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Reversierbarer Schwingförderer
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Die :rrindung betrifft einen reversierbaren Schwingförderer mit einer
über elastische Elemente mit einem angetriebenen Schwingbalken verbundenen Förderrinne.
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Die üblichen Schwingförderer können nur in einer Richtung fördern.
Sie weisen einen Schwingbalken auf, der durch einen Exzenter u. dgl. in Schwingungen
versetzt wird und über Schräglenker mit der Förderrinne verbunden ist. Die Förderrinne
rührt Schwingungen mit horizontaler und mit vertikaler Komponente in stets derselben
Schrägrichtung durch. Infolge der schrägverlaufenden Schwingungen wird das Gut impulsweise
in Transportrichtung befördert.
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Die Erzeugung der schrägverlaufenden Schwingungen setzt in der Regel
eine Maschinenkonstruktion mit entsprechend schräggestellten Antriebsteilen voraus,
so daß der Schwingförderer nur in die Richtung fördern kann, die seiner speziellen
konstruk tiven Bauart entspricht. Dies ist einer der bekannten Nachteile
der
üblichen Schwingförderer gegenüber Bandförderern.
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Es sind auch bereits reversierbare Schwingförderer bekannt, die durch
Umkehrung der Drehrichtung des Schwingantriebes die Förderrichtung umkehren. Dabei
erfolgt eine Verschiebung von Massenkräften, um die gewünschte Schrägausrichtung
der Schwingung unter einem spitzen Winkel zur Horizontalen zu erhalten.
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Aufgabe der Efindung ist es, einen reversierbaren Schwingförderer
zu schaffen, dessen Konstruktion sehr einfach ist und der keine zusätzlichen Steuerungselemente
benötigt.
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Zur IösunK' dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen daß an
der örderrinne Dämpfungsglieder angreifen, die die Schwingungbewegung der Förderrinne
in einer Richtung dämpfen und eine Phasenverschiebung zwischen der horizontalen
und der vertikalen Schwingbewegung verursachen.
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Ohne die Dämpfungsglieder würde die Förderrinne bei Anregung durch
den Schwingbalken etwa auf einer Ellipse bewegt werden, deren Hauptachse senkrecht
steht. Da nur die horizontale Schwingbewegung gedämpft wird, hängen Größe und Richtung
der Dämpfungskraft von der Geschwindigkeit und Richtung der Horizontalkomponente
der Bewegung ab. Wenn die Drehrichtung der einprägenden Kreisschwingung umgedreht
wird, so ändert sich auch die Richtung der durch die Dämpfungselemente in der oberen
bzw. der unteren Ellipsenhälfte wirksamen Kraft, so daß die Schrägstellung der Ellipse
umgedreht wird. Damit wird auch die Förderrichtung des SchwingföKtrers umgedreht.
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Die elastlschen R3ckstelle1emente und die Dämpfungsglieder können
gemeinsam aus gummielastischen Elementen mit innerer Reibung hestehen.
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ms hat sich erwiesen, daß derartige gummielastische Rückstellelemente
einerseits die benötigte Elastizität zur Aufbringung der Rückstellkraft, andererseits
aber auch genügend Coulomb'sche Reibung aufweisen, um den Phasenwinkel zwischen
elastischer Schwingung und Coulomb'scher Reibung in dem gcfunschten Sinne zu beeinfl
sen. Die infolge der Coulomb'schen Reibung erzeugte Dämpfungskraft eilt während
des Schwingungsvorganges der elastischen Rückstellkraft stets um 900 nach. Durch
das Amplitudenverhältnis der beiden lfräfte erhält man den Phasenwinkel.
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Als gwnmielastische Elemente kann man vorzugsweise elastische Wellenkupplungen
verwenden, die zwischen zwei starren koaxialen Teilen ein auf Torsion belastbares
Gumrnistück aufweisen. Derartige Wellenliupplungen sind bekannt. Sie haben die Aufgabe,
Torsionsstöße, die zwischen einer Antriebswelle und einer angetriebenen Welle auftreten
könzlen, zu dämpfen. Infolge ihrer guten Dämpfungseigenschaften eignen sie sich
vorzüglich zur Aufbringung der für die Ausbildung der Förderrichtung erforderlichen
Reibung. Je eine elastische Wellenkupplung kann an den Gelenkstellen zwischen der
Förderrinne und den Lenkern vorgesehen sein und/oder je eine elastische Wellenkupplung
an den Gelenkstellen zwischen dem Schwingbalken und den Lenkern.
