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Schwingförderer oder -sieb
Zur Förderung oder Siebung von Gut kann
man schwingfähig gelagerte Förderer oder Siebe benutzen.
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Die Erregung derartiger Maschinen zu gerichteten Schwingungen ist
bekannt. Gerichtete Schwingungen sind solche, die linear in einer Ebene verlaufen.
Zur Erzeugung dieser Schwingungen dienen vorzugsweise entweder bekannte elektromagnetische
Erreger oder Unwuchtmassen, die auf Wellen angeordnet und durch ein mechanisches
Getriebe derart zwangsgekuppelt sind, daß sie mit gleicher Drehzahl, aber in zueinander
entgegengesetztem Drehsinn umlaufen und dabei die Fliebkraftrichterregung hervorrufen.
Für die Erregung von Verdichtungseinrichtungen, insbesondere Abformkästen, ist vorgeschlagen
worden, zwei Fliehkrafterreger mit horizontal nebeneinander auf parallelen Wellen
drehbar angeordneten Unwuchten vorzusehen und jede Unwuchtwelle für sich, unabhängig
von jeder anderen Unwuchtwelle, so anzutreiben, daß die Unwuchten gegensinnig zueinander
umlaufen.
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Dadurch entsteht selbsttätig eine Synchronisation der umlaufenden
Unwuchten ohne Zwangskupplung und als Folge davon eine gerichtete Erregung. Auf
der Grundlage dieser Tatsache erschließt die Erfindung der Technik die Möglichkeit,
Schwingförderer oder -siebe mit Gutbeförderungs- oderlund -siebeinrichtung von gerader
oder gekrümmter Ausführungsform, waagerechter oder geneigter Anordnung durch selbsttätig,
also kupplungslos herbeigeführte Richterregung vorteilhaft zu betreiben.
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Ex hat sich gezeigt, daß zwecks Erzielung rationeller Leistungen
auf Schwingförderern oder -sieben mit ungekuppelten Fliehkrafterregern dafür gesorgt
sein muß, daß in den Drehachsen der Unwuchtmassen beim Betrieb Beschleunigungen
mit solchen Tangential-
komponenten entstehen, die zu jedem Zeitpunkt
des Umlaufs Synchronisation der umlaufenden Massen erzwingen. Die Phasenlage beider
Unwuchten im stabilen Umlaufzustand ist abhängig von Größe und Richtung der Beschleunigungen
in den Drehachsen sowie gegebenenfalls vom Drehsinn des Beschleunigungsvektors.
Auf Grund dieser Erkenntnisse wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, Schwingförderer
oder -siebe auf neue, charakteristische Art zu erregen, um damit in überraschend
einfacher und billiger Weise eine Fülle von gewerblich wichtigen Aufgaben, insbesondere
der Chemotechnik, zu lösen, für die es bisher entweder überhaupt noch keine geeigneten
oder nur umständlich arbeitende Einrichtungen gab. Lediglich als Beispiele seien
genannt die Hin- und Herförderung von Schüttgut auf Schwingrinnen, die dosierte
Zuteilung schwingförderfähiger Güter an Weiterverarbeitungs-oder Abfüllstellen,
die Durchführung chemotechnischer Prozesse, wie Belüftung, Begasung, Erwärmung,
Kühlung, Katalysierung u. dgl. m. Die Richterregung z. B. durch den Gesamtschwerpunkt
des unter Last schwingenden Förderers oder Siebes verlaufen zu lassen, bietet bekanntlich
besondere Vorteile.
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Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf Schwingförderer oder -siebe
mit mindestens zwei Fliehkrafterregern, deren resultierende Erregungskraftrichtung
zumindest annähernd durch den Gesamtschwerpunkt des mit Last schwingenden Förderers
bzw. Siebes verläuft. Die Erreger selbst liegen dabei symmetrisch zu einer Förderer-
bzw. Siebschwerlinie.
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Das Kennzeichen der erfindungsgemäßen Schwingförderer und -siebe
besteht darin, daß die sich in selbstsynchronisierendem Umlauf haltenden Fliehkrafterreger
mit je einem eigenen Antrieb versehen sind, deren Antriebsleistungen einstellbar
sind und deren Drehrichtung wahlweise gleich oder entgegengesetzt ist.
