DE10309994B4

DE10309994B4 - PKF elements for vibrating conveyor system with piezo drive

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Publication number: DE10309994B4
Application number: DE10309994A
Authority: DE
Inventors: Kurt Buehner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2003-03-01
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2023-03-02
Also published as: DE10309994A1

Abstract

PKF-Element für ein Schwingfördersystem (131) mit Piezoantrieb, wobei das PKF-Element (91, 101, 111, 121, 141) eine längliche Trägerplatte (72, 102, 122, 144) aus einem federnden faserverstärkten Kunststoff aufweist, auf die mindestens einseitig eine Metallschicht (74) und darauf eine PK-Platte (75, 105) aufgebracht sind, an deren von der Trägerplatte abgewandten Oberfläche eine Stromzuführung anliegt, wobei die Metallschicht und die Stromzuführung mit je einem Pol einer Elektrizitätsquelle verbunden sind, und daß die Federkonstante D der Trägerplatte dort, wo sie an der Masse m₂ (133) fixiert ist, ≥ 10⁵ [N/m] ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf die der Trägerplatte zugewandten Oberfläche der PK-Platte ein Metallbelag (92) aufgebracht ist, daß der aufgebrachte Metallbelag ganzflächig mit der Metallschicht auf der Trägerplatte (72, 102, 122, 144) unter Druck und Temperatur verlötet ist, während die Metallschicht an die Trägerplatte mittels eines Kunststoffs, wie Epoxidharz, geklebt ist, welcher in vorpolymerisiertem Zustand auf die Metallschicht aufgebracht worden ist, anschließend mit...A PKF element for a piezoelectric drive vibratory conveyor system (131), wherein the PKF element (91, 101, 111, 121, 141) comprises an elongated support plate (72, 102, 122, 144) of resilient fiber reinforced plastic, to which at least on one side a metal layer (74) and thereon a PK plate (75, 105) are applied, at the side facing away from the carrier plate surface, a power supply is applied, wherein the metal layer and the power supply are each connected to a pole of an electricity source, and that the spring constant D of the support plate, where it is fixed to the mass m ₂ (133), ≥ 10 ⁵ [N / m], characterized in that on the carrier plate facing surface of the PK plate, a metal coating (92) is applied, that the applied metal coating is soldered over the entire surface with the metal layer on the support plate (72, 102, 122, 144) under pressure and temperature, while the metal layer to the support plate by means of a plastic, wi Epoxy resin is glued, which has been applied in prepolymerized state on the metal layer, then with ...

Description

Die Erfindung betrifft ein PKF-Element (Piezo-Keramik-Feder-Element) für ein Schwingfördersystem mit Piezoantrieb, wobei das PKF-Element eine längliche Trägerplatte aus einem federnden faserverstärkten Kunststoff aufweist, auf die mindestens einseitig eine Metallschicht und eine darüberliegende PK-Platte aufgebracht sind, an deren von der Trägerplatte abgewandten Oberfläche eine Stromzuführung anliegt, wobei die Metallschicht und die Stromzuführung mit je einem Pol einer Elektrizitätsquelle verbunden sind, und daß die Federkonstante D der Trägerplatte dort, wo sie an der Masse m₂ fixiert ist, ≥ 10⁵ [N/m] ist. Unter einer PK-Platte wird eine Platte aus einem piezoelektrischen Keramikmaterial verstanden.The invention relates to a PKF element (piezo ceramic spring element) for a vibratory conveyor system with piezo drive, wherein the PKF element has an elongated support plate made of a resilient fiber-reinforced plastic, applied to the at least one side of a metal layer and an overlying PK plate are, at the side facing away from the carrier plate surface, a power supply is applied, wherein the metal layer and the power supply are connected to one pole of a source of electricity, and that the spring constant D of the support plate, where it is fixed to the mass m ₂ , ≥ 10 ^fifth [N / m] is. A PK plate is understood to mean a plate made of a piezoelectric ceramic material.

Ein solches PKF-Element ist in der DE 100 28 271 A1 offenbart. Zu dem dort beschriebenen Schwingfördersystem mit Piezoantrieb gehören PKF-Elemente, die eine bis zu 10 mm dicke Trägerplatte aus einem federnden Kunststoffmaterial aufweisen, welche beidseitig mit einer Metallschicht und einer darauf aufgebrachten Platte aus einem piezokeramischen Material beschichtet sind. Das PKF-Element läßt sich bei höheren Frequenzen bei kleiner Schwingweite betreiben. Noch nicht völlig zufriedenstellend ist die Haltbarkeit der Verbindung zwischen der Träger- und der PK-Platte.Such a PKF element is in the DE 100 28 271 A1 disclosed. The vibratory conveying system with piezo drive described therein includes PKF elements which have a support plate of up to 10 mm thick made of a resilient plastic material, which are coated on both sides with a metal layer and a plate made of a piezoceramic material applied thereto. The PKF element can be operated at higher frequencies with a small amplitude. Not yet completely satisfactory is the durability of the connection between the carrier and the PK plate.

Ein Piezoantrieb basiert auf dem inversen Piezoeffekt. Das Schwingfödersystem ist beispielsweise zum Tranportieren von Teilen einsetzbar. Das Schwingfördersystem ist aufgebaut aus mindestens einer Fördereinheit und einem Stellglied, welches die Erregungsenergie liefert. Eine Fördereinheit ist aufgebaut aus einem Oberteil, auf der üblicherweise die Förderschiene aufliegt, einem Unterteil, das auf der Basis der Fördereinheit aufliegt und mindestens ein PKF-Element, das mit dem Ober- und dem Unterteil verbunden ist, und in dem die Erregungsenergie in die Schwingungsenergie umgewandelt wird. Eine solche Fördereinheit ist beispielsweise in dem DE 200 06 248 U1 , in der DE 37 11 388 A1 und in dem JP-Abstract-63 258 311 A beschrieben.A piezo drive is based on the inverse piezo effect. The oscillating conveyor system can be used, for example, for transporting parts. The vibratory conveyor system is composed of at least one conveyor unit and an actuator which supplies the excitation energy. A conveyor unit is constructed of an upper part, on which usually rests the conveyor rail, a lower part, which rests on the base of the conveyor unit and at least one PKF element, which is connected to the upper and the lower part, and in which the excitation energy in the Vibration energy is converted. Such a conveyor unit is for example in the DE 200 06 248 U1 , in the DE 37 11 388 A1 and in JP-Abstract-63 258 311 A.

In der DE 37 11 388 A1 ist ein Schwingfördersystem offenbart, bei dem das Biegeelement aus einem piezoelektrischen Wandler besteht, der eine längliche, beidseitig mit einer Piezokeramikplatte versehenen Trägerplatte aus Werkzeugstahl einer Rockwell-Härte > HRC 40 aufweist, die durch eine mit der Trägerplatte verschraubte Blattfeder in Richtung des Oberteils der Fördereinheit verlängert ist. Durch die Kombination der Nichtfeder aus Werkzeugstahl mit einer Blattfeder wird offenbar erreicht, daß ein als erforderlich angesehener größerer Schwingweg gewährleistet ist, wenn auch die Schraubverbindung zwischen der Biegefeder und der Platte aus Werkzeugstahl Kraft absorbiert.In the DE 37 11 388 A1 a vibratory conveyor system is disclosed in which the bending element consists of a piezoelectric transducer having an elongated, provided on both sides with a piezoceramic plate support plate made of tool steel Rockwell hardness> HRC 40, by a bolted to the support plate leaf spring in the direction of the upper part of the conveyor unit is extended. By combining the non-spring made of tool steel with a leaf spring, it is apparently achieved that a larger vibration path considered necessary is ensured, even though the screw connection between the spiral spring and the plate of tool steel absorbs force.

In dem JP-Abstract-63 258 311 A ist ein piezoelektrischer Antriebsvibrator für ein Schwingfördersystem offenbart, bei dem eine piezoelektrische Platte so auf einer Blattfeder plaziert ist, daß der Abstand zum Unterteil der Fördereinheit kleiner ist als der zu ihrem Oberteil.In JP-Abstract-63 258 311 A is a piezoelectric drive vibrator for a Vibratory conveyor system discloses in which a piezoelectric plate so on a leaf spring is placed that the Distance to the lower part of the conveyor unit smaller than that to her shell.

Die JP 630 17 716 A betrifft ein Schwingfördersystem mit zwei parallel zueinander angeordneten, voneinander beabstandeten Biegeelementen, die auf jeder Seite der Trägerplatte je zwei PK-Platten aufweisen, wobei die beiden PK-Platten in Richtung der Gerade zwischen der Förderplatte und der Unterlage des Schwingfördersystems hintereinander angeordnet sind.The JP 630 17 716 A relates to a vibrating conveyor system with two mutually parallel, spaced-apart bending elements having on each side of the support plate per two PK plates, wherein the two PK plates are arranged in the direction of the straight line between the conveyor plate and the base of the vibrating conveyor system one behind the other.

