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Dokumentenidentifikation DE19633371A1 05.02.1998
Titel Bidirektionale Differentialbewegungsfördereinrichtung
Anmelder FMC Corp., Philadelphia, Pa., US
Erfinder Dean, Arthur L., Indiana, Pa., US
Vertreter Bardehle, Pagenberg, Dost, Altenburg, Frohwitter, Geissler & Partner Patent- und Rechtsanwälte, 81679 München
DE-Anmeldedatum 19.08.1996
DE-Aktenzeichen 19633371
Offenlegungstag 05.02.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.02.1998
IPC-Hauptklasse B65G 25/06
Zusammenfassung Es ist eine Differentialbewegungsfördereinrichtung geschaffen, die eine Rinne und einen Fördereinrichtungsantrieb aufweist. Der Fördereinrichtungsantrieb weist eine Kupplungs-/Bremsenanordnung auf, die selektiv aktiviert wird, um die Rinne bei einer ersten Geschwindigkeit in einer ersten Richtung zu bewegen und selektiv deaktiviert wird, wenn sie die Rinne bei einer zweiten Geschwindigkeit in einer entgegengesetzten Richtung bewegt. Ferner ist ein Verfahren zum Fördern von Material geschaffen, das umfaßt: Erfassen einer Position einer Rinne, Aktivieren einer Kupplungs-/Bremsenanordnung, wenn die Rinne bei einer ersten Position ist, um die Rinne bei einer ersten Geschwindigkeit in einer ersten Richtung zu bewegen, und Deaktivieren einer Kupplungs-/Bremsenanordnung, wenn die Rinne bei einer zweiten Position ist, um die Rinne bei einer zweiten schnelleren Geschwindigkeit in einer zweiten Richtung zu bewegen, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist.

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft eine Ausrüstung zum Fördern von Festmaterial und insbesondere Differentialbewegungsfördereinrichtungen.

Differentialbewegungsfördereinrichtungen können zum Fördern von Festmaterial, wie beispielsweise Essenskleinigkeiten (snack food) und dergleichen verwendet werden. Anders als Vibrationsfördereinrichtungen, in denen die Kräfte zum Fördern des Materials sowohl horizontale als auch vertikale Komponenten haben, werden die Kräfte für Differentialbewegungsfördereinrichtungen nur in horizontalen Richtungen angelegt. Dies ist der Grund dafür, daß diese Klasse von Fördereinrichtungen häufig als Horizontalbewegungsfördereinrichtungen bezeichnet wird. Es wird generell davon ausgegangen, daß Differentialbewegungsfördereinrichtungen Material auf sanftere Weise und mit weniger Aufwurf als Vibrationsfördereinrichtungen zuführen.

Bezug nehmend auf Fig. 1 ist dort ein Schaubild der Versetzung über die Zeit für eine Differentialbewegungsfördereinrichtung gezeigt. In einer Differentialbewegungsfördereinrichtung wird die Förderoberfläche horizontal von einem negativen Versetzungspunkt 10 zu einem positiven Versetzungspunkt 12 bei einer einzelnen Geschwindigkeit versetzt und bewegt sich von dem Punkt 12 zu dem Punkt 10 mit einer schnelleren Geschwindigkeit zurück. Partikel auf der Förderoberfläche sind nur der Normalkraft aufgrund der Schwerkraft und dem Reibungskoeffizient zwischen dem Partikel und der Förderoberfläche unterworfen. Da die Zeit, um von Punkt 10 zu Punkt 12 zu gelangen, länger ist als es braucht, um von Punkt 12 zu Punkt 10 zu gelangen, besteht eine Nettobewegung der Teilchen in Richtung der langsamen Geschwindigkeit.

Differentialbewegungsfördereinrichtungen des Standes der Technik können beispielsweise einen Vier-Wellen-Linearerreger verwenden, in dem zwei verschiedene Sätze von Gegenrotationsgewichten einen Mechanismus bilden, der eine Linearkraft mit einer größeren Höhe in einer Richtung als in der anderen Richtung erzeugt. Gesellschaften, wie beispielsweise Triple S Dynamics, FEC und General Kinematics stellen beispielsweise Vier-Wellen-Linearerreger zur Verfügung. Ein Vier-Wellen-Erreger kann jedoch massig, relativ teuer und schwierig im Hinblick auf die Isolation der Bewegung von der Tragstruktur sein. Ferner können Vier-Wellen-Linearerreger eine höhere Wartung erfordern.

Ein anderes Gerät nach dem Stand der Technik, offenbart in dem U.S.-Patent 5,351,807 von Svejkovsky, das hiermit durch Bezugnahme in diese Schrift aufgenommen ist, verwendet ein Universalgelenk, das achsenversetzt angetrieben wird, um eine Differentialbewegung zu erzeugen. Eine derartige Konstruktion kann jedoch in ihrer Größe begrenzt sein und verwendet einen Dämpfer in der Form einer hydraulischen Bremse, um einen Trägheitslastspiel an den Geschwindigkeitsübergangspunkten auszuschließen. Das U.S.-Patent Nr. 3,253,700 von Allen, das hiermit durch Bezugnahme in diese Schrift aufgenommen ist, offenbart eine Differentialbewegungsfördereinrichtung, die elliptische Zahnräder verwendet, um eine Differentialbewegung herbeizuführen. Eine solche Konstruktion kann jedoch einen Dämpfer erforderlich machen, um ein durch die Trägheitslasten verursachtes Spiel auszuschließen, wenn der Hub der Fördereinrichtung Geschwindigkeit und Richtung ändert. Das Spiel erzeugt nicht nur ein unerwünschtes Geräusch oder Lärm, sondern kann auch die Zahnradzähne schädigen, wenn sie unter einer derartigen Vibration in Kontakt treten. Ferner ist das Öl, das für die Schmierung der Zahnräder benötigt wird und das Hydraulikfluid, falls ein Hydraulikbremsendämpfer verwendet wird, unter einem Hygienegesichtspunkt, falls ein Leck auftreten sollte, bei der Nahrungsmittelverarbeitung unerwünscht.

