DE1448638C

DE1448638C - Mechanical oscillator with induction coil for measuring the conveying capacity of vibratory conveyor devices powered by AC mains

Info

Publication number: DE1448638C
Authority: DE
Inventors: Leo 7055 Stetten Brosch
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Publication date: 1971-11-18

Description

Die Erfindung betrifft einen mechanischen Oszillator mit Induktionsspule und mit bekannter Frequenzcharakteristik zur elektrischen Messung der Förderleistung von wechselstromnetzgespeisten Schwingfördergeräten. The invention relates to a mechanical oscillator with induction coil and with known frequency characteristics for electrical measurement of the conveying capacity vibratory conveyor devices powered by AC mains.

Elektromagnetisch angetriebene Schwingfördergeräte bestehen aus zwei Massen, die durch Federn miteinander gekoppelt sind und durch einen von Wechselstrom durchflossenen Elektromagneten zu Schwingungen angeregt werden. Die Eigenfrequenz dieses Zweimassensystems wird in der Nähe der Frequenz des erregenden Stromes gewählt, so daß ein guter Wirkungsgrad erreicht wird. Die doppelte Amplitude einer Schwingung wird als Schwingbreite bezeichnet. Die beiden Einzelschwingbreiten der Schwingmassen verhalten sich bekanntlich umgekehrt proportional zu der Größe dieser Massen, und die Summe beider Schwingbreiten ist die Gesamtschwingbreite, also die effektive Abstandsdifferenz der beiden Massen während einer Schwingung zueinander.Electromagnetically driven vibratory conveyor devices consist of two masses that are held by springs are coupled to one another and closed by an electromagnet through which alternating current flows Vibrations are excited. The natural frequency of this two-mass system is close to the frequency of the exciting current selected so that a good efficiency is achieved. Twice the amplitude of an oscillation is referred to as the oscillation range. The two individual amplitudes of the Oscillating masses are known to be inversely proportional to the size of these masses, and the The sum of both vibration ranges is the total vibration range, i.e. the effective difference in distance between the two Masses during an oscillation to one another.

Diese wird von mehreren Faktoren beeinflußt: der Frequenz und der Amplitude des erregenden Stromes und bei Schwingfördergeräten der Verteilung des Fördergutes, die die Eigenfrequenz der schwingenden Massen beeinflußt. Im allgemeinen wird die Netzfrequenz als genügend konstant angesehen und eine Regelung auf konstanten Strom vorgenommen. Bei Schwankungen der Netzspannung und Veränderungen in der Massenverteilung durch Änderungen im Fördergut können jedoch auch Änderungen in der Schwingbreite des Nutzgerätes auftreten.This is influenced by several factors: the frequency and the amplitude of the exciting current and in the case of vibratory conveyors, the distribution of the conveyed material, which is the natural frequency of the vibrating Masses affected. In general, the network frequency is considered to be sufficiently constant and one Regulation made on constant current. In the event of fluctuations in the mains voltage and changes in the mass distribution due to changes in the conveyed goods, however, changes in the Oscillation range of the utility device occur.

Für die Messung von Schwingungen der verschiedensten Ursachen ist schon eine ganze Reihe von Geräten bekannt. Am bekanntesten dürften die in der Elektrotechnik zur Messung der Netzfrequenz verwendeten Zungenfrequenzmesser sein, deren Prinzip in vielen Variationen für viele Zwecke angewendet wird. In fast allen Fällen handelt es sich bei diesen Geräten um eine schwingungsfähige Anordnung mit ausgeprägter Eigenfrequenz, bei welcher die Resonanzübereinstiminung zwischen der Eigenfrequenz und der zu messenden Schwingungsfrequenz ausnutzt wird.There is a whole range of devices for measuring vibrations of the most varied of causes known. The best known are probably those used in electrical engineering to measure the network frequency The reed frequency meter, the principle of which is used in many variations for many purposes. In almost all cases, these devices are a vibratory arrangement with a pronounced Natural frequency at which the resonance correspondence between the natural frequency and the to measuring vibration frequency is used.

