DE10217602A1

DE10217602A1 - Antrieb für eine Schwingrinne

Info

Publication number: DE10217602A1
Application number: DE2002117602
Authority: DE
Inventors: Hermann Berger
Original assignee: GARVENS AUTOMATION GmbH
Current assignee: GARVENS AUTOMATION GmbH
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2003-11-06
Also published as: AU2003222827A1; WO2003089341A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine Schwingrinne, insbesondere für Teilmengenwaagen, zum linearen Schwingen längs einer Schwingungsrichtung. Erfindungsgemäß ist der Antrieb durch eine umlaufend angetriebene Kurbelvorrichtung und zwei von der Kurbelvorrichtung angetriebene Pleuel, deren eines die längs der Schwingungsrichtung verschiebbar gelagerte Schwingrinne und deren anderes im Gegentakt dazu eine parallel zur Schwingungsrichtung verschiebbar gelagerte Ausgleichsmasse antreibt, gekennzeichnet (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine Schwingrinne, insbesondere für Teilmengenwaagen, zum linearen Schwingen längs einer Schwingungsrichtung.

Schwingrinnen gehören zur Gruppe der Schwingförderer, bei denen Schüttgut waagerecht oder geneigt gefördert wird. Dabei werden dem Fördergut durch die Rinne Beschleunigungen erteilt und damit Massenkräfte hervorgerufen, die für den Fördervorgang ausgenutzt werden. Das Fördergut wird dabei in Förderrichtung beschleunigt. Die Rückführung der Rinne in entgegengesetzter Richtung überwindet die Reibung zwischen Gut und Rinne oder erfolgt in der Zeit, in dem das Gut von der Rinne abhebt. Diese nach dem Wurfprinzip arbeitenden Schwingrinnen haben heute ein breites Anwendungsgebiet. Die Art der Fördergüter reicht von grobstückigem bis zu pulverförmigem Gut. Aus der DE 31 11 811 C2 ist eine Schwingrinne für eine Teilmengenwaage mit einem elektromagnetischen Schwingungsantrieb bekannt. Dieser ist an der Teilmengenwaage über Federn abgestützt, welche die Übertragung von Schwingungen auf die Waage dämpfen sollen. Die übertragenen Schwingungen stören nämlich die Meßgenauigkeit der Wägezellen. In DE 100 26 421 A1 wird statt dessen ein elektrischer Reversiermotor als Rinnenantrieb verwendet. Allerdings werden auch beim Betrieb einer solchen mit einem Reversiermotor ausgestatteten Schwingrinne weiterhin noch ungewollte Schwingungen über die Aufhängung des Antriebs übertragen.

Angesichts dieser Probleme im Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb für eine Schwingrinne der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem eine Schwingungsübertragung auf die Aufhängung des Antriebs weitgehend vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels des eingangs genannten Antriebs für eine Schwingrinne gelöst, welcher durch eine umlaufend angetriebene Kurbelvorrichtung und zwei von der Kurbelvorrichtung angetriebene Pleuel, deren eines die längs der Schwingungsrichtung verschiebbar gelagerte Schwingrinne und deren anderes im Gegentakt dazu eine parallel zur Schwingungsrichtung verschiebbar gelagerte Ausgleichsmasse antreibt, gekennzeichnet ist.

Durch den Antrieb mittels einer umlaufend angetriebenen Kurbelvorrichtung und zwei von der Kurbelvorrichtung angetriebene Pleuel werden die durch den Umkehr-Betrieb eines Reversiermotors auftretenden Störschwingungen vermieden. Vor allem aber werden unerwünschte Schwingungen, die auf die Teilmengenwaage übertragen werden, dadurch reduziert, indem eine parallel zur Schwingungsrichtung verschiebbare Ausgleichsmasse im Gegentakt zur Schwingrinne angetrieben wird.