Eine dynamische Simulation zeigt, daß bei den Geschwindigkeiten, bei denen die Ausrüstung normalerweise arbeitet, ein Schlupf zwischen dem Teilchen und der Förderoberfläche in beiden Richtungen der Versetzung auftritt. Bei jeder mittleren Geschwindigkeit der Fördereinrichtung gilt, daß je größer die Versetzung ist um so besser ist die Zuführrate bei dieser Geschwindigkeit. Der Schlupf wird auch durch den Reibungskoeffizienten zwischen dem Teilchen und der Förderoberfläche beeinflußt und als Folge davon können einige Materialien besser als andere zugeführt werden. Der Reibungskoeffizient ist im allgemeinen jedoch keine Haupteinflußgröße für die Zuführrate. Deshalb können die Geschwindigkeit und der Hub die Zuführrate der Fördereinrichtung beeinflussen. Es ist wünschenswert, die Kombination von Geschwindigkeit und Hub für eine Differentialbewegungsfördereinrichtung so zu optimieren, daß die Fördereinrichtung Material in einer effizienteren Weise fördern kann.

Bestimmte Anwendungen für Fördereinrichtungen können auch die Fähigkeit erfordern, in der Lage zu sein, die Richtung, in der Material zugeführt wird, zu ändern beziehungsweise zu wechseln. Während einige Hersteller eine Ausstattung anbieten, die die Fähigkeit aufweist, Material in entweder einer Vorwärts- oder einer Rückwärtsrichtung zuzuführen, macht es diese Ausstattung für die Bedienperson üblicherweise erforderlich, einen Mechanismus körperlich zu bewegen oder kann dem Antriebsmechanismus ein weiteres Maß an Komplexität hinzufügen, was die Kosten des Antriebsmechanismus erhöht. Es ist deshalb wünschenswert, eine Fördereinrichtung zu haben, die in der Lage ist, die Richtung, in der Material zugeführt wird, auf einfache Weise zu ändern beziehungsweise zu wechseln.

Es ist eine Differentialbewegungsfördereinrichtung geschaffen, die eine Rinne und einen Fördereinrichtungsantrieb aufweist. Der Fördereinrichtungsantrieb weist eine Kupplungs/Bremsenanordung auf, die selektiv zum Bewegen der Rinne bei einer ersten Geschwindigkeit in einer ersten Richtung aktiviert wird und selektiv deaktiviert wird, wenn die Rinne bei einer zweiten Geschwindigkeit in einer entgegengesetzten Richtung bewegt wird.

Es ist auch eine Differentialbewegungsfördereinrichtung geschaffen, die eine Rinne, einen Sensor zum Erfassen einer Position der Rinne, einen Fördereinrichtungsantrieb aufweisend eine Kupplungs/Bremsenanordung und eine Steuerung aufweist, wobei die Steuerung die Kupplungs/Bremsenanordnung zum Bewegen der Rinne bei einer ersten Geschwindigkeit in einer ersten Richtung aktiviert und die Kupplungs/Bremsenanordung zum Bewegen der Rinne bei einer zweiten schnelleren Geschwindigkeit in einer entgegengesetzten Richtung deaktiviert.

Es ist ferner ein Verfahren zum Fördern von Material geschaffen, das aufweist Erfassen einer Position einer Rinne, Aktivieren einer Kupplungs/ Bremsenanordnung, wenn die Rinne bei einer ersten Position ist, um die Rinne bei einer ersten Geschwindigkeit in einer ersten Richtung zu bewegen und Deaktivieren einer Kupplungs/Bremsenanordnung, wenn die Rinne bei einer zweiten Position ist zum Bewegen der Rinne bei einer zweiten schnelleren Geschwindigkeit in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigen:

Fig. 1 ein Schaubild einer Versetzung über die Zeit für eine Differentialbewegungsfördereinrichtung;

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Differentialbewegungsfördereinrichtung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine Draufsicht des in der Fig. 2 gezeigten Fördereinrichtungsantriebs; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Beziehungen, die die natürliche oder Eigenfrequenz der Differentialbewegungsfördereinrichtung steuern.

Bezug nehmend auf Fig. 2 ist dort eine schematische Ansicht der Differentialbewegungsfördereinrichtung 20 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die eine Rinne 23 aufweisende Rinnenstruktur 22 ist von einem Federsystem 24 getragen. Das Federsystem 24 kann Blattfedern umfassen, die in einer vertikalen Position zwischen einem Rinnen-Federanbringungsträger 26 und dem Tragstruktur-Federanbringungsträger 28, wie er standardmäßig in der Industrie verwendet wird, angebracht ist. Die Blattfedern können Stahl oder verstärktes Kunststoff, beispielsweise Fiberglas oder Graphit sein. In alternativer Weise können die Federn 24 Schraubenfedern oder Elastomerfedern, wie beispielsweise Polyisoprenfedern sein. Zusätzlich zu der Rinne 23 weist die Rinnenstruktur 22 die Federanbringungsträger 28 auf. Die Rinnenstruktur 22 weist ferner sämtliche der Strukturelemente auf, die sich zu dem Gesamtgewicht der Fördereinrichtung zusammensetzen, wie beispielsweise nicht gezeigte Versteifungsrippen, Antriebskopplungsträger und Verstärkungselemente, wie es in der Industrie bekannt ist.