In F i g. 1 ist ein bekanntes System eines mechanischen Oszillators mit Induktionsspule, wie es für die vorliegende Aufgabe praktisch ausschließlich in Frage kommt, dargestellt. Eine Blattfeder 1 ist zwischen Winkeln 2, die mit Schraubenbolzen an dem Gehäuse 4 befestigt sind, durch die Bolzen 5 eingespannt und besitzt an ihrem freien Ende einen Dauermagneten 6 mit dem Schwerpunkt S. Die Federkonstante der Blattfeder 1, die Masse des Dauermagneten mit dem Schwerpunkt S und der Schwingabstand 1 des Schwerpunkts S bestimmen die Eigenresonanz dieses schwingenden Gebildes, die im folgenden mit /_t, bekannt ist. Dem Dauermagneten 6 gegenüber befindet sich ein kleiner Anker 7, im allgemeinen aus Elektroblechen geschichtet, mit einer Wicklung 8. Über die Leitung 9 ist im gezeigten Beispiel die Wicklung des Ankers mit einem Anzeigeinstrument 10 verbunden. An Stelle des Anzeigeinslruments 10 kann erforderlichenfalls nach einer Verstärkung ein. Stellglied im Steucrstrqmkreis des Schwingsystems angeschlossen sein. Dieser Schwingungsgeber wird über die Winkel 11 an einer der beiden Schwingmassen befestigt. Wird er durch eine Antricbsfrcqucnz /„ angeregt, so führt der Dauermagnet in Bezug /um Eisenkern 7 Relativschwingungen aus und induziert in der Spule eine entsprechende Wechselspannung, die der Schwinggeschwindigkeit proportional ist. Die induzierte Spannung kann als Anzeigeoder Regelgröße verwendet werden. Die Größe der Relativamplituden ist abhängig vom Frequenzabstand/,,//,.. In Fig. 1 shows a known system of a mechanical oscillator with an induction coil, as it is practically exclusively suitable for the present task. A leaf spring 1 is clamped between angles 2, which are fastened with screw bolts to the housing 4, by the bolts 5 and has a permanent magnet 6 with the center of gravity at its free end . The spring constant of the leaf spring 1, the mass of the permanent magnet with the center of gravity S and the oscillation distance 1 of the center of gravity S determine the natural resonance of this oscillating structure, which is known _{below as / t.} Opposite the permanent magnet 6 is a small armature 7, generally layered from electrical steel sheets, with a winding 8. In the example shown, the winding of the armature is connected to a display instrument 10 via the line 9. Instead of the display element 10, a reinforcement can be used if necessary. Actuator must be connected in the control circuit of the oscillation system. This vibration transmitter is attached to one of the two vibrating masses via the bracket 11. If it is excited by a drive, the permanent magnet executes relative vibrations in relation to the iron core 7 and induces a corresponding alternating voltage in the coil, which is proportional to the vibration speed. The induced voltage can be used as a display or control variable. The size of the relative amplitudes depends on the frequency spacing / ,, //, ..

Der mechanische Oszillator besitzt also eine extreme Schwingamplitude bei seiner ganz bestimmten und begrenzten Resonanzfrequenz j_e. Solche Geräte werden z.- B. zur Frequenzmessung verwendet. Wenn dieThe mechanical oscillator thus has an extreme oscillation amplitude at its very specific and limited resonance frequency j _e . Such devices are used e.g. for frequency measurement. If the

