DE8907748U1

DE8907748U1 - Elektronisches Regelgerät für amplitudengesteuerte elektromagnetische Schwingförderantriebe

Info

Publication number: DE8907748U1
Application number: DE8907748U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-06-24
Filing date: 1989-06-24
Publication date: 1989-09-07

Description

• · ff·*·

Beschrei bung

^Elektronisches Regelgerät für amplitudengesteuerte, elektromagnetische Schwingförderantriebe. ~^

Die Erfindung betrifft ein Regelgerät mit geschlossenem Regelkreis für amplitudengesteuerte, elektromagnetische Schwingförderantriebej insbesonders geeignet zur So 11 wertregelang bei wechselnder Beladung oder bei Schwankungen der Versorgungsspannung.

Schwingförderer dienen utr Aufgabe, Schüttgutteile kontinuierlich, d.h, Ip konstanter Heßge, in bestimmter Ausrichtung und Lag? geordnet, au einer Fertigungseinricutung zu transportieren. Problem 1

Die Förderleistung ist, bei vorgege^si&iacgr;· Sollwerteinstellung und ohne Nachrechnung, sehr stark abhängig von dem Beladungszustand der Schwingfördereinrrchtung.

Die Schwingleistung der Fördereinrichtung nimmt bei allmählicher Leerung zu. Folge dieser Schwingleistungszunahme ist ein verstärkt vertikales Springen des Füllgutes, so daß die horizontale Förderkomponente praktisch gegen Null geht.

Ein manuelles Nachregeln der Förderleistungs-Steuerung bringt zwar kurzfristig die gewünschte, optimale Fördermenge und Förderqualität. Bei weiterer Entleerung oder Nachfüllung verändert sich die Schwingungslei stutig erneut auf einen unerwünschten Wert. Problem 2

Den physikalischen Gesetzen folgend, verändert sich die Förderleistung von Schwingfördereinrichtungen bei Spannungsschwankungen in instabilen, elektrischen Versorgungsnetzen. Spannungseinbrüche führen zu starker Verringerung der Schwingungsleistung; während Spannungserhöhungen zu dem vorher schon beschriebenen, vertikalen Springen des Fördergutes führen. Bei starker Spannungserhöhung kann es sogar zum Anschlagen zwischen Elektromagnet und Weicheisenkern des Schwingförderantriebes oder zwischen benachbarten, mechanischen Komponenten des Fördersystems kommen.

-4-

,0 llii «·§·#· 11

1§ In den vorgenannten Fällen reduziert sich die Förderleistung mehr

% oder minder stark, bis zum Stillstand bei starker Beeinflussung.

Der Automations-Charakter der Fertigungseinrichtung geht verloren

K bzw. ist gestört. Die Probleme sind hinreichend bekannt. Aus den ";^:! * nachfolgend aufgeführten Patentanmeldungen und Druckschriften geht

-r: hervor, daß eine automatische Nachregelung, mittels eines geschlos-

£ senen Regelkreises, mehrmals, mit vervchiedenen Verfahren, verwirk-

|; licht wurde.

Patentanmeldungen

11 US 46 02 716

12 US 43 54 618

13 US 42 31 478

14 US 40 02 270

15 US 38 76 074

16 JP 62-27 215A

17 JP 59-172 317A

18 JP 58-113 014A

19 JP 58-212 508A

20 JP 58-193 815A

21 JP 58-193 814A

22 WO 86 C2 085Al

Druckschriften

1) DE-Z:AHRENS, H. Habenicht, D
Maschinenmckt 90/1984 37,S.917-918

2) DE-Z:N.N.:

Maschinenmarkt 90/1984 12,S.220

3) DE-Z: Rauscher, R.:
Techn.Mitt.AEG-Telef. 71 (1981) 3,S.98-101

Ob es sich nun um amplituden- oder frequenzgeregelte Schwingfördersysteme handelt, eines ist den verschiedenen, einschlägigen Lösungen gemeinsam.

Der Istwert der mechanischen Schwingleistung wird mittels eines jchwingungsaufnehmers erfaßt und in der Regel einem Ist-Sollwert-Vergleicher zugeführt, der die Nachregelung der Förderleistung organi siert.