Der Fördereinrichtungsantrieb 30 ist mit der Rinne 23 an Punkt 32 auf der exzentrischen Kurbel 34 über einen Kurbelarm 36 durch einen Rinnenanbringungsträger 38 verbunden. Ein Gegengewicht 40, das bemessen ist, um die horizontalen Trägheitskräfte der sich bewegenden Rinne 23 auszugleichen beziehungsweise auszubalancieren, ist an einem zweiten Kurbelarm 42 und einer exzentrischen Kurbel 34 unter Verwendung eines Gegengewichtanbringungsträgers 44 angebracht. Der zweite Kurbelarm 42 ist vorzugsweise 180° phasenversetzt zu dem ersten Kurbelarm 36. Das Gegengewicht 40 kann mit einer Tragstruktur 46 durch Federn 48, die zwischen den Tragstruktur-Federanbringungsträger 50 und den Gegengewicht-Federanbringungsträger 52 angebracht ist, verbunden sein, wie es in der Industrie standardmäßig gemacht wird. Der Gegengewichtskurbelarm 42 kann mit einem Punkt 54 auf der exzentrischen Kurbel 34 verbunden sein, der 180° von dem Punkt 32 entfernt sein kann. Dies ermöglicht es dem Gegengewicht 40, sich 180° phasenversetzt zu der Bewegung der Rinne zu bewegen. Als Folge davon können die horizontalen Kräfte für Isolationszwecke ausgeglichen werden.

Ein Sensor oder Aufnehmer 56 kann mit den Federn 24 verbunden sein. In alternativer Weise kann der Sensor oder Aufnehmer 56 mit der nicht gezeigten Rinnenstruktur 22 verbunden sein. Die Ausgangsspannung des Aufnehmers 56 ist mit der Steuerung 58 mittels zwei Drähten 57 und 59 verbunden. Der Aufnehmer 56 gibt eine Spannung mit einem Wert proportional zu der Versetzung der Rinne 23 und einer Polarität, die ihre Auslenkungsrichtung und deshalb die Richtung der Zuführung der Fördereinrichtung 20definiert, aus. Vorzugsweise ist der Aufnehmer 56 aus einem piezoelektrischen Kunststoffilm hergestellt. Wo ein piezoelektrischer Aufnehmer verwendet wird, wenn die Feder 24 in einer Richtung ausgelenkt wird, wird eine positive Spannung erzeugt und wenn sie in einer entgegengesetzten Richtung ausgelenkt wird, wird eine negative Spannung erzeugt. Der Aufnehmer 56 kann beispielsweise der Aufnehmer der Artikelnummern LDT1-028K, LDT2-028K, LDT3-028K und LDT4-028K, hergestellt von der Atochem Sensors Inc. sein. Wo beispielsweise die Größe der Fördereinrichtung 20 klein ist und der zur Anbringung des Aufnehmers 56 zur Verfügung stehende Raum beschränkt ist, kann der Atochem Sensors Artikel Nr. LDT1-028K verwendet werden.

Der Ausgang des Aufnehmers 56 kann mit einer Steuerung 58 verbunden sein. Die Steuerung 58 kann beispielsweise eine UMC1, CMC1 oder CMC2 Steuerung, hergestellt von der FMC Corporation des Anmelders sein. Vorzugsweise verwendet die Steuerung 58 einen Mikrocontroller 59, wie beispielsweise Motorola 68HC11 Mikrocontroller. Der Ausgang des Aufnehmers 56 kann zu einem der A/D-Wandler auf dem Motorola 68HC11 Mikrocontroller 59 verbunden sein. Ferner kann der Ausgang des Aufnehmers 56 in geeigneter Weise konditioniert oder beschaffen sein, um ein 0-5 Volt Signal repräsentativ für den Plus- und Minusspannungssignalausgang des Aufnehmers zu erzeugen, und kann vor dem Eingang in den A/D-Wandler des Motorola 68HC11 Mikrocontroller 59 gepuffert beziehungsweise zwischengespeichert werden.

Die Steuerung 58 weist auch ein Potentiometer 60 auf. Das Potentiometer 60 kann mit einem anderen A/D-Eingang des 68HC11 Mikrocontrollers 59 verbunden sein und dient als ein Einstellpunkt, um elektronisch den Hub von einem minimalen Wert zu einem maximalen Wert zu steuern. Wie im folgenden beschrieben wird, vergleicht der Mikrocontroller 59 den Potentiometer 60 Einstellpunkt mit dem von dem Aufnehmer 56 zur Verfügung gestellten Eingang.

Bezug nehmend auf Fig. 3 ist dort eine Draufsicht auf den Fördereinrichtungsantrieb 30 der Fig. 2 gezeigt. Der Fördereinrichtungsantrieb 30 weist einen Getriebemotor 100 mit einer Ausgangswelle 102, einer Antriebswelle 104 und einer Riementransmissionseinrichtung 106, die die Ausgangswelle 102 mit der Antriebswelle 104 verbindet, auf. Die Riementransmissionseinrichtung 106 kann beispielsweise eine um die Ausgangswelle 102 angeordnete erste Scheibe 108, eine um die Antriebswelle 104 angeordnete zweite Scheibe 110 und einen um die erste Scheibe 108 und die zweite Scheibe 110 angeordneten Treibriemen 112 aufweisen. Leitungen 66 und 68 von der Steuerung 58 stellen Ausgangsdrähte zu dem Motor 100 dar, so daß die Steuerung 58 den Motor 100, wenn erwünscht, ein- oder ausschalten kann. Der Motor 100 kann ein Einphasengetriebemotor sein. In alternativer Weise kann ein Dreiphasengetriebemotor verwendet werden.

