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Schwingvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Schwingvorrichtung
zur Impulsbehandlung von Materialien mit einem zur Aufnahme des Materials dienenden
Behälter, der über eine Mehrzahl von abstimmbaren, als Federelemente dienenden Torsionsstäben
und an ihnen befestigten Verbindungsarmen mit der Unterlage verbunden ist.
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Derartige Vibrations- oder Rüttelantriebe werden zum Betrieb von
verschiedenartigen Förderern verwendet, wie z. B. geraden Förderern, Topfförderern,
die an der inneren Wand des Topfes eine spiralförmige Förderbahn aufweisen oder
für Wendelförderer oder zum Packen und Rütteln von Papier oder Materialien in Behältern
und für andere ähnliche Anwendungsgebiete.
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Für diese Antriebe werden üblicherweise geneigte Blattfedern oder
Stabfedern verwendet, um einen Rahmen oder eine Platte, auf welcher die Materialbehandlungsvorrichtung
befestigt ist, flexibel zu tragen.
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Die Antriebe für Geradeausbeschicker und Förderer haben parallel
zueinander angeordnete Torsionsstäbe, während die Antriebe für kreisförmige Bewegungen
bei Förderern, Beschickertöpfen und Wendelförderern radial um eine vertikale, zentrale
Achse angeordnete Torsionsstäbe aufweisen. In jedem Fall bilden einseitig eingespannte
Torsionsstäbe den flexiblen Träger der zu rüttelnden Glieder oder Beschicker.
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Die Achsen der Torsionsstäbe sind beim Kreisantrieb symmetrisch verteilt
und verlaufen von einem gemeinsamen Zentrum aus nach außen, oder sie können auf
radialen Linien angeordnet sein oder sie können Tangenten an konzentrisch zur gemeinsamen
Achse liegenden Kreisen sein. Die Achsen der Torsionsstäbe liegen in parallelen
horizontalen Ebenen.
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Die Torsionsstäbe beider, sowohl der gerade als auch der kreisförmig
schwingenden Antriebe können einen runden oder nichtrunden Querschnitt aufweisen.
Bei beiden Formen gibt es eine Vielzahl von Befestigungsarten am Rahmen oder an
der Grundplatte und eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Befestigung der Verbindungsarme
an ihnen.
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Bei allen Förderern, gleichgültig, ob es sich um gerade Förderer
handelt oder um Topfförderer, müssen, wenn der Förderteil auf Blattfedern ruht,
diese Blattfedern auf das in Schwingung zu versetzende mechanische System abgestimmt
sein. Diese Abstimmung wird dadurch vorgenommen, daß man entweder die Zahl der einzelnen
Blattfedern verändert, die zu einem Blattfederpaket zusammengefaßt sind.
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Erst wenn die richtige Anzahl in einem solchen Paket ausfindig gemacht
wurde, kann die Feinabstimmung
durch eine Anderung der Einspannlänge dieser Blattfedern
vorgenommen werden. Die Abstimmung muß so genau sein, daß bis auf wenige Hertz an
die Frequenz des Antriebsstromes herangekommen werden kann. Eine derartige Abstimmung
nimmt sehr viel Zeit in Anspruch, da man Blattfedern hinzugeben oder wegnehmen und
häufig Federpakete austauschen muß und schließlich zur Feinabstimmung noch die Einspannlänge
eingestellt werden muß. Eine solche Abstimmung muß auch dann neu vorgenommen werden,
wenn ein Federpaket infolge Abnutzung oder Bruch ausgewechselt werden muß. Es gibt
auch eine Reihe von Gründen, aus denen ein bereits abgestimmter Förderer seine Eigenfrequenz
ändert, die dann in die Frequenz des antreibenden Stromes übergeht, so daß Resonanzerscheinungen
auftreten, die zum Bruch der Federn führen.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu
vermeiden. Erfindungsgemäß wird das erreicht, indem sowohl an dem Behälter bzw.
an seinem Träger als auch an der Unterlage allein mittels Klemmhülsen einseitig
eingespannte Torsionsstäbe vorgesehen und an deren freien Armen die Verbindungsarme
nicht drehbar angeordnet sind.