In der DE 196 20 826 C2 ist ein piezoelektrischer Biegewandler offenbart, der beispielsweise zur Ansteuerung von Web- und Wirkmaschinen dient und bei dem eine Tägerplatte, beispielsweise aus einem faserverstärkten Epoxidharz, über eine Verbindungsstruktur, welche eine leitfähige Belegung enthält, mit einer piezoelektrischen Platte verbunden ist, die der Trägerplatte zugewandt mit einer inneren Elektrode versehen ist. Die leitfähige Belegung steht an einer Anzahl von Stellen mit der inneren Elektrode in elektrischem Kontakt. Gebrauchsgemäß wird die Trägerplatte in Schwingungen versetzt. Aufgabe des Gegenstands der DE 196 20 826 C2 ist es sicherzustellen, daß der Biegewandler auch bei Materialermüdung der inneren Elektrode voll funktionsfähig bleibt.In the DE 196 20 826 C2 a piezoelectric bending transducer is disclosed, which serves for example for controlling weaving and knitting machines and in which a Tägerplatte, for example of a fiber-reinforced epoxy resin, via a connecting structure which contains a conductive assignment, is connected to a piezoelectric plate, which faces the support plate with an internal electrode is provided. The conductive pad is in electrical contact at a number of locations with the inner electrode. According to the use, the carrier plate is set in vibration. Abandonment of the subject of DE 196 20 826 C2 It is to be ensured that the bending transducer remains fully functional even in case of material fatigue of the inner electrode.

Die Erfindung und ihre VorteileThe invention and their benefits

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein mit einer Wechselspannung erregbares PKF-Element anzugeben, mit dem eine Masse m₂ hohen Beschleunigungen bei sehr kleinen Schwingwegen ausgesetzt werden kann, ohne daß sich die Verbindung zwischen der PK-Platte und der Trägerplatte löst.Object of the present invention is to provide a excitable with an AC voltage PKF element with which a mass m ₂ high accelerations can be exposed to very small vibration paths without the connection between the PK plate and the carrier plate dissolves.

Diese Aufgabe wird mit einem PKF-Element der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.These Task is with a PKF element of the type mentioned with the features of the characterizing part of claim 1 solved.

Bei dem lösungsgemäßen PKF-Element wird mit sehr großer Federkonstante D gearbeitet, wodurch es möglich ist, bei hoher Arbeitsfrequenz f_A, mit kleiner Schwingweite y und mit großer Kraft bzw. mit großer Beschleunigung am Ort der Masse m₂ zu wirken, ohne daß die aus einem spröden Material bestehende PK-Platte bricht.In the inventive PKF element is working with very large spring constant D, making it possible to act at high operating frequency f _A , with small amplitude y and with great force or with great acceleration at the location of mass m ₂ , without the made of a brittle material PK plate breaks.

Ursprünglich ging man bei der Schwingfördertechnik von der magnetischen Anregung (Magnettechnik) aus, bei der bei Netzfrequenz erregt wird. Typisch für diese Technik ist, daß die Teile beim Fördern geworfen werden. Zu dieser Bewegungsform gehören Schwingungen der Förderschiene mit großer Schwingweite in der Förderrichtung, wobei dieser Bewegung eine beachtliche vertikale Komponente überlagert ist. Diese Bewegungsform wurde auch weiter beibehalten, als man von der Magnettechnik auf die Anregung aufgrund des inversen piezoelektrischen Effekts überging (s.o. JP-Abstract-63 258 311 A). Beim Werfen ist beispielsweise die Bewegung nicht gleichmäßig und unregelmäßig geformte Teile aus einem leichten Kunststoffmaterial mit kleinen Massenträgheiten lassen sich nicht immer wünschenswert bewegen. Es kommt hinzu, daß, wenn mit großer Schwingweite gearbeitet wird, d.h. mit Federn kleiner Federkonstante, die aufbaubare Kraft am Ort der Masse m₂ nicht immer ausreicht, um schwere Massen zu bewegen. Wird mit einem PKF-Element gearbeitet, das eine hohe Federkonstante D hat, liegen die Verhältnisse anders.Originally they went to the Schwingför The technique of the magnetic excitation (magnet technology), which is energized at mains frequency. Typical of this technique is that the parts are thrown while being conveyed. This form of movement includes vibrations of the conveyor rail with a large amplitude in the conveying direction, wherein this movement is superimposed on a considerable vertical component. This mode of motion was also maintained when the magnetic technique was applied to the excitation due to the inverse piezoelectric effect (JP-Abstract-63 258 311 A). When throwing, for example, the movement is not uniform and irregularly shaped parts made of a lightweight plastic material with small mass inertias can not always move desirable. It should be added that when working with large amplitude, ie springs with small spring constant, the buildable force at the location of the mass m _{2 is} not always sufficient to move heavy masses. If you work with a PKF element that has a high spring constant D, the conditions are different.

Ein PKF-Element soll, wie sich aus der DE 200 06 248.4 U1 ergibt, bei einer Arbeitsfrequenz f_A betrieben werden, die in der der Nähe der Resonanzfrequenz f₀ des PKF-Elements liegt.A PKF element should, as can be seen from the DE 200 06 248.4 U1 results, are operated at an operating frequency f _A , which is in the vicinity of the resonant frequency f _{0 of} the PKF element.

Da gilt:

wobei ω₀ = 2π·f₀, D die Federkonstante und m die erregte Masse ist, folgt, daß ein PKF-Element mit großer Federkonstante mit relativ hoher f_A betrieben wird.As follows:

where ω ₀ = 2π · f ₀ , D is the spring constant and m is the excited mass, it follows that a PKF element with a high spring constant is operated at a relatively high f _A.

Bei relativ hohen Frequenzen (≥ 100 Hz) ist die anzuwendende Kraft bzw. wegen F = a·m (a = Beschleunigung) und a0 = ω0 2·ydie Beschleunigung stark abhängig vom Quadrat der Frequenz und der Schwingweg ist wegen a₀/ω₀ ² = y klein.At relatively high frequencies (≥ 100 Hz), the force to be applied or because of F = a · m (a = acceleration) and a 0 = ω 0 2 · y the acceleration is strongly dependent on the square of the frequency and the vibration path is small because of a ₀ / ω ₀ ² = y.

Das Arbeiten mit einer relativ hohen Frequenz f_A bzw. einem PKF-Element mit großer Federkonstante D und einem kleinen y, ist in verschiedener Hinsicht vorteilhaft:

– Bei hoher Frequenz läßt sich in der PK-Platte eine hohe Kraft bzw. Beschleunigung erzeugen, ohne daß die PK-Platte Bewegungen mit großem y ausführen muß.
– Ein PKF-Element mit großem D weist eine Trägerplatte mit einer großen Steifigkeit, d.h. einem großen Schubmodul, auf. Die steife Trägerplatte stützt die PK-Platte ab und verhindert – zusammen mit den sehr kleinen Bewegungen der PK-Platte -, daß die PK-Platte bricht. Das ist beim Gegenstand von DE 196 20 826 C2 (s.o.) anders: die Pk-Platte neigt zum Brechen, weil sie die Schwingungen der Trägerplatte mit großer Schwingweite y mitmachen muß.
– Die steife Trägerplatte setzt, anders als die für die Erzeugung einer großen Schwingweite y konstruierten Federelemente, der in der PK-Platte erzeugten Kraft (Klemmkraft) die erforderliche Gegenkraft entgegen und ermöglicht dadurch die Übermittlung praktisch der gesamten in der PK-Platte erzeugten Kraft auf die bewegte Masse m₂. Die lösungsgemäßen PKF-Elemente sind deshalb auch Wechselspannungs-Kraft-Wandler.
– Die Teile werden beim Fördern nicht geworfen werden (s..o), sondern gleiten gleichmäßig. Typisch für die Gleitbewegung sind häufige (wegen der relativ hohen Frequenz), kurze (wegen des kleinen y) kräftige Stöße (wegen der großen Kraft), die den Förderteilen versetzt werden, wobei die vertikale Komponente sehr klein gemacht wird. Die Gleitbewegung der Förderteile läßt sich erreichen, indem man die PKF-Elemente und die an sie gekoppelte Masse m₂ bei relativ hoher Frequenz (≥ 100 Hz) mit ausreichender Schubkraft bzw. Beschleunigung betreibt.
– Insbesondere läßt sich das lösungsgemäße PKF-Element dazu verwenden, um am Ort einer Masse m₂, wie einer Förderschiene einer Schwingfördereinheit, einerseits große Massen in Schwingung zu versetzen und andererseits Teile beliebiger Masse gleitend zu fördern.

