DE102004009251B4

DE102004009251B4 - Vibrator zum Beaufschlagen eines Gegenstandes in einer vorbestimmten Richtung und Vorrichtung zum Herstellen von Betonsteinen

Info

Publication number: DE102004009251B4
Application number: DE102004009251A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Backs
Original assignee: Hess Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Hess Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2024-02-27
Also published as: DE502005000673D1; US7309933B2; ATE361789T1; EP1568419B1; EP1568419A1; DE102004009251A1; US20050189823A1

Abstract

Vibrator zum Beaufschlagen eines Gegenstandes in einer vorbestimmten Richtung, umfassend ein Gehäuse und zwei gleiche, darin spiegelsymmetrisch angeordnete, synchron angesteuerte, elektrische Linearmotorspulen (4), zwischen denen sich ein Anker (7) befindet, der über eine entsprechende Ansteuerung (5) der Linearmotorspulen (4) in deren Längsrichtung hin und her schwingbeweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (7) über nach außen federvorgespannte, quer zur Bewegungsrichtung des Ankers (7) im Gehäuse (1) angeordnete Drähte (11) zwischen den Linearmotorspulen (4) aufgehängt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Vibrator zum Beaufschlagen eines Gegenstandes in einer vorbestimmten Richtung und eine Vorrichtung zum Herstellen von Betonsteinen durch rüttelnde Beaufschlagung eines Formwerkzeugs.

Bei der Herstellung von Betonsteinen ist es u.a. bekannt, ein Formwerkzeug zu verwenden, das während und/oder nach der Füllung mit erdfeuchtem Betonmörtel mittels Vibratoren gerüttelt wird, wobei die Vibratoren an den Seitenwänden des Formwerkzeugs angreifen. Hierbei werden als Vibratoren Unwuchterreger eingesetzt, die eine aufwendige und raumgreifende Konstruktion bedingen und bei hohen Rüttelfrequenzen stark verschleißanfällig sind.

Eine Vielzahl von Konstruktionen von Linearmotoren ist bekannt, bei denen Linearmotorspulen und ein hiervon bewegter Anker vorgesehen sind, jedoch werden in der Regel Rollenlagerungen für den Anker verwendet, vgl. US 4 868 431 . Solche Linearmotoren sind für große Hübe des Ankers konstruiert. Abgesehen davon, daß derartige Lagerungen nur eine Bewegung des Ankers in einer vorbestimmten Richtung zulassen, sind für hohe Hubfrequenzen bei kleinen Hüben, wie sie bei Vibratoren benötigt werden, derartige Rollenlagerungen ungeeignet, da dann die Rollen aufgrund der Massenträgheit der Bewegung des Ankers nicht folgen können, so daß sich schnell ein entsprechend hoher Verschleiß mangels Schmierung ergibt.

Die Verwendung von Kugellagern, wie sie in DE 953 890 beschrieben ist, oder von Gleitlagern, wie sie in WO 91/17874 beschrieben sind, führt zu entsprechenden Problemen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Vibrator zum Beaufschlagen eines Gegenstandes in einer vorbestimmten Richtung zu schaffen, der eine kompakte, wenig verschleißanfällige Konstruktion aufweist.

Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dementsprechend ist ein Vibrator umfassend ein Gehäuse und zwei gleiche, darin spiegelsymmetrisch angeordnete, synchron angesteuerte, elektrische Linearmotorspulen vorgesehen, zwischen denen sich ein Anker befindet, der über eine entsprechende Ansteuerung der Linearmotorspulen in deren Längsrichtung hin- und her schwingbeweglich ist, wobei der Anker über federvorgespannt im Gehäuse angeordnete Drähte gelagert ist. Infolge der freien Aufhängung ist der Anker mit hoher Frequenz und kurzen Hüben sowie sowohl in Richtung der Linearmotorspulen als auch in Richtung senkrecht dazu beweglich, damit er in Verbindung (beispielsweise bei kraft- und/oder formschlüssigem Eingriff) mit einem zu rüttelnden, d.h. in anderer als der Vibrationsrichtung beweglichen Gegenstand diesem folgen kann, so daß hierdurch kein Verschleiß hervorgerufen wird. Generell ergibt sich eine kompakte, wenig verschleißanfällige Konstruktion.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 zeigt hälftig, schematisiert und teilweise aufgeschnitten in Seitenansicht eine Ausführungsform eines Vibrators.
2 zeigt hälftig und teilweise im Schnitt eine Stirnansicht des Vibrators von 1.
3 zeigt schematisch in Seitenansicht eine Befülleinrichtung für eine Betonsteinmaschine.
4 und 5 zeigen schematisch in Vorderansicht bzw. in Draufsicht eine Verdichtungsstation für eine Betonsteinmaschine.
Die in den 1 und 2 dargestellte Ausführungsform eines Vibrators umfaßt ein im wesentlichen kastenförmiges Gehäuse 1 aus nicht magnetischem bzw. nicht magnetisierbarem Material wie einer Aluminiumlegierung mit Seitenwandungen 2, die über Wandungen 3 zu einem länglichen Kasten miteinander verbunden sind. An den Innenseiten der Seitenwandungen 2 befinden sich spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet als Primärteile eines Linearmotors Linearmotorspulen 4, die synchron in Längsrichtung ihrer Anordnung über eine entsprechende Ansteuerung 5 und elektrische Zuleitungen 6 angesteuert und dementsprechend elektrisch beaufschlagt werden können, um einen zwischen den Linearmotorspulen 4 angeordneten, als Sekundärteil des Linearmotors dienenden Anker 7 hin und her schwingen zu lassen.
Der Anker 7 umfaßt einen Träger 8 aus einem nicht magnetischen bzw. magnetisierbaren Material wie beispielsweise eine Aluminiumlegierung, der auf beiden Seiten jeweils eine sich im wesentlichen über die Fläche der Linearmotorspulen 4 erstreckende, am Träger 8 befestigte permanentmagnetische Platte 9 aufweist, die aus einem Permanentmagneten bestehen oder aus einer Vielzahl von Permanentmagneten zusammengesetzt sein kann. Außerdem ist der Träger 8 an seinen gegenüberliegenden Längsseiten endseitig jeweils mit einem Befestigungsflansch 10 versehen.
Zwischen dem Anker 7 und den Linearmotorspulen 4 befindet sich ein schmaler Luftspalt von beispielsweise 0,5 mm. Um diesen aufrechtzuerhalten, d.h. den Anker 7 zentriert zwischen den Linearmotorspulen 4 während des Hin- und Herschwingens des Ankers 7 zu halten, wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Anker 7 über mehrere Drähte 11 (insbesondere aus Federstahldraht) gehalten, die sich durch entsprechende Bohrungen im Anker 7 und in den Seitenwandungen 2 des Gehäuses 1 erstrecken und an der Außenseite der Seitenwandungen 2 in Klemmhülsen 12 unter Zwischenschaltung von Tellerfederpaketen 13 eingespannt sind. Diese Art der Aufhängung eignet sich insbesondere für kleine Hübe des Ankers 7 im Bereich weniger mm, bei denen eine Lagerung über Wälzkörper wegen der mangelnden Schmierung unvorteilhaft ist, und außerdem für relativ hohe Frequenzen von beispielsweise 30 bis 50 Hz für den Ankerhub. Eine Lagerung des Ankers 7 über Wälzkörper zum Führen des Ankers 7 gegenüber den Linearmotorspulen 4 wird erst zweckmäßig, wenn die Hübe des Ankers 7 mindestens etwa eine Wälzkörperumdrehung erreichen.