Der Fördereinrichtungsantrieb 30 weist ferner eine Transmissionswelle 114 und eine Kupplungs/Bremsenanordnung 116 auf. Die Antriebswelle 104 kann mit der Transmissionswelle 114 durch die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 verbunden sein. Das heißt, wenn die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 sich im Eingriff befindet, ist die Antriebswelle 104 mit der Transmissionswelle 114 gekoppelt. Dies bewirkt, daß die Transmissionswelle 114 mit der Antriebswelle 104 mitrotiert. Vorzugsweise ist die Transmissionswelle 114 so gebohrt, daß sie koaxial mit genügend Spiel über die Antriebswelle 104 paßt, so daß die Transmissionswelle 114 ebenfalls frei ist, leichtgängig zu rotieren.

Die Antriebswelle 104 kann von Lagern 118 und 120 getragen sein. Ferner kann die Transmissionswelle 114 von Lagern 122 und 124 getragen sein.

Die Lager 118, 120, 122 und 124 können beispielsweise Kugelrollager P3-U220N, angebracht in Lagerstützen, hergestellt von PTC Components Inc. aus Indianapolis Indiana sein. Darüber hinaus kann die exzentrische Kurbel 34 Exzenterlager 126 und 128 aufweisen. Die Exzenterlager 126 und 128 sind an der Transmissionswelle 114 angebracht und an den Kurbelarmen 36 und 42 befestigt. Die Exzenterlager 126 und 128 können beispielsweise Kugelrollager-Flanschgehäuseeinheiten FCB22440H, hergestellt von PTC Components Inc., sein. Die Kugelrollager-Flanschgehäuseeinheiten FCB22440H können über Exzentrizitäten (Außermittigkeiten) passen, die an einer Transmissionswelle 114 eingearbeitet sind, wie dies standardmäßig in der Industrie gemacht wird. Die Antriebe der Rinne 23 und des Gegengewichts 40 bewirken, daß diese jeweils versetzt beziehungsweise verschoben werden, wenn die Transmissionswelle 114 rotiert wird.

Die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 kann ein steuerbares Viskosefluid- Kupplungs/Bremsgerät sein, und ist vorzugsweise ein magnetorheologisches Fluidgerät. Vorzugsweise ist die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 ein MRB-1000 magnetorheologisches Fluidgerät, hergestellt von der Lord Corporation of Erie, Pennsylvania. In alternativer Weise kann die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 gemäß dem U.S.-Patent Nr. 5,492,312 der Lord Corporation gemacht sein, das hiermit durch Bezugnahme in diese Schrift aufgenommen ist. Die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 kann ein Drehmoment von 150 foot-pounds aufweisen. Die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 weist eine Schleifringanordnung 130 auf, die die Steuerleistung sammelt, um die Kopplung in Eingriff zu bringen. Drähte 70 und 72 stehen in nicht gezeigter Weise mit einer Steuerspule, angeordnet in der Kupplungs/Bremsenanordnung 116 in Verbindung und enden an den Schleifringen 130, wodurch der Kupplungs/Bremsenanordnung 116 ermöglicht wird, mit der Antriebswelle 104 mitzurotieren. Nicht gezeigte Bürsten, die die Schleifringe 130 kontaktieren, verbinden die Steuerspule mit der Steuerung 58 durch Drähte 62und 64. Wenn das magnetorheologische Fluidgerät MRB-1000 der Lord Corporation eingesetzt wird, liegt die Steuerleistung bei einem Maximum von 3 Ampere bei 12 Volt, um das Drehmoment von 150 foot-pounds zu entwickeln.

Es ist wünschenswert, die Geschwindigkeit und den Hub so zu optimieren, daß die auf der Rinne 23 angeordneten Teilchen in effizienter Weise gefördert werden können. Zurückgehend auf Fig. 1 ist tavg gezeigt, die die mittlere Gesamtfördereinrichtungszykluszeit ist. Die mittlere Zykluszeit tavg kann näherungsweise durch die Gleichung:

tavg = (t&sub1;+t&sub2;)/2

ausgedrückt werden, wobei der Ausdruck t&sub1; die Zeit des langsamen Abschnitts des Fördereinrichtungszyklus bezeichnet und der Ausdruck t&sub2; die Zeit des schnellen Abschnitts des Fördereinrichtungszyklus bezeichnet. Ferner kann die Beziehung zwischen t&sub1; und t&sub2; durch die folgende Beziehung näherungsweise ausgedrückt werden:

t&sub1;=Rt&sub2;

wobei R das Verhältnis zwischen dem langsamen Abschnitt des Fördereinrichtungszyklus&min; und des schnellen Abschnitts des Fördereinrichtungszyklus&min; bezeichnet. Folglich können die Werte für t&sub1; und t&sub2; durch die folgenden Gleichungen näherungsweise angegeben werden:

t&sub1; = 2tavgR/(1+R), und

t&sub2; = 2tavg/(1+R).

Da tavg, t&sub1; und t&sub2; als eine Zeitperiode pro Zyklus definiert sind, und da die Geschwindigkeit anhand der Zyklen pro Zeitperiode definiert werden kann, ist die äquivalente Geschwindigkeit jeweils von tavg, t&sub1; und t&sub2; lediglich das Inverse dieser Werte. Das heißt, daß die mittlere Geschwindigkeit savg, die äquivalente langsame Geschwindigkeit s&sub1; und die äquivalente schnelle Geschwindigkeit s&sub2; jeweils mit tavg, t&sub1; und t&sub2; wie folgt verbunden sind:

savg = 1/tavg

s&sub1; = 1/s&sub1;, und

s&sub2; = 1/t&sub2;.

