mit verdichteten Formkörpern (bei der Betonsteinherstellung im Bereich von 10 sec und weniger) ist es von erheblicher Bedeutung, innerhalb welcher Zeit beim Beginn der Verdichtungen (vorzugsweise wenigstens zweimal pro Arbeitszyklus) die Erregung einer Schwingwegamplitude von Null an auf ihren vorgegebenen Betrag aufgeschaukelt werden kann. Bei einer bestimmten maximal vom Erregersystem aufbringbaren Erregerkraft geschieht das Aufschaukeln der Schwingwegamplitude von Null an bis zur Sollamplitude umso schneller, je näher die Erregerfrequenz an der Haupteigenfrequenz liegt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1a zeigt den Verlauf einer Schwingbewegung einer Arbeitsmasse und einer Freischwingmasse über der Zeit t für einen Zweimassenschwinger.
1b zeigt symbolisch eine einen Zweimassenschwinger umfassende Einrichtung zum Verdichten als Schwingmodell.
1c zeigt den frequenzabhängigen Verlauf von Schwingwegamplitude und Erregerleistung eines Zweimassenschwingers im Bereich seiner Haupteigenfrequenz.
2 bis 4 zeigen schematisiert Ausführungsformen einer Einrichtung zum Verdichten von körnigen Formstoffen.
Wie in 1b dargestellt, umfaßt die Einrichtung einen Zweimassenschwinger 9 mit einer Arbeitsmasse ma und einer Freischwingmasse mf, die beide durch ein Federsystem 24 miteinander verbunden sind. Die Arbeitsmasse ma ist über ein Abstützfedersystem 22 mit einem Fundament 5 verbunden. Die Erregerleistung und abgeführte Dämpfungsleistung D mögen hier den gleichen Betrag aufweisen. Das Federsystem 24 ist gegenüber dem Abstützfedersystem 22 hart, so daß das Federsystem 24 die Haupt-Eigenfrequenz fn des Zweimassenschwingers 9 maßgeblich festlegt, während der Einfluß des weichen Abstützfedersystems 22 auf der Haupteigenfrequenz des Zweimassenschwingers 9 praktisch vernachlässigbar ist.
Um Schwingungen der Arbeitsmasse ma und der Freischwingmasse mf zu erzeugen, ist der Zweimassenschwinger 9 wegen seiner Dämpfungsleistung D durch eine Erregerkraft f(t) 4 zu erzwungenen Schwingungen anzuregen, die gemäß 1b an der Freischwingmasse mf angreift. Alternativ könnte die Erregerkraft f(t) 4 auch direkt an der Arbeitsmasse ma angreifen oder die Erregerkraft f(t) könnte sich zwischen den Massen ma und mf abstützen. Das Modell gibt zum einen die Verhältnisse beim Einsatz des Zweimassenschwingers 9 bei einer Stoßvibration für den Fall wieder, daß der entsprechende Vibrator ohne Abgabe von Stößen frei schwingt, wobei die Dämpfungsleistung D die in dem (z. B. mit mehreren Gummipuffern ausgeführten) abstützenden Federsystem 22 dissipierte Leistung darstellt. Das Modell gibt auch die Verhältnisse beim Einsatz des Zweimassenschwingers 9 bei einer harmonischen Vibration für den Fall wieder, daß der entsprechende Vibrator ohne Mitwirkung einer Preßplatte bei der Vorvibration frei schwingt, wobei die Dämpfungsleistung D die in dem (z. B. mit mehreren Gummipuffern ausgeführten) abstützenden Federsystem 22 dissipierte Leistung und die in den Formstoff eingebrachte Verdichtungsleistung darstellt.
In 1a könnten die Abszissenachsen anstatt des gemeinsamen Zeitverlaufes t auch den gemeinsamen Phasenwinkel darstellen. Die Massen ma und mf sind – symbolisch auf einen Punkt reduziert – jeweils in der oberen und unteren Umkehrlage der Schwingbewegungen dargestellt. Die Schwingwegamplituden der Arbeitsmasse ma bzw. der Freischwingmasse mf sind mit Aa bzw. Af und die entsprechenden Doppelamplituden mit Ha bzw. Hf bezeichnet. Die Schwingwegamplitude Af ist in der Zeichnung doppelt so groß angenommen wie die Schwingwegamplitude Aa. Mit n = Af/Aa läßt sich die allgemeine Beziehung ableiten: mf = ma/n. Demzufolge gilt für den gezeigten Fall von n = 2 das Verhältnis: mf = ma/2. Wie aus 1a ersichtlich, schwingen die Massen des Zweimassenschwingers 9 phasengleich und gegenläufig. Die größte Entfernung der Massenmittelpunkte ist mit Smax und die kleinste Entfernung ist mit Smin bezeichnet. Bezogen auf den Fall Smin = 0 beträgt die maximale Relativ-Verlagerung der Massenmittelpunkte somit Smax 0 = Ha + Hf und mit Hf = n·Ha: Smax 0 = Ha·(1 + n). Wenn bei einem gewählten Wert n = 2 ein Linearaktuator mit seiner Erregerkraft zwischen den Massen ma und mf wirkend angeordnet ist, kann der bewegliche Teil einen Krafthub He von He = 3·Ha zurücklegen, anstelle von He = Ha für den Fall, daß der stationäre Teil des Linearaktuators mit dem Fundament und der bewegliche Teil mit der Arbeitsmasse ma verbunden wäre. Falls der Linearaktuator mit dem stationären Teil mit dem Fundament und mit dem beweglichen Teil mit der Freischwingmasse mf verbunden ist (wie in 1b angenommen), kann der bewegliche Teil eines Linearaktuators immerhin noch (bei n = 2) einen Krafthub He von He = 2·Ha zurücklegen.
In 1c sind über der Erregerfrequenz fe der Erregersysteme beim Einsatz des Zweimassenschwingers 9 bei einer harmonischen Vibration und bei einer Stoßvibration die Verläufe von Schwingwegamplituden (Ordinate A) und Erregerleistungen (Ordinate P) in der Nähe der Haupteigenfrequenz fn der Schwingsysteme schematisch dargestellt. Die oberen Kurven zeigen die Schwingwegamplituden Vs bzw. Vd für einen Ein- bzw. einen Zweimassenschwinger für den Fall, daß bei vergleichbaren Dämpfungscharakteristika (entsprechend vergleichbaren abgeführten Dämpfungsleistungen D oder Verdichtungsleistungen) bei der Haupteigenfrequenz fn die gleichen maximalen Schwingwegamplituden Amax erreicht werden. Die unteren Kurven repräsentieren die zugehörigen Erregerleistungen Ps bzw. Pd für einen Ein- bzw. einen Zweimassenschwinger, wobei Ps und Pd bei der Haupteigenfrequenz fn einen minimalen Wert aufweisen. Die Kurven zeigen, daß bei vergleichbarer umgesetzter Erregerleistung Pe bei der Erzeugung von gleichen Schwingwegamplituden Ao für den Schwingtisch eines Zweimassenschwingers ein größerer Frequenzbereich ± Δfd im Vergleich zu dem Frequenzbereich ± Δfs für den Schwingtisch eines Einmassenschwingers zulässig ist. Aus den Kurven geht auch hervor, daß für den Fall, daß bei dem Einsatz eines Zweimassenschwingers nur der kleinere Frequenzbereich ± Δfs ausgenutzt werden soll, die Erregerleistung auf einen kleineren Wert Pe d begrenzt werden kann.
