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" Procédé pour l'exploitation de générateurs de vibration ".
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Pour la production de forces de vibration ou de secousse, on connaît entre autres des générateurs d'oscillations électro- magnétiques et électrodynamiques. Ce sont des générateurs de vibrations qui possèdent un électroaimant excité au moyen de courant alternatif et qui exerce sur une armature qui lui est adjointe, suivant sa construction, des forces électromagnétiques ou électrodynamiques. La grandeur des forces de vibration ou de seoousse développée par de tels générateurs de vibrations
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Dépend de la grandeur de ces forces magnétiques et des masses vibrantes. Si l'on veut développer des forces de vibration et de secousse plus grandes, le générateur de vibrations doit être plus grand et plus fort en conséquence.
Pour des raisons économiques et techniques, il n'est tou- tefois pas toujours très indiqué de oonstruire les générateurs de vibrations toujours plus grands et plus forts afin d'obtenir l'effet voulu. L'invention indique un procédé qui permet, même sans augmentation des forces magnétiques et des masses en vibra- tion, d'obtenir un plus grand effet de vibration ou de seoousse.
Le procédé selon l'invention consiste en ce que le courant d'ex- citation du générateur de vibrations est, pendant l'exploita- tion, fermé et coupé continuellement à des intervalles de temps déterminés en raison de l'accord, de telle sorte que l'ampli- tude des vibrations arrive pendant chacune des périodes de fer- meture à des valeurs plus grandes que sa valeur en régime oon- tinu. Selon l'invention, on travaille ainsi avec une amplitude de vibration plus grande et avec l'augmentation de l'amplitude des vibrations croit aussi à proportion la force de vibration ou de secousse.
Comme l'augmentation de l'amplitude provoque une oontrainte plus forte en conséquence des éléments élastiques de l'équipement vibrant, il est particulièrement avantageux que les grandes amplitudes ne soient pas maintenues en perma- nenoe avec une valeur égale, mais que le mouvement de vibration oroisse graduellement par la fermeture et la coupure périodiques de l'excitation, pour ensuite décroître.
A l'aide du dessin est expliqué de plus près le procédé selon l'invention.
Les figures 1 et 2 montrent d'abord deux exemples d'exé- cution d'un générateur électromagnétique de vibrations. Sur la figure 1, sur les bords d'un carter en forme de pot 1, est en- castré par ses extrémités un ressort à lame 2. En son milieu,
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ce ressort porte une masse vibrante 3 et l'armature 4, qui est attirée par l'électroaimant 5 qui lui correspond, qui est fixé' au fond du oarter, et qui est excité par exemple par un oourant alternatif à un rythme égal au double de la fréquence du réseau.
La figure 2 représente un appareil analogue. Les pièces 1 à 5 sont en gros les mêmes. Toutefois, leurs formes et leurs dispositions sont différentes. Au lieu d'un ressort à lame, il est prévu ioi un barreau élastique 2 dont les extrémités sont encastrées dans les parois avant et arrière du carter 1, tandis que, en son milieu, est fixé un levier coudé 6. A l'extrémité du bras long de ce levier se trouve la masse vibrante 3, à l'ex- trémité du bras court l'armature 4. L'électroaimant 5 est de nouveau lié rigidement au fond du oarter. Si l'électroaimant 5 est excité par du courant alternatif, l'armature 4 est attirée également ici avec une fréquence double de celle du réseau, de sorte que, dans ce cas, la masse vibrante 3 exécute des vibra- tions au même rythme.
Le barreau élastique 2 est alors sollicité à la torsion.
Le mouvement d'osoillation de la masse oscillante 3 se fait dans le sens indiqué par les flèches. Si les appareils à secousses montrés sur les figures 1 et 2 sont fixés à un corps quelconque 7, par exemple à la paroi à secouer d'un récipient contenant une denrée, l'effort de secousse de l'appareil se transmet aussi à ce corps 7.
Or, dans l'examen du mouvement de vibration de corps vi- brants de qette espèce, il y a lieu d'observer que chaque sys- tème vibrant possède un nombre de vibrations ou une fréquence propre qui, en règle générale, s'éoarte de la fréquence exoita- trioe dépendant du réseau. Habituellement, on dimensionne le système vibrant de telle sorte que sa fréquence propre diffère légèrement de la fréquence d'excitation.
