DE1955772A1

DE1955772A1 - Ruettel- oder Vibrationsgeraet mit einer Anzahl von Schwingantrieben

Info

Publication number: DE1955772A1
Application number: DE19691955772
Authority: DE
Inventors: Shigeki Nishitake; Goro Oshima
Original assignee: Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1968-11-09
Filing date: 1969-11-06
Publication date: 1970-05-27
Also published as: US3659465A

Description

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KABUSHIKI ICAISHA YASKAWA DENKI SEISAKUSHO, Fukuoka-Ken, Japan

Rüttel- oder Vibrationsgerät mit einer Anzahl von Schwingantrieben

Die Erfindung betrifft ein Rüttel- oder Vibrationsgerät mit einer Anzahl von Schwingantrieben.

Es ist bekannt, Förderbänder oder Förderrinnen zum Antrieb mit einer Anzahl von magnetischen Vibratoren auszurüsten. Die magnetischen Vibratoren werden gewöhnlich von ein und derselben elektrischen Stromquelle gespeist, so daß die von diesen magnetischen Vibratoren erzeugten Kräfte notwendigerweise synchron sind und die gleiche Phase haben.

Diese bekannten Fördergeräte haben den Nachteil, daß die Schwing- oder Rüttelkräfte verhältnismäßig klein sind und daß die Kapazität der Geräte in Vergleich mit solchen Geräten beschränkt ist, bei denen die Schwingkräfte mit Hilfe von unlaufenden Antrieben erzeugt werden, die zum Beispiel aus einem Induktionsmotor mit Exzentergewicht bestehen. Derartige Antriebe mit umlaufendem Gewicht werden als rotierende Schwingantriebe bezeichnet.

Fiüttel- oder Vibrationsgeräte mit einer Anzahl von rotierenden Schwingantrieben sind bis jetzt nicht bekannt. Der Grund hierfür liegt darin, daß im Unterschied von dem elektromagnetischen Antrieb die Induktionsmotoren jeweils einen Schlupf gegenüber

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der synchronen Drehzahl haben und daß es daher bei Verwendung dieser Motoren unmöglich ist, die Richtung der Schwungkräfte in der richtigen Weise beizubehalten, d.h. die Winkellage der exzentrischen Gewichte in Synchronismus und bezüglich ihrer Phasenlage in Übereinstimmung zu halten. Wenn man daher eine Anlage mit einem üblichen langen Fördergerät mit Hilfe eines rotierenden Schwingantriebes in Schwingung versetzen wollte, ist es üblich gewesen, Schwingantriebe mit Vibratoren großer Leistung paarweise vorzusehen und diese Antriebe mit einer Anzahl von Resonanzfedern zu kombinieren oder die Anordnung so zu treffen, daß der eine Antrieb eine größere Steifigkeit als der andere Antrieb hat, bzw. diese Antriebe mit einer Anzahl von Resonanzfedern zu kuppeln, so daß zwei schwingende Massensysteme entstehen. Diese Schwinggeräte haben jedoch verschiedene Nachteile, insbesondere weil ihr Aufbau sehr kompliziert ist und weil sie sich nicht für Standardausführungen eignen, da die Geräte der Länge der Fördervorrichtung jeweils einzeln angepaßt werden müssen. Es ist auch nicht möglich, die Länge des Gerätes nach Wahl einzustellen, so daß sie dem Verwendungszweck in einer Fabrik angepaßt werden kann, in der die Schwinggeräte verwendet werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Rüttel- oder Vibrationsgerät anzugeben, das sich für den Aufbau auch langer Förderanlagen eignet und die Nachteile der üblichen Schwinggeräte vermeidet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß an einem Schwingkörper nach Art eines Förderers eine Anzahl verteilter, gegenüberliegender Massekörper über federnde Resonanzglieder angebracht ist, daß das Gerät' auf Schwingschutzvorrichtungen von einem stationären Bauteil getragen wird, und daß rotierende Schwingantriebe mit je einem Induktionsmotor und einem Exzentergewicht vorgesehen und den Massekörpern zugeordnet sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden in Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert.