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Bei einer bekannten Schwingvorrichtung dienen Torsionsstäbe als Federelemente
zwischen Arbeitsmasse und Tragrahmen. Sie sind am Tragrahmen eingespannt, und es
sind ebenso wie beim Erfindungsgegenstand an ihnen Verbindungsarme befestigt. Die
Torsionsstäbe werden ebenfalls auf die gewünschte Schwingfrequenz abgestimmt. Von
dieser bekannten Einrichtung unterscheidet sich die erfindungsgemäße
Schwingvorrichtung
im wesentlichen dadurch, daß auch an der Arbeitsmasse bzw. an ihrem Träger Torsionsstäbe
vorgesehen und sämtliche Torsionsstäbe mittels Klemmhülsen einseitig ohne Stützung
ihres anderen Endes eingespannt sind. Bei der bekannten Vorrichtung hingegen sind
die nur unten vorgesehenen Torsionsstäbe in der Mitte eingespannt und an ihren äußeren
Enden in Lagern gestützt.
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Durch die vorliegende einseitige Lagerung der Torsionsstäbe wird
erreicht, daß außer Toreionsschwingungen auch Biegeschwingungen möglich sind, wodurch
bei entsprechender Anordnung von Torsionsstäben auch kreisförmige Schwingungen der
Arbeitsmasse ermöglicht werden. Durch die Anordnung von Torsionsstäben auch an der
Arbeitsmasse wird erreicht, daß die Verbindungsarme nicht drehbar an den Stäben
angeordnet werden können und keine Gelenkverbindungen wie bei der bekannten Schwingvorrichtung
vorzusehen sind, die der Höhe der Schwingfrequenz und ihrer Amplitude gewisse Beschränkungen
auferlegen.
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Als Träger für die Vibrationsbewegung können symmetrisch angeordnete
Torsionsstäbe verwendet werden. Es werden hierbei zwei Sätze von Torsionsstäben
verwendet, wobei die Achsen jedes Satzes parallel zur Grundplatte angeordnet sind.
Die Verbindungsarme sind einstellbar zwischen Paaren dieser Torsionsstäbe angebracht,
wobei ein Ende eines jeden Armes an einem Torsionsstab des oberen Satzes und das
andere Ende an einem Torsionsstab des unteren Satzes befestigt ist und wobei beide
Sätze von Torsionsstäben sowohl in bezug auf die Platte und das Grundgestell als
auch in bezug auf die Verbindungsarme verstellbar eingespannt sind. Auf diese Weise
kann eine feine Einstellung durch eine Verschiebung der Stäbe in bezug auf ihre
Einspannstellen oder eine Verschiebung der Arme in bezug auf die Stäbe vorgenommen
werden. Durch diese zwei möglichen Einstellungen wird ein großer Einstellbereich
erhalten.
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Der Querschnitt der Torsionsstäbe bestimmt zusammen mit deren Länge
die Schwingungsabstimmung des Systems. Diese Länge entspricht dem Abstand zwischen
jedem Verbindungsarm und der dazugehörigen Einspannhülse.
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Die Torsionsstäbe nehmen die gesamte Federbelastung auf. Die bogenförmige
Verdrehung des Kreisrüttlers, hervorgerufen durch die Hin- und Herbewegung längs
einer geneigten, bogenförmigen Bahn, wird von den Verbindungsarmen übernommen. Die
Verbindungsarme sind abgesetzt, um eine seitliche Biegung zu ermöglichen, die nicht
durch die Torsionsstäbe im Kreisrüttler aufgenommen wird.