Working with a relatively high frequency f _A or a PKF element with a large spring constant D and a small y, is advantageous in various respects:

- At high frequency, a high force or acceleration can be generated in the PK plate, without the PK plate must perform movements with large y.
A PKD element with a large D has a carrier plate with a high rigidity, ie a large shear modulus. The rigid support plate supports the PK plate and prevents - along with the very small movements of the PK plate - that the PK plate breaks. That's the subject of DE 196 20 826 C2 (see above) different: the Pk plate tends to break, because it has to go through the vibrations of the carrier plate with high amplitude y.
The rigid support plate, unlike the spring elements designed to produce a large amplitude y, counteracts the force required in the PK plate (clamping force) to provide the required counterforce, thereby enabling transmission of virtually all the force generated in the PK plate the moving mass m ₂ . The solution according to the PKF elements are therefore also AC-force converter.
- The parts will not be thrown while conveying (s..o), but slide smoothly. Typical of the sliding movement are frequent (because of the relatively high frequency), short (because of the small y) strong shocks (because of the large force), which are added to the conveyor parts, the vertical component is made very small. The sliding movement of the conveyor parts can be achieved by operating the PKF elements and the coupled mass m ₂ at a relatively high frequency (≥ 100 Hz) with sufficient thrust or acceleration.
In particular, the PKF element according to the solution can be used to vibrate large masses at the location of a mass m ₂ , such as a conveyor rail of a vibrating conveyor unit, on the one hand, and, on the other hand, to convey portions of any mass in a slidable manner.

Allerdings ist bei dem lösungsgemäßen PKF-Element die Verbindung zwischen der PK- und der Trägerplatte hohen Scherkräften ausgesetzt, wenn in der PK-Platte hohe Kräfte erzeugt werden und die Stoffschlüssigkeit groß ist. Bei dem Gegenstand von DE 100 28 271 A1 ist die Verbindung zwischen der PK- und der Trägerplatte noch nicht fest genug, um diesen Scherkräften stets zu widerstehen, insbesondere dann nicht, wenn die Federkonstante der Trägerplatte noch weiter erhöht wird, indem sie dicker als 10 mm gemacht wird. Mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmalen läßt sich das Problem lösen.However, in the solution according to the invention PKF element, the connection between the PK and the support plate is exposed to high shear forces when high forces are generated in the PK-plate and the cohesion is large. In the subject of DE 100 28 271 A1 is the connection between the PK and the support plate not yet strong enough to resist these shear forces always, especially not if the spring constant of the support plate is further increased by making it thicker than 10 mm. With the features mentioned in the characterizing part of claim 1, the problem can be solved.

Wie gesagt, wird die Klemmkraft in der PK-Platte erzeugt. Beim Anlegen einer elektrischen Wechselspannung an die PK-Platte wird diese periodisch ihre Länge ändern. Voraussetzung für das Erzeugen einer Klemmkraft ist, daß sich beim Ändern der Länge eine Gegenkraft aufbaut. Damit Kräfte auf die Masse m₂ übertragen werden, muß – wie gesagt – eine Gegenkraft in der Trägerplatte erzeugt werden. Dies geschieht dann, wenn sich die Längenänderung auf die Trägerplatte überträgt. Dies wird optimal erreicht, wenn die verbindende Struktur zwischen der PK-Platte und der Trägerplatte möglichst dünn ist und/oder der resultierende Schubmodul in der verbindenden Struktur mindestens in derselben Größenordnung liegt wie der Schubmodul der Trägerplatte. Jedoch ist es so, daß die Verbindung zwischen der PK-Platte und der Trägerplatte ausreichend fest sein muß, um die entstehenden Kräfte aushalten zu können. Die Festigkeit der Verbindung läßt sich verbessern, wenn die Dicke der verbindenden Struktur erhöht wird. Es ist deshalb erforderlich, bei der Festlegung der Dicke der verbindenden Struktur bzw. der Dicken von Schichten in ihr einen Kompromiss, zwischen dem Grad der Übertragung der in der PK-Platte erzeugten Kraft auf die Trägerplatte, d.h. der Stoffschlüssigkeit zwischen PK-Platte und Trägerplatte, und der Festigkeit der Verbindung zu finden. Es ist vorteilhaft, wenn die Dicke der verbindenden Struktur zwischen etwa 30 und etwa 150 μm liegt.As mentioned, the clamping force is generated in the PK plate. When an AC electrical voltage is applied to the PC board, it will periodically change its length. Prerequisite for generating a clamping force is that builds up a counterforce when changing the length. So that forces are transmitted to the mass m ₂ , must - as I said - a counterforce in the carrier plate are generated. This happens when the change in length is transferred to the carrier plate. This is optimally achieved if the connecting structure between the PK plate and the support plate as possible is thin and / or the resulting shear modulus in the connecting structure is at least of the same order of magnitude as the shear modulus of the carrier plate. However, it is the case that the connection between the PK plate and the carrier plate must be sufficiently strong in order to be able to withstand the resulting forces. The strength of the connection can be improved if the thickness of the connecting structure is increased. It is therefore necessary to make a compromise in determining the thickness of the connecting structure or thicknesses of layers in it, between the degree of transfer of the force generated in the PK-plate to the support plate, ie the cohesion between the PK-plate and support plate , and to find the strength of the connection. It is advantageous if the thickness of the connecting structure is between about 30 and about 150 μm.

Das PKF-Element wird, bevorzugt, so eingespannt, daß der Abstand des unteren Randes der PK-Platte von der Fixierung der Trägerplatte am Unterteil der Fördereinheit (unterer Abstand) gering ist (Größenordnung 0,5 bis 1 mm). Dadurch wird erreicht, daß das Unterteil möglichst wenig zum Schwingen angeregt wird. Dabei ist es zusätzlich vorteilhaft, wenn das Verhältnis des Abstands des oberen Randes der PK-Platte von der Fixierung am Oberteil (oberer Abstand) zum unteren Abstand > 1,5 ist. Das Verhältnis erlaubt es unter Aufrechterhaltung einer hohen Federkonstante der PK-Feder am Ort Masse m₂ aufgrund der Beziehung

h: = Dicke
b: = Breite
E: = Elastizitätsmodul
l: = Länge
k: = Proportionalitätskonstante

D und y entsprechend den Anwendungsbedingungen zu variieren.The PKF element is, preferably, clamped so that the distance of the lower edge of the PK plate from the fixation of the support plate at the bottom of the conveyor unit (lower distance) is small (order of 0.5 to 1 mm). This ensures that the lower part is excited as little as possible to vibrate. It is additionally advantageous if the ratio of the distance of the upper edge of the PK-plate from the fixation on the upper part (upper distance) to the lower distance> 1.5. The ratio, while maintaining a high spring constant of the PK spring in place, allows mass m ₂ due to the relationship

H: = Thickness
b: = Width
e: = Modulus of elasticity
l: = Length
k: = Proportionality constant

D and y vary according to the conditions of use.

Um die Klemmkraft ohne Einbuße bei der Biegefähigkeit zu erhöhen ist es vorteilhaft, wenn mindestens zwei identische PKF-Elemente derart vereinigt sind, daß sie parallel zueinander liegen und ihre Projektionen aufeinander parallel zu ihrer Normalen zusammenfallen und daß die vereinigten PKF-Elemente (Verbund-PKF-Elemente im folgenden) an denselben Stellen von m₂ (133) und m₁ (134) fixiert sind.In order to increase the clamping force without loss of bending ability, it is advantageous if at least two identical PKF elements are combined so that they are parallel to each other and their projections coincide with each other parallel to their normal and that the combined PKF elements (composite PKF Elements in the following) at the same positions of m ₂ ( 133 ) and m ₁ ( 134 ) are fixed.

Das PKF-Element läßt sich mittels in der Technik eingeführter, übliche Vorrichtungen einsetzender Verfahrensschritte herstellen.The PKF element can be by means of conventional devices introduced in the art produce starting process steps.

Die geringe vertikale Beschleunigung bei der gleichmäßigen Gleitbewegung läßt sich vorteilhaft realisieren, indem der Winkel, den das PKF-Element mit der Förderschiene bildet, auf fast, aber nicht ganz 90° eingestellt wird.The low vertical acceleration in the smooth sliding movement can be realize advantageously by the angle that the PKF element with the conveyor rail is set to almost, but not quite 90 °.