Sur la figure 3 par exemple, la courbe 8 représente la
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vibration libre d'un générateur de vibrations avec une fréquen- oe propre #o et la courbe 9 la vibration forcée avec la fré- quence d'excitation #. Si l'on met en marche un générateur de vibrations accordé de cette façon, les deux vibrations se superposent pour former une vibration résultante. La vibration libre s'amortit toutefois déjà rapidement peu après la mise en marche, de sorte que reste seule la vibration forcée. Cela est représenté graphiquement sur la figure 4. La courbe 10 est for- mée par la superposition des deux courbes 8 et 9. Leurs ordon- nées correspondent à tout moment à la hauteur de la surface ha- ohurée sur la figure 3.
Comme cela est visible sur la figure 4, la courbe 10 se dilate graduellement jusqu'à sa valeur maximum pour ensuite décroître. Cela est aussi visible sur les envelop- pes 11 tracées en pointillé, Si l'on dessine ces oourbes enve- loppes pour un intervalle de temps plus grand que celui qui cor- respond à la figure 4, on obtient les oourbes de la figure 5 dans laquelle l'échelle de temps est considérablement accrue.
L'intervalle de temps embrassé par la figure 4 est indiqué sur la figure 5 par le segment 12.
Comme cela est visible sur la figure 5, l'amplitude né- cessaire augmente graduellement jusqu'à une valeur maximum xmax, pour ensuite décroître de nouveau jusqu'à la valeur xn, ampli- tude de régime normal. Pour #o = # #, xmax est pratiquement égal à 2xn. Toutefois, on a à peu près le même rapport de gran- deur également dans les écarts pratiquement usuels entre #o et #.
Pour déterminer la valeur de ce rapport, le plus simple est de faire inscrire automatiquement le mouvement de vibration pendant l'opération de fermeture par un enregistreur de vibra- tions, et ensuite de lire directement la grandeur de l'amplitude de la vibration. On peut aussi obtenir ce rapport par le calcul; toutefois, le calcul est relativement fastidieux. Concernant cet
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examen par le .calcul, on peut dire brièvement ce qui suit : 13 ome l'injonction dans le fer de l'éleotroaimant varie avec une bonne approximation suivant la courbe d'un sinu's ou d'un cosinus, on obtient pour la force maximum R qui croit avec le carré de l'induction l'équation :
R - R0 + R1 + R2.
Dans cette équation, R0 est une force de traction constante,
R1 est une force périodique de même amplitude maximum, et R2 une somme de différentes forces élémentaires. En soi, chacun de ces termes séparément provoque un mouvement des masses vi- brantea; oomme toutefois, les forces individuelles formant le terme R2 s'amortissent rapidement suivant une courbe exponen- tielle et que, de plus, la valeur R2 dans les rapports de fré- quence usuels pour les générateurs de vibrations est très pe- tite par rapport à la valeur R1, il subsiste pratiquement seule- ment, même pendant l'opération de fermeture, une force magné- tique de : R = R0 + R1.
Le calcul montre ainsi que la force magnétique est composée essentiellement d'une force de traotion constante et d'une for- ce périodique harmonique de même amplitude maximum. si l'on calcule sur la base de cette force magnétique le mouvement du système vibrant, qui se oompose de la vibration forcée et de la vibration propre, on arrive à ce résultat que l'amplitude de la vibration lors de la fermeture du oourant d'excitation commence dans chaque cas par croître graduellement jusqu'à une valeur supérieure à sa valeur de service normale, en règle gé- nérale environ jusqu'au double de cette valeur, pour ensuite décroître graduellement.
Or, si le générateur de vibrations est, suivant l'inven- tion, soumis à des fermetures et coupures répétées du courant,
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de sorte par exemple que le circuit soit ouvert dans la figure 5 à l'instant t1 et refermé à l'instant t 2 on obtient une allure de vibration suivant la figure 6. Comme cela est visi- ble sur cette figure, au point t2 rétablit de nouveau le même processus de dilatation qu'au point t0.
Une oomparaison des figures 6 et 5 montre l'avantage considérable du procédé selon l'invention : tandis que, d'après la figure 5, l'amplitude de vibration après l'achèvement de l'opération de fermeture se maintiendrait en permanenoe à la valeur de service normale xn, d'après la figure 6 elle augmentera toujours de nouveau avec une force telle qu'elle dépasse considérablement la valeur de régime xn pendant une grande partie de la durée de fonctionne- ment et même, dans le cas présent comme en règle générale, pen- dant la plus grande partie du temps de service.
La durée de fermeture du courant d'excitation, c'est-à- dire l'intervalle de temps entre l'instant to et l'instant t1, doit être au moins d'une grandeur telle que l'amplitude de vi- bration augmente dans cet intervalle de la façon cherchée au dessus de sa valeur normale de régime x . sur la figure 4, il faut que cet intervalle de temps soit plus grand que l'inter- valle de temps de t0 à tmin. or, le temps de la durée de ferme- ture t0 à t1 est en soi illimité, toutefois pour des raisons d'opportunité, on ne la prendra pas très grande afin d'utiliser le plus possible les avantages réalisables suivant l'invention.