1 i	1	DE	30	16	360	C2
	2	DE	36	44	811	Al
	3	DE	34	16	016	Al
	4	DE	31	10	758	Al
	5	DE	30	37	594	Al
-■;	6	DE	29	35	739	Al
	7	DE-OS	29	13	962
	8	DE-OS	27	11	030
	9	DE-OS	22	47	149
	10	AT	1	69	146

Eine Schwierigkeithaben die verschiedenen Schwingungsaufnahmemethoden gemeinsam. Sowohl bei berührungsloser als auch bei berlihrungsbehafteter Schwingungsaufnahme wird mit, im Vergleich zur sonstigen Technik einer Schwingfördereinrichtung, relativ aufwendiger Mechanik gearbeitet.

Trotz der aufwendigen und sorgfältigen Mechanik kommt es, z.B. mechanische Verstellungen, Eigenschwingungskomponenten, gegenseitig unterschiedlichen Auslenkungskomponenten zwischen Aufnehmer und Betätigungsfahne,-bolzen usw., zu R e g e 1' e &iacgr; 1 e r &pgr; .

Die Neueinstellung bzw. Nachjustierung rfordert es meistens, Kesseloder Schutzabdeckungen zu entfernen. Der Abstand muß oft mit Fühlerlehren eingestellt werden.

Zusätzlich kommt der Verkabelungsaufwand der Analogsignale, meist mit geschirmter, unterbrechungsfreier Leifungsführung, hinzu. Durch die permanente Vibration kommt es auch oft zu Beschädigungen von Leitungen und/oder Isolation. Unterbrechungen oder Kurzschlüsse sind die Folge der Leitungsschäden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Regelgerät zu entwickeln, das, ohne direkte Schwingungserfassung übei einen Fühler oder Sensor, einen geschlossenen Regelkreis für den &dgr; &pgr; zusteuern de &pgr; Schwingförderer darstellt, so dsS Matsrislziilsdyngs" und Spannungsschwankungen bezüglich der Schwingungsamplitude ausgeregelt werden. Das Gerät sollte in verschiedenen Gehäuse- und Einbauvarianten einsetzbar sein und als Option eine über einen Bedarfssensor gesteuerte Zeitschaltung als Niveauregelung, eine in der Intensität umschaltbare Sanftanlaufschaltung sowie eine, je nach Massenverhältnis, schaltbare VoI1-Haibwel1enschaltung aufnehmen können.

-6-

Die Lösung der Hauptaufgabe wird dadurch erreicht, daß der durch den Laststrom an einem niederohmigen Lastwiderstand oder an geei-ineten Strom- oder Spannungswandlern entstehende Spannungsabfall als Istwertkomponente einem, im Prinzip als Differenzverstärker arbeitenden, Regel krei s-St.romdetektor zugeführt wird. Dieser Vorgang ist prinzipiell, in der Variation mit zusätzlichem Lastwiderstand, aus Zeichnung Blatt-Nr. 12,Regel-Prinzip, ersichtlich,

Grundlegend bei der Lösung war der Effekt, daß sowohl bei der Ver-

&dgr; MUcTu ny u c &Ggr; »&THgr;&Ggr;5&Ogr;&Ggr;5&iacgr;&iacgr;&Ggr;&idiagr;&iacgr;&idiagr;33&rgr;5&Ggr;&idigr;&Ggr;&idiagr;&Iacgr;&iacgr;&Ggr;&idigr;9 SiS Sütn uCl ClfiCr >3CW5Cti<.SVSr~ änderung des Schwingsystems, verursacht z.B. durch Zu- oder Entladung des Füllgutes, eine Luftspaltänderung zwischen dem oder den Elektromagnet(en) des Schwingungsantriebes und dem oder den Weicheisenpaket (en ) des Schwingförderers, auftritt.

Um den Effekt der Luftspaltänderung näher zu veranschaulichen, wurde auf 31att 13, Mech.-Anordnung, der prinzipielle Aufbau des Zweimassensystems eines einfachen Förderkessels skizziert.