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Die symmetrisch zu einer Schwerlinie angeordneten Erreger steuern
sich selbsttätig so ein, daß ihre Resultierende wenigstens angenähert durch den
Gesamtschwerpunkt des unter Last schwingenden Förderers oder Siebes verläuft.
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A. Anwendung des Erfindergedankens auf Freischwinger mit linearer
bzw. ebener Schwingbewegung Zwei ungerichtete und ungekuppelte Fliehkrafterreger
werden durch je einen Motor, zweckmäßig über Gelenkwellen, angetrieben.
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1. Daten I. BeideMotorenhabengleicheLeistungen(N1 N2).
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2. Beide Motoren laufen gegensinnig um.
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Ergebnis Auf Grund der dynamischen Kräfteverhältnisse im Gesamtsystem
(Unwuchtmasse - erregte Masse) kommen die umlaufenden Unwuchten der einzelnen ungerichteten
Fliehkrafterreger zu synchronem Umlauf mit der Folge, daß sich in diesem Zustand
die Komponenten der Fliehkräfte in Richtung der Verbindungslinie der Erregerwellen
aufheben und in Richtung senkrecht zur Verbindungslinie addieren.
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Konstruktive Ausführungsform a) Die Erreger sind am zu erregenden
System, z. B. einem Schwingförderer oder -sieb, mit beliebigem Winkel (Anstellwinkel)
der Erregungskraft gegen die Förderrinnen- bzw. Sieblängsachse, in Förderrichtung
gemessen, angeordnet. Bei Schwingförderern liegt der Anstellwinkel in der Regel
zwischen 15 und 25°, bei Schwingsieben kann ein größerer Anstellwinkel mit Rücksicht
auf die Siebbelagreinheit vorteilhaft sein.
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Abb. I zeigt als Beispiel eine Schwingmaschine mit Erregung nach
der Erfindung. Der Schwingförderer 5 ist mittels Schraubenfedern 6 frei schwingbar
auf einem Fundament abgestützt. Die Unwuchtmassen der Fliehkrafterreger I und 2
laufen nach Einschalten ihrer Antriebsmotoren (nicht gezeichnet) gegensinnig und
alsbald synchron um. Sie erzeugen die geforderte Erregungskraft, die, infolge der
Erregeranordnung an der Maschine, durch den Schwerpunkt des gesamten schwingenden
Systems gerichtet ist. Die Erreger könnten auch beide ober- oder unterhalb oder
teils oberhalb, teils unterhalb der Rinne 5 angeordnet sein.
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Zur Regelung der Förderleistung und zur Änderung der Förderrichtung
ist es notwendig, den Anstellwinkel der Erregungskraft zu verändern. Die Erreger
sind hierfür möglichst in Schwerpunktnähe anzuordnen.
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In Abb. 2 ist mit a der Anstellwinkel bei N1 = N2 gegen die Förderrinnenlängsachse
bezeichnet. Bei N1 == N2 ändert sich der Anstellwinkel um den Betrag da. In der
Lage A hat die Erregungskraft infolge N1 t N2 den Anstellwinkel a + da angenommen.
Bei Umkehr der Drehrichtung beider Erreger nimmt die Erregungskraft die neue Lage
B an. Der Anstellwinkel hat die Größe a - da. Jetzt kehrt sich die Förderrichtung
für das vom Schwingförderer 5 geförderte Gut um. b) Die Erreger sind horizontal
nebeneinander angeordnet, z.B. an einem Rütteltisch für vertikallineare Schwingbewegung.
Es entsteht in dem zu rüttelnden Material bei N1 = N2 kein Förder-, sondern nur
Rütteleffekt (Verdichten oder Lokkern). Bei N1 i N2 wird außer der Rüttelung noch
eine Förderung bewirkt.
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II. Daten 1. Beide Motoren haben verschiedene Leistungen (N1tN2).
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2. Beide Motoren laufen gegensinnig um.
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Ergebnis a) Der Erreger mit geringerer Leistungszufuhr läuft mit
Phasenverschiebung hinter dem Erreger mit größerer Leistungszufuhr um. Hierdurch
ändert sich die Richtung der Erregungskraft gemäß vektorieller Addition, so daß
durch unterschiedliche Leistungszufuhr zu den Erregern eine bequeme Fließgeschwindigkeitsregelung
des För-
dergutes bei Schwingmaschinen durchgeführt werden kann.
b) Beliebiger Wechsel der Förderrichtung, z.B. auf Schwingförderern oder -sieben.