Bei Einsatz des PKF-Elements lassen sich beispielsweise leichte, komplex geformte Kunststoffteile mit geringen Massenträgheiten, ohne daß sie ihre Lage zur Förderschiene ändern, auf ihrer Basis stehende, säulenförmige Gebilde, wie senkrecht auf ihrem stumpfen Ende stehende Bleistifte, ohne daß sie umfallen, aber auch schwere Teile präzise fördern.at Use of the PKF element can be, for example, light, complex molded plastic parts with low inertia, without them their Change position to the conveyor rail, up columnar formations standing at their base, like pencils standing perpendicular to their blunt end, without that she fall over, but also promote heavy parts precisely.

Es sei aber angemerkt, daß die PKF-Elemente auch so angewandt werden können, daß die Bewegung eine beachtliche vertikale Komponente hat, beispielsweise indem der Winkel, den das PKF-Element mit der Förderschiene bildet, beachtlich kleiner als 90° gemacht wird.It be noted, however, that the PKF elements can also be applied so that the movement a considerable vertical component has, for example, by the angle that the PKF element with the conveyor rail makes, considerably less than 90 ° becomes.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des PKF-Elements sind in den Unteransprüchen offenbart.Further advantageous embodiments of the PKF element are disclosed in the subclaims.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigenin the The invention will be explained with reference to drawings embodiments described. Show it

1 in schematischer Darstellung die Vorderansicht einer vorteilhaften Ausführungsform des PKF-Elements, 1 1 is a schematic representation of the front view of an advantageous embodiment of the PKF element,

2 in schematischer Seitenansicht ein vergrößerter Ausschnitt aus dem in der 1 gezeigten PKF-Elements, 2 in a schematic side view of an enlarged section of the in the 1 shown PKF element,

3 in schematischer Vorderansicht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des PKF-Elements, 3 in a schematic front view of a further advantageous embodiment of the PKF element,

4 die in der 3 gezeigte Ausführungsform des PKF-Elements in schematischer Seitenansicht, 4 the in the 3 shown embodiment of the PKF element in a schematic side view,

5 in schematischer Seitenansicht eine Ausführungsform eines aus mindestens zwei PKF-Elementen der in den 1 bis 4 gezeigten Art gebildeten Verbund-PKF-Elements, 5 in a schematic side view of an embodiment of at least two PKF elements in the 1 to 4 shown composite composite PKF element,

6. eine weitere Ausführungsform eines Verbund-PKF-Elements in schematischer Seitenansicht, 6 , a further embodiment of a composite PKF element in a schematic side view,

7 eine Fotografie einer Schwingfördereinheit in Seitenansicht, in welches PKF-Elemente bzw. Verbund-PKF-Elemente eingebaut sein können, 7 a photograph of a vibratory conveyor unit in side view, in which PKF elements or composite PKF elements can be installed,

8 in schematischer Darstellung die Anordnung des PKF-Elements zu dem Ober- und Unterteil einer Schwingfördereinheit, wobei gleichzeitig einige Parameter veranschaulicht werden. 8th a schematic representation of the arrangement of the PKF element to the upper and lower part of a vibrating conveyor unit, while some parameters are illustrated.

9a in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem Schwingweg y und der angelegten elektrischen Spannung bei einer Ausführungsform des PKF-Elements, 9a 1 is a diagram showing the relationship between the vibration displacement y and the applied electric voltage in an embodiment of the PKF element,

9b in einem Diagramm für dieselbe Ausführungsform des PKF-Elements, die bei der 8a zugrundeliegt, die Beziehung zwischen der angelegten elektrischen Spannung und der übermittelten Kraft, und 9b in a diagram for the same embodiment of the PKF element used in the 8a underlying, the relationship between the applied electrical voltage and the transmitted force, and

10 in einem Diagramm die Abhängigkeit des Schwingwegs y vom Unterschied zwischen der Resonanzfrequenz f₀ des aus einem PKF-Element und einer Masse gebildeten Schwingers und der Frequenz f_A der angelegten Wechselspannung. 10 in a diagram, the dependence of the swing path y on the difference between the resonant frequency f _{0 of} the formed of a PKF element and a mass oscillator and the frequency f _{A of} the applied AC voltage.

Die Lösung wird anhand von PKF-Elementen bzw. Verbund-PKF-Elementen beschrieben, welche eine Trägerplatte aus glasfaserverstärktem Epoxid enthalten. Diese Ausführungsformen sind vorteilhaft und es lassen sich an ihnen die Vorteile der Lösung besonders anschaulich erläutern. Beispielsweise sind als Material für die Trägerplatte generell Duroplaste, insbesondere faserverstärkte, vorteilhaft.The solution is described on the basis of PKF elements or composite PKF elements, which is a carrier plate made of glass fiber reinforced Epoxy included. These embodiments are advantageous and the advantages of the solution are particularly beneficial to them explain clearly. For example, as a material for the support plate generally thermosets, in particular fiber-reinforced, advantageous.

Das in der 1 in Vorderansicht und als Ausschnitt in der 2 in Seitenansicht gezeigte PKF-Element 91, enthält eine rechteckige, zwischen etwa 6 und etwa 15 mm dicke Trägerplatte 72 aus einem federnden Material, bevorzugt aus einem glasfaserverstärkten Epoxidharz, wie dem unter dem Handelsnamen Scotchply von der 3 M Company vermarktete Produkt, auf die beidseitig eine zwischen etwa 10 und etwa 30 μm dicke Metallfolie 74, bevorzugt aus Kupfer, aufgebracht und bevorzugt mit Epoxidharz aufgeklebt ist (Herstellung der Klebeverbindung s.u.), und die in den auf die Längsachse bezogenen Endbereichen 93 und 94 je eine Bohrung 73 aufweist, die zur Fixierung des PKF-Elements an dem Ober- und dem Unterteil einer Fördereinheit, beispielsweise mittels Schrauben 137 (s. 7), dienen und nahe beim unteren und oberen Ende der Trägerplatte, positioniert sind. Die Metallfolie hat etwa dieselbe Breite wie die Trägerplatte, ist aber kürzer als diese. Die Metallfolie ist so auf der Trägerplatte positioniert, daß die überstehenden Endbereiche 93 und 94 der Platte ungleich lang sind. Dabei gilt, daß das Verhältnis der Abmessungen auf den Endbereichen zwischen dem einen Ende der Piezokeramikplatte und der Fixierung am Oberteil und zwischen dem anderen Ende der Piezokeramikplatte und der Fixierung am Unterteil der Fördereinheit ≥ 1,5 ist. Beim eingebauten PKF-Element ist der längere Endbereich 93 mit dem Oberteil der Fördereinheit verbunden. Mit der Metallfolie ist eine beidseitig mit einem Metallbelag 92, bevorzugt aus Silber, versehene Piezokeramikplatte 75 fest verbunden, welche etwa gleich groß wie die Metallfolie ist und diese abdeckt. Die Metallfolie und der von der Trägerplatte abgewandte Metallbelag auf der Piezokeramikschicht sind an Kontaktpunkten 95 und 96 elektrisch kontaktiert.That in the 1 in front view and as cutout in the 2 in side view PKF element shown 91 , contains a rectangular, between about 6 and about 15 mm thick carrier plate 72 made of a resilient material, preferably of a glass fiber reinforced epoxy resin, such as the product marketed under the trade name Scotchply by 3M Company, on both sides of which is between about 10 and about 30 microns thick metal foil 74 , preferably made of copper, applied and preferably glued with epoxy resin (preparation of the adhesive connection see below), and in the related to the longitudinal axis end portions 93 and 94 one hole each 73 having, for fixing the PKF element to the upper and the lower part of a conveyor unit, for example by means of screws 137 (S. 7 ), and are positioned near the bottom and top of the carrier plate. The metal foil has about the same width as the carrier plate, but is shorter than this. The metal foil is positioned on the carrier plate so that the projecting end portions 93 and 94 the plate are unevenly long. In this case, the ratio of the dimensions on the end regions between the one end of the piezoceramic plate and the fixation on the upper part and between the other end of the piezoceramic plate and the fixation on the lower part of the conveyor unit is ≥ 1.5. The built-in PKF element has the longer end area 93 connected to the upper part of the conveyor unit. With the metal foil is a double-sided with a metal coating 92 , preferably made of silver, provided piezoceramic plate 75 firmly connected, which is about the same size as the metal foil and this covers. The metal foil and the metal covering facing away from the carrier plate on the piezoceramic layer are at contact points 95 and 96 electrically contacted.

Um ohne Einbuße bei der Klemmkraft die Biegefähigkeit zu verbessern, besteht bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des in 1 gezeigten PKF-Elements die metallisierte Piezokeramikplatte aus von einander getrennten, nebeneinander liegenden, und etwa parallel zur Längsachse der Trägerplatte verlaufenden Streifen. Bei jedem der Streifen ist die von der Trägerplatte abgewandte Metallisierung elektrisch kontaktiert.In order to improve the bending ability without loss of the clamping force, in an advantageous embodiment of the in 1 shown PKF element, the metallized piezoceramic plate of mutually separated, juxtaposed, and extending approximately parallel to the longitudinal axis of the support plate strips. In each of the strips facing away from the carrier plate metallization is electrically contacted.