Am Anker 7 ist ferner zweckmäßigerweise beidseitig je eine sich in Bewegungsrichtung des Ankers 7 erstreckende, als Blattfeder ausgebildete Arbeitsfeder 14 befestigt, die in Form eines Bügels ausgebildet ist, der einen Mittelschenkel 14a und zwei hierzu parallele Schenkel 14b aufweist. Letztere sind an dem Träger 8 mittels Schrauben 15 befestigt und ferner mittels einer Klemmplatte 16 am Träger 8 benachbart zu dem gekrümmten Verbindungsabschnitt 17 zwischen dem Mittelschenkel 14a und dem jeweiligen Schenkel 14b eingeklemmt, wobei die Klemmplatte 16 mittels Schrauben 18 an dem Befestigungsflansch 10 befestigt ist. Auf diese Weise gehören die Schenkel 14b zum schwingenden Teil, während der Verbindungsabschnitt 17 und der Mittelschenkel 14a, der mittels Schrauben 19 und Klemmplatten 20 am Gehäuse 1 befestigt ist, zwei federnde Abschnitte bilden, die beim Hin- und Herschwingen des Ankers 7 jeweils entsprechend gespannt bzw. entspannt werden.
Dabei sind die Arbeitsfedern 14 zweckmäßigerweise derart abgestimmt, daß sie im Masse/Feder-System, das in Bewegungsrichtung des Ankers wirksam ist, bei Erreichen der gewünschten Hubamplitude alleine weiter schwingen und praktisch nur noch die Verlustenergie infolge Federverformung nachgeführt, dagegen nicht die ganze Beschleunigungsenergie über die Linearmotorspulen 4 erbracht werden muß.
Um den Energieaufwand und damit auch die Baugrößen der Bauteile der Linearmotoren klein zu halten, erfolgt beim Einschalten des Vibrators ein Aufschaukeln der Hubamplitude des Ankers 7, indem seitens der Linearmotorspulen 4 immer soviel Energie aufgebracht wird, daß bei jedem Hub zusätzlich zum Spannen der Arbeitsfedern 14 ein kleiner zusätzlicher Hub des Ankers 7 erfolgt, bis die gewünschte Hubamplitude erreicht ist.
Vibratoren der vorstehend beschriebenen Art sind vorteilhaft in einer Betonsteinmaschine einsetzbar.
Letztere kann eine Befülleinrichtung aufweisen, wie sie in 3 dargestellt ist. Diese umfaßt einen Silo 51 mit einem trichterförmigem Auslauf und einer am Silo 51 angelenkten Klappe 52 (oder mit mehreren trichterförmigen, jeweils mit einer Klappe verschlossenen Ausläufen), die zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position mittels eines ein an der Klappe 52 angreifendes Gestänge umfassenden Antriebs 53 beweglich ist. Unterhalb des Silos 51 befindet sich ein oben und unten offener Füllwagen 54, der über ein Tischblech 55 zwischen einer Stellung unter der Klappe 52 und einer Stellung über einem auf einer Fertigungsunterlage 56 befindlichen Formwerkzeug 57 für Betonsteine mittels eines Linearantriebs 58, beispielsweise bestehend aus einem am Füllwagen 54 angeordneten Elektromotor 58a und einem hiervon getriebenen Ritzel 58b, das mit einer zum Tischblech 55 parallelen Zahnstange 58c in Eingriff steht, oder aus einem Kolben/Zylinder-Antrieb oder einem Kurbeltrieb, verfahrbar ist. Der Füllwagen 54 wird dabei von einer vorzugsweise beidseitig des Füllwagens 54 angeordneten Horizontalführung 59 geführt.
Die Fertigungsunterlage 56 befindet sich über einem in vertikale Schwingungen versetzbaren Rütteltisch 60, der innerhalb eines Gestells 61 auf Dämpfungselementen 62 gelagert ist, so daß die vom Rütteltisch 60 ausgehenden Vibrationen praktisch nicht auf das Gestell 61 und die Fundamente übertragen werden. Während des Rüttelns schlägt der Rütteltisch 60 von unten vorzugsweise über Klopfleisten 60a gegen die Fertigungsunterlage 56, so daß diese auf- und unter Schwerkrafteinwirkung abbewegt wird.
Im Gestell 61 ist ein vertikal verfahrbarer Stempel 63 angeordnet, mit dem im Formwerkzeug 57 befindlicher Betonmörtel 64 verdichtet werden kann. Der Stempel 63 ist mittels wenigstens zweier, synchronisierter Motoren 65 (im dargestellten Ausführungsbeispiel vier derartiger Motoren 65) verfahrbar. Dies kann, wie beispielhaft dargestellt, über Ritzel 66 und Zahnstangen 67 erfolgen, die in jeder Richtung beweglich etwa über ein Kugelgelenk mit einer Auflast 68 verbunden sind, an deren Unterseite sich der Stempel 63 befindet.