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In den Zeichnungen sind:

Fig. -1, 2 land 3 schematische Ansichten zur Erläuterung

des Prinzips der Erfindung,

Fig. 4 ist eine Seitenansicht einer Ausfüh

rungsform der Erfindung,

Fig. 5 ist eine vergrößerte Darstellung eines_#

Einzelteils der Anordnung nach Fig. 4,

Fig. 6 ist eine Seitenansicht entsprechend der

Linie IV-IV in Fig. 5,

Fig.7(1),(II)»(III)u.(IV) sind Diagramme, die die verschiedenen

Schvingzustände des Geräts gemäß der Erfindung darstellen.

Fig. 8 ist ein Diagramm, das eine Kennlinie

des Schwinggerätes gemäß der Erfindung angibt und

Fig.9,10,11,12. und 13 sind schematische Ansichten von weiteren Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung.

VJenn mehrere rotierende Schwingantriebe direkt mit einem Schwingkörper verbunden sind, ergeben sich verschiedene stabile Schwingungszustande in Abhängigkeit von den verschiedenen Eigenschaften des Antriebes, wie der Steifigkeit, des Gewichts und der Eigenfrequenz des Schwingkörpers, der Eigenschaften der abstützenden Federn, der Schwingkräfte, die dem Schwingkörper zugeführt werden usw. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird in bezug auf Figuren 1 bis 3 ein Fall betrachtet, bei dem zwei Schwingantriebe A) und B) vorgesehen sind.

(1) Wenn, wie in Fig. 1 dargestellt, das Gewicht eines Schwingkörpers C sehr groß im Verhältnis zu der dem Schwingkörper C zugeführten Antriebskraft ist, und die Steifigkeit des Körpers C sehr groß ist, arbeiten die beiden Schwingantriebe A ■ ^]: 009822/1463"

und B unabhängig von der Umlaufsrichtung synchron zueinander, wobei jeder Antrieb unabhängig von dem anderen Antrieb arbeitet und umläuft.

(2) Wenn, wie in Fig. 2 dargestellt ist, der Schwingkörper C eine kleine .Masse hat und sehr steif ist und die Schwingfrequenz des Schwingantriebes größer als die Eigenfrequenz des ganzen Systems ist, wirkt eine synchronisierende Kraft infolge der Schwingung nach oben und unten, wenn die Drehrichtung der Schwingantriebe A und B entgegengesetzt und die Drehzahlen der Maschinen synchron sind, die Rotationsphasen der Maschinen aber nur in der vertikalen Richtung gleich sind und in der rechten und linken Richtung um 180° voneinander abweichen, d.h. daß die in der horizontalen Richtung von den Antrieben aufgebrachten Kräfte sich gegenseitig aufheben, während nur vertikale Schwingungen in dem Schwingkörper C erzeugt werden.

(3) Wenn in dem oben beschriebenen Fall (2) die Schwingfrequen^ des Schwingantriebes wesentlich kleiner als die Eigenfrequenz des ganzen Systems ist, wird die Synchronisierkraft infolge der Schwingung in der waagerechten Richtung nach rechts und links wirksam, wenn die Antriebe A und B synchron umlaufen und die Phasenlage der Antriebe A und B in waagerechter Richtung nach Fig. 3 die gleiche ist, jedoch in der vertikalen Richtung sich um 180° unterscheidet, so daß nur eine horizontale Schwingung in dem Körper C erzeugt wird.

(4) Wenn in dem oben beschriebenen Fall (2) die Schwingantriebe A und B im gleichen Drehsinn umlaufen, wird eine Pendelschwingung erzeugt, deren Zentrum mit dem Schwerpunkt der Antriebsmaschinen im allgemeinen übereinstimmt, so daß die Antriebsmaschinen A und B synchron mit einer Phasendifferenz von 180° umlaufen.