ίο Schwingfrequenz sehr starr ist, kann auch die Amplitude von schwingenden Massen damit gemessen werden. Allerdings genügen schon allerkleinste Frequenzänderungen, um völlig falsche Amplitudenmeßwerte zu erzeugen. Um den Einfluß der Frequenz auf die Amplitudenmessung mittels eines mechanischen Oszillators mit Induktionsspule und mit bekannter Frequenzcharakteristik zur elektrischen Messung der Förderleistung von wechselstromnetzgespeisten Schwingfördergeräten auszuschalten, ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Justiereinrichtung der Arbeitsbereich des Oszillators oberhalb seiner Eigenfrequenz gelegt ist, wo für die induzierte Spannung der Übergang vom fallenden Ast der Resonanzüberhöhung zum ansteigenden Ast infolge sich erhöhender Schwingfrequenz erfolgt.ίο vibration frequency is very rigid, the amplitude can also of vibrating masses can be measured with it. However, even the smallest frequency changes are sufficient, to generate completely wrong amplitude readings. To the influence of the frequency on the amplitude measurement by means of a mechanical oscillator with induction coil and with a known one Frequency characteristic for the electrical measurement of the delivery rate of AC mains fed To switch off vibratory conveyor devices, the invention is characterized in that by means of an adjusting device the working range of the oscillator is placed above its natural frequency, where for the induced Voltage the transition from the falling branch of the resonance increase to the rising branch as a result increasing vibration frequency takes place.

In F i g. 2 ist die Spannungs-Frequenzcharakteristik eines mechanischen Oszillators mit Induktionsspule dargestellt. Die drei aus dem Ursprung ausgehenden gestrichelten Geraden a, b, c sind die Spannungs-Frequenzkennlinien der Induktionsspule, wenn keine Resonanzüberhöhung infolge der Eigenresonanz des mechanischen Oszillators stattfinden würde, bei drei verschiedenen Schwingungsamplituden. Infolge der Eigenresonanz steigt jedoch die Kennlinie zunächst steil an zu einem Resonanzmaximum, um erst dann auf die normale Gerade der Induktionskennlinie der Spule mit der Amplitude als Parameter abzufallen und in dieser weiterzuverlaufen. Die bekannte und übliche Messung im Resonanzpunkt bzw. in dessen unmittelbarer Nähe würde eine gute Leistungsausbeute und eine hohe Empfindlichkeit besitzen, jedoch sehr empfindlich gegen Frequenzschwankungen sein. Wird jedoch der Arbeitsbereich im Übergang des fal-. !enden Astes der Resonanzüberhöhung in die steigende Gerade, also im gezeigten Beispiel zwischen den Frequenzen A und B gewählt, so erhält man eine praktisch ausreichende Unabhängigkeit der Amplitudenmessung von Frequenzschwankungen. Derartige Schwingbreitengeber werden nicht nur als Ge- ber für Schwingbreitenregler verwendet, sondern dienen auch zur Anzeige des Schwingungswertes.In Fig. 2 shows the voltage-frequency characteristics of a mechanical oscillator with an induction coil. The three dashed straight lines a, b, c emanating from the origin are the voltage-frequency characteristics of the induction coil, if there would be no resonance increase due to the natural resonance of the mechanical oscillator, at three different oscillation amplitudes. As a result of the natural resonance, however, the characteristic curve initially rises steeply to a resonance maximum, and only then falls to the normal straight line of the induction characteristic curve of the coil with the amplitude as the parameter and continues in this. The known and customary measurement at the resonance point or in its immediate vicinity would have a good power yield and high sensitivity, but would be very sensitive to frequency fluctuations. However, the work area in the transition of the fall. If branches of the resonance exaggeration end in the ascending straight line, i.e. selected between frequencies A and B in the example shown, then there is practically sufficient independence of the amplitude measurement from frequency fluctuations. Such vibration width transmitters are not only used as transmitters for vibration width regulators, but also serve to display the vibration value.