Als erfindungsgemäß vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Schubachsen der beiden Pleuel in Richtung der Drehachse der Kurbelvorrichtung gegeneinander versetzt sind. Dies ermöglicht die technische Realisierung einer mechanisch robusten umlaufend angetriebenen Kurbelvorrichtung. So können nämlich zwei im Gegentakt über eine Welle angetriebene Exzenter oder eine entsprechend ausgestaltete Kurbelwelle als Kurbelvorrichtung eingesetzt werden.

In erfindungsgemäß zweckmäßiger Ausführungsform ist die Summe der von den Beschleunigungskräften der Schwingrinne und der Ausgleichsmasse hervorgerufenen, zu der von der Schwingungsrichtung und der Drehachse der Kurbelvorrichtung aufgespannten Ebene orthogonalen vektoriellen Momente minimiert. Damit ist das Gesamtsystem weitgehend schwingungsfrei. In besonders vorteilhafter Ausführungsform sind die beiden zum jeweiligen Zeitpunkt der gegenläufigen Schwingungsvorgänge auftretenden Drehmomente aus den jeweiligen an der Schwingrinne bzw. an der Ausgleichsmasse anliegenden Beschleunigungskräften bezüglich des Schnittpunktes der Drehachse der Kurbelvorrichtung und der mittleren Schubachse der beiden Pleuel entgegengesetzt gleich groß. Das heißt, das Vektorprodukt aus der durch die Schwingung der Schwingrinne zu einem bestimmten Zeitpunkt hervorgerufenen Beschleunigungskraft und dem Ortsvektor zwischen dem Schwerpunkt der Schwingrinne und einem durch den Schnittpunkt der Drehachse der Kurbelvorrichtung und der Mittelachse der beiden Pleuelschubachsen definierten Drehmomentbezugspunkt und das Vektorprodukt aus der durch die Schwingung der Ausgleichsmasse zum gleichen Zeitpunkt hervorgerufenen Beschleunigungskraft und dem Ortsvektor zwischen dem Schwerpunkt der Ausgleichsmasse und dem Drehmomentbezugspunkt sind entgegengesetzt gleich groß. In diesem Fall können Schwingungsanregungen des Systems praktisch ganz vermieden werden, da die auf die Kurbelvorrichtung wirkenden Drehmomente sich gegenseitig ausgleichen.

Zudem kann es vorteilhaft sein, wenn die Abstände der jeweiligen Schwerpunkte der Schwingrinne und der Ausgleichsmasse zur mittleren Schubachse der beiden Pleuel gleich groß sind. Damit bewegen sich die jeweiligen Schwerpunkte auf einer Achse, die parallel zur Mittelachse zwischen den beiden Schubachsen der Pleuel verläuft.

Bei einer baulich besonders vorteilhaften weiteren Ausgestaltung liegen die jeweiligen Schwerpunkte der Schwingrinne und der Ausgleichsmasse oberhalb der mittleren Schubachse der beiden Pleuel. Damit ist es möglich, einen besonders auf die geometrischen Anforderungen einer Teilmengenwaage abgestimmten Schwingrinnenantrieb zu konstruieren. Da sich die Schwingrinne vom Antrieb nach oben hin erstreckt, liegt ihr natürlicher Schwerpunkt oberhalb der mittleren Schubachse. Indem das Ausgleichsgewicht so konstruiert wird, daß sein Schwerpunkt ebenfalls oberhalb der mittleren Schubachse liegt, kann eine platzaufwendige Konstruktion mit an der Schwingrinne befestigten Gegengewichten unterhalb der mittleren Schubachse vermieden werden.

Eine vorteilhafte Alternative besteht darin, daß die jeweiligen Schwerpunkte der Schwingrinne und der Ausgleichsmasse zwischen den Schubachsen der beiden Pleuel, insbesondere auf der mittleren Schubachse, liegen. Mittels dieser Konstruktion wird eine hohe Minimierung der resultierenden Schwingungen des Systems erreicht.