Das Grundgestell besteht aus einer relativ schweren Stahlplatte (1), auf der ein- oder mehrere Elektromagnet(en)(2!befestigt und angeschlossen wurden. Das schwingende Systemtei1(3), das hier im Beispiel jit Tfärtojf füy den nicht skizzierten Förderkessel dient; ist niit mehreren, schräggestellten Federn(4) mit dem Grundgestell verbunden. Am schwingenden Systemteil sind, in der gleichen Anzahl der vorhandenen Magneten, Weicheisenpakete(5) in einjustiertem Abstand vor der Wirkfläche des jeweiligen Elektromagneten angeordnet. Durch die Schrägstellung der Federn entsteht bei Gewichtsveränderung des schwingenden Systemteils oder auch bei Veränderung der Antriebsleistung eine horizontale Komponente, die den Luftspalt zwischen Weicheisenpaket und Elektromagnet verändert.

Aus dieser Luftspaltänderung resultiert wiederum eine Laststromänderung. Diese Laststromänderung, wie schon vorgenannt erwähnt, über den Spannungsabfall erfaßt und durch den erforderlichen Faktor verstärkt, wird im Regelkreis der Phasenanschnittsteuerung zur Korrektur des Ansteuerwinkels zugeführt.

•7-

Die Phasenanschni ttsteuerung"hä'l't das Z*weimä"sse'nsystem auf einer konstanten Schwingungs- und somit Förderleistung.

Da Schwingfördereinrichtungen In unterschiedlichen Technikbereichen sowohl allein als Regeleinheit fungierend als auch in unterschiedlich komplexe Steuerungs- Regelsysteme integriert, eingesetzt werden, sind als Regelgeräte unterschiedliche Bauformen, ggf. mit verschiedenen Schaltungsergänzungen, erforderlich.

Einfache Schwingfördereinheiten werden mittels eines Regelgerätes, ausgebildet als Wand- oder Tischgehäuse, in ihrer Förderleistung geregelt.

Für den Einsatzfall in Mehrfach-Zuführsystemen, Sondermaschinen, Montageautomaten oder Fertigungseinrichtungen (z.B. Fertigungsstraßen, Montagebändern) sind nachfolgende Einbauformen vorgesehen:

- Einschubplatinen mit Frontbedienplatten

- Fronttafel - Einbaueinheiten

- Schnappgehäuse für Normschienen

Je nach Einsatz und Bauform sind die Regelgeräte mit der Möglichkeit des Anschlusses eines externen Regelpotentiometers für die Sollwerteinstellung, wahlweise auch entkoppelt vom Versorgungs-Kegel potenti al , ausgerüstet.

Alle Geräte sind mit einer ein- oder mehrstufigen Zusatzschaltung für den sanften An- und Auslauf der Schwingleistung ausrüstbar.

Für den Antrieb größerer Massen ist eine oftmals notwendige Umschaltung vom Vollwellen- auf Haibwellenbetrieb, durch Aufhebung der Überbrückung einer Sperrdiode, vorgesehen. Das Schwingsystem arbeitet d*?in mit 50% der Frequenz der Versorgungsspannung.

-8-

ft · • ·

4 I f

« ■ &igr;

Nachfolgend ist eine Erläuterung der wesentlichen Bestandteile und Funktionen des zu schlitzenden Gerätes, ergänzt durch Hinweise auf Blockschaltbild und Schaltplan, angefügt.

Das Blockschaltbild Bl. 14 zeigt, daß die Schaltung des Gerätes grundsätzlich aus zwei Hauptteilen besteht.

Den ersten Teil bildet die Leistungsschaltung mit den entsprechenden Schutzbeschaltungen. Der zweite Teil besteht aus der Phasenanschnittsteuerung, die von

einem Differenzverstärker, beaufschlagt durch Sollwert und Istwert, angesteuert wird. Die Wahl schaltung VoI1wel1en-Halbwel1en-Betrieb gestattet die Anpassung an unterschiedliche Massensysteme. Eine

Niveau-Bedarfsansteuerung erlaubt eine material schonende Zuführung.