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An Hand der Figuren, die Ausführungsbeispiele nach der Erfindung
darstellen, soll diese näher erläutert werden. In den Zeichnungen ist Fig. 1 ein
Aufriß eines Kreisrüttlers für einen Beschickungstopf, der zwei Sätze Torsionsstäbe
mit ihren Einspannhülsen an den äußeren Enden der Stäbe aufweist; Fig. 2 ist eine
vergrößerte, ausführliche Darstellung eines an einem Torsionsstab mit quadratischem
Querschnitt befestigten Verbindungsarms; Fig. 3 ist eine vergrößerte, ausführliche
Darstellung eines an einem Torsionsstab mit rundem Querschnitt befestigten Verbindungsarms;
Fig. 4 ist eine vergrößerte ausführliche Darstellung, welche die Art der Einstellung
des Verbindungsarms
zeigt, um die Abstimmung des in Fig. 1 gezeigten Rüttlers zu
verändern; Fig. 5 ist die graphische Darstellung der Federkonstante als. Funktion
der Länge des Torsionsarmes; Fig. 6 ist ein Aufriß eines Kreisrüttlers, welcher
zwei Sätze von Torsionsstäben aufweist, die ihre Einspannhülsen an einander gegenüberliegenden
Seiten des Verbindungsarms zwischen den Torsionsstäben haben; Fig. 7 ist ein Aufriß
eines Kreisrüttlers, der zwei Sätze von Torsionsstäben aufweist, wobei deren Einspannstellen
an den inneren Enden der Torsionsstäbe liegen; Fig. 8 ist eine graphische Darstellung,
in der die Federwirkung gegen die wirksame Länge des Torsionsstabes bei den Ausführungsformen
gemäß den Fig. 1, 6, 7 und 9 aufgetragen ist; Fig. 9 ist eine Seitenansicht eines
Antriebs mit geraden Federn, an dem eine Förderrinne befestigt ist; Fig. 10 zeigt
die in Fig. 9 dargestellte Ausführungsform von der Stirnseite aus; Fig. 11 ist ein
Horizontalschnitt längs der Linie 11-11 der Fig. 9.
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In Fig. 1 ist der Antrieb für den Torsionsstab-Topfrüttler mit einer
massiven Grundplatte 1 versehen, die auf den drei federnden Gummifüßen 2 gelagert
ist und die vier Einspannhülsen 3 aufweist. Jede dieser Einspannhülsen ist mit einem
Unterteil 4 und einer Kappe 5 versehen. Die Kappe 5 ist mit einer Schraube 6 auf
dem Unterteil aufgeschraubt. Zwischen den Schrauben ist der untere Teil der Hülse
3 und die Kappe 5 mit Kerben 7 und 8 versehen, die zur Aufnahme der Torsionsstäbe
10 dienen, die einen quadratischen Querschnitt aufweisen. Die Hülsen sind von derselben
Form, wie sie die nicht runden Teile des Stabes aufweisen. Der Stab 10 erstreckt
sich nach innen gegen das Zentrum 11 des Beschickungstopfes, und außerdem ist das
untere Ende des Verbindungsarmes 12 auf ihm eingespannt. Jeder Verbindungsarm weist
an seinen gegenüberliegenden Enden Hülsen 13 auf, welche vermittels eines Schlitzes
14 als Einspannhülsen ausgebildet sind, wobei der Schlitz durch die Schraube 15
zusammengehalten wird. Die obere Hülse des Verbindungsarmes ist mit dem Torsionsstab
16 verbunden, der durch die Einspannhülse 17 an der Unterseite des Montagerahmens
oder der Montageplatte 18 befestigt ist. Die oberen Einspannhülsen 17 sind in der
gleichen Art wie die unteren Hülsen ausgebildet.
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Es ist aus der Fig. 1 zu ersehen, daß die Torsionsstäbe 16, welche
die obere Reihe von Torsionsstäben bilden auf Geraden angeordnet sind, die radial
zur Mittelachse 11, welche durch den Antrieb hindurchgeht, verlaufen. Der Antrieb
ist in diesem Beispiel elektromagnetisch, und er besteht aus dem Anker 20 und dem
Kern 21. Der letztere ist mit drei Schenkeln versehen, deren mittlerer durch die
Spule22 umgeben wird, die von einer Quelle für pulsierenden Strom wie beispielsweise
Wechselstrom oder pulsierenden Gleichstrom oder gleichgerichteten Wechselstrom gespeist
wird. Eine Steuerung ist zwischen der Stromquelle und dem Motor angeordnet, um die
Veränderung des Stromes und der Spannung zu ermöglichen, um auf dieseWeise die Amplitude
der Schwingung zu verändern.
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Die Montageplatte 18 ist mit einem Topf 23 versehen, welcher auf
seiner inneren Oberfläche eine
spiralförmige Förderbahn 24 aufweist,
die vom Boden des Topfes ausgeht, wie es bei 25 angedeutet ist.