Bei dem in den 3 und 4 gezeigten PKF-Element 101 sind aus einer Trägerplatte 102 Vertiefungen 103 (Tiefe typischerweise 0,8 mm) zur Aufnahme beidseitig mit einem Silberbelag versehener Piezokeramikplatten 105 herausgefräst, so daß diese allenfalls über einen Teil ihrer Dicke aus der Trägerplattenoberfläche herausragen. Bevorzugt wird bei dieser Ausführungsform auf eine Kupferfolie auf der Trägerplatte verzichtet und der Silberbelag auf der der Trägerplatte zugewandten Seite der Piezokeramikplatte ist mit Epoxidharz – wie oben in Zusammenhang mit dem Aufkleben der Kupferfolie beschrieben – auf die Trägerplatte aufgeklebt. Die Silberbeläge sind an den Stellen 95 und 96 elektrisch kontaktiert.In the in the 3 and 4 shown PKF element 101 are from a carrier plate 102 wells 103 (Depth typically 0.8 mm) for receiving piezoceramic plates provided with a silver coating on both sides 105 milled so that they possibly protrude over part of their thickness from the support plate surface. In this embodiment, a copper foil on the carrier plate is preferably dispensed with and the silver coating on the side of the piezoceramic plate facing the carrier plate is glued to the carrier plate with epoxy resin, as described above in connection with the gluing of the copper foil. The silver pads are in places 95 and 96 electrically contacted.

Bei festgelegter Abmessung L (typischerweise ca. 60 bis 70 mm Gesamtlänge, wobei es auf die Länge zwischen den Fixierungen ankommt) wird durch Variieren der Abmessung C (s.o.) die Federkonstante verändert. Die Abmessung D steht in Beziehung zu L. Die Abmessungen B und E werden nach konstruktiven Gesichtspunkten festgelegt.at fixed dimension L (typically about 60 to 70 mm total length, where it on the length between fixtures arrives) is by varying the dimension C (see above) changes the spring constant. The dimension D is related to L. The dimensions B and E are determined according to constructive aspects.

In einem aus mindestens zwei identischen PKF-Elementen gebildeten, in der 5 gezeigten Verbund-PKF-Element 111 sind mindestens zwei PKF-Elemente 91 oder mindestens zwei PKF-Elemente mit der o.g. Ausgestaltung, bei der die Piezokeramikplatten aus nebeneinander liegenden Streifen bestehen, oder mindestens zwei PKF-Elemente 101 so nebeneinander angeordnet, daß die Projektion der beidseitig mit Silberbelegten Piezokeramikplatten 105 aufeinander in Richtung ihrer Normalen zusammenfällt. Die Verbindung der PKF-Elemente erfolgt entweder derart, daß einander zugewandte Metallisierungen benachbarter PKF-Elemente miteinander verlötet oder verklebt werden oder, daß zwischen den Enden von je zwei PKF-Elementen Abstandsstücke 97 eingefügt werden, die eine Berührung einander zugewandter Metallisierungen verhindern, wobei die Abstandsstücke entweder mit den Trägerplatten, zwischen denen sie positioniert sind, fest verbunden sind oder von Mitteln, wie Schrauben, an ihrem Platz gehalten werden, die ohnehin erforderlich sind, um die Biegeelemente an dem Unter- bzw. dem Oberteil einer Fördereinheit zu befestigen. Bei dem Verbund PKF-Element 111 ist im Vergleich zu den PKF-Elementen mit nur einer Trägerplatte die Klemmkraft ohne Einbuße bei der Biegefähigkeit erhöht.In one of at least two identical PKF elements formed in the 5 shown composite PKF element 111 are at least two PKF elements 91 or at least two PKF elements with the above-mentioned embodiment, in which the piezoceramic plates consist of adjacent strips, or at least two PKF elements 101 arranged side by side so that the projection of both sides with silver-coated piezoceramic plates 105 coincide towards each other in the direction of their normal. The connection of the PKF elements is carried out either such that mutually facing metallizations of adjacent PKF elements are soldered or glued together or that between the ends of two PKF elements spacers 97 be inserted, the verhin a contact facing metallizations The spacers are either fixedly connected to the support plates between which they are positioned, or are held in place by means such as screws, which are required anyway to secure the flexures to the lower and upper parts of a conveyor unit, respectively to fix. In the composite PKF element 111 Compared to the PKF elements with only one support plate, the clamping force is increased without loss of bending ability.

Alternativ können anstelle des Einbaus von Abstandsstücken Trägerplatten vorgesehen werden, deren Endbereiche eine so viel größere Dicke aufweisen, als die Bereiche, auf denen die Keramikplatten aufgebracht sind, daß die Keramikplatten nicht über die Oberfläche der Endbereiche hinausragen. In Frage kommen für diese Ausführungsform entsprechend ausgestattete PKF-Elemente 101.Alternatively, instead of installing spacers, support plates may be provided whose end portions have a thickness that is much greater than the areas where the ceramic plates are applied, such that the ceramic plates do not project beyond the surface of the end portions. In question come for this embodiment appropriately equipped PKF elements 101 ,

Bei einer weiteren in der 6 gezeigten Variante eines Verbund-PKF-Elements 121 ist nur eine – bevorzugt – wie beim PKF-Element 101 ausgebildete Trägerplatte 122 vorgesehen, und auf jeder Seite der Trägerplatte ist dieselbe Anzahl von mindestens zwei beidseitig mit Silber beschichteten Piezokeramikplatten übereinandergeschichtet, wobei die übereinandergeschichteten Piezokeramikplatten 105 und die unterste Piezokeramikplatte von der Trägerplatte jeweils durch ein Schicht 123 aus gehärtetem Epoxidharz getrennt sind.In another in the 6 shown variant of a composite PKF element 121 is only one - preferably - as with the PKF element 101 formed carrier plate 122 provided, and on each side of the support plate, the same number of at least two coated on both sides with silver piezoceramic plates, wherein the stacked piezoceramic plates 105 and the lowermost piezoceramic plate from the carrier plate in each case by a layer 123 made of hardened epoxy resin are separated.

Zur Herstellung des in den 1 und 2 gezeigten PKF-Elements 91 wird ausgegangen von einer rechteckigen Trägerplatte aus glasfaserverstärktem Epoxidharz, wie Skotchply-Material. Dann wird beidseitig eine bevorzugt zwischen etwa 10 und etwa 30 μm dicke Metallfolie 74, wie eine Kupferfolie, die einseitig mit einer Schicht aus nichtgehärtetem, d.h. vorpolymerisierten Epoxid-harz (Epoxidharz im "End-B"-Zustand) beschichtet ist, mit der Epoxidschicht auf die Trägerplatte aufgebracht und unter Anwendung von Hitze und Druck mit der Trägerplatte verbunden. Bei dieser Operation wird auch das vorpolymerisierte Epoxidharz gehärtet, d.h. in den "C"-Zustand überführt. In die auf die Längsachse bezogenen Endbereiche 93 und 94 der Trägerplatte 72 werden Löcher 73 eingebracht, um das Biegeelement an dem Unter- und dem Oberteil einer Fördereinheit befestigen zu können.For the production of in the 1 and 2 shown PKF elements 91 is based on a rectangular carrier plate made of glass fiber reinforced epoxy resin, such as Skotchply material. Then, on both sides, a preferably between about 10 and about 30 microns thick metal foil 74 such as a copper foil which is unilaterally coated with a layer of uncured, ie pre-polymerized epoxy resin ("End B" epoxy resin) with the epoxy layer applied to the backing plate and bonded to the backing plate using heat and pressure , In this operation, the prepolymerized epoxy resin is cured, that is converted into the "C" state. In the related to the longitudinal axis end portions 93 and 94 the carrier plate 72 be holes 73 introduced to secure the flexure to the lower and upper part of a conveyor unit can.

Parallel dazu wird eine dünne, bevorzugt zwischen etwa 0,3 und etwa 5 mm dicke Piezokeramikplatte 75 auf eine Größe geschnitten, daß die Breite etwa gleich der der Trägerplatte und ihre Länge kürzer als die der Trägerplatte ist. Auf die Piezokeramikplatten 75 wird beidseitig ein Metallbelag 92, bevorzugt aus Silber, aufgebracht.In parallel, a thin, preferably between about 0.3 and about 5 mm thick piezoceramic plate 75 cut to a size that the width is about the same as the support plate and its length shorter than that of the support plate. On the piezoceramic plates 75 becomes a metal coating on both sides 92 , preferably of silver, applied.