In erfindungsgemäß vorteilhafter Ausführungsform sind die jeweiligen Massen der Schwingrinne und der Ausgleichsmasse gleich groß. Durch diese symmetrische Massenanordnung des Gegenschwingsystems ist es möglich, ungewollte auftretende resultierende Schwingungen auf ein Mindestmaß zu verringern.

In zweckmäßiger Ausführungsform können die jeweiligen maximalen Schwingungsauslenkamplituden der Schwingrinne und der Ausgleichsmasse gleich groß sein. Mit anderen Worten weisen die im Gegentakt schwingenden Gewichte den gleichen Hub auf. Damit können verbleibende ungewollte resultierende Schwingungen weiter verringert werden.

Zudem ist es vorteilhaft, wenn die maximalen Schwingungsauslenkamplituden der Schwingrinne und der Ausgleichsmasse zwischen 0,5 mm und 5 mm, vorzugsweise etwa 2 mm betragen. Damit betragen die maximalen Hublängen der Schwingrinne und der Ausgleichsmasse zwischen 1 mm und 10 mm. Vorzugsweise weisen beiden Gewichte den gleichen Hub von etwa 4 mm auf. Durch die Ausgestaltung der maximalen Schwingungsauslenkamplituden in der angegebenen Dimensionierung können zur Förderung von Gegenständen auf der Schwingrinne optimale Schwingungen erzeugt werden.

Zudem kann es vorteilhaft sein, wenn die Kurbelvorrichtung von einem Elektromotor zum Drehen um ihre Längsachse angetrieben wird. Ein Elektromotor weist besonders ruhige Laufeigenschaften auf und überträgt daher kaum ungewollte Schwingungen über seine Aufhängung am Gehäuse an das Schwingrinnensystem. Weiterhin ist ein Elektromotor besonders pflegeleicht und einfach zu betreiben.