Folglich gilt

s&sub1; = savg(1+R)/2R, und

s&sub2; = savg(1+R)/2.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Faktor R 2,43 und tavg ist 0,286 Sekunden (das heißt 0,286 Sekunden pro Zyklus), t&sub1; ist näherungsweise 0,405 Sekunden, und t&sub2; ist näherungsweise 0,167 Sekunden. Der Wert von R wurde durch Laufsimulationen ausgewählt, um die optimale Geschwindigkeitsdifferenz für die maximale Zuführrate zu schaffen. Der Wert von R von 2,43 kann für alle Zwei-Wellen-Linearerreger gelten. Folglich ist savg näherungsweise 210 cpm, s&sub1; ist näherungsweise 148 cpm, und s&sub2; ist näherungsweise 360 cpm. Da die oben angegebenen Gleichungen die Beziehung zwischen Geschwindigkeitskomponenten der Versetzung der Fördereinrichtung (das heißt Hub) bilden, können daraufhin die Geschwindigkeit und der Hub optimiert werden, indem die Fördereinrichtung 20 bei der durch diese Gleichungen gegebenen Geschwindigkeit betrieben wird.

Der langsame Abschnitt des Fördereinrichtungshubs wird durch die Verwendung des Getriebemotors 100 erzeugt. Die Geschwindigkeit des Getriebemotors 100 kann durch den Wert s&sub1; definiert sein, und ist in dem Fall der oben angesprochenen Ausführungsform 148 cpm. Das heißt, daß der Wert s&sub1; durch die Geschwindigkeit des Getriebemotors 100 angenähert werden kann. Bezugnehmend auch auf Fig. 4 wird der schnelle Abschnitt des Hubs von einem Feder-Masse-System 132 erzeugt, das von der Rinnenstruktur 22 und den Federn 24, die zwischen der Rinnenstruktur 22 und der Fördereinrichtungstragstruktur 46 angebracht sind, gebildet ist.

Vorzugsweise ist das Feder-Masse-System 132 abgestimmt, um eine Eigenfrequenz N&sub0; nahe der gewünschten von s&sub2; definierten Geschwindigkeit zu haben, die in dem dargestellten Beispiel näherungsweise 360 cpm ist. Die Beziehung für die Eigenfrequenz N&sub0; wird durch die folgende Gleichung näherungsweise gegeben:

N&sub0; = (M/K)1/2

wobei M die Masse der Rinnenstruktur 22 ist und K die Federkonstante der Feder 24 ist.

Das Feder-Masse-System 132 kann auf eine gewünschte Geschwindigkeit eingestellt werden, indem Federn variierender Dicke hinzugefügt oder entfernt werden, um die Federkonstante K einzustellen, indem Abstimmgewichte zu der Rinnenstruktur 22 hinzugefügt oder entfernt werden, indem die Rinnenmasse M geändert wird, oder indem eine Kombination sämtlicher der vorstehend beschriebenen Maßnahmen ergriffen wird. Folglich kann der Wert für s&sub2; durch die Eigenfrequenz N&sub0; des Feder-Masse-Systems 132 angenähert werden.

Der Aufnehmer 56 überwacht die Position der Rinne 23 zu allen Zeiten und führt diesen Ausgang der Steuerung 58 zu, um die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 zu der geeigneten Zeit in dem Zyklus in Eingriff zu bringen oder außer Eingriff zu bringen bzw. zu lösen. Genauer erfaßt der Aufnehmer 56 die Position der Rinne 23 und sendet die Information über Leitungen 57 und 59 zu dem Mikrocontroller 59, der in der Steuerung 58 untergebracht ist. Das Potentiometer 60 versorgt den Mikrocontroller 59 mit Einstellpunkten entsprechend zu Positionen, die die positive und negative Versetzung der Rinne 23 wiedergeben.

Der Einstellpunkt ist eine Referenz, die die Steuerung 58 verwendet, um den Hub der Fördereinrichtungsrinne 23 zu bestimmen. Der Wert des Einstellpunktes kann eingestellt werden, um den Arbeitshub irgendwo über den gesamten Bereich des Fördereinrichtungshubs zu repräsentieren. Der Ausgang des Aufnehmers 56, der den tatsächlichen Rinnenhub repräsentiert, wird von dem Mikrocontroller 59 mit dem Einstellpunktwert, der dem Mikrocontroller von dem Potentiometer 60 zugeführt wird, verglichen. Ein durch das Potentiometer 60 geschaffener variabler Widerstand repräsentiert den Hubbereich von einem minimalen Hub (Widerstand 0) zu einem maximalen Hub (Widerstand maximal). Die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 wird betrieben, um den Hub der Fördereinrichtung einzustellen, um ihn in Übereinstimmung mit dem des Einstellpunktes zu bringen, falls diese unterschiedlich sind. Der Einstellpunkt wird durch die Bedienperson eingestellt, um einen gewünschten Rinnenhub zu erreichen. Das heißt, daß sobald der Aufnehmer 56 erfaßt, daß sich die Fördereinrichtung in der Hubposition, wie sie durch die Einstellung des Potentiometers 60 eingestellt ist, befindet, bringt die Steuerung 58 entweder die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 in eine Richtung in Eingriff oder bringt die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 in die entgegengesetzte Richtung wieder in Eingriff.

Wenn die Rinne 23 an einem Ort entsprechend dem Einstellpunkt für die größte positive Versetzung ist, sendet der Mikrocontroller 59 über die Leitung 62 ein Signal, um die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 zu deaktivieren. Wenn die Rinne 23 an einem Ort entsprechend dem Einstellpunkt für die größte negative Versetzung ist, sendet der Mikrocontroller 59 ein Signal über die Leitung 62, um die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 zu aktivieren. Wie oben festgestellt, werden die größte positive und die größte negative Versetzung von dem Potentiometer 60 eingestellt.