Aus dem Schaltplan Bl.15 geht hervor, daß das Kernstück der Schaltungsanordnung aus einer Integrierten Schaltung -Nl- besteht, die mit der externen Beschaltung die Funktionen der Leistungsstellung und Regelung organisiert. Die Spannungsversorgung der Schaltung beträgt im Regelfall 22OV AC, 50Hz/60Hz.

Eine superflinke Schmelzsicherung, Fl, schützt die Schaltung im Kurzschlußfall. Zwei Drosselspulen, Ll.1 und Ll.2, in der Versorgungs-Spannungsleitung verhindern, daß hochfrequente Störspannungen in das Versorgungsnetz gelangen und sichern somit die vorgeschri eber.c Funkentstörung. Zusätzlich sorgen zwei Varistoren F2, F3, einer vor der Gesamtschaltung und einer parallel zum Triac Vl, dafür, daß energiereiche Störimpulse aus dem Netz die Schaltung nicht zerstören. Die Triacbahn ist zusätzlich über das RC-Glied, R7/Cc, funkentstört.

Die Triaczündung erfolgt über die im IC integrierte Phasenanschnittsteuerung und den Schutzwiderstand R3. Ein der Last parallel geschalteter Belastungswiderstand, R13, sorgt dafür, daß auch bei kleinen induktiven Lasten der erforderliche Zündstrom des Triac nicht unterschritten wird.

-9-

Der in der Last-Triac-Bahn fließende Strom wird an dem niederohmigen Lastwiderstand oder an einem Spannungs- oder Stromwandler, | im Beispiel B5, als Spannungsabfall erfaßt und über die Widerstände | R4, R5, die durch ihre Dimensionierung den Verstärkungsfaktor bilden, | an einem VoI1wel1engleichrichter gleichgerichtet und über den Ver- " Stärkerausgang 13 der IC-externen Ansteuerstrecke RIl, V5 zugeführt. &idiagr; Diese externe Ansteuerstrecke beaufschlagt über den Pegel umsetzer S im IC wiederum die Phasenanschnittsteuerung mit der aus dem Ist- ; wert gebildeten Sol 1wert-Nachregelkomponente. r

Die Zündfolge wird im Vergleich mit der an Pin 3 anliegenden Rampen- ;; spannung bestimmt. Die Steuerspannung wird durch die Beschaltung V₁ PI, R9 und C4 begrenzt. Diese Kombination, ergänzt durch die Komponenten V4, C7, die ein Einschaltüberschwingen verhindern, bildet
die Sollwertvorgabe.

Ein zweistufiger Regler für das AnI aufverhalten, gebildet durch C5
bzw. C6 und RIO, umschaltbar durch S2, gestattet sanfte Anläufe mit
hier zwei unterschiedlichen Charakteristika. Dadurch werden für lagerichtige Zuführung störende, abrupte Einschaltungen verhindert.

Über einstellbare Ein- Ausschaltzeiten kann der externe Bedarfs- | sensor an das Regelgerät angeschlossen werden. Die Spannungsver- < sorgung für Schaltung und Sensor ist über ein separates, entkop- * peltes Netzteil verwirklicht. Schaltungstechnisch ist natürlich u: auch eine Fremdspannung für die Sensorversorgung möglich (bei
Kopplung der O-Volt-Potentiale). Mit dieser Anordnung ist in der
Materialf1ußstrecke eine Niveauregelung möglich.

Die bei Schwingsystemen mit relativ großen Schwingmassen oftmals
erforderliche Reduzierung der Schwingfrequenz wird durch den e1nausschaltbaren Halbwellenbetrieb, ermöglicht durch die Kombination
S1/V3, verwirklicht.

-10-

I >

\ &igr;

• i ·■ · · *« ·· 14

Erzielte Vorteile

1. Der Hauptvorteil der ErfincUng besteht zweifellos darin, daß durch die Rückführung der Laststromänderung als Regelkomponente, die sowohl Schwankungen der Versorgungsspannung als auch Unterschiede der Füllmenge als gleichwertige Änderungen erfaßt, ein konstantes Regel verhalten, ohne Erfassung der mechanischen Schvii ngungsampl i tude durch Fühler oder Sensoren, erreicht wird.