Zwei metallisierte Piezokeramikplatten 75 werden mit den Metallfolien 74 auf der Trägerplatte 72 aus Epoxidharz derart verbunden, daß die über die Piezokeramikplatte hinausragenden Endbereiche 93 und 94 der Trägerplatte ungleich lang sind und eine Fixierung an der Fördereinheit ermöglichen, die dem oben definierten Abmessungsverhältnis genügt. Das Verbinden erfolgt durch Kleben mit einem Metallkleber, wie einem metallisierten Epoxid-Kleber, oder durch Verlöten gemäß der Reflowtechnik unter Vermittlung von Lötpaste unter Anwendung von Hitze und Druck. Die Metallfolie und der Metallbelag auf der von der Trägerplatte abgewandten Oberfläche der Piezokeramikplatte werden mit Lötanschlüssen versehen. Anschließend werden zur elektrischen Isolation die freiliegenden Bereiche der Metallfolie 74 weggeätzt.Two metallized piezoceramic plates 75 be with the metal foils 74 on the carrier plate 72 made of epoxy resin connected in such a way that the end regions protruding beyond the piezoceramic plate 93 and 94 the support plate are unequal length and allow a fixation on the conveyor unit, which satisfies the above-defined dimensional ratio. Bonding is accomplished by gluing with a metal adhesive, such as a metallized epoxy adhesive, or by reflow soldering, with the application of heat and pressure via solder paste. The metal foil and the metal coating on the surface of the piezoceramic plate facing away from the carrier plate are provided with solder connections. Subsequently, for electrical insulation, the exposed areas of the metal foil 74 etched away.

Die Herstellung der PKF-Elemente, bei dem die metallisierte Piezokeramikplatte aus von einander getrennten, nebeneinander liegenden, und etwa parallel zur Längsachse der Platte verlaufenden Streifen besteht, des PKF-Elements 101 und der Verbund-PKF- Elemente 111 und 121 erfolgt mit demselben Verfahren in entsprechend abgewandelter Form.The production of the PKF elements, in which the metallized piezoceramic plate consists of separate, juxtaposed, and approximately parallel to the longitudinal axis of the plate strip, the PKF element 101 and the composite PKF elements 111 and 121 is done with the same procedure in a modified form accordingly.

Die in der 7 gezeigte Fördereinheit 131 gehört zu einem Schwingfördersystem, wie es in dem DE 200 06 248 U1 beschrieben ist. Die Fotografie dient nur der Veranschaulichung. Sie gibt kein maßstabsgerechtes Abbild einer eingesetzten Fördereinheit wieder. Es weist ein Oberteil 132 mit einer Laufschiene 133, eine Bodenplatte 134 mit einem Unterteil 135 und zwei identische das Oberteil und das Unterteil verbindende Biegeelemente auf, welche von einem der oben beschriebenen PKF-Elemente, wie den PKF-Elementen 91, bzw. von einem Verbund-PKF-Element gebildet werden können und welche mittels der Schrauben 137 am Ober- und Unterteil befestigt sind, und eine elektronische Ansteuerung 136, mit der die Biegeelemente elektrisch verbunden sind und das die Antriebsenergie liefert.The in the 7 shown delivery unit 131 belongs to a vibrating conveyor system, as in the DE 200 06 248 U1 is described. The photograph is for illustrative purposes only. It does not reproduce a true-to-scale image of a used feed unit. It has an upper part 132 with a running track 133 , a floor plate 134 with a lower part 135 and two identical bending elements connecting the top and bottom, which are of one of the PKF elements described above, such as the PKF elements 91 , or by a composite PKF element can be formed and which by means of screws 137 are attached to the upper and lower part, and an electronic control 136 to which the flexures are electrically connected and which provides the drive energy.

Die 8 zeigt beispielhaft eine Variante der Verbindung eines PKF-Elements 141 einerseits mit dem Unterteil 142 (m₁) einer Fördereinheit und andererseits mit einer das Oberteil der Fördereinheit symbolisierenden Masse m₂ 143 und die Schwingungsmöglichkeiten der so verbundenen Trägerplatte 144. Das PKF-Element (bzw. die Trägerplatte) hat eine Gesamtlänge von ca. 65 mm. Auf die Trägerplatte sind beidseitig PK-Platten 145 aufgebracht, die kürzer als die Trägerplatte sind, wobei das untere über die Pk-Platte hinausragendes Ende der Trägerplatte kürzer als das obere über die PK-Platte hinausragende Ende ist. Das Unterteil 142 hat einen Schlitz 146, in den das untere Ende der Trägerplatte eintaucht und mit – nicht gezeigten – Fixierungsmitteln verankert ist. Die Masse m₂ hat ebenfalls einen Schlitz 147, in den das obere Ende der Trägerplatte eintaucht. Wird diese Anordnung mit einer Wechselspannung höherer Frequenz (≥ 100 Hz) zum Schwingen erregt, so ist das untere Ende der Trägerplatte sehr stabil, praktisch starr, mit dem Unterteil verbunden. Im Bereich der PK-Platte schwingt die Trägerplatte trotz der formschlüssigen Verbindung mit der PK-Platte aufgrund der Resonanzüberhöhung (s. 10) mit einem kleinen Schwingweg y₁ und im Bereich der Masse m₂ je nach der Tiefe des Eintauchens mit einem entsprechend dem Hebelgesetz vergrößerten Schwingweg y₂. Umgekehrt zu dem Verhältnis y₂ : y₁ ist die an der Masse m₂ wirkende (Rückstell)-Kraft F₂ kleiner wie die erregende Kraft F₁ (Klemmkraft im Bereich der PK-Platte). Die Masse m₂ wird mit a beschlenigt, wobei a im wesentlichen von der Arbeitsfrequenz und somit von der Federkonstanten abhängt.The 8th shows an example of a variant of the connection of a PKF element 141 on the one hand with the lower part 142 (m ₁ ) a conveyor unit and on the other hand with a symbolizing the upper part of the conveyor mass m ₂ 143 and the vibration possibilities of the support plate connected in this way 144 , The PKF element (or the carrier plate) has a total length of about 65 mm. On the carrier plate are PK-plates on both sides 145 applied, which are shorter than the support plate, wherein the lower projecting beyond the Pk plate end of the support plate is shorter than the upper over the PK plate protruding end. The lower part 142 has a slot 146 , in which the lower end of the support plate is immersed and anchored with - not shown - fixatives. The mass m ₂ also has a slot 147 into which the upper end of the carrier plate dips. Will this arrangement with an AC voltage higher frequency (≥ 100 Hz) to vibrate, the lower end of the support plate is very stable, practically rigid, connected to the lower part. In the area of the PK plate, the carrier plate vibrates despite the positive connection with the PK plate due to the resonance peak (s. 10 ) with a small vibration displacement y ₁ and in the region of the mass m _2, depending on the depth of the immersion with an enlarged according to the lever law oscillation y ₂ . Conversely, y to the ratio _2: y ₁ is the mass of the m ₂ acting (restoring) force F ₂ is smaller as the exciting force F ₁ (clamping force in the area of PK-plate). The mass m ₂ is limited by a, where a depends essentially on the working frequency and thus on the spring constant.

Wird-das in eine Schwingfördereinhait eingebaute PKF-Element mit einer Wechselspannung einer Frequenz ≥ 100 Hz, erregt, erhält man Ergebnisse die den Diagrammen der 9a und 9b zu entnehmen sind, in denen die erhaltenen Schwingwege und übertragenen Kräfte über der angelegten Spannung aufgetragen sind. Man ersieht aus der 9a, daß die erzeugten Schwingwege sehr klein sind, und aus der 9b, daß die erzeugten Kräfte beachtlich groß sind. Dieses Ergebnis ist möglich, weil die Trägerplatte des erfindungsgemäßen PKF-Elements eine große Federkonstante hat.If the PKF element with an alternating voltage of a frequency ≥ 100 Hz, which is built into a vibration conveyor unit, is energized, results are obtained which are shown in the diagrams of the 9a and 9b can be found in which the obtained vibration paths and transmitted forces are plotted against the applied voltage. One sees from the 9a in that the vibration paths generated are very small, and from the 9b that the forces generated are considerably large. This result is possible because the carrier plate of the PKF element according to the invention has a large spring constant.