In besonders vorteilhafter Ausführungsform beträgt der Winkel zwischen der Schwingungsrichtung und der Horizontalen zwischen 5° und 85°, insbesondere zwischen 10° und 30°, vorzugsweise jedoch etwa 20°. Eine Schwingrinne mit dieser Orientierung weist besonders günstige Fördereigenschaften bezüglich des Transportes von Gegenständen auf.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, auf die hinsichtlich aller erfindungswesentlichen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird, erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht eines Schwingrinnenantriebs mit einem sich im oberen Totpunkt befindenden Kurbelgetriebe,
Fig. 2 eine vertikale Schnittansicht des Schwingrinnenantriebs nach Fig. 1 mit einem sich im unteren Totpunkt befindenden Kurbelgetriebe,
Fig. 3 eine funktionale Draufsicht auf den Schwingrinnenantrieb nach Fig. 1, bei dem sich das Kurbelgetriebe im oberen Totpunkt befindet,
Fig. 4 eine funktionale Draufsicht auf den Schwingrinnenantrieb nach Fig. 1, bei dem sich das Kurbelgetriebe in 90° Stellung befindet,
Fig. 5 eine funktionale Draufsicht auf den Schwingrinnenantrieb nach Fig. 1, bei dem sich das Kurbelgetriebe im unteren Totpunkt befindet und
Fig. 6 eine funktionale Draufsicht auf den Schwingrinnenantrieb nach Fig. 1, bei dem sich das Kurbelgetriebe in 270° Stellung befindet.
Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwingrinnenantriebs wird zunächst bezugnehmend auf die vertikale Schnittansicht in Fig. 1 erläutert. Im rechten oberen Teil der Darstellung ist ein Schwingrinnenelement 1 zum Fördern von Gegenständen angeordnet. Dazu weist das Schwingrinnenelement 1 eine leichte Neigung von etwa 1° bis zu 7° auf und wird von einem unterhalb davon angeordneten Schwingrinnenantrieb in eine lineare Schwingung längs einer von links unten nach rechts oben verlaufenden Schwingungsrichtung 7 versetzt. Die Schwingungsrichtung 7 schließt mit der Horizontalen einen Winkel von etwa 20° ein. Das Schwingrinnenelement 1 ist auf einem sich längs dazu erstreckenden Schwingrinnenunterbau 2 befestigt, welcher wiederum von einem vertikalen Schwingrinnenträger 3 getragen wird.
Der Schwingrinnenunterbau 2 weist an seiner Unterseite ein U-förmiges Befestigungsteil 30 auf, dessen U-Steg sich horizontal erstreckt und mittels Schraubbolzen auf einem horizontalen oberen Flansch 31 des Schwingrinnenträgers 3 festgespannt ist. Zwischen dem U-Steg des Befestigungsteils 30 und dem oberen Flansch 31 des Schwingrinnenträgers ist eine kreisscheibenförmige obere Wand 32 einer flexiblen Membran 33 festgelegt, die vom radial äußeren Rand der kreisscheibenförmigen Wand 32 aus ein Stück axial nach unten verläuft und sich dann ein Stück radial einwärts bis zu einem zylindrischen Hals 34 mit vertikaler Achse erstreckt. Dieser Hals 34 dient zur Festlegung der Membran 33 an einem entsprechend geformten Gehäuserand einer mit der Schwingrinne ausgestatteten Teilmengenwaage oder sonstigen Vorrichtung, wodurch eine Abdichtung hergestellt ist, welche infolge der Flexibilität der Membran 33 die Schwingungsbewegung nicht behindert.
Unten ist der vertikale Schwingrinnenträger 3 mit einem radialen Flansch auf einem in Schwingungsrichtung 7 ausgerichteten Schwingrinnenschlitten 4 befestigt. Dieser ist entlang der Schwingungsrichtung 7 verschiebbar auf einem Rahmen 20 des Antriebs gelagert und wird über ein Schwingrinnenpleuel 6 von einem Exzenter 8 der Schwingrinne zum Schwingen entlang dieser Verschiebungsachse angetrieben. Dazu schwingt das Schwingrinnenpleuel 6 entlang einer zur Schwingungsrichtung 7 parallelen Schubachse 5 des Schwingrinnenpleuels. Der Exzenter 8 der Schwingrinne wird von einem Elektromotor 11 über eine in Fig. 3 ersichtliche Welle 10 der Kurbelvorrichtung angetrieben. An dieser Welle 10 der Kurbelvorrichtung ist in Wellenrichtung nach unten hin versetzt ein Exzenter 9 der Ausgleichsmasse angeordnet, dessen Kurbelbewegung gegenüber der Kurbelbewegung des Exzenters 8 der Schwingrinne um 180° versetzt ist. Das am Exzenter 9 angreifende Ausgleichsmassenpleuel 12 schwingt daher im Gegentakt zum Schwingrinnenpleuel 8 entlang einer zur Schwingungsrichtung 7 parallelen Schubachse 13 des Ausgleichsmassenpleuels und treibt dabei einen verschiebbar auf dem Rahmen 20 gelagerten Ausgleichsmassenschlitten 14 an. Auf diesem Ausgleichsmassenschlitten 14 ist ein Ausgleichsmassenelement 15 aufgebracht, dessen Masse so gewählt ist, dass die Gesamtmasse der das Schwingrinnenelement 1, den Schwingrinnenunterbau 2, den Schwingrinnenträger 3 und den Schwingrinnenschlitten 4 umfassenden Schwingrinne mit der Gesamtmasse der das Ausgleichsmassenelement 15 und den Ausgleichsmassenschlitten 14 umfassenden Ausgleichsmasse übereinstimmt. Weiterhin ist die Gesamtanordnung so gestaltet, dass der Schwerpunkt 17 der Schwingrinne und der Schwerpunkt 16 der Ausgleichsmasse auf einer Schwerpunktsschwingachse 18 liegen, welche zur durch die Mittelachse zwischen den beiden Pleuelschubachsen 5 und 13 definierten mittleren Schubachse 19 parallel ist. Im Schwingungsbetrieb schwingen dann die Schwerpunkte der beiden Massen gegenläufig auf dieser Schwerpunktsschwingachse 18.
Die Exzenter 9 und 10 weisen weiterhin die gleiche Exzentrizität von 2 mm auf, wodurch der Hub für beide Schwungmassen 4 mm beträgt. Fig. 1 und Fig. 3 zeigen den Kurbelantrieb im oberen Totpunkt. Der Ausgleichsmassenschlitten 14 ist dabei nach rechts hin 2 mm und der Schwingrinnenschlitten 4 ebenfalls nach rechts hin 5 mm von einem jeweils benachbarten Abschnitt des Rahmen 20 entfernt. In der in Fig. 2 und in Fig. 5 dargestellten Stellung des Kurbelantriebs im unteren Totpunkt beträgt der entsprechende Schlittenabstand vom Rahmen nach rechts hin für den Ausgleichsmassenschlitten 14 6 mm und für den Schwingrinnenschlitten 4 1 mm.