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Anstelle vertikaler Lenker können auch Lenker vorgesehen sein, die
unter anderen Winkeln angeordnet sind. Es ist sogar möglich, auf starre Lenker ganz
zu verzichten, wenn die Einzelschwingungen in verschiedenen Ebenen unter drehr ichtungsabhängigem
Phasenwinkel zusammenwirken, d.h.
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durch Dämpfungsglieder gekoppelt wird.
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und folgenden crderi bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
unter bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch die Konstruktion eines Schwingförderers nach
der Erfindung, IiÜt. 2 zeigt im vergrößerten Maßstab die Konstruktion der Rückstellelemente
an den Gelenkstellen der Lenker und Fig. 3 veranschaulicht die unterschiedlichen
pewegungsbahnen der Schwingförderrinne bei unterschiedlichen Kennwerten der Federelastizität
ohne Berücksichtigung der Dämpfung und Fig. 4 zeigt die Bewegungsbahnen bei unterschiedlichen
Drehrichtungen des Antriebsmotors unter Berücksichtigung der Dämpfung.
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Tìrsur ') zeigt ein Ausführungsbeispie], das weitgehend demjenigen
der Fig. 3 gleicht, bei dem jedoch die Lenker, die den Schwingbalken mit der Förderrinne
verbinden, im Ruhezustand horizontal ausgerichtet sind.
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Figur 6 zeigt ein weiteres Ausffihrungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Schwingförderers, bei dem die Förderrinne ber Gummikissen auf dem Schwingbalken
aufliegt, Figur 7 zeigt zwei Arten von Verformungen bei den Gummikissen des Schwingförderers
nach Fig. 6 und Figur 8 zeigt einen reversierbaren Schwingförderer großer Länge,
bei dem ein Reibelement nach Art eines hydraulischen Schwingungsdämpfers verwandt
wird.
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Gemäß Fig.1 ist die Förderrinne 10 gelenkig mit senkreoht nach unten
ragenden Lenkern 11, 12 verbunden, von denen in der Zeichnung nur zwei sichtbar
sind. Zweckmäßigerweise sind mindestens vier solcher Lenker vorhanden. Die unteren
Enden der Lenker 11, 12 sind seitlich an einem Schwingbalken 13 befestigt, der von
Kurbelarmen 14, 15, die an ortsfesten Lagerblöcken 16, 17 gelagert sind, angetrieben
wird. Die Kurbelarme 14 und 15 rotieren gleichphasig und synchron zueinander, so
daß der Schwingbalken 13 stets horizontal ausgerichtet ist, jedoch kreisende Bewegungen
durchführt.
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Die Gelenkstellen 18, an denen der Schwingbalken 13 mit je einem Lenker
11, 12 verbunden ist sowie die Gelenkstellen 19, an denen die Schwingförderrinne
10 mit den Lenkern 11 bzw. 12 verbunden ist, enthalten Feder- und Dämpfungselemente.
Sie bestehen gemäß Fig. 2 aus elastischen Gurnmikupplungen 20, die einen metallischen
Außenring 21 und einen koaxial hierzu angeordneten metallischen Innenring 22 aufweisen.
Zwischen dem Außenring und dem Innenring befindet sich ein Gummitorsionselement
25, das sowohl mit dem Außenring als auch mit dem Innenring fest verbunden ist.
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Der Innenring 22 wird beispielsweise fest an der Schwingförderrinne
10 montiert, während der Auß.enring 21 fest an dem jeweiligen Lenker 11, 12 angebracht
wird. Die Montage erfolgt so, daß die Lenker 11, 12 im unbelasteten Zustand rechtwinklig
von der Schwingförderrinne 10 und dem Schwingbalken 15 abstehen. Die Gummitorsionselemente
sorgen somit dafür, daß der Aufbau nach Fig. 1 stabil ist, indem sie an den Gelenkpunkten
des Rechteckes aus den Teilen 10, 11, 12 und 15 Rückstellkräfte erzeugen, die die
einzelnen Balken im Falle einer Auslenkung in die in Fig. 1 gezeigte Position zurücktreiben.
Die Konstruktion ist daher statisch stabil. Die Schwingförderrinne 10 kann bei stillstehendem
Antrieb in der horizontalen Ebene verschoben werden und kehrt infolge der Federwirkung
der Gummitorsionselemente in ihre Ruhelage zurück.