Der Verlauf der Schwingwegamplituden Vd bzw. Vs zeigt auch, daß für außerhalb der Frequenzbereiche ± Δfs oder ± Δfd liegende Erregerfrequenzen bzw. Verdichtungsfrequenzen die einer Erregerleistung Pe zugeordneten Erregerkräfte (Fe) die Schwingsysteme nur zu kleineren als dem Wert Ao entsprechenden Schwingwegamplituden A erregen können. Die Frequenzbereiche ± Δfs oder ± Δfd stellen den bei vorgegebener Schwingamplitude Ao "nutzbaren Resonanzbereich" dar. Mit den der Erregerleistung Pe zugeordneten Erregerkräften (Fe) können die Schwingwegamplituden Ao zu Beginn einer Schwingungserregung nicht sofort erreicht werden. Vielmehr werden mit Beginn eines Verdichtungsvorganges bei angewandter maximaler Erregerkraft (Fe) zunächst nur Schwingwegamplituden (Ae) kleiner als Ao erreicht, die jedoch mit jeder Halbperiode wachsen, bis nach entsprechender "Aufschaukelung" der Schwingbewegungen (Ansammlung von gespeicherter kinetischer Energie) die vorgegebene Schwingwegamplitude Ao nach mehreren Halbperioden erreicht wird. Umgekehrt erfordert auch die Reduzierung der Schwingbewegungen auf den Wert Null am Ende eines Verdichtungsvorganges einige Halbperioden, um durch Dämpfung dem Schwingsystem jegliche Schwingenergie zu entziehen.
Bei der in 2 dargestellten Einrichtung zum Verdichten von körnigem Formstoff wird ein vertikal arbeitender Zweimassenschwinger 9 verwendet, der zur Durchführung einer harmonischen Vibration – im Betriebszustand der Hauptvibration – dient. Der Zweimassenschwinger 9 umfaßt eine Freischwingmasse 37 mit einem daran befestigten Kolben 10 als dem beweglichen Teil eines hydraulischen Linearaktuators 12, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel als Gleichlaufzylinder ausgeführt ist, eine Arbeitsmasse ma, bestehend aus einem Schwingtisch 13, einer Grundplatte 14, einer Form 15, dem Formstoff für einen oder mehrere Formkörper 16 und zwei Spanneinrichtungen 18, mit denen die Form 15 und die Grundplatte 14 gegen den Schwingtisch 13 fest verspannt werden können, sowie ein Federsystem 24, welches in diesem Falle aus zwei an den äußeren Enden fest zusammengefügten Blattfedern besteht und welches zur Übertragung von Federkräften in beiden Vertikalrichtungen mit der Freischwingmasse 37 einerseits und mit der Arbeitsmasse ma andererseits fest verbunden ist. Das Federsystem 24 ist "hart" eingestellt und bestimmt maßgeblich die Haupteigenfrequenz des vertikal arbeitenden Zweimassenschwingers 9. Die Arbeitsmasse ma bzw. der Schwingtisch 13 ist über ein – in Bezug zum Federsystem 24 bevorzugt weich eingestelltes Abstützfedersystem 22 gegen ein Fundament 5 abgestützt. Auf der Oberseite des Formstoffs bzw. des nach der Vibration sich daraus ergebenden Formkörpers 16 ist eine Preßplatte 19 aufliegend angeordnet, die mittels einer hydraulischen Preßeinrichtung 6 in vertikaler Richtung verfahren werden und mit einem vorgebbaren Preßdruck beaufschlagt werden kann. Die Preßeinrichtung 6 besteht aus einem Preßkolben 21, einem Zylinderkörper 20 und einer nicht zeichnerisch dargestellten Steuerung zur Beaufschlagung der Zylinderarbeitsräume. Grundplatte 14, Form 15 und Preßplatte 19 bilden eine Formeinrichtung 8. Der mit dem Fundament 5 fest verbundene Rahmen 17, an dem die Preßeinrichtung 6 befestigt ist, überträgt die von der Preßeinrichtung 6 aufzunehmenden Preßkräfte und die aus der Vibration resultierenden Massenkräfte. Der mit Hydrauliköl gefüllte obere Arbeitsraum 23 des Zylinderkörpers 20 wirkt während des Verdichtungsvorganges als eine zusätzliche Federeinrichtung 26, was durch das Federsymbol 27 angedeutet ist.
Der gemäß dem Ausführungsbeispiel von 2 hydraulische Linearaktuator 12, dessen Aktuatorzylinder 28 mit dem Fundament 5 fest verbunden ist, bildet zusammen mit einem Servo-Wegeventil 30 und einer elektrischen Erregersystem-Steuerung 50 mit einem zugeordneten Regler 52 das Erregersystem 7. Das Servo-Wegeventil 30 vermag die beiden Arbeitsräume des Aktuatorzylinders 28 abwechselnd mit einer Fluid-Druckquelle 31 mit regelbarem Druck und einem (drucklosen) Tank 32 zu verbinden. (Als Linearaktuator 12 kommt natürlich auch ein elektrisch betriebener Linearaktuator in Frage, wie er in 3 beschrieben ist.) Bei dem Linearaktuator 12 werden die Erre-gerkräfte bevorzugt mit nicht sinusförmig verlaufenden periodischen Kraftentwicklungsverläufen erzeugt, sondern eher impulsartig. Bedingt u.a. durch die erheblichen Massen der Arbeitsmasse ma werden die Verdichtungskräfte jedoch mit im wesentlichen stetigem Verlauf in den Formkörper 16 eingeführt, so daß auch in diesem Falle der erzeugte Verdichtungsprozeß noch als harmonischen Vibration bezeichnet werden kann.
2 zeigt mit den Hauptbestandteilen der Federeinrichtung 26, der Preßplatte 19, des Formkörpers 16, des Schwingtisches 13 mit allen daran befestigten Bauteilen einschließlich des Abstützfedersystems 22, des Federsystems 24, der Freischwingmasse 37 mit allen daran befestigten Bauteilen und mit dem Linearaktuator 12 ein "Schwingsystem zweiter Art" 38, welches bei der Hauptvibration schwingend zum Einsatz gelangt. Die Federeinrichtung 26 oder ein Teil davon könnte jedoch auch direkt gegen den Schwingtisch 13 abgestützt sein. Bei einer der Hauptvibration vorangehenden Vorvibration kann dagegen ein etwas abgewandeltes "Schwingsystem erster Art" 36 in Aktion sein, welches aus dem "Schwingsystem zweiter Art" 38 dadurch hervorgeht, daß hier die Preßplatte 19 nicht auf dem Formkörper 16 aufliegt.