Da sich eine unregelmäßige Befüllung hauptsächlich in Verfahrrichtung des Füllwagens 54 ergibt, sind, wenn nur zwei Motoren 65 verwendet werden, diese zweckmäßigerweise in Verfahrrichtung des Füllwagens 54 hintereinander anzuordnen. Dies beinhaltet aber auch, daß sie zur Verfahrrichtung versetzt sein können, etwa im wesentlichen auf die diagonal gegenüberliegenden Ecken des Formwerkzeugs 57 einwirken. Bei vier Motoren 65 entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese paarweise in Verfahrrichtung des Füllwagens 54 hintereinander angeordnet. Es lassen sich aber auch drei Motoren 65 verwenden, beispielsweise ein Motor 65, der auf die zuerst beim Befüllen vom Füllwagen 54 erreichte Seite des Formwerkzeugs 57 einwirkt, während die beiden anderen quer zur Verfahrrichtung benachbart angeordnet sind und im Bereich der zuletzt vom Füllwagen 54 erreichten Seite des Formwerkzeugs 57 einwirken.
Die Motoren 65 können elektrische oder hydraulische Motoren sein. Sie sind jeweils mit einem Drehmomentaufnehmer 69 gekoppelt, der zweckmäßigerweise im Falle einen elektrischen Motors 65 ein Stromaufnehmer und im Falle eines hydraulischen Motors 65 ein Druckaufnehmer ist. Die Drehmomentaufnehmer 69 sind mit einer Regelung 70 für den Antrieb des Füllwagens 54 gekoppelt. Hierdurch kann während der Produktion entsprechend der Differenz der Meßwerte der Drehmomentaufnehmer 69 zu einem vorbestimmten, die gewünschte Kraftaufnahme repräsentierenden Sollwert, der im allgemeinen für alle Motoren 65 gleich ist, die Befüllung durch Änderung der Verfahrgeschwindigkeit bzw. des Verfahrgeschwindigkeitsprofils des Füllwagens 54 während seiner Hin- und/oder Rückfahrt und/oder Änderung seines Verfahrweges (d.h. wieweit der Füllwagen 54 über das Formwerkzeug 57 bzw. über dieses hinweg fährt) derart verändert werden, daß sich immer eine im wesentlichen gleichmäßige Befüllung und damit eine praktisch gleichbleibende Produktqualität ergibt.
Dementsprechend kann, da bei jedem Befüll- und Verdichtungstakt gemessen wird, bei unterschiedlichen Drehmomenten (hervorgerufen durch unterschiedliche, auf den Stempel 63 einwirkende Kräfte F₁, F₂, F₃, F₄, vgl. 4) sofort eine Korrektur der Betonsteinhöhe vorgenommen werden.
An dem Formwerkzeug 57 greifen, wie in 5 dargestellt, gegebenenfalls auch ohne Verwendung des Rütteltischs 60 mindestens zwei erfindungsgemäße Vibratoren 71 paarweise kraftschlüssig an, um die Verdichtung des im Formwerkzeug 57 befindlichen erdfeuchten Betonmörtels durch seitliches Rütteln etwa mit einer Frequenz im Bereich von 30 bis 50 Hz und einer Amplitude von wenigen mm vorzunehmen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind acht Vibratoren 71 am Umfang des Formwerkzeugs 57 verteilt (hier jeweils zwei in einem jeweiligen Eckbereich über Eck angeordnet) vorgesehen.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Vibratoren 71 ermöglicht nicht nur eine gute Verdichtung, sondern auch einen schnellen Wechsel des Formwerkzeugs 57, da die Vibratoren 71 infolge des kraftschlüssigen Angreifens in ihrer neutralen Ausgangsstellung oder gegebenenfalls auch in ihrer vom Formwerkzeug 57 zurückgezogenen Stellung Luft zum Formwerkzeug 57 lassen, so daß dieses in diesem Zustand ohne weiteres schnell entnommen und ausgewechselt werden kann.
Ferner erfolgt beim Verdichten mittels Vibration durch den Rütteltisch und/oder die Vibratoren 71 ein Elastizitätsausgleich der mechanischen Einrichtung, aber auch der zu formenden Betonsteine, indem der Antrieb durch denjenigen Motor 65, der der größeren Kraft bzw. dem größeren Drehmoment zugeordnet ist, synchron mit dem oder den anderen Motoren 65 läuft. Hierdurch wird vermieden, daß die Auflastseite des Stempels 63 im schlechter befüllten Bereich gegenüber dem gut befüllten Bereich durchsackt. Die Synchronisation der Motoren 65 erfolgt elektronisch etwa über eine entsprechende Wegmessung.
Die Vibratoren 71 können auch als Füllhilfe verwendet werden, indem sie während des Füllens des Formwerkzeugs 57 betrieben werden. Als Horizontalrüttler betrieben führen dabei die Vibratoren 71 dazu, daß die Formwandung des Formwerkzeugs 57 gegen den eingefüllten Betonmörtel 64 schlägt, wodurch die Seiten der hergestellten Betonsteine verbessert werden. Gleichzeitig kann durch Steuerung der von den Vibratoren 71 ausgeübten Kraft, deren Vibrationsamplitude und -frequenz die Befüllung verbessert und vergleichmäßigt werden.