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Bei Teileförderern ist der Schwingungsweg gekrümmt quer zur Mittellinie
der Verbindungsarme 12.
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Die Bewegung der Arme 12 ruft eine Torsionsbelastung der Torsionsstabfedern
16 hervor. Da die Torsionsstabfedern 16 symmetrisch um die Mittelachse des Rüttelantriebs
angeordnet sind, muß sich der Topf auf gekrümmter Bahn um die vertikale Achse bewegen,
was eine Torsionsbelastung der Verbindungsarme 12 ergibt. Diese Arme haben einen
verminderten Querschnitt, so daß die Torsionsbewegung auf der gekrümmten Bahn frei
erfolgen kann, ohne daß übermäßige Spannungen in den Torsionsstabfedern 16 oder
den Einspannhülsen 3 auftreten. Bei dem Geradeausförderer ist wegen der Gradlinienbewegung
in den Verbindungsarmen keine Torsion vorhanden, so daß die Arme keinen reduzierten
Querschnitt benötigen.
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An Stelle der Verwendung eines nichtrunden Torsionsstabes, wie beispielsweise
eines Torsionsstabes von quadratischem Querschnitt, der bei 10 und 16 dargestellt
ist, kann man einen runden Torsionsstab, wie er bei 27 dargestellt ist, anwenden,
und der Verbindungsarm 28 weist eine runde Hülse 30 auf, um den runden Stab aufnehmen
zu können. Ein Befestigungskeil oder Stift 31 kann durch eine Öffnung 32 hindurch
oder in eine Öffnung 32 durch den Verbindungsarm eingetrieben sein und mit einer
Befestigungsschraube 33 versehen sein. Wenn es gewünscht ist, den Arm zu verstellen,
kann der Torsionsstab mit einer Serie wellenförmiger Einschnitte 34 versehen sein,
die zur Aufnahme des Befestigungskeils 31 dienen.
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Wie in der Fig. 4 gezeigt wird, ist der untere Satz von Torsionsstäben
10 und der obere Satz 16 in den unteren und oberen Einspannteilen 3 bzw. 17 eingespannt.
Der Verbindungsarm 12 ist gegen das Zentrum 11 des Antriebs oder von diesem weg
verstellbar, lediglich durch das Lösen der Schrauben 15 und das Einstellen des Armes
in Positionen, wie beispielsweise bei 35, 36 und 37 gezeigt. Auf diese Weise weisen
die Torsionsstäbe ihre kürzeste Länge auf, wenn der Verbindungsarm sich in der Position
35 befindet, und sie weisen eine mittlere Länge auf, wenn der Verbindungsarm sich
in einer Lage befindet, die durch die Ziffer 36 bezeichnet wird, und wenn sich der
Verbindungsarm bei 37 befindet, haben die Torsionsstäbe ihre größte Länge. Die Wirkung
der Verstellung des Verbindungsarmes in die Lagen, die zwischen 35 und 37 dargestellt
sind, ist in der in Fig. 5 gezeigten Funktion, welche die Federkonstante (Ordinate)
als Funktion der Länge des Torsionsarmes (Abszisse) dargestellt, gezeigt. Die Einheiten
dieser graphischen Darstellung sind die Einheiten der effektiven Länge des Torsionsstabes,
ausgehend von der Lage, wie bei 35 dargestellt, bis zur Lage, wie bei 37 dargestellt,
und die Ordinate stellt die Einheiten der effektiven Federkonstante, die durch diese
Einstellung erhalten wird, dar. Es sei bemerkt, daß die Zunahme der Länge in Einheiten
L des Torsionsstabes die effektive Federwirkung herabsetzt.
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Wie in Fig. 6 dargestellt, ist die Grundplatte 1 mit einer kreisförmigen
Serie von Einspannhülsen 40 versehen, welche die Torsionsstäbe 10, die in einer
tieferen Horizontalebene liegen, tragen und wobei diese Hülsen dem äußeren Umfang
der Grundplatte 1 benachbart getragen werden. Die oberen Einspann-
hülsen42 an der
Unterseite der Montageplatte 18 sind innerhalb des äußeren Umfangs der Platte 18
angeordnet und demzufolge innerhalb der Hülsen 40. Die Torsionsstäbe 16 liegen in
einer höheren horizontalen Ebene. Die Einspannhülsen 40 und 42 sind symmetrisch
um die vertikale Achse 11 angeordnet.