Bei der Herstellung von derartigen Gebern, die in der in F i g. 1 gezeichneten Anordnung bekannt sind, ist eine genaue Justierung der Eigenfrequenz erforderlich, da ja die Antriebsfrequenz, die durch das Netz gegeben ist, festliegt. Man ist also bestrebt, den Frequenzabstand zur Erzielung von gleichbleibenden Ausschlägen und damit gleichbleibender Anzeige und optimaler Frequenzunabhängigkeit in konstanter Größe einzustellen, um das Arbeitsgebiet gemäß der Erfindung einzustellen. Dies wird durch Veränderung der Einspannlänge verwirklicht/.d. h., man muß bei Stillstand die Halteschrauben 5 lösen und die freie Länge der Blattfeder durch Verschieben verändern, bis der gewünschte Frequenzabstand durch die Verstellung der Federkonstanten erreicht wird. Das erfolgt in umständlicher und langwieriger Einstellarbeit durch Probieren.In the manufacture of such encoders, which are shown in FIG. 1 shown arrangement are known, a precise adjustment of the natural frequency is required, since the drive frequency, which is determined by the Network is given, is fixed. So one strives to keep the frequency spacing to achieve constant Deflections and thus constant display and optimal frequency independence in constant Adjust size to adjust the working area according to the invention. This is done through change the clamping length realized / .d. i.e., you have to At a standstill, loosen the retaining screws 5 and change the free length of the leaf spring by moving it, until the desired frequency spacing is achieved by adjusting the spring constant. That happens in laborious and tedious adjustment work through trial and error.

Es wird eine schnelle Justierung der Eigenfrequenz von Amplitudengebern während des Betriebszustandes durch eine Einrichtung erreicht, durch die die freie Einspannlänge der anzeigebestimmenden Blattfeder durch an diese beidseitig sich anschmiegende Federelemente stetig veränderbar ist.There is a quick adjustment of the natural frequency of amplitude transmitters during the operating state achieved by a device through which the free clamping length of the display-determining leaf spring is continuously changeable by spring elements clinging to them on both sides.

Nach einer Weiterbildung wird ein gemeinsamer Gewindebolzen, der durch Bohrungen in den Zusatzfedern und in der anzeigebestimmenden Blattfeder hindurchreicht und an seinen Enden entgegengerichtete Gewinde besitzt, die in an den Zusatzfedern aufgelöteten Muttern laufen, vorgenommen. Um Reibkorrosion der Federn untereinander und in den Einspannstellen zu vermeiden, ist es zweckmäßig, einen geeigneten Belag oder eine aufgeklebte Schicht anzubringen. According to a further development, a common threaded bolt is inserted through holes in the additional springs and extends through the display-determining leaf spring and facing in opposite directions at its ends Has threads that run in nuts soldered to the auxiliary springs. About fretting corrosion To avoid the springs under each other and in the clamping points, it is advisable to use a suitable covering or a glued-on layer to be applied.

Gemäß F i g. 3, in welcher ein Ausschnitt der Anordnung der F i g. 1 dargestellt ist, und zwar nur derjenige Teil, der die Einspannung der Blattfeder 1 beinhaltet, wird die Blattfeder 1 zwischen zwei entsprechend geformte Federteile 12 und 13 eingespannt. Im nahezu entspannten Zustand ist die Einspannstelle α wirksam. Werden nun die Schrauben 14 und 15 derart verstellt, daß die Metallfedern 12 und 13 sich an die Blattfeder 1 in der gestrichelt gezeichneten Weise anschmiegen, so ist die wirksame Einspannung bei b. Durch diese Anpressung der BlattfedernAccording to FIG. 3, in which a section of the arrangement of FIG. 1 is shown, namely only that part which contains the clamping of the leaf spring 1, the leaf spring 1 is clamped between two correspondingly shaped spring parts 12 and 13. The clamping point α is effective in the almost relaxed state. If the screws 14 and 15 are now adjusted in such a way that the metal springs 12 and 13 cling to the leaf spring 1 in the manner shown in dashed lines, the effective restraint is at b. Through this pressing of the leaf springs

12 und 13 und damit Veränderung des Einspannpunktes der Arbeitsblattfeder 1 ist die Federkonstante stetig und vor allem während des Betriebes einstellbar, was eine wesentliche Erleichterung und Verkürzung der Justierarbeiten bedeutet.12 and 13 and thus the change in the clamping point of the worksheet spring 1 is the spring constant continuously and, above all, adjustable during operation, which is a significant relief and Means shortening the adjustment work.