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Sowohl ein Effekt gemäß a) wie ein Effekt gemäß b) ergibt sich daraus,
daß beiN1 = N2 die Richterregungskraft mit der Förderrinnen- oder dergleichen Längsachse
den Anstellwinkela bildet (vgl. Abb. 2). Bei N, t N2 ändert sich der Anstellwinkel
in a i da. Bei Umkehr der Drehrichtung wechselt der Winkel Ja sein Vorzeichen. Es
kann also durch Drehrichtungsänderung eine Fließgeschwindigkeitsänderung herbeigeführt
werden. Bei hinreichender Größe des Winkels da kann die Summe + am ja negativ werden,
so daß sich die Förderrichtung umkehrt.
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Ausführungsmöglichkeiten für a) und b) aa) Ein Motor wird mit gedrosselter
Leistung, der andere mit unveränderter Leistung angetrieben. bb) Wenn die Leistung
Nl des einen Erregermotors so regelbar ist, daß sie sowohl kleiner als auch größer
als die Leistung N2 des anderen Erregermotors sein kann, so wird die Änderung der
Förderrichtung durch Regelung von N1 kleiner N2 auf Nl größer N2 erreicht. cc) Eine
andere Möglichkeit besteht darin, daß die Antriebsleistung jedes Motors wahlweise
gedrosselt wird.
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III. Daten I. Beide Motoren haben verschiedenet Leistungen (N1tN2).
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2. Beide Motoren laufen gleichsinnig um.
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Ergebnis In dem Sonderfall Nl = N2 wird das erregte System je nach
Anordnung der Erreger in bezug auf den Gesamtschwerpunkt in Ruhe oder nahezu in
Ruhe bleiben, wenn die Erregerwellen und der Gesamtschwerpunkt des schwingenden
Systems auf einer Geraden und die Unwuchtmassendrehpunkte nahe am Gesamtschwerpunkt
des schwingenden Systems liegen sowie gleichen Abstand von ihm haben. Die Unwuchtmassen
stellen sich so ein, daß sie mit Phasenverschiebung von I80" umlaufen. Die von ihnen
erzeugten Fliehkräfte heben sich also gegenseitig auf.
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Ist jedoch die Antriebsleistung N1 =§= N2, so laufen die Unwuchtmassen
um I80°i ? versetzt gleichsinnig um.
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Konstruktive Ausführungsformen a) Vorzugsweise symmetrische Anordnung
der beiden Erreger in der Nähe des Schwerpunktes des schwingenden Systems.
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Abb. 3 zeigt eine Anordnung von Fliehkrafterregern zur Erzeugung
von kreis- bzw. ellipsenförmigen Schwingbewegungen, wie sie beispielsweise bei Schwingsieben
vorkommen. Die Unwuchtmassen der Fliehkrafterreger I und 2 laufen gleichsinnig,
jedoch mit Phasenverschiebung um. Das Schwingsieb g ruht auf Schraubenfedern 6.
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Es entstehen im wesentlichen Kreisschwingungen im schwingenden System.
Hierdurch ist bei kreis- oder ellipsenförmig schwingenden Systemen die Möglichkeit
einer Amplitudenveränderung durch elektrische oder mechanische Regelung der Antriebsleistung
ohne Veränderung der Unwuchtmassen gegeben. b) Vorzugsweise symmetrische Anordnung
der beiden Fliehkrafterreger zur vertikalen Schwerpunktsachse in möglichst großem,
annähernd horizontalem Abstand vom Gesamtschwerpunkt des schwingenden Systems. Es
entstehen hierbei Schwingbewegungen, die gestatten, auf ein und demselben Schwingförderer,
bei Gutaufgabe etwa in der Mitte, gleichzeitig nach beiden Enden zu fördern.
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Bei der Ausführungsform gemäß Abb. 4 befinden sich die Fliehkrafterreger
I und 2 in möglichst großem Abstand seitlich vom Schwerpunkt S der Schwingmaschine.