Während einer Vorvibration, bei welcher die Preßplatte 19 nicht auf dem Formkörper 16 aufliegt, werden durch eine entsprechende Ansteuerung des Servo-Wegeventils 30 durch die abwechselnde Verbindung der beiden Arbeitsräume des Aktuatorzylinders 28 mit der Druckquelle 31 und dem Tank 32 im Linearaktuator 12 periodische Erregerkräfte mit vorgegebener Erregerfrequenz fe erzeugt, die über den Kolben 10 in die Freischwingmasse 37 geleitet werden und diese zur Ausführung von mit der Erregerfrequenz ausgeführten Schwingbewegungen zwingen, was durch den Doppelpfeil 34 angedeutet ist. Die über das Federsystem 24 übertragenen Federverformungskräfte werden auf die Arbeitsmasse ma übertragen und zwingen dieselbe zu eigenen Schwingbewegungen, was durch den Doppelpfeil 35 symbolisiert wird. Durch die physikalischen Gegebenheiten des Zweimassenschwingers 9 bedingt, schwingen die Arbeitsmasse ma und die Freischwingmasse 37 im wesentlichen phasensynchron und gegenläufig, wie in 1 dargestellt, im Takte der Erregerfrequenz fe, die in der Nähe der Haupteigenfrequenz des vertikal arbeitenden Zweimassenschwingers 9 oder mit der Haupteigenfrequenz übereinstimmend vorgegeben ist. Das bevorzugt "weich" eingestellte Abstützfedersystem 22 hat dabei nur einen geringen Einfluß auf die Ausbildung der Haupteigenfrequenz des Zweimassenschwingers 9. Durch die im wesentlichen phasensynchron und gegenläufig getrennt verlaufenden Schwingbewegungen der Arbeitsmasse ma und der Freischwingmasse 37 und die dabei stattfindende Erzeugung von Federkräften an dem Federsystem 24 werden die Massenkräfte beider Massen zum größten Teil innerhalb des Zweimassenschwingers 9 kompensiert. Die Vorverdichtung des Formstoffes erfolgt unter dem Einfluß der Beschleunigungen der Arbeitsmasse ma.
Die bei der Schwingung des Schwingsystems erster Art (und zweiter Art) bei vorgegebener Schwingfrequenz vorzugebende Schwingwegamplitude der Arbeitsmasse ma wird vorzugsweise durch eine entsprechende Regelung der durch den Linearaktuator 12 in das Schwingsystem eingetragenen Erregerenergie bzw.
Erregerleistung eingestellt und eingehalten. Für den Vorgang der Regelung der Soll-Schwingwegamplitude bedarf es dabei der ständigen Messung der Ist-Schwingwegamplitude. Das entsprechende Signal wird durch einen am Rahmen 17 befestigten Wegsensor 33 gewonnen, der z. B. die Wegverlagerung einer Ecke des Schwingtisches 13 erfassen kann. Die Regelung der Schwingwegamplitude erfolgt über einen Regler 52 unter Mitwirkung eines entsprechenden Algorithmus für die Ansteuerung des Servo-Wegeventils 30 und für die Regelung des Druckes in der Druckquelle 31 bevorzugt derart, daß bei jeder Schwingungshalbperiode die notwendige Erregerenergie für den Linearaktuator 12 ermittelt und umgesetzt wird. Zwecks Nutzung einer hohen Leistungsübertragungsfähigkeit des Linearaktuators 12 wird zweckmäßigerweise das Verhältnis q = mf/ma kleiner als 1 gewählt, so daß das Verhältnis n = Af/Aa einen Wert größer als 1 erreicht.
Bei der Arbeitsweise der Einrichtung von 2 während der Hauptvibration, bei welcher die Preßplatte 19 auf dem Formstoff bzw. Formkörper 16 aufliegt, erfolgt die eigentliche Verdichtung unter anderem unter Einwirkung der Beschleunigungen der Arbeitsmasse ma und des Preßdruckes. Das bei der Hauptvibration mit dem Abstützfedersystem 22 und mit der Federeinrichtung 26 sowie mit der Masse der Preßplatte 19 (und der damit verbundenen Bauteile) zusammenarbeitende Zweimassensystem bildet ein Schwingsystem zweiter Art, welches unter dem Einfluß der Erregerkräfte bezüglich des Schwingverhaltens etwas anders reagiert als das Schwingsystem erster Art. Davon ist auch die Haupteigenfrequenz fn2 des ganzen Schwingsystem zweiter Art betroffen, die aber auch in diesem Falle von der Haupteigenfrequenz fn des Zweimassenschwingers 9 dominiert wird. Die Begrenzung des Mehraufwandes an Erregerleistung auf ein vertretbares Maß zur Einstellung einer vorgegebenen Schwingwegamplitude der Arbeitsmasse ma bei Abweichungen der Erregerfrequenz fe von der Eigenfrequenz fn2, insbesondere auch bei dem Durchfahren eines bestimmten Frequenzbereiches, wird dadurch gewährleistet, daß die Haupteigenfrequenz fn des ganzen Schwingsystems maßgeblich durch die Haupteigenfrequenz des Zweimassenschwingers 9 bestimmt wird.
Bei der in 3 dargestellten Einrichtung erfolgt die Verdichtung mittels Stoßvibration unter Verwendung eines vertikal arbeitenden Zweimassenschwingers 9 im Betriebszustand der Hauptvibration. Der Zweimassenschwinger 9 umfaßt in diesem Falle die als Stoßschwingtisch ausgebildete Arbeitsmasse ma des Schwingtisches 13, die Freischwingmasse 37 mit dem daran befestigten Linearaktuator-Teil 47, sowie das Federsystem 24. Hierbei sind am Rahmen 17 Prallleisten 46 befestigt, welche mit Ausnehmungen 43 versehen sind, durch welche an der Oberseite des Schwingtisches 13 angebrachte Stoßleisten 41 hindurchgreifen und bei der Schwingbewegung des Schwingtisches 13 nach Überwindung eines Luftspaltes 44 gegen die Unterseite der Grundplatte 14 stoßen. Die Grundplatte 14 liegt auf den Prallleisten 46 auf, sofern sie nicht eine durch den Stoß bedingte Aufwärtsbewegung ausführt und dabei von den Prallleisten 46 abhebt. Die auf der Grundplatte 14 aufliegende Form 15 wird über Federn 45, welche sich über an dem Rahmen 17 angebrachte Nasen abstützen, fest auf die Oberseite der Grundplatte 14 gepreßt. Dadurch wird auch während der Eigenbewegung der Grundplatte 14 ein Aneinanderliegen von Form 15 und Grundplatte 14 bewirkt.