Es sei erwähnt, daß die Teile 12 und 13 nicht unbedingt aus Stahl, sondern auch aus Nichteisenmetall wie Bronze, Messing od. ä. ausgeführt werden können. Zur Vermeidung der an der Einspannstelle auftretenden Reibkorrosion sind die Formfedern 12 undIt should be mentioned that the parts 12 and 13 are not necessarily made of steel, but also of non-ferrous metal such as bronze, brass or the like. Can be executed. To avoid the occurring at the clamping point The form springs 12 and 12 are fretting corrosion

13 mit einem Schutzbelag 18 versehen. Dieser Korrosionsschutz kann durch eine Lackschicht, galvanische Oberflächenbehandlung, durch Aufkleben einer dünnen Vulkanfiberplatte oder anderes verwirklicht werden. Die Fixierung der Einstellschrauben 14 und 15 erfolgt durch die Kontermuttern 16 und 17,' da ja im Gehäuse .4 Gewinde für die Bolzen eingeschnitten sind.13 provided with a protective covering 18. This corrosion protection can be carried out by a galvanic layer of varnish Surface treatment carried out by gluing a thin sheet of vulcanized fiber or other means will. The adjustment screws 14 and 15 are fixed by means of lock nuts 16 and 17, ' since .4 threads for the bolts are cut in the housing.

Die Anordnung nach Fig. 4 stellt eine Weiterentwicklung dar, in der Richtung, daß die Verstellung stetig und von einer Stelle aus vorgenommen werden kann. Der Bolzen 20 besitzt auf einem Ende ein rechtsgängiges und auf dem anderen Ende ein linksgängiges Gewinde. Auf den Formfedern 12 und 13 sind entsprechende Muttern 21 und 22 aufgelötet. Durch das Gehäuse 4 hat der Gewindebolzen auf einer Seite Durchgang, und außen ist lediglich die Kontermutter 24 angeordnet. Die andere Seite des , Bolzens 20 sitzt auf der anderen Seite des Gehäuses 4;" z. B. in einem Spurlager 19. Die Blattfeder 1 hat für den Bolzen 20 eine Aussparung 23. Durch „den am Ende des Bolzens befindlichen, von außen zugänglichen Schraubenzieherschlitz kann ein gleichmäßiges und vor allem gleichzeitiges Anschmiegen der beiden Formfedern an die Blattfeder 1 verwirklicht werden.The arrangement according to FIG. 4 represents a further development represents, in the direction that the adjustment can be made continuously and from one point can. The bolt 20 has a right-hand thread on one end and a left-hand thread one on the other end Thread. Corresponding nuts 21 and 22 are soldered onto the shaped springs 12 and 13. The threaded bolt has a passage through the housing 4 on one side, and only that is on the outside Lock nut 24 arranged. The other side of the bolt 20 sits on the other side of the housing 4; " z. B. in a thrust bearing 19. The leaf spring 1 has a recess 23 for the bolt 20 Screwdriver slot accessible from the outside at the end of the bolt can be a uniform and, above all, the two shaped springs snugly against the leaf spring 1 at the same time.

Für die dieses Ausbildungsbeispiel angebenden echten Unteransprüche 2 und 3 wird Patentschutz nur in Verbindung mit dem Patentanspruch 1 begehrt.For the real subclaims 2 and 3 specified in this training example, patent protection is only granted Desired in connection with claim 1.

Bei Schwingförderantrieben ist jedoch nur in einem bestimmten Bereich die Schwingbreite der Förderleistung proportional. Dies deshalb, weil der Beginn der Förderung innerhalb einer Schwingförderrinne erst dann erfolgt, wenn die senkrechte Schwingungskomponente den Wert der Erdbeschleunigung übcrsteigt. In the case of vibratory conveyor drives, however, the amplitude of the conveying capacity is only in a certain range proportional. This is because the start of the promotion within a vibrating conveyor trough only takes place when the vertical vibration component exceeds the value of the acceleration due to gravity.