(5) In dem oben beschriebenen Falle (2) können die Schwingantriebe A und B -v,.rht synchron und mit der gleichen Phase angetrieben werden (gemäß der Erfindung können die Schwingantriebe A und B synchron und mit der gleichen Phase angetrieben werden, ^;wie sich weiter unten ergibt). ' 009822/1453

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Gründe dafür, daß es möglich ist, einen Antrieb nach Absatz (4) vorzunehmen und unmöglich ist, einen Antrieb nach Absatz (5) zu erreichen, ergeben sich aus folgender Betrachtung:

Im Falle des Absatzes (4) ergibt sich eine Pendelschwingung, deren Intensität dem Wert 2RF/I entspricht, wobei R den halben Abstand zwischen den Schwingantrieben A und B, F die Schwingkraft der Sßhwingantriebe und I das Trägheitsmoment der Schwingmasse bedeuten. Im Fall des Absatzes (5) entsteht eine zirkuläre Schwingung,und die Intensität der Schwingung entspricht dem Wert 2F/W, wobei F wie oben die Antriebskraft bezeichnet und W das Gewicht der schwingenden Masse ist. Wenn nun angenommen wird, daß in den beiden oben genannten Fällen (4) und (5) die Gewichte der schwingenden Masse und die Schwingkräfte der Schwingantriebe A und B gleich groß sind, ergibt sich die Beziehung 2RF/I = 2F/W. Dementsprechend ist im Fall des Absatzes (5) die Schwingungsintensität größer und eine größere Schwingkraft ist erforderlich, als im Falle des Absatzes (4).

In den oben beschriebenen Fällen (2) und (3) ist der Schwingzustand stabil,, wenn die Schwingungsenergie ein Minimum ist, so daß die Schwingung in dem Fall (5) nicht stabil ist, aber im Fall (4) stabil ist.

Gemäß der Erfindung ist das Schwinggerät so konstruiert, daß die Energie der Pendelschwingung größer als die Energie der Zirkularen Schwingung sein kann."Im Fall der Fig. 3 sind die Schwingantriebe A und B auf dem Schwingkörper C über entsprechende' Resonanzfedern D und'E angebracht. Es wird nun angenommen, daß die Schwingantriebe A und B in der gleichen Richtung mit einer Drehzahl umlaufen, die in der Nähe der Eigenfrequenz des Schwingsystems liegt, das von den Antrieben A und B, dem Schwingkörper C und den Resona'nzfedern D und E gebildet wird. In diesem Fall arbeiten die Antriebe A und B synchron und stabil, wenn ihre Umlaufphasen sich um 180° voneinander unterscheiden, wobei !Compressions-, Spannungs- und Biegemomente auf den

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Schwingkörper C ausgeübt werden, so daß die erforderliche Energie verhältnismäßig groß ist. Wenn jedoch die Antriebe Λ und B synchron und stabil mit der gleichen Phasenlage arbeiten, können die oben erwähnten übermäßigen Beanspruchungen nicht entstehen, so daß die Energie zum Schwingantrieb des Systems ein Minimum wird. Bei der Konstruktion nach Fig. 3 wird eine Fortdauer des stabilen Betriebs nur sichergestellt, wenn die Antriebssysteme A und B synchron mit der gleichen Phasenlage arbeiten.

Die Erfindung wird nun in Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen erläutert.

Nach Figuren 4, 5 und 6 enthält das Schwingsystem einen Schwingkörper, z.B. eine schwingende Rinne, die aus mehreren Rinnenabschnitten zusammengesetzt ist, die je eine vorbestimmte Länge haben, wobei die Rinnenabschnitte fest miteinander verbunden -sind. Das System enthält ferner eine Anzahl von einander gegenüberliegenden Massekörpern 3, die je über eine Gummiresonanzfeder 4 mit dem betreffenden Abschnitt der Rinne verbunden sind. Die Anordnung enthält ferner Schwingantriebe 5, die je mit einem zugehörigen Massekörper 3 verbunden sind sowie Blattfedern 6, welche die Schwingrichtung der Schwingkörper regeln, wobei die Federn so wirken, daß sie eine Schwingung der Rinne 1 und der Massekörper 3 in einer Richtung senkrecht zur Blattfederebene hervorrufen, und schließlich eine Anzahl von Schwingschutzvorrichtungen in Form von Federn 7» die das ganze Gerät gegen einen stationären Bauteil, z.B. den Boden, abstützen. Die Schwingantriebe 5 bestehen aus einem Induktionsmotor und einem Exzentergewicht, das an einem Ende der Welle des Motors befestigt ist, so daß eine zirkuläre Schwingungserzeugende Kraft erzeugt wird, wenn der Motor durch eine·, elektrische. Stromquelle angetrieben wird.