Bei ruhender Fördereinrichtung 20 kann der Kurbelarm 36 beispielsweise bei einer Position 135 in Hinblick auf die exzentrische Kurbel 34 sein. Beim Anlauf ist die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 in Eingriff und die exzentrische Kurbel 34 rotiert den Kurbelarm 36 in einer Richtung im Uhrzeigersinn, wie dies durch einen Pfeil 134 angegeben ist, zur Position 136. Genauer treibt der Motor 100 die Transmissionswelle 114, die durch den exzentrischen Kurbelarm 36 mit der Rinne 23 verbunden ist, wenn die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 im Eingriff ist. Bei dieser Position 136 ist die Fördereinrichtung 20 an dem maximalen Hub. Da die Geschwindigkeit der Ausgangswelle in dem gegebenen Beispiel 148 cpm ist, und da die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 in Eingriff steht, rotiert die exzentrische Kurbel 34 den Kurbelarm 36 zu der Position 136 hin bei der maximalen Geschwindigkeit s&sub1; des Motors 100 oder bei 148 cpm.

An der Position 136 ist die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 außer Eingriff und das Feder-Masse-System 132 bringt den Kurbelarm 36 in einer Rotation im Gegenuhrzeigersinn zu näherungsweise der Position 138 in bezug auf die exzentrische Kurbel 34 bei der hohen Geschwindigkeit oder s&sub2; zurück. Wie bereits früher festgestellt, ist s&sub2; vorzugsweise äquivalent oder näherungsweise äquivalent zu der Eigenfrequenz N&sub0;. Die hohe Geschwindigkeit in dem gegebenen Beispiel beträgt 360 cpm. Vorzugsweise liegen die Positionen 136 und 138 jeweils unter 90° von der Position 135, wenn das Potentiometer 90 auf den maximalen Hub (das heißt die maximale Einstellung) eingestellt ist.

An Position 138 wird die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 wieder in Eingriff gebracht, und die Rinne wird wiederum über die Position 32 zu der Position 136 hin angetrieben und der Zyklus wird wiederholt, wenn die Rinne 23 zurück- und voroszilliert.

Die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 ist nur für den langsamen Abschnitt des Hubzyklus&min; in Eingriff, wo die Rinne 23 sich von einer maximalen negativen Versetzung 10 zu einer maximalen positiven Versetzung 12 bewegt. Diese Zeitperiode, für die die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 in Eingriff steht, ist als t&sub1;/2 definiert.

Da die Rinne 23 in die durch die Rotation des Motors 100 definierte Richtung angetrieben wird, lenkt sie die Feder 24 aus. Bei der maximalen Auslenkung, die durch die Exzentrizität der exzentrischen Kurbel 34 definiert ist, und beim Mithalten mit der durch tavg definierten Zeithüllkurve wird die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 gelöst, wodurch ermöglicht wird, daß die in den Federn 24 gespeicherte Energie die Rinne zu ihrer ursprünglichen Position zurückbringt. Diese Zeitperiode, in der die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 gelöst oder außer Eingriff ist, ist als t&sub2;/2 definiert. Wenn die Rinne 23 sich der ursprünglichen Position nähert, wird die Kupplungs/- Bremsenanordnung 116 wieder in Eingriff gebracht, wodurch die Rinne 23 verlangsamt wird, und die Richtung umgekehrt wird, um den Fördereinrichtungszyklus zu wiederholen.

Kurz gesagt, ist die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 während des anfänglichen Anlaufens von Position 135 bis 136 in Eingriff. Infolgedessen bewegt sich die Rinne 23 bei einer Vorwärtsgeschwindigkeit von s&sub1;. Bei Position 136 steht die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 von Position 136 über Position 135 und dann zu Position 138 außer Eingriff. Folglich bewegt sich die Rinne 23 mit einer Rückwärtsgeschwindigkeit von s&sub2;. Bei Position 138wird die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 wieder in Eingriff gebracht und verbleibt über die Position 135 und dann bis Position 136 im Eingriff. Die Rinne 23 bewegt sich nun mit der Vorwärtsgeschwindigkeit s&sub1;. Der Prozeß des In-Eingriff-Bringens der Kupplungs/Bremsenanordnung 116 bei Position 138 und des Außer-Eingriff-Bringens der Kupplungs/Bremsenanordnung 116 bei der Position 136 setzt sich fort, während die Fördereinrichtung 20 eingeschaltet ist.

Wenn zum Beispiel das Potentiometer 60 auf die maximale Einstellung eingestellt ist, würden die Positionen 136 und 138 unter 90° von Position 135 liegen. Wenn das Potentiometer 60 auf 50% der maximalen Einstellung ist, würden die Positionen 136 und 138 jeweils unter 45° von Position 135 statt 90° von Position 135 bei maximaler Einstellung liegen. Das heißt, die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 würde von -45° relativ zu der Position 135 bis +45° relativ zu der Position 135 in Eingriff stehen. Die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 würde von +45° relativ zu der Position 135 bis -45° relativ zu der Position 135 außer Eingriff stehen. In ähnlicher Weise, wenn das Potentiometer 60 bei 25% der maximalen Einstellung eingestellt ist, würden die Positionen 138 und 138 jeweils unter 22,5° von der Position 135 liegen.