Claims

1. Antrieb für eine Schwingrinne (1, 2, 3, 4), insbesondere für Teilmengenwaagen, zum linearen Schwingen längs einer Schwingungsrichtung (7), gekennzeichnet durch eine umlaufend angetriebene Kurbelvorrichtung (8, 9, 10) und zwei von der Kurbelvorrichtung angetriebene Pleuel (6, 12), deren eines die längs der Schwingungsrichtung verschiebbar gelagerte Schwingrinne und deren anderes im Gegentakt dazu eine parallel zur Schwingungsrichtung verschiebbar gelagerte Ausgleichsmasse (14, 15) antreibt.

2. Antrieb für eine Schwingrinne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubachsen (5, 13) der beiden Pleuel in Richtung der Drehachse der Kurbelvorrichtung gegeneinander versetzt sind.

3. Antrieb für eine Schwingrinne nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der von den Beschleunigungskräften der Schwingrinne und der Ausgleichsmasse hervorgerufenen, zu der von der Schwingungsrichtung und der Drehachse der Kurbelvorrichtung aufgespannten Ebene orthogonalen vektoriellen Momente minimiert ist.

4. Antrieb für eine Schwingrinne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden zum jeweiligen Zeitpunkt der gegenläufigen Schwingungsvorgänge auftretenden Drehmomente aus den jeweiligen an der Schwingrinne bzw. an der Ausgleichsmasse anliegenden Beschleunigungskräften bezüglich des Schnittpunktes der Drehachse der Kurbelvorrichtung und der mittleren Schubachse (19) der beiden Pleuel entgegengesetzt gleich groß sind.

5. Antrieb für eine Schwingrinne nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände der Schwerpunkte (17, 16) der Schwingrinne und der Ausgleichsmasse zur mittleren Schubachse der beiden Pleuel gleich sind.

6. Antrieb für eine Schwingrinne nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwerpunkte der Schwingrinne und der Ausgleichsmasse oberhalb der mittleren Schubachse der beiden Pleuel liegen.

7. Antrieb für eine Schwingrinne nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwerpunkte der Schwingrinne und der Ausgleichsmasse zwischen den Schubachsen der beiden Pleuel, insbesondere auf der mittleren Schubachse, liegen.

8. Antrieb für eine Schwingrinne nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Massen der Schwingrinne und der Ausgleichsmasse gleich groß sind.

9. Antrieb für eine Schwingrinne nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen maximalen Schwingungsauslenkamplituden der Schwingrinne und der Ausgleichsmasse gleich groß sind.

10. Antrieb für eine Schwingrinne nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximalen Schwingungsauslenkamplituden der Schwingrinne und der Ausgleichsmasse zwischen 0,5 mm und 5 mm, vorzugsweise etwa 2 mm betragen.

11. Antrieb für eine Schwingrinne nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelvorrichtung von einem Elektromotor (11) angetrieben wird.

12. Antrieb für eine Schwingrinne nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Schwingungsrichtung und der Horizontalen zwischen 5° und 85°, insbesondere zwischen 10° und 30°, vorzugsweise jedoch etwa 20° beträgt.