Das Schwingsystem der Figuren 4, 5 und 6 hat vier Freiheitsgrade, wobei die Rinne 1 und die gegenüberliegenden Körper mit den Schwingantrieben 5 über die Resonanzfedern 4 verbunden

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sind. Da die Teile des Systems ihre Eigenschwingungsfrequenzen haben, ist die Schwingung des Systems durch diese Frequenzen bestimmt, wenn die Schwingantriebe synchron und mit gleicher Phasenlage oder synchron und mit einer verschiedenen Phasenlage (etwa 120°) betrieben werden. Es sei nun angenommen, daß die Federkonstante der Resonanzfeder 4, die Gewichte der Rinnenabschnitte und der gegenüberliegenden Massekörper 3 und die Antriebskräfte der Schwingantriebe konstant sind. Wenn man nun die Aufeinanderfolge und die synchronen Zustände der Resonanzen von den niedrigsten Schwingfrequenzen an untersucht, so erhält man die Yferte der Fig. 7. Im Fall der Fig. 7(1) wird die gesamte Rinne 1 infolge der Wirkung der Schwingschutzvorrichtung in eine auf- und abgehende'Schwingung versetzt. Im Fall der Fig. 7(11) wird die Rinne in eine Schwingung versetzt, die in dieser Figur dargestellt i'st, die sich aus der Eigenfrequenz der Rinne selbst ergibt. Der Zustand der Fig; 7(111) ergibt sich infolge der Eigenschwingungsfrequenz der gegenüberliegenden Massekörper 3 (einschließlich der Schwingantriebe 5)» wobei der Massekörper 3 in der Pfeilrichtung (a) schwingt und die Rinne einen fast stationären Zustand einnimmt. Im Zustand der Fig. 7(IV) wird die Rinne 1 mit den gegenüberliegenden Massekörpern 3 in eine durch die Eigenfrequenz bestimmte Schwingung versetzt, deren Schwingrichtung entsprechend den Pfeilen (b) und (c) in einem Winkel von etv/a 20° bis 30° gegenüber der Förderrichtung des auf der Rinne befindlichen Materials liegt.

In Fig. 8 sind'die verschiedenen Resonanzzustände der Fälle (I), (II), (III) und (IV) dargestellt. Bei der Ausführung der Erfindung ist es zweckmäßig, die Zustände (II) und (III) von dem Zustand (IV) so weit wie möglich zu trennen, um eine Störung beim Betrieb des Gerätes zu vermeiden. Wenn der Schwingzustand (III) in der Nähe des Zustandes (IV) liegt, ergibt sich bei Einschaltung des elektrischen Antriebes, daß das Gerät in den Zustand (III) gerät und ein normaler Betrieb nicht erzielt werden kann. Ferner ergibt sich manchmal, daß es notwendig ist, die Schwingamplitude der Rinne durch Änderung der

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Drehzahl des Induktionsmotors zu ändern, um die Fördermenge des Materials zu steuern.,Auch hierbei kann kein normaler Betrieb erreicht werden, wenn die Anordnung in dem Schwingzustand (III) verbleibt, so daß es notwendig ist, die Konstruktion so zu treffen, daß die Schwingzustände (II) und (III) möglichst weit nach tiefen Frequenzen hin verschoben werden.