Die Exzentrizität des Kurbelarms 36 kann beispielsweise etwas größer sein als eine Länge von einem Inch und demzufolge kann der Gesamthub näherungsweise 2 Inch sein. Die Exzentrizität kann eingestellt werden, um ein wenig mehr als die Hälfte des Gesamthubs zu sein, um irgendeinen Schlupf der Kupplungs/Bremsenanordnung 116 zu ermöglichen. Da der tatsächliche Rinnenhub durch die Kombination des Rückkopplungssignals 57, 59, zur Verfügung gestellt durch den Aufnehmer 56 und der Steuerung 58, bestimmt sein kann, kann der maximale Arbeitshub etwas weniger als der durch das daß der Exzentrizität an der Antriebswelle bestimmte Hub sein. Ein Beladen auf der Rinne 23 kann beispielsweise bewirken, daß ein Schlupf (Phasenwinkel) zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle auftritt. Ein solcher Schlupf kann kompensiert werden, falls die Exzentrizität etwas mehr als der maximal entworfene oder vorgesehene Hub war.

Um die Zuführrichtung umzukehren, kann ein Schalter 140 an der Steuerung 58 vorgesehen sein. Das heißt, daß der Schalter entweder auf eine Vorwärts- oder Umkehreinstellung eingestellt werden kann. Die Position, in der sich der Schalter 140 befindet, kann durch die Software des Mikrocontrollers 59 erfaßt werden. Wenn der Schalter 140 beispielsweise eingeschaltet ist, ist die beabsichtigte Zuführrichtung in der Richtung der Rotation der exzentrischen Kurbel 34 (das heißt in Vorwärtsrichtung). Wenn der Schalter ausgeschaltet ist, dann würde die gewünschte Zuführrichtung in einer entgegengesetzten Richtung sein (das heißt in Umkehrrichtung).

Die Zuführrichtung kann zu jeder Zeit in dem Fördereinrichtungszyklus umgekehrt werden, indem die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 lang genug im Eingriff gehalten wird, um zu ermöglichen, daß der Kurbelarm 34 zu einer Position, die 180° von der Vorwärts- oder ersten Zuführrichtung im Hinblick auf die exzentrische Kurbel 34 versetzt ist, zu rotieren. Der angetriebene Langsamgeschwindigkeitsabschnitt des Zyklus&min; kann dann in der entgegengesetzten Richtung sein und als Folge davon ist die Zuführrichtung umgekehrt.

Vorzugsweise wird der Schalter 140 vor dem Starten der Fördereinrichtung 20 in die Aus-Position geschaltet. Beim Anlaufen wird die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 in Eingriff gebracht und die exzentrische Kurbel 34 rotiert den Kurbelarm 36 von der Position 135 über die Position 136 und weiter zu der Position 137 hin und dann zu der Position 138 hin. Als Folge würde der Kurbelarm 34 im Uhrzeigersinn näherungsweise 270° im Hinblick auf die exzentrische Welle 34 rotieren, wobei das Potentiometer 60 auf die maximale Einstellung eingestellt war. Vorzugsweise liegt die Position 137 180° von der Position 135. Dies verschiebt die Rinne 23 bei der niedrigen Geschwindigkeit in die Richtung entgegengesetzt zu der Richtung 134 der Rotation der exzentrischen Kurbel 34. Als Folge wird die Rinne 23 zu dem Punkt der maximalen Versetzung 138 der Rinne 23 angetrieben und die Feder 24 wird zu dem Punkt der maximalen Versetzung 138 ausgelenkt, wobei Energie zum Zurückbringen der Rinne 23 über die Kurbelposition 137 und nahe zu Position 136 gespeichert wird. Die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 wird gelöst oder außer Eingriff gebracht, wenn der Punkt der maximalen Versetzung 138 erreicht ist. Wenn der Kurbelarm 36 nahe der Position 136 ist, wird die Kupplungs/Bremsenanordnung 116 in Eingriff gebracht und der Prozeß wird nun bei Zuführung in der entgegengesetzten Richtung wiederholt. Das Potentiometer 60 kann in ähnlicher Weise auf weniger als 100% des maximalen Hubs eingestellt werden, wie dies in der vorstehend diskutierten Vorwärtsrichtung erfolgte. Ferner, sollte die Fördereinrichtung 20 ausgeschaltet werden, würde der Kurbelarm 34 beim Betreiben in der umgekehrten Zuführrichtung bei einer Position 137 ruhen.

In alternativer Weise kann die Zuführrichtung durch Ändern der Richtung der Rotation des Getriebemotors 100 umgekehrt werden. Einige Getriebemotoren haben jedoch eine bevorzugte Rotationsrichtung und bei Getriebemotoren, die ein Wechseln der Richtungen erlauben, kann die Richtungsumkehrung die Lebensdauer verkürzen. Folglich ist es bevorzugt, daß die Zuführrichtung durch die Verwendung eines Schalters 140 umgekehrt wird, und daß es der Kupplungs/Bremsenanordnung 116 ermöglicht wird, mehr als 180°, wie oben beschrieben, in Eingriff zu stehen.

Es ist zu beachten, daß, während die vorliegende Erfindung in bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, der Fachmann eine große Variation von strukturellen Details entwickeln kann, ohne die Prinzipien der Erfindung zu verlassen. Deshalb sollen die zugehörigen Ansprüche dahingehend ausgelegt werden, alle Äquivalente, die in den wahren Umfang und Geist der Erfindung fallen, zu umfassen.