Es ist verständlich, daß für jedes Nutzgerät bzw. jede Schwingförderrinne die Verhältnisse anders sein können. Unterschiedliche Werte für Beginn der Förderung treten durch abweichende Stoßwinkel desIt is understandable that the circumstances are different for each utility device or each vibratory conveyor be able. Different values for the start of the promotion occur due to different joint angles of the

ίο Schwingantriebes zum Fördergerät, durch die Neigung des Fördergerätes zur Waagerechten und auch in gewissem Maße durch das Fördergut selbst auf. Andererseits ist die Nehnamplitude des Schwingantriebes entsprechend der Auslegung unterschiedlich.ίο vibratory drive to the conveyor device, due to the inclination of the conveyor to the horizontal and also to a certain extent by the conveyed material itself. On the other hand, the nominal amplitude of the vibratory drive is different depending on the design.

In Fig. 5 ist der Verlauf der Förderleistung Q in Abhängigkeit der Scliwinganiplitude aufgezeichnet. Im Punkt C ist die senkrechte Komponente gleich der Erdbeschleunigung, und in Punkt D wird z. B. die Nennförderleistung erreicht.In Fig. 5, the course of the delivery rate Q is plotted as a function of the swinganiplitude. At point C the vertical component is equal to the acceleration due to gravity, and at point D z. B. reached the nominal delivery rate.

Oft besteht ein Bedarf nach preisgünstigen Anzeigegeräten für die Förderleistung, an deren Genauigkeit nicht allzu hohe Forderungen gestellt sind. Bandwaagen sind als Kontrollgeräte sehr aulwendig. Mit dem erfindungsgemäßen mechanischen Os/.illator.kann die gemessene Schwingamplitude für die Anzeige der Förderleistung verwendet werden, wenn die Anzeige im Bereich der Amplitude von 0 bis zum Beginn der Förderleistung elektrisch" durch geeignete bekannte Mittel kompensiert wird.Often there is a need for inexpensive display devices for the delivery rate, for their accuracy the demands are not too high. Belt scales are very complex as control devices. With the mechanical oscillator according to the invention the measured vibration amplitude can be used to display the delivery rate, if the display in the range of the amplitude from 0 to the beginning of the delivery rate electrically "by suitable known means is compensated.

Es kann eine je nach der Art und Anordnung des Schwingantriebes veränderliche Kompensationsspannung U₁. angebracht werden, was schematisch beispielsweise in F i g. 6 dargestellt ist. Hierbei wird die vom induktiven Geber ankommende Wechselspannung V_m gleichgerichtet und gegen die entsprechend eingestellte konstante Spannung U_k auf ein Anzeigeinstrument / geschaltet, das erst mit der Anzeige bei Null beginnt, wenn V_m--U,_: wird.Depending on the type and arrangement of the oscillating drive, a variable compensation voltage U _{1 can be used} . be attached, which is shown schematically, for example, in FIG. 6 is shown. Here, the incoming AC voltage V _m from the inductive transmitter is rectified and switched to a display instrument / against the correspondingly set constant voltage U _k , which only begins to display at zero when V _m becomes --U, _: .

Bei dieser Anordnung kann der Beginn der Förderung mit dem Nullpunkt des Anzeigeinstruments zur Übereinstimmung gebracht werden.With this arrangement, the start of the promotion with the zero point of the indicating instrument to Be brought into agreement.

Claims

Patent claims:

1- Mechanical oscillator with induction coil and with known frequency characteristics for electrical measurement of the conveying capacity of AC mains powered vibratory conveyor devices, characterized in that the working range of the The oscillator is placed above its natural frequency, where the transition for the induced voltage from the falling branch of the / resonance increase to the increasing branch takes place as a result of increasing oscillation frequency (FIG. 2).

2. Mechanical oscillator according to claim 1, characterized in that the setting of the Natural frequency of the mechanical oscillator by changing the free clamping length of the display-determining leaf spring, steadily through arched ones clinging to this on both sides Spring elements (12, 13) takes place (Fig. 3 and 4).

3. Mechanical oscillator according to claim 2, characterized in that the nestling

the spring elements (12, 13) by a common two-sided threaded bolt (20) is adjustable with opposing threads.

1 sheet of drawings