Der in der Form 15 befindliche Formstoff bzw. Formkörper 16 wird bei der Hauptvibration über eine Preßplatte 19 mit einem Preßdruck mittels der Preßeinrichtung 6 beaufschlagt. Bei der Ausführungsform von 3 ist ein elektrisch betriebener Linearaktuator 12 vorgesehen. Er besteht aus dem an der Freischwingmasse 37 befestigten "beweglichen Linear-Aktuator-Teil" 47 und aus einem Linearaktuator-Teil 48, der fest mit dem Fundament 5 verbunden ist. Der elektrisch betriebene Linearaktuator 12 von 3 stellt zusammen mit seiner Steuerung 50 und einem zugeordneten Regler 52 das Erregersystem 7 dar. Am Rahmen 17 ist ein Wegsensor 42 angebracht, mit dessen Hilfe die Schwingwegamplitude des Schwingtisches 13 laufend ermittelt werden kann. Das Signal der Schwingwegamplitude, die in diesem Falle die Regelgröße sein möge, wird dem Regler 52 zugeführt, durch den unter Einsatz der Steuerung 50 die Schwingwegamplitude nach einem vorgegebenen Wert und bei einer vorgegebenen Erregerfrequenz geregelt wird. Als Regelgrößen kommen neben der Schwingwegamplitude auch noch andere, von der Schwingbewegung des Schwingtisches 13 (in diesem Falle des "Stoß-Schwingtisches") abgeleitete physikalische Größen in Frage. Als elektrische Linearaktuatoren 12 sind bevorzugt mit Wechselstrom betriebenen Linearmotoren vorgesehen. Für die elektrischen Linearaktuatoren 12 kommt bevorzugt ein spezielles Ansteuerverfahren zur Anwendung, durch welches erreicht wird, daß den Linearaktuatoren 12 bei jeder Halb- oder Vollperiode genau der zur Einhaltung der Regelgröße benötigte Energiebetrag bzw. Leistungsbetrag zugeführt (oder entzogen) wird. Auch hierbei kann das Verhältnis q = mf/ma kleiner als 1 gewählt sein, so daß das Verhältnis n = Af/Aa einen Wert größer als 1, z. B. n = 2 erreicht.
Die Regelung eines Parameters der Schwingbewegung des Schwingtisches 13 kann auch dadurch bewirkt werden, daß bei konstanter Zufuhr von Erregerleistung durch einen Erregeraktuator zusätzlich ein Dämpfungsaktuator vorgesehen sein kann, dessen Dämpfungsleistung geregelt wird.
Die Arbeitsweise der Einrichtung bei der Vorvibration und bei der Hauptvibration ist folgende: Durch eine entsprechende Ansteuerung des elektrischen Linearaktuators 12 werden periodische Erregerkräfte mit vorgegebener Erregerfrequenz fe erzeugt, die in die Freischwingmasse 37 geleitet werden und diese zur Ausführung von mit der Erregerfrequenz ausgeführten Schwingbewegungen zwingen, was durch den Doppelpfeil 34 angedeutet ist. Die über das Federsystem 24 übertragenen Federverformungskräfte werden auf die Arbeitsmasse ma übertragen und zwingen dieselbe zur Durchführung von eigenen Schwingbewegungen, was durch den Doppelpfeil 40 symbolisiert wird. Durch die physikalischen Gegebenheiten des Zweimassenschwingers 9 bedingt, schwingen die Arbeitsmasse ma und die Freischwingmasse 37 im wesentlichen phasensynchron und gegenläufig, wie in 1a dargestellt, im Takte der Erregerfrequenz fe, die in der Nähe der Haupteigenfrequenz des vertikal arbeitenden Zweimassenschwingers 9 oder mit der Haupteigenfrequenz übereinstimmend vorgegeben ist. Das bevorzugt "weich" eingestellte Abstützfedersystem 22 hat dabei kaum einen Einfluß auf die Ausbildung der Haupteigenfrequenz des Zweimassenschwingers 9.
Durch die im wesentlichen phasensynchron und gegenläufig getrennt verlaufenden Schwingbewegungen der Arbeitsmasse ma und der Freischwingmasse 37 und die dabei stattfindende Erzeugung von Federkräften an dem Federsystem 24 werden die Massenkräfte beider Massen zum größten Teil innerhalb des Zweimassenschwingers 9 kompensiert. Die Verdichtung des Formstoffes erfolgt unter dem Einfluß der durch die Stoßleisten 41 in die Grundplatte 14 eingeleiteten und durch die bei dem Zurückfallen der Grundplatte 14 auf die Prallleisten 46 erzeugten Stöße, sowie durch den Preßdruck. Die Begrenzung des Mehraufwandes an Erregerleistung auf ein vertretbares Maß zur Einstellung einer vorgegebenen Schwingwegamplitude der Arbeitsmasse ma bei Abweichungen der Erregerfrequenz fe von der Haupteigenfrequenz fn, insbesondere auch bei dem Durchfahren eines bestimmten Frequenzbereiches, wird dadurch gewährleistet, daß die Haupteigenfrequenz fn des ganzen Schwingsystems maßgeblich durch die Haupteigenfrequenz des Zweimassenschwingers 9 bestimmt wird.
Bei den in Zusammenhang mit den 2 und 3 beschriebenen Einrichtungen wird das Abstützfedersystem 22 bevorzugt als Gummipuffer ausgebildet und die Freischwingmassen 37 können bei der Einleitung der Erregerkräfte vom Erregeraktuator direkt in die Freischwingmasse 37 im Extremfall aus einer anteiligen Federmasse des Federsystems 24 und dem daran befestigten Teil des Erregeraktuators bestehen.
Diese Einrichtungen erzielen ihren Verdichtungseffekt durch eine Vibration des Formstoffes in vertikaler Richtung und durch Einwirkung einer Preßkraft von oben. Zwecks Erzielung besonderer Verdichtungseffekte ist es möglich, einen wie zuvor beschriebenen Zweimassenschwinger zur horizontalen Vibration des Formstoffes bzw. der Form, mit Verwendung eines von oben auf den Formkörper wirkenden Preßdruckes, einzusetzen. Dies kann in einer ersten Ausführungsform derart geschehen, daß die Form 15 mit dem Formkörper 16 bei ihren horizontalen Schwingbewegungen relativ zu einer Unterlage, z. B. einer Grundplatte 14, bewegbar ist. In diesem Falle stellt die Form 15 zusammen mit dem Formkörper 16 den wesentlichen Teil der Arbeitsmasse ma eines horizontal arbeitenden Zweimassenschwingers dar und es handelt sich dabei dann um eine "horizontale harmonische Formvibration".
Bei einer zweiten Ausführungsform kann die Form 15 mit der Grundplatte 14 gegen eine in horizontaler Richtung synchron mitschwingende weitere Unterlage fest zusammengespannt sein, welche Unterlage z. B. der in 2 gezeigte Schwingtisch 13 für die Durchführung der sogenannten harmonischen Vibration sein kann. In diesem Falle stellt die Form 15 zusammen mit dem Formkörper 14 und der Unterlage bzw. dem Schwingtisch 13 den wesentlichen Teil der Arbeitsmasse ma eines Horizontal-Zweimassenschwingers dar. Diese Ausführungsform kann auch als "horizontale harmonische Tischvibration" bezeichnet werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Einrichtung mit einem horizontal arbeitenden Zweimassenschwinger kann es einerseits vorgesehen sein, daß dieselben Formkörper 14 in derselben Form 15 zusätzlich noch, entweder gleichzeitig oder nacheinander mit einer Vibration des Formstoffes in vertikaler Richtung verdichtet werden, oder kann es andererseits vorgesehen sein, daß in der gleichen Einrichtung unter Verwendung derselben oder einer anderen Form 15 Formkörper 16 bei einem (auch zeitlich gesehen) anderen Produktionsvorgang mit einer Vibration des Formstoffes in vertikaler Richtung verdichtet werden. Neben den anhand von 4 beschriebenen vertikalen Schwingsystemen kommen dabei für eine Vibration des Formstoffes in vertikaler Richtung noch in Frage: Eine vertikale Formvibration mit Stößen des Formkörpers gegen den "Palettentisch", wie in EP 1 118 439 A1 beschrieben, und eine vertikale Stoßverdichtung mit einem unter die Grundplatte stoßenden Stoß-Schwingtisch, wobei in beiden Fällen beliebige Erregersysteme einschließlich des hier beschriebenen Zweimassenschwinger-Erregungsprinzips eingesetzt werden können.