Die Unwuchtmassen der Fliehkrafterreger laufen ebenfalls mit Phasenverschiebung
gleichsinnig um. Eine derartige Anordnung erzeugt eine Schwingbewegung, die ein
Fördern etwa von der Mitte der Förderrinne 5 nach beiden Seiten gleichzeitig ermöglicht.
Der Schwingförderer ist in der hier gezeichneten Ausführungsform wieder auf Schraubenfedern
6 frei schwingbar gelagert.
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Die Schwingbewegung entsteht durch Überlagerung einer Kreisschwingung,
bedingt durch die umlaufende Differenzkraft der beiden einzelnen Erregungskräfte,
mit einer Drehschwingung um den Systemschwerpunkt, bedingt durch die jeweils wirkenden
Momente (Fliehkraft mal Abstand vom Gesamtschwerpunkt). Auf diese Weise entstehen
Ellipsenschwingungen, die dem Fördergut Förderimpulse erteilen.
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B. Anwendung des Erfindungsgedankens auf Wuchtförderer Zwei ungerichtete
Fliehkrafterreger werden auf einer gemeinsamen, frei schwingbar gelagerten Aufnahme
angeordnet und durch Lenkerfedern od. dgl. mit dem zu erregenden System verbunden.
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In Abb. 5 ist als Ausführungsbeispiel hierfür eine mittels Lenkerfedern
10 geführte Wuchtförderrinne II dargestellt. Die Wellen der Schwingungserreger I
und 2 sind parallel und senkrecht übereinander in der gemeinsamen Aufnahme 12 angeordnet.
Die Lagerung der Aufnahme erfolgt mit Hilfe von Federn 4, die zur Abstützung des
Eigengewichts aus Tragfedern, zweckmäßig ergänzt durch stabilisierende Gegenspannfedern,
bestehen. Die Schwingungserregung wird mittels Lenker 13, z.B. Blattfedern od. dgl.,
auf den Wuchtförderer übertragen.
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Die Unwuchtmassen laufen gegensinnig synchron um. Für jede Welle
ist ein eigener Antrieb mit der Leistung 112 N der Gesamtleistung N vorgesehen.
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Bei gleichem Drehsinn der Erreger I und 2, jedoch ungleicher Leistungszufuhr
(N, = N2) führt die Erregeraufnahme 12 kreisförmige oder ähnliche Schwingbewegungen
aus. Die Anlenkung der Wuchtförderrinne erfolgt hierbei zweckmäßig seitlich in Schwerpunktnähe
des Erregersystems. Eine derartige Ausführung gestattet, die Amplituden der Wuchtförder-
rinne
durch Regelung der Leistungszufuhr zu den Erregern auf einfache Weise zu verändern.
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Wenn vertikale Erregerachsrichtung verlangt ist, so entfällt naturgemäß
die Lagerung der Aufnahme auf Tragfedern, da die Lenkerfedern das Eigengewicht aufnehmen.
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Diese Konstruktionen haben folgende Vorteile: I. Es wird zur Synchronisierung
der beiden Erreger kein Getriebe benötigt.
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2. Nur ein Bruchteil der Erregung überträgt sich auf das Fundament.
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3. Bei schwingungstechnisch isoliert aufgehängten Wuchtförderern,
die sich mittels Lenkerfedern od. dgl. auf einer Gegenmasse abstützen, ist für den
Erreger eine solche Gegenmasse nicht mehr erforderlich.
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4. An den Erreger können mehrere Förderrinnen angeschlossen werden,
wobei durch Neigung der Förderrinnen-Lenkerfedern sowohl die Förderrichtung wie
auch die Wurfwinkel der Fördergutteilchen zweckentsprechend wählbar sind.
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C. Anwendung des Erfindungsgedankens auf im wesentlichen rotationssymmetrische
Kreisring- und Wendelwuchtfördersysteme I. Antrieb des Systems durch zwei oder vier,
jedenfalls eine gerade Anzahl Richterreger, in denen die Unwuchtmassen über Getriebe
gekuppelt sind und gegensinnig synchron auf zwei wenigstens annähernd parallelliegenden
Wellen umlaufen, wobei nach der Erfindung der synchrone Lauf aller Richterreger
lediglich durch Antrieb jedes einzelnen Richterregers - also nicht wie bisher normalerweise
durch Kupplung von je zwei Richterregern mittels einer Gelenkwelle od. dgl. - erreicht
wird.