Mit einer das PKF-Element enthaltenden Fördereinheit, wie der Fördereinheit 131, kann man erreichen, daß Förderteile mit unterschiedlichen Formen, unterschiedlichen Gewichten, unterschiedlichen Dichten und unterschiedlicher Lage des Schwerpunkts auf der Laufschiene ruhige, gleichmäßige Gleitbewegungen ausführen, indem die notwendige Beschleunigung bei Anwendung einer relativ hohen Antriebsfrequenz bei gleichzeitig entsprechend erniedrigtem Schwingweg entsprechend der Gleichung a0 = ω0 2·yerzeugt wird, wobei a₀ die Beschleunigung, ₀ die Antriebsfrequenz und y der Schwingweg ist. Dabei wird die erforderliche Beschleunigung trotz sehr kleinem Schwingweg y erreicht, indem ein PKF-Element mit einer hohen Federkonstante D bereitgestellt wird und dieses mit hoher Frequenz (≥ 100 Hz) betrieben wird.With a delivery unit containing the PKF element, such as the delivery unit 131 , It can be achieved that conveyor parts with different shapes, different weights, different densities and different position of the center of gravity on the track run smooth, smooth sliding movements by the necessary acceleration when using a relatively high drive frequency at the same time correspondingly reduced vibration according to the equation a 0 = ω 0 2 · y where a _{0 is} the acceleration, _{0 is} the drive frequency and y is the vibration displacement. In this case, the required acceleration is achieved in spite of very small vibration displacement y by providing a PKF element with a high spring constant D and operating it at high frequency (≥ 100 Hz).

Die Beschleunigung wird noch gesteigert, wenn die Masse m₂ bzw. das Oberteil der Schwingfördereinheit mit einer Frequenz f_A erregt wird, welche der Resonanzfrequenz f₀ des aus dem PKF-Element und der Masse m₂ gebildeten Schwingers nahe kommt (aber nicht mit ihr zusammenfällt). Dadurch erhält man, wie die 10 zeigt, eine den Schwingweg y_st (statische Auslenkung) erhöhende Resonanzauslenkung y₀.The acceleration is increased even further when the mass m ₂ or the upper part of the oscillating conveyor unit is excited at a frequency f _{A which} approaches the resonant frequency f ₀ of the oscillator formed from the PKF element and the mass m ₂ (but not with it coincides). This gives you, as the 10 shows a resonance displacement y ₀ increasing the vibration displacement y _st (static deflection).

Bei einem Anwendungsbeispiel wurde ein PKF-Element mit folgenden Parametern eingesetzt: Länge: 65 mm (Gesamtlänge) Breite: 58 mm (Gesamtlänge) Dicke der Trägerplatte: 7 mm In one application example, a PKF element with the following parameters was used: Length: 65 mm (total length) Width: 58 mm (total length) Thickness of the carrier plate: 7 mm

Zusätzliche Parameter, die auch für das nachfolgende Anwendungsbeispiel gelten, waren: Das fixierte Ende der Trägerplatte war unten etwa 15 und oben etwa 12 mm lang, die PK-Platte maß in der Längrichtung etwa 30 mm, und der Abstand zwischen Fixierung und PK-Platte war unten etwa 1 mm und oben etwa 8 mm.additional Parameters that also apply to the following application example were: The fixed End of the carrier plate was down about 15 and above about 12 mm long, the PK plate measured in the Längrichtung about 30 mm, and the distance between fixation and PK plate was below about 1 mm and above about 8 mm.

Das PKF-Element wurde geprüft, indem das untere Ende starr mit dem Unterteil (m₁) verbunden wurde, und das obere Ende mit einer Prüfmasse m₂ mit einer Masse von 0,26 kg verbunden wurde. Die Schwingerkenngröße

lag bei ca. 2200 Schwingungen/sec. Es wurde mit einer Frequenz f₀ von ca. 350 Hz (ω₀ = 2π·f₀) gearbeitet, die in der Nähe der Resonanzfrequenz lag, aber nicht mit dieser zusammenfiel.The PKF element was tested by rigidly connecting the lower end to the lower part (m ₁ ) and connecting the upper end to a 0.26 kg mass m ₂ mass. The oscillator characteristic

was about 2200 oscillations / sec. It was worked with a frequency f ₀ of about 350 Hz (ω ₀ = 2π · f ₀ ), which was close to the resonance frequency, but did not coincide with this.

Die Beschleunigung a₀ an der Masse m₂ war = +/– 110 g (g = 9,806 m/s²). Die an der Masse m₂ angreifende Kraft F₂ war m₂·a_o = 0,26 kg·1100 m/s² = ca. 287 N. Die daraus resultierende Federkonstante der Trägerplatte am Ort der Masse m₂ war D_r =ω₀ ²·m₂ = (2π·f₀)²·m₂. Bei Einsatz der o.g. Werte ist D_r = 39,4·3502·0,26 = 39,4·122500 /s²·0,26 kg D_r = 10,25·122500 Kg/s² = 12,6·10⁵ N/m.The acceleration a ₀ at the mass m ₂ was = +/- 110 g (g = 9.806 m / s ² ). The m of the mass ₂ applied force F was ₂ m ₂ · a _o = 0.26 kg-1100 m / s ² = about 287 N. The resulting spring constant of the support plate at the location of the mass m ₂ was D _r = ω ₀ ² · m ₂ = (2π · f ₀ ) ² · m ₂ . When using the abovementioned values, D _r = 39.4 × 3502 × 0.26 = 39.4 × 12,200 / s ² × 0.26 kg D _r = 10.25 × 12,200 Kg / s ² = 12.6 × 10 ⁵ N / m.

Der Schwingweg y am Ort der Masse m₂ lag bei ca. 150 μm und wurde mit der Gleichung y = a₀/ω₀ ² berechnet.The oscillation travel y at the location of the mass m ₂ was approximately 150 μm and was calculated using the equation y = a ₀ / ω ₀ ² .

Mit solchen PKF-Elementen wurde eine Fördereinheit bestückt (zwei PKF-Elemente/Fördereinheit), wie sie in der 7 gezeigt ist. Das verwendete elektronische Ansteuergerät war für 100–400 Hz, 0–200 V und eine Leistung von 20 VA ausgelegt. Mit der Fördereinheit wurden Teile gefördert, wobei die Förderparameter wie folgt waren:
mittlere Fördergeschwindigkeit: ca. 8–9 m/min
elektrische Betriebswerte: Antriebsspannung 200V eff.
Antriebsstrom: 30 mA
elektrische Antriebsleistung: ca. 10 VA (zugehörige elektrische Wirkleistung: ca. 5 Watt)With such PKF elements, a conveyor unit was equipped (two PKF elements / conveyor unit), as described in the 7 is shown. The electronic control unit used was designed for 100-400 Hz, 0-200 V and a power of 20 VA. Parts were conveyed with the conveyor unit, the conveying parameters being as follows:
average conveying speed: approx. 8-9 m / min
electrical operating values: drive voltage 200V eff.
Drive current: 30 mA
electrical drive power: approx. 10 VA (corresponding active electrical power: approx. 5 watts)

Bei einem weiteren Anwendungsbeispiel wurde eine Schwingfördereinheit mit zwei PKF-Elementen eingesetzt. Abmessungen des PKF-Elements: Länge: 65 mm (Gesamtlänge) Breite: 58 mm (Gesamtlänge) Dicke der Trägerplatte: 6 mm In another application example, a vibrating conveyor unit with two PKF elements was used. Dimensions of the PKF element: Length: 65 mm (total length) Width: 58 mm (total length) Thickness of the carrier plate: 6 mm

Die PKF-Elemente waren mit Schrauben durch die Trägerplatte mit ihrem unteren Ende starr mit dem Unterteil (m₁) und mit ihrem oberen Ende das obere Ende mit einer Prüfmasse m₂ mit einer Masse von 2,5 kg verbunden. Es wurde mit einer Frequenz von ca. 210 Hz (ω₀ = 2π·f₀) gearbeitet, die in der Nähe der Resonanzfrequenz des PKF-Elements lag, aber nicht mit dieser zusammenfiel.The PKF elements were connected by screws through the support plate with its lower end rigidly connected to the lower part (m ₁ ) and with its upper end the upper end with a test mass m ₂ with a mass of 2.5 kg. It was worked with a frequency of about 210 Hz (ω ₀ = 2π · f ₀ ), which was close to the resonance frequency of the PKF element, but did not coincide with this.

Die Beschleunigung a₀ an der Masse m₂ war = 250 m/s²) die an der Masse m₂ angreifende Kraft F₂ war m₂·a_o = 2,5 kg·250 m/s² = ca. 625 N (für zwei PKF-Elemente). Die daraus resultierende Federkonstante Dr der Trägerplatte am Ort m₂ wurde wie beim ersten Anwendungsbeispiel berechnet und lag bei ca. 4·10⁶ [N/m]. Der Schwingweg y an der Masse m₂ wurde ebenfalls wie beim ersten Anwendungsbeispiel berechnet und lag bei ca. 125 μm.The acceleration a ₀ of the mass m ₂ was = 250 m / s ²⁾ of the mass m ₂ applied force F was ₂ m ₂ · a _o = 2.5 KG · 250 m / s ² = about 625 N ( for two PKF elements). The resulting spring constant Dr of the carrier plate at location m ₂ was calculated as in the first application example and was approximately 4 · 10 ⁶ [N / m]. The vibration path y at the mass m ₂ was also calculated as in the first application example and was about 125 microns.