Die in 4 dargestellte Einrichtung dient zum Erzeugen von horizontalen Schwingungsbewegungen an einer Form 15 mit Formkörper 16 unter Einsatz eines horizontal arbeitenden Zweimassenschwingers 9 in der oben erwähnten Ausfüh rungsform der "horizontalen harmonischen Tischvibration". Der linke Teil der gezeigten Anordnung umfaßt im wesentlichen Funktionsgruppen, die bereits in 2 dargestellt sind. Die Arbeitsmasse ma des horizontal arbeitenden Zweimassenschwingers 9 umfaßt im wesentlichen den Schwingtisch 13, der über Federelemente 56 gegen das Fundament 5 oder ein damit verbundenes Maschinenteil abgestützt ist, die Grundplatte 14, die Form 15 mit einem Formkörper 16, die Preßplatte 19, zwei Spanneinrichtungen 18 und eine Kuppeleinrichtung 60. Mit den Spanneinrichtungen 18 kann die Verspannung der Form 15 gegen die Grundplatte 14 durch einen Schaltvorgang durchgeführt und auch wieder gelöst werden, so daß der Formkörper 14 (in nicht dargestellter Weise) zum Zwecke der Entformung aus der Form 15 durch eine Relativbewegung von Preßplatte 19 und Form 15 nach unten entfernt werden kann. Die (weich eingestellten) Federelemente 56 sind hier derart ausgebildet, daß sie neben einer vertikalen Deformation auch einer horizontalen Deformation unterworfen werden können, um damit auch eine horizontale Schwingbewegung 53 des Schwingtisches 13 bzw. der Arbeitsmasse ma zu ermöglichen. Ebenfalls zum Zwecke der Ermöglichung einer horizontalen Schwingbewegung wird die Preßplatte 19 von dem Preßkolben 21 der Preßeinrichtung 6 nicht direkt angetrieben, sondern über Stege 54, die bei der Übertragung der Preßkraft beim Schwingen der Arbeitsmasse ma in der durch den Doppelpfeil 53 angedeuteten horizontalen Richtung unter geringem Widerstand elastisch verformt werden können.
Die Preßeinrichtung 6 stützt sich (in nicht dargestellter Weise) über den Rahmen 17 gegen das Fundament 5 ab, ähnlich, wie es in 2 gezeigt ist. Alternativ kann der Schwingtisch 13 auch zeitversetzt oder simultan mit der horizontalen Schwingung zwecks Erzeugung eines Verdichtungseffektes auf unterschiedliche Weise in vertikale Schwingungen versetzt werden. In einem Falle ist die Arbeitsmasse ma des Schwingtisches 13 gleichzeitig die Arbeitsmasse eines zeichnerisch nicht vollständig dargestellten vertikal arbeitenden Zweimassenschwingers, der die Arbeitsmasse ma in vertikaler Richtung, symbolisiert durch den Doppelpfeil 59, zu Schwingungen erregen kann. Bezüglich des vollständigen Vertikal-Zweimassen schwingers sei angenommen, daß er ganz ähnlich aufgebaut ist und auch betrieben wird, wie dies in 2 beschrieben ist. Der Doppelpfeil 58 deutet die Übertragung der vertikalen Erregerkräfte auf die Arbeitsmasse ma an, wobei bezüglich dieser Erregerkräfte angenommen sei, daß sie unmittelbar durch eine am Schwingtisch 13 befestigte Feder übertragen werden, so, wie dies anhand des Federsystem 24 in 2 für die harmonische Vibration gezeigt ist. Der Doppelpfeil 58 könnte aber auch stellvertretend sein für eine vertikale Stoßvibration, bei der Stoßleisten eines weiteren (nicht dargestellten) Stoß-Schwingtisches durch in dem Schwingtisch 13 angebrachte Ausnehmungen von unten gegen die Grundplatte 14 stoßen, wie in 3 dargestellt. Die Erregung des Stoß-Schwingtisches könnte wie in 3 dargestellt oder auch gemäß WO 02/38346 A1 erfolgen.
Die Freischwingmasse mf wird in 4 im wesentlichen verkörpert durch ein Masse-Teil 62, an dem das erste Linearaktuator-Teil 48 des elektrisch betriebenen Linearaktuators 12 befestigt ist, wobei beide Teile zusammen beim Schwingbetrieb des horizontal arbeitenden Zweimassenschwingers 9 eine durch den Doppelpfeil 70 gekennzeichnete horizontale Schwingbewegung durchführen. Diese horizontale Schwingbewegung 70 wird durch eine horizontale Geradführung ermöglicht, die dadurch realisiert ist, daß das Masse-Teil 62 durch zwei in horizontaler Richtung biegeelastisch ausgebildete Stützkörper 63 gegen das Fundament 5 abgestützt ist. An dem Masse-Teil 62 ist noch ein Zusatzmasse-Teil 64 befestigt, welches abnehmbar ist. Hierdurch kann, falls erwünscht, die Haupteigenfrequenz verändert werden. Diese Maßnahme kann natürlich bei jeder Art von Zweimassenschwinger 9 angewendet werden. Die horizontale Schwingbewegung 53 kann durch einen Sensor 68 erfaßt werden, der an einem Halteelement 65 befestigt ist, das seinerseits mit dem Fundament 5 fest verbunden ist. Der horizontale Schwingweg 53 oder eine seiner zeitlichen Ableitungen kann alternativ auch durch ein z. B. im Schwingtisch 13 untergebrachten Sensor 74 erfaßt werden, wobei dieser z. B. ein Beschleunigungssensor ist.
Das zweite Linearaktuator-Teil 47 ist an seinem rechten Ende durch einen biegewilligen und federelastischen Stützkörper 66 in vertikaler Richtung abgestützt und an seinem linken Ende mittels zweier gummielastischer Federelemente 72 mit der Kuppeleinrichtung 60 in folgender Weise verbunden: Bei der Übertragung der horizontal wirkenden Erregerkraft über das zweite Linearaktuator-Teil 47 auf die Arbeitsmasse ma erfolgt keine merkliche Verformung der gummielastischen Federelemente in horizontaler Richtung, so daß das zweite Linear-Aktuator-Teil 47 bewegungsgleich mit dem Schwingtisch 13 in horizontaler Richtung schwingen kann, wobei diese gemeinsame horizontale Schwingbewegung durch den Doppelpfeil 53 angedeutet ist. Gleichzeitig wird jedoch durch die gummielastischen Federelemente 72 eine Art elastisches Drehgelenk realisiert, so daß bei einer Durchführung von vertikalen Schwingbewegungen des Schwingtisches 13 der zweite Linear-Aktuator-Teil 47 mit Drehpunkt an seiner linken Seite geringfügig relativ zu dem Schwingtisch 13 verschwenkt werden kann. Die Durchführung der geringfügig ausfallenden Schwenkbewegung wird im ersten Linearaktuator-Teil 48 dadurch ermöglicht, daß in seinem Inneren der zweite Linearaktuator-Teil 47 mit einem ausreichend großen beiderseitigen Luftspalt 69 frei beweglich ist.