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Bei dieser Ausführungsform sind die Verbindungsarme 12 in derselben
Weise, wie zuvor beschrieben angeordnet. Es kann jedoch erforderlich sein, sowohl
die Stäbe in ihren Hülsen als auch die Verbindungsarme entlang der Torsionsstäbe
einzujustieren, um eine saubere Abstimmung derselben zu erhalten. Eine Veränderung
der Länge eines Satzes von Torsionsstäben verändert umgekehrt die Länge des anderen
Satzes von Torsionsstäben.
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Bei der in Fig. 7 dargestellten Vorrichtung sind die unteren Torsionsstäbe
10 in den symmetrisch angeordneten Hülsen 40 angeordnet, welche innerhalb des Umfanges
der Grundplatte liegen und die Torsionsstäbe 10 in der horizontalen Ebene halten,
die sich radial nach außen erstreckt, wohingegen der obere Satz von Torsionsstäben
16 symmetrisch von den Einspannhülsen 42 gehaltert wird, die innerhalb des äußeren
Umfanges der Montageplatte 18, wie in Fig. 6 dargestellt, angeordnet sind. Auf diese
Weise sind bei dieser Ausführung die Verbindungsarme 12 an der äußeren Seite beider,
der unteren und oberen Einspannhülsen 40 und 42 angeordnet und verändern bei der
Längenänderung eines Satzes von Torsionsstäben den anderen Satz von Torsionsstäben
in der gleichen Weise.
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In Fig. 7 weisen die Einspannsockel 40 eine Schwalbenschwanzgrundplatte
41 auf, welche in die paarweise vorhandenen radialen Einschnitte43 eingepaßt und
durch Bolzen 49 radial in der Grundplatte verschiebbar, wie dargestellt, gehalten
wird.
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Die Unterseite der Schwalbenschwanzgrundplatte der Hülse 40 und der
Boden der radialen Nuten oder Kanäle 43 ist, wie bei 39 gezeigt, gezahnt, um die
Einspannhülsen festzuhalten, wenn diese eingestellt sind.
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Mit dieser Einstellung können die Längen beider Torsionsstäbe relativ
zueinander verändert werden, um eine verschiedenartige Abstimmung des Topfes zu
erzielen.
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Die Kurven in Fig. 8 zeigen die relative Steifigkeit der Torsionsstabfedern
für die in den Fig. 1, 6, 7 und 9 dargestellten Anordnungen. Jede Kurve zeigt, wie
sich die Federkonstante mit der Lage des Verbindungsarmes ändert, wodurch Mittel
zur Abstimmung des Förderers geschaffen werden, damit dieser bei irgendwelchen vorbestimmten
Frequenzen schwingen kann. Diese Frequenz weicht um 2 bis 8 Hertz von der angelegten
Antriebsfrequenz ab, liegt jedoch vorzugsweise darüber, um eine Änderung der Schwingungsamplitude,
wenn das Material das zu befördern ist, in den Topf oder die Rinne eingebracht ist,
zu verhindern. In Verbindung damit ist die erforderliche Energie, um die Anordnung
anzutreiben, nicht durch die Masse des zu befördernden Materials abhängig, sie ist
jedoch von der Energie, die erforderlich ist, um den Beschicker zum Schwingen bei
der angelegten Kraftfrequenz zu bringen, abhängig. Der Betrag hängt ab von der Differenz
zwischen der Frequenz des verwendeten Antriebs und der Eigenfrequenz des Beschickers,
zuzüglich des inneren Reibungsverlustes der Federn.
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In Fig. 9 ist der Geradeausbeschickerantrieb mit einer Grundplatte
50 versehen, welche durch die
federnden Füße 51 getragen wird und
welche den Einspannsockel 52 und 53 aufweist, um die Torsionsstäbe 54 und 55 zu
tragen, die den unteren Satz von Federn bei diesem Antrieb darstellen. Diese Stäbe
sind zwischen ihren Enden durch die Hülsen 52 und 53 eingespannt, und die Verbindungsarme
56 verbinden das äußere Ende der Torsionsstäbe 54 und 55 mit den äußeren Enden der
Torsionsstäbe 57 und 58, welche durch die Einspannhülsen 60 und 61, die an der Unterseite
der Aufbauplatte 62 angebracht sind, welche die Rinne 63 für das Beschickungsmaterial,
wie in Fig. 9 dargestellt, trägt, eingespannt werden.