Verwendet wurde eine Fördereinheit, wie sie in der 7 gezeigt ist. Das verwendete elektronische Ansteuergerät war für 100–400 Hz, 0–200 V und eine Leistung von 20 VA ausgelegt. Die Förderparameter waren wie folgt:
mittlere Fördergeschwindigkeit: ca. 6 m/min
Antriebsspannung: 200 V eff.Was used a conveyor unit, as in the 7 is shown. The electronic control unit used was designed for 100-400 Hz, 0-200 V and a power of 20 VA. The delivery parameters were as follows:
average conveying speed: approx. 6 m / min
Drive voltage: 200 V eff.

Claims

PKF element for a vibrating conveyor system ( 131 ) with piezo drive, wherein the PKF element ( 91 . 101 . 111 . 121 . 141 ) an elongated carrier plate ( 72 . 102 . 122 . 144 ) of a resilient fiber-reinforced plastic, on at least one side a metal layer ( 74 ) and on it a PK-plate ( 75 . 105 ) are applied, at the side facing away from the carrier plate surface, a power supply is applied, wherein the metal layer and the power supply are connected to one pole of a source of electricity, and that the spring constant D of the carrier plate where it is at the mass m ₂ ( 133 ), ≥ 10 ⁵ [N / m], characterized in that on the surface of the PK plate facing the carrier plate, a metal coating ( 92 ) is applied, that the applied metal coating over the entire surface with the metal layer on the support plate ( 72 . 102 . 122 . 144 ) is soldered under pressure and temperature, while the metal layer is adhered to the support plate by means of a plastic such as epoxy resin, which has been applied in prepolymerized state on the metal layer, then brought into contact with the Tägerplatte, and then under pressure and Temperature has been cured.

PKF element according to claim 1, characterized in that that the Thickness of the connecting layer structure is between 30 .mu.m and 150 .mu.m.

PKF element according to claim 2, characterized in that that the Thickness of the connecting layer structure is between 40 .mu.m and 70 .mu.m.

PKF element according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the resulting shear modulus of the connecting layer structure is at least as great as the shear modulus of the carrier plate ( 72 ) in which to the PK-plate ( 75 ) is bordering area.

PKF element according to one of claims 1 to 4, characterized in that the carrier plate ( 72 ) and the PK plate ( 75 ) are connected in such a material-locking manner that the producible restoring force in the region of the carrier plate bordering the PK-plate is equal to the clamping force to be transmitted.

PKF element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the carrier plate ( 72 . 102 . 122 . 144 ) is between 5 and 20 mm thick.

PKF element according to claim 6, characterized in that the carrier plate ( 72 . 102 . 122 . 144 ) is between 6 and 12 mm thick.

PKF element according to one of claims 1 to 7, characterized in that the end regions of the carrier plate ( 72 ) Means for fixing the carrier plate on the upper part ( 133 ) and at the lower part ( 134 ) a vibratory conveyor unit ( 131 ) exhibit.

PKF element according to claim 8, characterized in that in the end regions ( 93 . 94 ) of the carrier plate ( 72 ) as a means for fixing the carrier plate to a vibratory conveyor unit ( 131 ) at least one hole ( 73 ) is introduced.

PKF element according to claim 8 or 9, characterized in that the carrier plate ( 72 . 102 . 122 . 144 ) between the fixations on the conveyor unit 50 to 500 mm long.

PKF element according to one of claims 1 to 10, characterized in that at a length of the carrier plate ( 72 ) of 65 mm the length of the PK plate ( 75 ) Is 30 mm.

PKF element according to one of claims 1 to 10, characterized in that the carrier plate ( 72 ) in the longitudinal direction with both end regions ( 93 . 94 ) via the PK plate ( 75 protrudes).

PKF element according to one of claims 8 to 12, characterized in that it is so on the vibratory conveyor unit ( 131 ) is fixed such that the ratio of the dimensions on the end regions between the one end of the PK plate ( 75 ) and the Fi xation on the upper part ( 133 ) and between the other end of the PK plate and the fixation on the lower part ( 134 ) ≥ 1.5.

PKF element according to claim 13, characterized in that that this relationship the said dimensions is between 2 and 20.

PKF element according to claim 14, characterized in that that this relationship between 5 and 10 lies.

PKF element according to one of claims 8 to 15, characterized in that the distance between the lower fixing and the PK plate ( 75 ) is between 0.5 and 1 mm.

PKF element according to one of claims 1 to 16, characterized that the Plastic a duroplastic, such as a material from the group epoxy resins, unsaturated Polyester resins, phenolic and furan resins, or a thermoplastic, such as a material from the group of polyamides, Polycarbonates, polyacetals, polyphenylene oxides and sulfides, polypropylenes and Styrene copolymers.

PKF element according to one of claims 1 to 17, characterized that this resilient material is a glass fiber reinforced epoxy resin.

PKF element according to one of claims 1 to 18, characterized in that a power supply on the one of the support plate ( 72 ) facing away surface of the PK plate ( 75 ) applied metal coating ( 92 ) serves.

PKF element according to one of claims 1 to 19, characterized in that the metal coating ( 92 ) is a silver coating.

PKF element according to one of claims 1 to 20, characterized that this metallic material as main components copper and / or silver and / or contains gold, and as a layer or as a composite layer of at least two Layers of one of the three metals mentioned or one of his Alloys is present.

PKF element according to one of Claims 1 to 21, characterized that the PK plate in juxtaposed separate and parallel to the longitudinal axis aligned stripes is divided.

PKF element according to one of Claims 1 to 22, characterized in that the PK plate ( 75 . 105 . 145 ) ≥ 0.5 mm thick.

PKF element according to one of Claims 1 to 23, characterized in that the PK plates ( 105 ) into shallow depressions ( 103 ) in the carrier plate ( 102 . 122 ) are introduced, so that they at most partially protrude beyond the surface of the support plate outside the wells.

PKF element according to one of Claims 1 to 24, characterized in that at least two identical ones of them are combined in such a way that they lie parallel to one another and the projections of the PKF elements ( 91 . 101 ) coincide with each other parallel to their normal and that the combined PKF elements are at the same positions of m ₂ ( 133 ) and m ₁ ( 134 ) are fixed.

PKF element according to claim 25, characterized in that between the end regions ( 93 . 94 ) of the carrier plate ( 72 ) Spacers ( 97 ) are provided which a contact of the carrier plate remote power supply of adjacent PKF elements ( 91 ) prevent.

PKF element according to Claim 25, characterized that the End portions of the support plate so thickened are that one Contact facing away from the carrier plate power leads adjacent PKF elements is prevented.

PKF element according to one of claims 1 to 24, characterized in that the existing PK plates ( 105 ) at least one further PK-plate ( 105 ) is applied, wherein between the PK plates each have an insulating layer ( 123 ) is applied.

PKF element according to claim 28, characterized in that the insulating layer ( 123 ) from one to the PKF element ( 121 ) in the pre-polymerized state and then cured plastic, such as an epoxy resin exists.

PKF element according to one of claims 1 to 29, characterized in that as a metallic layer ( 74 ) a film, preferably of copper, is used.

PKF element according to one of claims 1 to 30, characterized in that the non-PK plate ( 75 . 105 . 145 ) covered areas of the carrier plate ( 72 . 102 . 122 . 144 ) are free of metal.

PKF element according to one of claims 1 to 31, characterized that it at frequencies ≥ 100 Hz is operable.

PKF element according to claim 32, characterized that it at frequencies between 200 and 500 Hz is operable.

PKF element according to one of claims 1 to 33, characterized in that it is where it at the mass m ₂ ( 133 ), accelerations ≥ 100 m / s ² can be generated.

PKF element according to claim 34, characterized in that accelerations between 200 and 10,000 m / s ² can be generated.

PKF element according to claim 35, characterized in that accelerations between 250 and 2,000 m / s ² can be generated.

PKF element according to one of Claims 1 to 36, characterized in that masses m ₂ ( 133 ) of ≥ 0.25 kg.

PKF element according to claim 37, characterized in that masses m ₂ ( 133 ) from 0.5 kg to 5 kg / PKF element.

PKF element according to one of claims 1 to 38, characterized in that the angle between the conveyor rail ( 133 ) and the PKF element (s) ( 91 ) is adjustable to a value between 45 and 90 °.

PKF element according to claim 39, characterized that the Angle between the conveyor rail and the PKF element (s) is adjustable to a value that does not coincide with 90 °.