Das in Fig. 9 dargestellte Beispiel betrifft ein Gerät, bei dem zv/ei Rinnenabschnitte fest miteinander verbunden sind und die gegenüberliegenden Massekörper 3 an den betreffenden Rinnenabschnitten fest angebracht sind. Die Massekörper sind untereinander durch Resonanzfedern 4 verbunden. Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispieles nach Fig. 9 entspricht weitgehend derjenigen des Beispiels nach Fig. 4, ausgenommen der Tatsache, daß die Massekörper 3 eine Schwingung zusammen mit der Rinne ausführen. Die gegenüberliegenden Massekörper kön- nen ¹So konstruiert sein, daß sie selbst Rinnenform haben und auf diese Weise eine zweistufige Fördervorrichtung bilden. Die Förderrichtung ist im unteren und oberen Abschnitt die gleiche.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 10 bezieht sich auf einen Fall, bei dem die Rinne 1 und die gegenüberliegenden Massekörper 3 kontinuierlich miteinander zusammenhängen. Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig. 10 entspricht derjenigen des Ausführungsbeispiels nach Fig. 9» jedoch besteht hierbei die Schwierigkeit, daß es notwendig ist, den Massekörper 3 und die Rinne je nach der Länge, die erforderlich ist, neu zu entwerfen;

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 bezieht sich auf den Fall, bei dem eine obere und untere Rinne 1 und 11 vorgesehen sind, die die gegenüberliegenden Massekörper 3 einschließen, wobei die Rinnen und Massekörper über Resonanzfedern 4 und 14 miteinander verbunden sind. Die Rinne 1 und die gegenüberliegenden Massekörper 3 sind durch Blattfedern 6, die schräg unter einem Yfinkel liegen, verbunden,und die Rinne 11 ist mit den Massekörpern 3 durch Blattfedern 16 verbunden, die eine ent-

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gegengesetzte Neigung haben. Ifenn bei dem Ausfühmngsbeispiel" nach Fig. 11 die Schwingantriebe eingeschaltet werden, werden die Rinnen 1 und 11 in verschieden geneigte Schwingungen versetzt, wobei die gegenüberliegenden Massekörper 3 in horizontaler .Richtung schwingen, so daß das Material durch die Rinne nach der einen Seite und das Material in der Rinne 11 nach der anderen Seite befördert wird. Auf diese Weise kann man nach Fig. 11 eine Förderanlage erhalten, die auf einfache und wirksame Weise eine Förderung in beiden Richtungen gestattet.

Das Ausftihrungsbeispiel nach Fig. 12 bezeiht sich auf den Fall, bei dem der Schwingantrieb 5 in einen Induktionsmotor 15 und ein exzentrisches Gewicht 15a geteilt ist und diese Teile durch einen Riemenantrieb verbunden sind. Dieses Ausführungsbeispiel ist besonders vorteilhaft, wenn es sich darum handelt, die Lager von Antrieben hoher Leistung zu schonen. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 13 bezieht sich auf den Fall, bei dem der Induktionsmotor 15 stationär, z.B. auf dem Boden gelagert ist, so daß sich eine günstigere Wartung des Motors -ermöglicht.

Bei allen Ausführungsbeispielen können die gegenüberliegenden Massekörper weggelassen werden, wenn jeder der vibrationserzeugenden Antriebe eine Masse hat, wie sie für die Erzeugung . der Vibration erforderlich ist.

Gemäß der Erfindung sind die gegenüberliegenden Massekörper, die jeweils den umlaufenden Schwingantrieb enthalten, entlang der Anordnung verteilt und über entsprechende Resonanzglieder, z.B. Federn, mit einem Schwingkörper, z.B. einem Fördergerät, verbunden. Die Antriebe arbeiten synchron und mit der gleichen Phase, wobei ein sehr langes Rüttel-' oder Schwingfördersystem entsteht. Außerdem ist die Leistung des Gerätes unbegrenzt, und ein Rüttel- oder Schwingförderer gewünschter Länge kann leicht dadurch hergestellt werden, daß eine Anzahl von Förderrinnenabschnitten miteinander verbunden werden.

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Claims

Patentanspruch

Rüttel- oder Schwinggerät mit einer Anzahl von Schwingantrieben, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Schwingkörper (1) nach Art eines Förderers eine Anzahl von verteilten gegenüberliegenden Massekörpem (3) über federnde Resonanzglieder (4) angebracht sind, daß das Gerät auf Schwingschutzvorrichtungen (7) von einem stationären Bauteil getragen wird_f und daß rotierende Schwingantriebe (5) mit j,e einem Induktionsmotor und einem Exzentergewicht vorgesehen und den Massekörpern (3) zugeordnet sind.

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