La durée d'ouverture t1 à t2 du courant d'excitation peut en principe être longue ou courte à volonté.
Un rapport déterminé entre les valeurs de durée de ferme- ture et de coupure, ou entre ces valeurs et la durée d'une vi- bration isolée, ne peut pas être indiqué d'une façon générale- ment valable, oar ces valeurs dépendent non seulement de la fré- quenoe, mais aussi, comme on l'a indiqué, du rapport entre la fréquence propre et la fréquence d'excitation du système vibrant.
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Sur la base des directives'données ci-dessus, 11 est toutefois possible sans plut de déterminer ces valeurs suivant l'accord réalisé de cas en cas, de telle aorte qu'elles répondent le mieux possible aux 00.1115.ou pratiquée.
On mentionnera encore que, pour le procédé suivant l'in- vention, la relation dans le tempe de l'instant de la fermeture et de la coupure , la phase instantanée de la tension d'excita- %ion est tout à fait indifférente, car le procédé suivant l'in- vention est pratiquement indépendant de la grandeur de la valeur instantanée de la tension. Dans chaque cas,, l'amplitude de vi- bration augmente tout d'abord jusqu'à des valeurs qui sont plus grandes que la valeur normale de service, et en règle générale sont à peu près le double de cette valeur.
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"Method for the operation of vibration generators".
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Among other things, electromagnetic and electrodynamic oscillation generators are known for the production of vibrating or shaking forces. These are vibration generators which have an electromagnet excited by means of alternating current and which exerts on an armature which is attached to it, depending on its construction, electromagnetic or electrodynamic forces. The magnitude of the vibrational or seoousse forces developed by such vibration generators
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Depends on the magnitude of these magnetic forces and vibrating masses. If one wants to develop greater vibrating and shaking forces, the vibration generator must be larger and stronger accordingly.
For economic and technical reasons, however, it is not always very advisable to build ever larger and stronger vibration generators in order to obtain the desired effect. The invention indicates a method which makes it possible, even without increasing the magnetic forces and the vibrating masses, to obtain a greater vibrating or seoousse effect.
The method according to the invention consists in that the excitation current of the vibration generator is, during operation, closed and cut off continuously at determined time intervals due to the tuning, in such a way. that the amplitude of the vibrations arrives during each of the closing periods at values greater than its value in continuous operation. According to the invention, one thus works with a greater amplitude of vibration and with the increase in the amplitude of the vibrations also increases in proportion to the force of vibration or shaking.
Since the increase in amplitude causes a greater stress as a consequence of the elastic elements of the vibrating equipment, it is particularly advantageous that the large amplitudes are not kept permanently with an equal value, but that the movement of vibration gradually changes by the periodic closing and cutting of the excitation, to then decrease.
The method according to the invention is explained more closely with the aid of the drawing.
Figures 1 and 2 first show two exemplary embodiments of an electromagnetic vibration generator. In FIG. 1, on the edges of a casing in the form of a pot 1, is embedded by its ends a leaf spring 2. In its middle,
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this spring carries a vibrating mass 3 and the armature 4, which is attracted by the electromagnet 5 which corresponds to it, which is fixed to the bottom of the oarter, and which is excited for example by an alternating current at a rate equal to double of the network frequency.
Figure 2 shows a similar apparatus. Parts 1 through 5 are roughly the same. However, their forms and arrangements are different. Instead of a leaf spring, there is provided an elastic bar 2, the ends of which are embedded in the front and rear walls of the housing 1, while, in its middle, is fixed an angled lever 6. At the end vibrating mass 3 is located on the long arm of this lever, at the end of the short arm the armature 4. The electromagnet 5 is again rigidly linked to the bottom of the oarter. If the electromagnet 5 is excited by alternating current, the armature 4 is also attracted here with a frequency twice that of the network, so that, in this case, the vibrating mass 3 executes vibrations at the same rate.
The elastic bar 2 is then subjected to torsion.
The oscillation movement of the oscillating weight 3 takes place in the direction indicated by the arrows. If the shaking devices shown in Figures 1 and 2 are attached to any body 7, for example to the shaking wall of a container containing a foodstuff, the shaking force of the device is also transmitted to this body 7.
Now, in the examination of the vibratory motion of vibrating bodies of this kind, it should be observed that each vibrating system has a number of vibrations or an eigenfrequency which, as a general rule, deviates from it. of the output frequency depending on the network. Usually, the vibrating system is dimensioned so that its natural frequency differs slightly from the excitation frequency.