Anspruch[de]
  1. 1. Differentialbewegungsfördereinrichtung, die aufweist:

    eine Rinne; und

    einen Fördereinrichtungsantrieb, wobei der Fördereinrichtungsantrieb eine Kupplungs/Bremsenanordnung aufweist, wobei die Kupplungs/Bremsenanordnung selektiv aktiviert wird zum Bewegen der Rinne bei einer ersten Geschwindigkeit in einer ersten Richtung und selektiv deaktiviert wird, wenn sie die Rinne bei einer zweiten Geschwindigkeit in einer entgegengesetzten Richtung bewegt.
  2. 2. Differentialbewegungsfördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Geschwindigkeit schneller als die erste Geschwindigkeit ist.
  3. 3. Differentialbewegungsfördereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Geschwindigkeit näherungsweise durch die Gleichung

    savg(1+R)/2R gegeben ist, und

    daß die zweite Geschwindigkeit näherungsweise durch die Gleichung

    savg(1+R)/2

    gegeben ist, wobei savg die mittlere Geschwindigkeit für einen gegebenen Fördereinrichtungszyklus ist, und R ein Verhältnis zwischen der Zeit von einem langsamen Abschnitt des Fördereinrichtungszyklus&min; und einem schnellen Abschnitt des Fördereinrichtungszyklus&min; ist.
  4. 4. Differentialbewegungsfördereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Geschwindigkeit näherungsweise gleich einer Eigenfrequenz eines Feder-Masse-Systems der Differentialbewegungsfördereinrichtung ist, wobei die Eigenfrequenz näherungsweise durch die Gleichung

    (M/K)1/2

    gegeben ist, wobei M die Masse einer Rinnenstruktur ist, und K die Federkonstante der Federn ist.
  5. 5. Differentialbewegungsfördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungs/Bremsenanordnung ein steuerbares Viskosefluid-Kupplungs/Bremsengerät ist.
  6. 6. Differentialbewegungsfördereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungs/Bremsenanordnung ein magnetorheologisches Fluidgerät ist.
  7. 7. Differentialbewegungsfördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differentialbewegungsfördereinrichtung bidirektional ist.
  8. 8. Differentialbewegungsfördereinrichtung, die aufweist:

    eine Rinne;

    einen Sensor zum Erfassen einer Position der Rinne;

    einen Fördereinrichtungsantrieb, wobei der Fördereinrichtungsantrieb eine Kupplungs/Bremsenanordnung aufweist; und

    eine Steuerung;

    wobei die Steuerung die Kupplungs/Bremsenanordnung aktiviert, um die Rinne bei einer ersten Geschwindigkeit in einer ersten Richtung zu bewegen, und die Kupplungs/Bremsenanordnung deaktiviert, um die Rinne bei einer zweiten schnelleren Geschwindigkeit in einer entgegengesetzten Richtung zu bewegen.
  9. 9. Differentialbewegungsfördereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungs/Bremsenanordnung ein steuerbares Viskosefluid-Kupplungs/Bremsgerät ist.
  10. 10. Differentialbewegungsfördereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungs/Bremsenanordnung ein magnetorheologisches Fluidgerät ist.
  11. 11. Differentialbewegungsfördereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Geschwindigkeit näherungsweise durch die Gleichung

    savg(1+R)/2R gegeben ist, und

    die zweite Geschwindigkeit näherungsweise durch die Gleichung

    savg(1+R)/2 gegeben ist,

    wobei savg die mittlere Geschwindigkeit für einen gegebenen Fördereinrichtungszyklus ist, und R ein Verhältnis zwischen der Zeit für einen langsamen Abschnitt des Fördereinrichtungszyklus&min; und einen schnellen Abschnitt des Fördereinrichtungszyklus&min; ist.
  12. 12. Differentialbewegungsfördereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Geschwindigkeit näherungsweise gleich einer Eigenfrequenz eines Feder-Masse-Systems der Differentialbewegungsfördereinrichtung ist, wobei die Eigenfrequenz näherungsweise durch die Gleichung

    (M/K)1/2

    gegeben ist, und wobei M die Masse einer Rinnenstruktur ist und K die Federkonstante der Federn ist.
  13. 13. Differentialbewegungsfördereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Differentialbewegungsfördereinrichtung bidirektional ist.
  14. 14. Verfahren zum Fördern von Material, das aufweist:

    Erfassen einer Position einer Rinne;

    Aktivieren einer Kupplungs/Bremsenanordnung, wenn die Rinne bei einer ersten Position ist, um die Rinne bei einer ersten Geschwindigkeit in einer ersten Richtung zu bewegen; und

    Deaktivieren einer Kupplungs/Bremsenanordnung, wenn die Rinne bei einer zweiten Position ist, um die Rinne bei einer zweiten schnelleren Geschwindigkeit in einer zweiten entgegengesetzten Richtung zu der ersten Richtung zu bewegen.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Geschwindigkeit näherungsweise durch die Gleichung

    savg(1+R)2/R gegeben ist, und die zweite Geschwindigkeit näherungsweise durch die Gleichung

    savg(1+R)/2

    gegeben ist, wobei savg die mittlere Geschwindigkeit für einen gegebenen Fördereinrichtungszyklus ist, und R ein Verhältnis zwischen der Zeit für einen langsamen Abschnitt des Fördereinrichtungszyklus&min; und eines schnellen Abschnitts des Fördereinrichtungszyklus&min; ist.
  16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Geschwindigkeit näherungsweise gleich einer Eigenfrequenz eines Feder- Masse-Systems der Differentialbewegungsfördereinrichtung ist, wobei die Eigenfrequenz näherungsweise durch die Gleichung (M/K)1/2 gegeben ist,

    wobei M die Masse einer Rinnenstruktur ist, und K die Federkonstante der Federn ist.
  17. 17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Kupplungs/Bremsenanordnung ein steuerbares Viskosefluid-Kupplungs/Bremsengerät ist.
  18. 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungs/Bremsenanordnung ein magnetorheologisches Fluidgerät ist.
  19. 19. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner aufweist den Schritt des Ineingriffbringens der Kupplungs/Bremsenanordnung über mehr als 180° in Hinblick auf eine exzentrische Kurbel zum Umkehren einer Zuführrichtung der Fördereinrichtung.
  20. 20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Ineingriffbringens näherungsweise 270° in Hinblick auf die exzentrische Kurbel ist.






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