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Wenn man annimmt, daß die Federkonstante c der Gummitorsionselemente
Null ist, d.h. daß die Gummitorsionselemente sehr weich sind, so würde bei einem
Antrieb des Schwingbalkens 15 durch die synchron betriebenen Kurbelarme 14 und 15
die Schwingförderrinne 10 ausschließlich vertikale Bewegungen durchführen, was in
Fig. 5 durch den vertikalen Strich angedeutet ist. Im anderen Extremfall, wenn
c
= ° ist, wenn die Torsionsfedern also sehr hart sind, folgt die Bewegung der Schwingfördeninne
10 exakt der Bewegung des Schwingbalkens 13 und beschreibt daher einen Kreis.
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Nimmt c einen Wert ein, der zwischen Null und oO liegt, so beschrcibt
die Schwingförderrinne eine Ellipsenbahn mit senlcrecht orientierter Hauptachse.
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Da die Gu:nmitorsionslemente 25 innere Reibung erzeugen, wirlcen sie
nicht nur als reine Federelemente, sondern gleichzeitig auch als Dämpfungselemente.
Die Dämpfungskraft ist der jeweiligen Drehgeschwindigkeit im Gelenkpunkt um den
Faktor der Dämpfungskonstante b proportional.
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Die Gesamticraft der SchwingfiSrderrinne 10, die durch den Schwingbalken
15 angeregt wird, setzt sich daher zusammen aus einem Elastizitätsanteil und einem
Darnpfungsanteil, die beide Funktionen der Zeit sind. Der Dämpfungsanteil eilt dem
Elastizitätsanteil um 30 nach. Die Resultierende verläuft unter einem Phasenwinkel,
dessen Größe von den Faktoren c und b abhängig ist.
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Liese Betrachtungen gelten nur für die Torsionsbeanspruchung der Gummitorsionselemente
23, also nur für die Schwingbewegung der Schwingförderrinne in horizontaler Richtung.
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Die Vertilcalschwingung des Schwingbalkens 13 wird dagegen praktisch
ungedsimpft auf die Schwingförderrinne übertragen.
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Infolge des Nacheilens des Darnpfungsanteils der horizontalen Schwingbewegung
entsteht eine etwa ellipsenförmige Bahn mit schräggestellter Hauptachse, wie sie
in Fig. 4 mit 24 bezeichnet ist. Auf einer deartigen Kurve bewegt sich die Schwingförderrinne
10. Dies ist gleichzeitig die
Bewegungsbahn, die bei Schwingförderern
generell angestrebt sird und die Voraussetzung für den impulsweisen Transport des
Fördergutes auf der Schwingförderrinne 10 ist.
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Wird die Drehrichtung der Kurbelarme 14, 15 umgekehrt, so ergibt sich
die in den Fig. 1 und 4 gestrichelt dargestellte Bewegungsbahn 25, deren Ffauptachse
dieselbe Steigung wie die fiauptachse der Kurve 24, jedoch mit negativem Vorzeichen,
hat. 13ei Bewegung der Schwingförderrinne 10 auf der Kurvenbahn 25 erfolgt der Transport
des zu fördernden Gutes in Gegenrichtung.
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Anstelle der Gumnitorsionselemente 25 könnten auch andere Dainpfungselementc
benutzt werden, die die Horizontalbewegung der Schwingförderrinne 10 dämpren. Beispielsweise
könnte an der Schwingförderrinne 10 ein Stoßdämpfer anbracht werden.
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W;hrend bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel Gummitorsionselemente
sowohl an den Gelenkstellen 19 als auch an den Gelenkstellen 18 angebracht sind,
würde es prinzipiell genügen, entweder an den Gelenkstellen 18 oder an den Gelenkstellen
19 derartige Feder- und Dämpfungselemente vorzusehen. Im vorliegenden Falle haben
die Gummitorsionselemente die Wirkung in Reihe geschalteter Dämpfungsfedern.
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Das Ausführungsbeispiel von Fig. 5 entspricht weitgehend demjenigel
von Fig. 1. Diejenigen Teile, die in beiden Figuren unverändert sind, sind mit denselben
Bezugszeichen versehen. In Fig. 5 liegen die Lenker 31, 52, die an den Celenkstellen
18 mit dem Schwingbalken 13 verbunden sind, im Ruhezustund in derselben Ebene wie
der Schwingbalken 15.
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Ihre äußeren Enden sind jeweils an einem nach untenstehenden Ansatz
53 bzw. 34 der Förderrinne 10 angelenkt.