In Figure 3 for example, curve 8 represents the
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free vibration of a vibration generator with its own frequency #o and curve 9 the forced vibration with the excitation frequency #. If one turns on a vibration generator tuned in this way, the two vibrations overlap to form a resulting vibration. However, the free vibration is quickly damped off soon after switching on, so that only the forced vibration remains. This is shown graphically in FIG. 4. The curve 10 is formed by the superposition of the two curves 8 and 9. Their ordinates correspond at all times to the height of the hatched surface in FIG. 3.
As can be seen in Figure 4, curve 10 gradually expands to its maximum value and then decreases. This is also visible on the envelopes 11 plotted in dotted lines, If we draw these envelope curves for a time interval greater than that which corresponds to figure 4, we obtain the curves of figure 5 in which the timescale is considerably increased.
The time interval embraced by Figure 4 is indicated in Figure 5 by segment 12.
As can be seen in FIG. 5, the required amplitude gradually increases to a maximum value xmax, and then decreases again to the value xn, amplitude of normal operation. For #o = # #, xmax is practically equal to 2xn. However, there is approximately the same magnitude ratio also in the practically usual deviations between #o and #.
The easiest way to determine the value of this ratio is to have the vibration movement recorded automatically during the closing operation by a vibration recorder, and then to directly read the magnitude of the vibration amplitude. We can also obtain this ratio by calculation; however, the calculation is relatively tedious. Regarding this
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examination by calculation, we can briefly say the following: 13 ome the injunction in the iron of the electromagnet varies with a good approximation according to the curve of a sine or a cosine, one obtains for the maximum force R which believes with the square of the induction the equation:
R - R0 + R1 + R2.
In this equation, R0 is a constant tensile force,
R1 is a periodic force of the same maximum amplitude, and R2 a sum of different elementary forces. In itself, each of these terms separately provokes a movement of the vibrating massesa; As, however, the individual forces forming the term R2 rapidly dampen along an exponential curve and, moreover, the value R2 in the usual frequency ratios for vibration generators is very small compared to the value R1, there remains practically only, even during the closing operation, a magnetic force of: R = R0 + R1.
Calculation thus shows that the magnetic force is composed essentially of a constant trauma force and a periodic harmonic force of the same maximum amplitude. If one calculates on the basis of this magnetic force the movement of the vibrating system, which is composed of the forced vibration and of the proper vibration, we arrive at the result that the amplitude of the vibration when the current closes The excitation begins in each case by gradually increasing to a value greater than its normal operating value, as a rule about up to twice that value, and then gradually decreasing.
Now, if the vibration generator is, according to the invention, subjected to repeated closings and cuts of the current,
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so for example that the circuit is open in figure 5 at time t1 and closed again at time t 2, a vibration pattern is obtained according to figure 6. As can be seen in this figure, at point t2 again re-establishes the same expansion process as at point t0.
A comparison of Figures 6 and 5 shows the considerable advantage of the method according to the invention: while, according to Figure 5, the amplitude of vibration after the completion of the closing operation would be maintained permanently at the same time. normal operating value xn, according to figure 6 it will always increase again with a force such that it considerably exceeds the operating value xn during a large part of the operating time and even, in the present case as as a rule, during the greater part of the operating time.
The duration of closing of the excitation current, that is to say the time interval between the instant to and the instant t1, must be at least of a magnitude such that the vibration amplitude increases in this interval in the way sought above its normal value of regime x. in FIG. 4, this time interval must be greater than the time interval from t0 to tmin. now, the time of the closing time t0 to t1 is in itself unlimited, however, for reasons of expediency, it will not be taken very long in order to use as much as possible the advantages achievable according to the invention.
The opening time t1 to t2 of the excitation current can in principle be long or short at will.
A determined relationship between the values of the on and off time, or between these values and the duration of an isolated vibration, cannot be indicated in a generally valid way, since these values do not depend on only of the frequency, but also, as has been indicated, of the relation between the natural frequency and the excitation frequency of the vibrating system.
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On the basis of the guidelines given above, however, it is possible without further to determine these values depending on the agreement made on a case-by-case basis, such aorta that they best respond to 00.1115. Or practiced.
It will also be mentioned that, for the method according to the invention, the relation in the temple of the instant of the closing and the breaking, the instantaneous phase of the excitation voltage% ion is completely indifferent, because the method according to the invention is practically independent of the magnitude of the instantaneous value of the voltage. In each case, the vibration amplitude first increases to values which are greater than the normal working value, and as a rule are about twice that value.