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Die Montageplatte 63 weist weiterhin eine herabhängende Stütze 64
zum Tragen des Ankers 65 des Elektromotors 66 auf.
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Der elektromagnetische Antrieb weist ein Vorderglied oder einen Kern
67 und eine Feldspule 68 auf, wobei der Kern vermittels einer Winkelstütze 69 und
der Schrauben 70 am rückwärtigen Glied 71 der Grundplatte 50 befestigt ist.
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Die Enden der Verbindungsarme werden durch die entsprechenden Schrauben
72 an den Torsionsstäben angeklemmt. Wenn man die Schrauben 72 löst und die Verbindungsarme
nach einwärts auf die Klemmhülsen 52 zu oder nach auswärts von den Klemmhülsen 52
weg verschiebt, so kann man den Förderer genau abstimmen, indem man die effektive
Länge der Torsionsstäbe verändert, wie es in gestrichelten Linien in Fig. 10 dargestellt
ist.
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In der Fig. 9 ist der Schwerpunkt des Grundgestells eines geraden
Förderers mit 73 bezeichnet, während der Schwerpunkt der Förderrinne und der Montageplatte
das Bezugszeichen 74 hat. Die Verbindungslinie der beiden Schwerpunkte muß senkrecht
auf der Mittellinie der Verbindungsarme 56 stehen, da die Förderrinne sonst kippen
oder schaukeln würde. Außerdem wäre die Abstimmung der Förderrinne schwierig, und
sie würde sich je nach der Belastung der Förderrinne ändern. Die Montageplatte 62
und die Rinne 63 schwingen in der gleichen Ebene wie die Grundplatte 50, jedoch
in entgegengesetzter Richtung. Das Verhältnis der Schwingbreite von Montageplatte
und Rinne zur Schwingbreite der Grundplatte hängt vom Verhältnis ihrer Massen ab.
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Die besten Ergebnisse erhält man, wenn das Verhältnis der Masse der
Grundplatte zur Masse von Montageplatte und Rinne nicht kleiner als etwa 2,5:1 ist.
Durch dieses Verhältnis der Massen oder der Gewichte wird auch der Knotenpunkt festgelegt,
um den die Verbindungsarme 56 schwingen und der in Fig. 9 mit N bezeichnet ist.
Wenn das Gewichtsverhältnis beispielsweise gleich 1:1 ist, würde der Knotenpunkt
N in der Mitte zwischen den Mittellinien der Torsionsstäbe liegen. und wenn das
Gewicht von Grundplatte im Vergleich zu dem Gewicht von Montageplatte und Rinne
gleich Unendlich wäre, dann würde der Knotenpunkt N genau in die Mittellinie der
Torsionsstäbe 54 und 55 fallen.
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Dieser Grundsatz gilt auch für topfförmige Förderer, außer daß hier
neben dem kleinsten Gewichtsverhältnis von Grundplatte zu Topf das Gewicht mit dem
Quadrat des Radius der Drehung multipliziert werden muß, so daß das Verhältnis etwa
3:1 wird.
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Die ganze Vorrichtung kann an den Knotenpunkten der Arme 12 oder
56 gehalten werden, so daß Puffer überflüssig sind, da theoretisch zwischen
diesen
Knotenpunkten und einer festen Unterlage keine Relativbewegung auftritt.
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Bei allen mit Torsion arbeitenden Antrieben kann man sowohl den Querschnitt
als auch die effektive Länge der Torsionsstäbe verändern, um dadurch die Abstimmung
der einzelnen Förderer zu verändern.
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Die Erfindung, sowie sie hier geoffenbart ist, ist in ihrer Anwendung
natürlich nicht auf Einzelheiten der Konstruktion und Anordnung der in den Zeichnungen
dargestellten Teile beschränkt, da die Erfindung auch bei anderen Ausführungsformen
angewandt und auf verschiedenartigste Weise ausgeführt werden kann.