An der Arbeitsmasse ma einerseits und der Freischwingmasse mf andererseits ist das bei dieser Ausführungsform in horizontaler Richtung wirkende Federsystem 24 befestigt, welches zur Übertragung von Federkräften in beiden Richtungen auch ähnlich wie das Federsystem 24 in 3 gestaltet sein könnte, welches "hart" eingestellt ist, und durch welches (außer durch die Massen ma und mf) die Haupteigenfrequenz des horizontal arbeitenden Zweimassenschwingers 9 maßgeblich festgelegt ist. Bei der im wesentlichen gegenläufig und synchron verlaufenden Schwingbewegung der Arbeitsmasse ma und der Freischwingmasse mf führt letztere eine horizontale Schwingbewegung durch, die durch den Doppelpfeil 70 angedeutet ist. Im Gegensatz zu dem vertikal arbeitenden Zweimassenschwinger 9 von 3 stützt sich gemäß 4 die vom Linearaktuator 12 entwickelte Erregerkraft nicht gegen das Fundament 5 ab, sondern sie wirkt direkt zwischen der Arbeitsmasse ma und der Freischwingmasse mf. (Wollte man diese abweichende Arbeitsweise in 1b zum Ausdruck bringen, so müßte man sich dort die periodische Erregerkraft f(t) zwischen den die beiden Massen symbolisierenden Punkten ma und mf und parallel zur Wirkrichtung des Federsystems 24 angreifend vorstellen. Ansonsten blieben alle Aussagen, die zum Zweimassenschwinger allgemeinen, z. B. auch zu 1a bis 1c und zu den 2 und 3 mit Bezug auf die vertikal arbeitenden Zweimassenschwinger gemacht wurden, auch für den horizontal arbeitenden Zweimassenschwinger 9 zutreffend.) Für die elektrische Ansteuerung und die Betriebsweise des elektrisch betriebenen Linearaktuators 12 gilt sinngemäß das Gleiche, wie im Zusammenhang mit dem Betrieb des elektrisch betriebenen Linea-aktuators 12 in 3 beschrieben.
Der horizontal arbeitende Zweimassenschwinger 9 soll (wie der vertikal arbeitende Zweimassenschwinger auch) bevorzugt als Resonanz-Zweimassenschwinger arbeiten, wobei die Erregerfrequenz bzw. die Schwingfrequenz in der Nähe oder an der Stelle der Haupteigenfrequenz des Zweimassenschwingers 9 gelegen ist. Dabei soll die Schwingwegamplitude oder eine davon abgeleitete physikalische Größe der Arbeitsmasse ma oder der Freischwingmasse mf nach vorgegebenen Werten regelbar sein durch einen Regelkreis, in den auch die durch den Sensor 68 oder 74 gewonnenen Informationen mit einbezogen sind. Der horizontal arbeitende Zweimassenschwinger 9 kann bei einer Vorvibration und/oder der Hauptvibration alleine oder zusammen mit einem vertikal arbeitenden Schwingungserreger für die Schwingungserregung der Arbeitsmasse ma in der Richtung des Doppelpfeils 59 eingesetzt werden. Bei gleichzeitiger Erregung der Arbeitsmasse ma in vertikaler und horizontaler Richtung ist die Erregung beider Schwingungserreger mit gleicher Frequenz empfehlenswert. Dabei ist es vorteilhaft, die Schwingungsverläufe beider Schwingungsbewegungen mit einer Phasenwinkel-Differenz mit einem vorgegebenen konstanten Wert durchzuführen, wobei der effektivste Betrag für die Phasenwinkeldifferenz am besten durch Versuche ermittelt wird.
Die Übertragung der vom Linearaktuator 12 entwickelten Erregerkraft auf die Arbeitsmasse ma kann auch direkt auf die Form 15 bzw. auf ein mit dieser verbundenes Bauteil über eine Kupplungseinrichtung erfolgen, womit eine "harmonische horizontale Formvibration" realisiert wird. Um ein Abheben der Form 15 von der Grundplatte 14 zum Zwecke der Entformung des Formkörpers 16 aus der Form 15 zu ermöglichen, kann für diesen Fall die Kupplungseinrichtung lösbar mit der Form 15 verbunden sein.
Anstelle eines Horizontal-Zweimassenschwingers 9 kann auch an gegenüberliegenden Seiten des Schwingtischs 13 jeweils ein Horizontal-Zweimassenschwinger 9 angreifen, wobei diese beiden bewegungssynchronisiert sind, d. h. in dieselbe Richtung arbeiten.
Der Einsatz eines horizontal arbeitenden Zweimassenschwingers 9 für die horizontale Verdichtungsvibration ist u.a. auch deshalb besonders vorteilhaft, weil durch die phasensynchron und gegenläufig getrennt verlaufenden Schwingbewegungen der Arbeitsmasse ma und der Freischwingmasse mf und die dabei stattfindende Erzeugung von Federkräften (an dem horizontal wirkenden Federsystem 24) die Massenkräfte beider Massen zum größten Teil innerhalb des Horizontal-Zweimassenschwingers 9 kompensiert werden können. Dadurch bedingt kann man erreichen, daß das Maschinengestell nur geringfügig zu Querschwingungen erregt wird. Verbunden mit einer Abänderung der Wirkung des horizontal wirkenden Federsystems 24 können noch andere Federelemente an der Arbeitsmasse ma und der Freischwingmasse mf mitwirken (wie z.B die Federelemente 56 und die biegeelastischen Stützkörper 63) und dabei die Haupteigenfrequenz des horizontal arbeitenden Zweimassenschwingers 9 mitbestimmen. Gegenüber einem Erregersystem mit einem elektrischen Linearaktuator 12, dessen einer Teil sich gegen den Schwingtisch 13 und dessen anderer Teil sich gegen ein im wesentlichen sich starr verhaltendes Organ, wie z. B. gegen den Maschinenrahmen oder das Fundament 5 abstützt, bringt der horizontal arbeitende Zweimassenschwinger 9 noch folgenden Vorteil in Form einer besseren Motorausnutzung mit sich: Mit Blick auf 1a erkennt man, daß der Linearaktuator 12 einen Krafthub entsprechend der Summe der Doppelamplituden Ha + Hf ausführen kann, wobei der Krafthub noch weiter vergrößert werden kann, wenn man den Betrag der Doppelamplitude Hf dadurch noch weiter erhöht, indem man das Verhältnis ma/mf möglichst groß, z. B. ma/mf = 4 macht (siehe Erläuterung zu 1a).