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Abb. 6 zeigt ein Beispiel für die Schwingungserregung eines freischwingenden
Kreisring- oder Wendelwuchtförderers. Die mit I und 2 bezeichneten Richterreger
werden je für sich von einem Elektromotor 14 bzw. I5 angetrieben. Im Erreger I ist
die Unwuchtmasse I6 mit der Unwuchtmasse I7 und im Erreger 2 die Unwuchtmasse I8
mit der Unwuchtmasse 19 durch Getriebe zwangsschlüssig gekuppelt, so daß sie gegensinnig
synchron umlaufen. Die beiden Richterreger stellen sich auf Grund der erfindungsgemäß
getroffenen Anordnung derart synchron, daß das System zu Schwingungen in Schraubenlinienbahnen
erregt wird.
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II. Antrieb des Systems durch zwei oder vier, jedenfalls eine gerade
Anzahl Richterreger, in denen die Unwuchtmassen gegensinnig synchron auf zwei wenigstens
annähernd parallelliegenden Wellen umlaufen. Der synchrone Lauf der Richterreger
wird ohne ein synchronisierendes Getriebe erreicht. Dies geschieht dadurch, daß
von den vorhandenen Richterregern je zwei teilweise gekuppelt werden, indem eine
Unwuchtmasse (23 in Abb. 7) des einen mit einer Unwuchtmasse (24 in Abb. 7) des
anderen Richterregers über eine Gelenkwelle verbunden wird und die Unwuchtmassen
gemeinsam angetrieben werden. Die Antriebsleistung für diese gemeinsam angetriebenen
Unwuchtmassen beträgt 1/ N der insgesamt für den Systemantrieb benötigten Leistung
N. Die übrigen Unwuchtmassen erhalten eigene Antriebe, die sie gegensinnig zu den
gekuppelten Unwuchtmassen umlaufen lassen und deren Leistungen untereinander gleich
groß und summiert gleich 1/2 N sind. Durch Regelung der Antriebsleistung ergibt
sich die Möglichkeit, die Förderleistung sowie die Förderrichtung, z. B. von Aufwärts-
auf Abwärtsförderung, zu verändern.
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Abb. 7 bezieht sich auf eine Ausführungsform für die erfindungsgemäße
Erregung gemäß II. Die Fliehkrafterreger I und 2 werden von einem gemeinsamen Antriebsmotor
20 über Gelenkwellen 2I und 22 angetrieben. Die Unwuchtmasse 23 des Erregers 1 ist
gegenüber der Unwuchtmasse 24 des Erregers 2 so versetzt, daß die erzeugten Fliehkräfte
gleichsinnige Momente um die Längsachse des schwingenden Systems erzeugen. Die Erreger
3 und 4 werden von besonderen Antriebsmotoren 25 und 26 über Gelenkwellen 27 bzw.
28 mit derselben Drehzahl wie der Motor 26 angetrieben. Die Anordnung der Erreger
3 und 4 ist so getroffen, daß nach Synchronstellung der Unwuchtmassen der Erreger
I und 3 bzw. 2 und 4 resultierende Richterregerkräfte erzeugt werden, die dem System
schraubenlinienförmige oder, bei ungleichen Unwuchtmassen 3 und 4 gegenüber I und
2, elliptische oder ähnliche Schwingbewegungen erteilen.
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D. Anwendung des Erfindungsgedankens auf polarisierte Richterreger
Bei den bekannten polarisierten Richterregern mit gegensinnig synchron umlaufenden
Unwuchtmassen sind die Unwuchtmassen auf zwei Wellen angeordnet, deren Achsen fluchten.
Die Erregungskraft derartiger Schwingungserreger geht bei Verschwenken des Erregers
um seine Achse immer durch die Wellenachse.