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Die horizontalen Bewegungen des Schwingbalkens 13 werden iiber die
Lenker 51, 32 und die Ansätze 33, 34 direkt auf die Förderrinne 10 übertragen, während
die vertikalen Bewegungen des Schwingbalkens 15 entsprechend der viskoelastischen
Dämpfung der Dämpfungsglieder 20, die an den Gelenkstellen 18 und 19 vorgesehen
sind, phasenverschoben wirksam werden.
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Es sind auch Konstruktionen möglich, bei denen die Lenker 11 und 12
(Fig. 1) bzw. 31 und 52 (Fig. 5) im Ruhezustand andere als vertikale oder horizontale
Positionen einnehmen. Die Lenker können beispielsweise auch schrägstehen.
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Bei dem in Fig. 6 dargestellten Schwingförderer ruht die Förderrinne
10 auf Gummikissen 35, 36, die auf dem Schwingt balken 13 aufliegen. Der Schwingbalken
wird in derselben Weise über Kurbelarme 14 und 15 angetrieben wie bei den vorherigen
Ausführungsbeispielen.
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Die Gummikissen 55 und 36 sind bei der kreisrörmigen Schwingbewegung
des Schwingbalkens 13 sowohl vertikalen als auch horizontalen Belastungen ausgesetzt
und verformen sich entsprechend. Figur 7a zeigt die Verformung der Gummi kissen
bei reiner Druckbelastung und Figur 7b bei reiner Schubbelastung (Scherung). Bei
geeigneter Auslegung der Gummikissen wird der beschriebene Effekt der Phasenverschiebung
zwischen horizontaler und vertikaler Schwingungsz komponente erreicht, so daß die
Förderrinne 10 elßpsenförmig kreisende Bewegungen ausführt und die Förderrichtung
durch Anderung der Drehrichtung der Kurbelarme 14 und 15 umgekehrt werden kann.
Wichtig ist, daß die Dämpfungskonstante in einer Schwingungsrichtung größer ist
als in der anderen Schwingungsrichtung, damit die Schwingungsbahn die Form einer
schräggestellten Ellipse erhält.
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Figur 23 zeigt einen reversierbaren Schwingförderer großer Tänge.
An der Förderrinne 10 greifen mehrere synchron angetriebene Lenker 7 an unterschiedlichen
Stellen an.
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Die Lenker 37 sind gelenkig mit rechtwinkligen Kurbelarmen 38 verbunden,
die mit ihrem Winkelpunkt 41 an Konsolen 59 angelenkt sind, und deren andere Schenkel
über Gelenkpunkte 40 mit einer Pleuelstange 7 verbunden sind. Die Pleuelstape 42
wird von einem (nicht dargestel3ten) Antriebsmotor silber einen Kurbeltrieb 43 angetrieben,
Dieser besteht aus einer Doppelkurbel, deren beide Kurbelarme 44 und 45 einen Winkel
von 900 einschließen. Der Kurbelarm 44 treibt die Pleuelstangen 42 an, während der
900 phasenverschobene Kiirbelarm 45 auf einen Schwingungsdämpfer 46 einwirkt, bei
dem es sich beispielsweise um ein hydraulisches Dämpfungselement nach Art einer
Kolbenzylindereinheit handeln kann. Das andere Ende des Dämpfungselementes 46 ist
gelenkig mit der Förderrinne 10 verbunden.
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Wenn der Kurbeltriebarm 40 rotiert, führen die Pleuelstangen 42 Schwingbewegungen
aus, die im wesentlichen horizontal verlaufen und die über die rechtwinkligen Lenker
38 in Vertikalbewegungen der Lenker 37 und der Förderrinne 10 umgesetzt werden.
Diese Vertikalbewegungen der Förderrinne 10 werden von dem Kurbeltrieb 43 zwangsgeführt,
da im Kraftübertragungsweg keine federnden oder elastischen Elemente vorhanden sind.
Die horizontale Schwingbewegung der Förderrinne 10 erfolgt dagegen mit einer Phasenverschiebung,
die durch das Reibelement 46 hervorgerufen wird. Dadurch entsteht die schon beschriebene
ellipsenförmige Bewegung der Förderrinne. Wenn sich der Kurbeltrieb 43 im Uhrzeigersinn
dreht, wie es durch den Pfeil 47 angedeutet ist, fördert die Förderrinne in
Richtung
des Pfeil es 48, während bei umgekehrter Drehrichtung des Kurbeltriebs (gestrichelter
Pfeil) die Förderrichtung ebenfalls umgekehrt wird.