Der Haupteigenfrequenz fn des Zweimassenschwinger 9 ist die Haupteigenkreisfrequenz ωn = 2·n·fn zugeordnet. Mit c1 als der Federrate des Federsystems 24, mit der Arbeitsmasse ma und mit der Freischwingmasse mf gilt bei freier Schwingung des Zweimassenschwingers 9 die Beziehung für die zugehörige Haupteigenkreisfrequenz ωn:
Für den Frequenzbereich einer Erregerkreisfrequenz Ω (entspricht der Kreisfrequenz der erzwungenen Schwingung), der noch als in der Nähe der Haupteigenkreisfrequenz ωn gelegen ist, lassen sich zweckmäßigerweise in etwa folgende obere Erregerkreisfrequenz Ωo und untere Erregerkreisfrequenz Ωu als Grenzwerte annehmen: Ωo = 1,4·ωn·0,95 und
Die maximale obere Abweichung ΔΩo der Erregerkreisfrequenz von der Haupt-Eigenkreisfrequenz ωn beträgt dann ΔΩo = 33% von ωn. Die maximale untere Abweichung ΔΩu der Erregerkreisfrequenz von der Haupteigenkreisfrequenz ωn ist, wie man zeigen kann, unabhängig vom Betrag von ωn und ma, jedoch abhängig vom Verhältnisfaktor x = ma/mf. Für die ganzzahligen fortlaufenden Beträge für x von x = 1 bis x = 5 ergeben sich folgende Beträge für ΔΩu in %: 25,7/14,3/9,1/6,1/4,1.
Die in 2 bis 4 verwendeten strichpunktierten Linien deuten Befestigungsmittel zur festen Verbindung unterschiedlicher Bauteile an.
Generell kann beim Einsatz des Zweimassenschwingers 9 ein Großteil der auf den Rahmen und/oder das Fundament zu übertragenden Schwingkräfte der Arbeitsmasse (Schwingtisch) durch die Massenkräfte der im wesentlichen phasensynchron und gegenläufig mitschwingenden Freischwingmasse kompensiert werden. Dies bedeutet einen verbesserten Vibrationsschutz der mit dem Rahmen verbundenen anderweitigen Funktionsbaugruppen und des Fundamentes.
Die Haupteigenfrequenz fn des ganzen Schwingsystems der Einrichtung zum Verdichten wird maßgeblich (bei der Stoßvibration noch mehr als bei der harmonischen Vibration) bestimmt durch die Haupteigenfrequenz des Zweimassenschwingers 9. Eine Abweichung ±Δf der Erregerfrequenz (= Verdichtungsfrequenz) fe von der Haupteigenfrequenz bei gleichzeitiger Einhaltung einer vorgegebener Schwingamplitude der Arbeitsmasse ma bedeutet eine notwendige Erhöhung der Erregerleistung. Dabei kann die Abweichung ±Δf bedingt sein durch eine produktabhängige Schwankung der Arbeitsmasse ma oder durch prozeßbedingtes Schwingen mit und ohne Preßstempel (bei der harmonischen Vibration) oder bedingt sein durch die Notwendigkeit, während des Verdichtungsvorganges einen Frequenzbereich durchfahren zu müssen.
Die Erregerleistung wächst hierbei exponentiell mit dem Betrag der Abweichung ±Δf (siehe auch 1c). Für eine bestimmte Abweichung +Δf und –Δf der Erregerfrequenz fe von der Haupteigenfrequenz fn ist der Mehraufwand an Erregerleistung zur Einstellung einer vorgegebenen Amplitude bei der Anwendung eines Zweimassenschwingers 9 erheblich geringer als bei der Anwendung eines Einmassenschwingers. Die mögliche Verringerung der Erregerleistung in diesem Falle ist umso größer, je kleiner das Verhältnis von mf zu ma ist. Dieser Sachverhalt äußert sich bei Anwendung des Zweimassenschwingers 9 bei der harmonischen Vibration auch in dem Sinne, daß eine bestimmte Abweichung +Δma und –Δma der Arbeitsmasse von einem Mittelwert ma eine geringere Veränderung der Haupteigenfrequenz fn bedeutet im Vergleich zur Anwendung eines Einmassenschwingers. Die hieraus resultierende Verbesserung bedeutet bei vergleichbaren Abweichungen ± Δf oder ± Δm entweder eine Verringerung des Mehraufwandes an Erregerleistung oder bei vergleichbarem Mehraufwand an Erregerleistung eine zulässige Vergrößerung der Abweichungen ± Δf oder ± Δm.
Beim Einsatz eines Zweimassenschwingers 9 kann zwecks Erreichens einer bestimmten Haupteigenfrequenz des Zweimassenschwingers 9 das Verhältnis der Massen mf zu ma unter gleichzeitiger Veränderung der Federkonstante des Federsystems 24 in bestimmten Grenzen beliebig gestaltet werden (siehe auch 1a). Von dem Verhältnis mf zu ma sind dabei auch die Schwingwegamplituden Aa der Masse ma und Af der Masse mf abhängig. Wenn man das Verhältnis q = mf/ma kleiner als 1 macht, was bevorzugt ist, vergrößert sich das Verhältnis n = Af/Aa über den Wert 1 hinaus. Wählt man die Massen mf und ma derart, daß z. B. das Verhältnis n = 2 wird (anstatt n = 1 bei dem Verhältnis q = 1) und verbindet in diesem Falle den stationären Teil eines Linearaktuators 12 mit dem Fundament 5 und den beweglichen Teil des Linearaktuators 12 mit der Freischwingmasse mf (wie in 2 gezeigt), so vermag der bewegliche Teil bei seiner Bewegung einen doppelt so hohen Weg zurückzulegen im Vergleich mit der Alternative, wo er mit der Arbeitsmasse ma verbunden wäre. Dies bedeutet im Vergleich mit der Alternative eine doppelt hohe Nutzung der Leistungsübertragungsfähigkeit des Linearaktuators 12. Insbesondere bei einem elektrischen Linearaktuator 12 bedeutet dies in etwa eine Halbierung der hohen Kosten für diesen und sein Ansteuergerät. Eine noch höher als doppelt (für den Fall n = 2) so hohe Nutzung der Leistungsübertragungsfähigkeit des Linearaktuators 12 läßt sich erzielen, wenn die Kraftübertragung des Linearaktuators 12 unmittelbar zwischen den Massen ma und mf geschieht, wobei beide Teile des Linearaktuators 12 mit den schwingenden Massen ma bzw. mf verbunden sind.
Die Schwingwegamplitude der Arbeitsmasse ma oder der Freischwingmasse mf (Aa oder Af in 1a) oder eine andere physikalische Größe, die von der Schwingbewegung der Arbeitsmasse ma oder der Freischwingmasse mf abgeleitet ist, kann man als Regelgrößen vorsehen, die mittels eines Sensors erfaßbar und unter Verwendung des Sensorsignals durch den Reglerteil der Steuerung des Erregersystems nach vorgegebenen Werten geregelt sind. Man kann auch für die Schwingwegamplitude der Arbeitsmasse ma oder der Freischwingmasse mf (Aa oder Af in 1a) oder eine andere physikalische Größe, die von der Schwingbewegung der Arbeitsmasse ma oder der Freischwingmasse mf abgeleitet ist, einen vorgebbaren Grenzbetrag vorsehen, der mittels eines Sensors erfaßbar und dessen Sensorsignal durch ein Organ der Steuerung 50 des Erregersystems auswertbar ist, derart, daß der Grenzbetrag nicht überschreitbar ist oder daß das Erregersystem bei Überschreiten abgeschaltet wird.