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Die Herstellung des synchronen Laufs erfordert eine größere Anzahl
von Zahnrädern. Außerdem muß ein solcher Erreger möglichst genau im Schwerpunkt
des Gesamtsystems angeordnet sein. Für die Erregung nach der Erfindung wird der
Erreger stets außerhalb des Schwerpunktes angeordnet; die beiden Erregerwellen werden
getrennt angetrieben. Die Richterregung stellt sich so ein, daß sie genau in den
Schwerpunkt des Gesamtsystems stößt. Eine Änderung des Anstellwinkels, beispielsweise
bei Schwingförderern, wird durch Lageveränderung des Erregers am schwingenden System
in bezug auf den Schwerpunkt herbeigeführt.
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Diese Anwendung bringt den Vorteil, daß auf konstruktiv einfache
Weise eine Richterregung erzeugt werden kann, deren Erregerkraft immer genau in
den Schwerpunkt stößt. Jeder Punkt des schwingenden Systems führt dann die gleiche
Schwingbewegung aus.
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E.
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Für die vorbeschriebenen Systeme kann es vorteilhaft sein, noch folgende
Einzelmaßnahmen zu treffen: I. Als Antrieb vorgesehene Elektromotoren werden als
Einbaumotoren im Erreger angeordnet.
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2. Durch Änderung der Schwingungsfrequenz und/ oder der Amplituden
können für jeweils gegebene Betriebsbedingungen optimale Leistungen erreicht werden.
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3. Durch stetige Regelung der Antriebsleistung kann das Gut mit wechselnder
Förderrichtung (z. B. im Pilgerschritt) bewegt werden; besonders vorteilhaft für
Absiebung, vor allem wenn große Siebreinheit entweder lediglich durch längere Verweildauer
des Siebgutes auf dem Sieb oder durch Variation der Erregungskraftrichtung auf kurzer
Siebstrecke erzielt werden soll; ferner für chemisch-technische Prozesse verschiedenster
Art (Trocknung, Kühlung, katalytische Vorgänge usw.) .
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4. Zur Erzeugung von Mehrkomponentenschwingungen Anordnung von mehr
als zwei Schwingungserregern an frei schwingbar gelagerten Systemen, jedoch so,
daß von der Gesamtzahl der angeordneten Erreger jeweils höchstens drei in einer
Ebene wirksam sind.
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5. Die Erreger werden mit verschieden großen Unwuchtmassen versehen.
Hierbei führt das System Ellipsenschwingungen aus.
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F. Allgemeines Die Regelung der Antriebsleistung kann beispielsweise
bei Drehstrommotoren (Kurzschlußläufer) dadurch erfolgen, daß mit bekannten Mitteln,
z. B. durch regelbare Vorschaltwiderstände oder Transformatoren, Spannungsänderungen
herbeigeführt werden.
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Bei Gleichstrommotoren oder Drehstromkommutatormotoren kann eine Leistungsänderung
durch Feldregelung erfolgen. Die Drehzahlen beider Motoren bleiben einander gleich,
sie können gemeinsam bei verminderter Energiezufuhr etwas abfallen, bei erhöhter
Energierzufuhr etwas ansteigen.
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Besondere Vorteile der erfindungsgemäßen Schwingungserregung gegenüber
anderen Schwingungserregungen: Stufenlose Regelung der Fördergeschwindigkeit bzw.
Förderleistung ohne teure Drehzahlregelung.
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Es können normale Drehstrommotoren (Kurzschlußläufer) verwendet werden.
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Die Regelung erfolgt mit Hilfe billiger Regelelemente (Widerstände,
Transformatoren, Schaltschütze od. dgl.).
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Es werden keine teuren Getriebe benötigt.
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Es treten keine Getriebe- und Plantschleistungsverluste auf.
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Die Motoren brauchen zur Umkehr der Förderrichtung bzw. Regelung
der Förderleistung nicht aus- und wieder eingeschaltet zu werden.
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PATENTANSPRSCHE: I. Schwingförderer oder -sieb mit mindestens zwei
Fliehkrafterregern, deren resultierende Erregungskraftrichtung zumindest annähernd
durch den Gesamtschwerpunkt des mit Last schwingenden Förderers bzw. Siebes verläuft,
wobei die Erreger symmetrisch zu einer Förderer- bzw. Siebschwerlinie angeordnet
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in selbstsynchronisierendem Umlauf haltenden
Fliehkrafterreger mit je einem eigenen Antrieb versehen sind, deren Antriebsleistungen
einstellbar sind und deren Drehrichtung wahlweise gleich oder gegensinnig ist.