Wenn auch in dan bisher praktizierten Verfahren die mechanische Schwingung überwiegend berührungslos erfaßt und gemessen wurde, so war doch eis relativ großer Aufwand an Verkabelungs-, AnschluS-, Bsfestigungs- und Justierungsaufwand erforderlich. Dieser Aufwand entfällt bei der vorliegenden Lösung bei zumindest gleichem Effekt.

2. Ein weiterer Vorteil ist die einfache Beschaffenheit der Schaltungsanordnung, die es erlaubt, das Regelgerät zu dem annähernd vergleichbaren Preis eines normalen Regelgerätes, ohne geschlossenen Regelkreis, herzustellen. Der Schaltungsaufwand ist nicht größer als bei einem Gerät mit externem Schwingungssensor. Der gesamte Aufwand eines externen Sensors wird durch einen einfachen Widerstand oder Wandler ersetzt.

Der Unterschied im Regel verhalten zwischen einem ungeregelten Gerät und dem Verhalten des Gerätes mit Rückführung der Laststromkomponente zur Regelung, 1st in den Diagrammen auf BI.16 dargestelIt.

Die beiden oberen Funktionen zeiger nebeneinandergestellt das prozentuale Leistungsverhalten 1n Abhängigkeit von der Versorgungsspannung.

Im unteren Diagramm sind beide Funktionen gemeinsam dargestellt.

-11-

3. Es lassen sich problemlos alle schon bekannten Techniken wie Sanftanlauf/Sanftauslauf, Voll- Haibwellenbetrieb und externe, zeitgesteuerte Niveauregelschaltung verwirklichen.

Claims

1. Elektionisches Regelgerät für amplitudengesteuerte, elektromagnetische Schwingförderantriebe, dadurch gekennzeichnet, daß die der Förderleistung und Betadung proportionale Lastftromänderung als Istwert der Förderleistung erfaßt und fortgesetzt derart verarbeitet wird, daß eine ständige Ist-Sollwert-Regelung der Förderleistung erfolgt.

2. Elektronisches Regelgerät für amplitudengesteuerte, elektromagnetische Schwingförderantriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß das Regelgerät eine Tisch- oder Wandgeräte-Bauform aufweist,

3. Elektronisches Regelgerät für amplitudengesteuerte, elektromagnetische Schwingförderantriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß das Regelgerät als Einschubeinheit mit frontseitiger Bedienungsplatte ausgebildet wird.

4. Elektronisches Regelgerät für amplitudengssteuerte, elektromagnetische Schwingförderantriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelgerät als Fronttafel-Einbaueinheit gestaltet wi rd.

5. Elektronisches Regelgerät für amplitudengesteuerte, elektromagnetische Schwingförderantriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelgerät eine auf Normschienen aufschnappbare Klemmengehäuse-Bauform aufweist.

-2-

• · ·· Il ||l)llll< Il

«•till * ■< '*

■ * · ti I I * It &Mgr;₍

6. Elektronisches Regelgerät für amplitudengesteuerte, elektromagnetische Schwingförderantriebe nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Regel potentiometer für die Leistungseinstellung über zusätzliche Anschlüsse wahlweise extern anzuordnen ist.

7. Elektronisches Regelgerät für amplitudengesteuerte, elektromagnetische Schwingförderantriebe nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzei chnet, daß das Regelgerät durch eine mitte a Bedarfssensor ansteuerbare, einstellbar zeitverzögerte Niveausteuerung ergänzt werden kann.

3. Elektronisches Regelgerät für amplitudongesteuerte, elektromagnetische Schwingförderantrieoe nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelgerät durch eine ein- oder mehrstufige, umschaltbare Sanftanlauf-Ansteuerung ergänzt werden kann.

9. Elektronisches Regelgerät für amplitudengesteuerte, elektromagnetische Schwingförderantriebe nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelgerät durch eine Zusatzbeschaltung wahlweise vom VoIlwellenbetrieb in den Haibwel1enbetrieb und umgekehrt, umschaltbar ist.

-3-