Für den Fall, daß die Linearaktuatoren als elektrische Linear-Aktuatoren ausgebildet sind, kann ein spezielles Ansteuerverfahren zur Anwendung gelangen, durch welches bewirkt wird, daß den elektrischen Linearaktuatoren bei jeder Halb- oder Vollperiode ein vorher durch einen Regelalgorithmus ermittelter, zur Einhaltung des vorgegebenen Betrages der Regelgröße benötigter, bestimmter Energiebetrag bzw. Leistungsbetrag zugeführt wird.
Bei der Verdichtungsvibration können die Erregertrequenzen als konstante Werte oder als ein zu durchfahrender Frequenzbereich (Δf in 1c) vorgegeben werden.
Das Massenverhältnis von Arbeitsmasse ma und Freischwingmasse mf kann derart gewählt werden, daß die Schwingwegamplitude Af (1a) der Freischwingmasse mf größer als die Schwingwegamplitude Aa (1a) der Arbeitsmasse ma ausgebildet ist oder daß das Verhältnis ma/mf der Arbeitsmasse ma zur Freischwingmasse mf größer oder gleich ma/mf = 2 ist.
Die Preßeinrichtung kann durch einen zugeordneten Steuerungsteil gesteuert oder zur Erzeugung einer Bewegung der Preßplatte und eines vorgebbaren Preßdruckes geregelt sein, wobei der Preßdruck auch als eine prozeßabhängige oder zeitabhängige Größe vorgegeben sein kann.
Ferner wird bevorzugt, daß der Erregeraktuator aus der Gruppe umfassend einen elektrischen, hydraulischen, pneumatischen Aktuator oder einen Unwuchterreger ausgewählt ist, wobei der Erregeraktuator ein Linearaktuator sein kann, der als Linearmotor (etwa als Dreiphasen-Wechselstrom-Linearmotor) ausgebildet sein kann. Der Unwuchterreger ist vorteilhafterweise während seiner Rotation verstellbar.
Die Federkraft der Federeinrichtung 26 kann auch durch das magnetische Feld im Luftspalt eines elektrischen Motors erzeugt sein, durch welchen elektrischen Motor bevorzugt zugleich auch die Vorspannung der Preßplatte in Richtung auf den Schwingtisch erzeugt wird. Dabei kann der elektrische Motor ein elektrischer Linearmotor sein, wie er in 3 als Linearaktuator 12 vorgesehen ist und der bewegliche "zweite Linearaktuator-Teil" (wie er in 3 mit 47 bezeichnet ist) kann die Vorspannung der Preßplatte mit einem vorgebbaren Betrag erzeugen.

Claims

Einrichtung zum Verdichten von körnigen Formstoffen in einer Form (15) zu wenigstens einem Formkörper (16), umfassend ein Erregersystem (7), mit dem der Formstoff mittels erzwungener Schwingungen verdichtbar ist, wobei ein Zweimassenschwinger (9) aus einer Arbeitsmasse und einer Freischwingmasse (37) gebildet ist, die durch ein Federsystem (24) miteinander gekoppelt sind und im wesentlichen phasengleich und gegenläufig schwingen, wobei die Arbeitsmasse die Masse eines Schwingtisches (13) für die Form (15) und/oder die Masse der Form (15) und des darin eingefüllten Formstoffs umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Massen und das Federsystem (24) des Zweimassenschwingers (9) derart abgestimmt sind, daß die Haupteigenfrequenz des Zweimassenschwingers (9) zumindest in der Nähe einer vorbestimmten Verdichtungsfrequenz liegt, und daß eine Preßeinrichtung (6), die eine auf den in der Form (15) befindlichen Formstoff einwirkende Preßplatte (19) umfaßt, vorgesehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingtisch (13) durch ein Abstützfedersystem (22) gegen eine feststehende Fläche abgestützt ist, wobei der Einfluß des Abstützfedersystems (22) auf das Schwingverhalten des Zweimassenschwingers (9) gering ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßplatte (19) über eine Federeinrichtung (26) in Richtung auf den Schwingtisch (13) vorgespannt ist.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung (26) gegen den Schwingtisch (13) abgestützt ist.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung (26) gegen eine feststehende Fläche abgestützt ist.
Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung (26) durch auf einen Preßkolben (21) wirkende Hydraulikflüssigkeit in einem Vorspannzylinder (20) für die Preßplatte (19) gebildet wird.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (15) auf dem Schwingtisch (13) aufspannbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Federsystem (24) ein Blattfedersystem ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (15) eine hiervon getrennt ausgebildete Grundplatte (14) umfaßt.
Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Prallleisten (46) zum Aufliegen der Grundplatte (14) vorgesehen sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung (50) für das Erregersystem (7), durch die bei einer vorgegebenen Verdichtungsfrequenz die Erregerleistung veränderbar ist, vorgesehen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregersystem (7) eine Steuerung (50) aufweist, die zum Schwingen des Zweimassenschwingers (9) im Bereich der sich durch den Einfluß einer geänderten Masse des Formstoffs, der Form (15) bzw. der Preßeinrichtung (6) ergebenden, veränderten Haupteigenfrequenz ausgelegt ist.
Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (50) einen Regler (52) für die dem Erregersystem (7) zuzuführende Erregerenergie aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingwegamplitude des Zweimassenschwingers (9) die Regelgröße ist.
Einrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelung wenigstens eines Parameters der Schwingbewegung des Zweimassenschwingers (9) vorgesehen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmasse größer als die Freischwingmasse ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Arbeitsmasse zu Freischwingmasse > 2 ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweimassenschwinger (9) ein Vertikal-Zweimassenschwinger ist.
Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein horizontal wirkender Schwinger vorgesehen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweimassenschwinger (9) ein Horizontal-Zweimassenschwinger ist.
Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein vertikal wirkender Schwinger vorgesehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 19 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Schwinger aus der Gruppe umfassend einen Zweimassenschwinger, einen linearen Einmassenschwinger und einen Unwuchtschwinger ausgewählt ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (15) in Schwingungen versetzbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingtisch (13) mit der Form (15) in Schwingungen versetzbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingtisch (13) als Stoß-Schwingtisch ausgebildet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßplatte (19) horizontal beweglich ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Freischwingmasse (37) durch eine horizontale, elastische Abstützung (63) geradegeführt ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß an gegenüberliegenden Seiten des Schwingtischs (13) jeweils ein Horizontal-Zweimassenschwinger (9) angreift, wobei die beiden Horizontal-Zweimassenschwinger (9) bewegungssynchronisiert sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregersystem (7) mit einer Masse aus der Gruppe gebildet durch die Arbeitsmasse, die Freischwingmasse (37) und die Kombination von Arbeitsmasse und Freischwingmasse gekoppelt ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregersystem (7) wenigstens einen Erregeraktuator umfaßt.
Einrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregeraktuator aus der Gruppe umfassend einen elektrischen, hydraulischen, pneumatischen Aktuator oder einen Unwuchterreger ausgewählt ist.
Einrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregeraktuator ein Linearaktuator ist.
Einrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearaktuator ein Linearmotor ist.
Einrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Unwuchterreger während seiner Rotation verstellbar ist.