Claims

Vibrator zum Beaufschlagen eines Gegenstandes in einer vorbestimmten Richtung, umfassend ein Gehäuse und zwei gleiche, darin spiegelsymmetrisch angeordnete, synchron angesteuerte, elektrische Linearmotorspulen (4), zwischen denen sich ein Anker (7) befindet, der über eine entsprechende Ansteuerung (5) der Linearmotorspulen (4) in deren Längsrichtung hin und her schwingbeweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (7) über nach außen federvorgespannte, quer zur Bewegungsrichtung des Ankers (7) im Gehäuse (1) angeordnete Drähte (11) zwischen den Linearmotorspulen (4) aufgehängt ist.
Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (11) den Anker (7) zwischen den Linearmotorspulen (4) zentriert halten.
Vibrator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (11) endseitig unter Zwischenschaltung von Tellerfedern (13) in Klemmhülsen (12) eingeklemmt sind.
Vibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (7) in beiden Hubrichtungen mittels wenigstens einer Arbeitsfeder (14) vorgespannt ist.
Vibrator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Arbeitsfeder (14) bügelartig ausgebildet und in Bewegungsrichtung des Ankers (7) angeordnet ist, wobei ihre zu einem Mittelschenkel (14a) im wesentlichen parallelen freien Schenkel (14b) am Anker und der Mittelschenkel (14a) am Gehäuse (1) befestigt sind.
Vibrator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens Arbeitsfeder (14) derart abgestimmt ist, daß sie im Masse/Feder-System, das in Bewegungsrichtung des Ankers wirksam ist, bei Erreichen einer gewünschten Hubamplitude im wesentlichen alleine weiter schwingt und praktisch nur noch die Verlustenergie infolge Federverformung nachzuführen ist.
Vibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (7) einen Träger (8) und zwei gleiche permanentmagnetische Platten (9) umfaßt, die an beiden Seiten des Trägers (8) befestigt sind.
Vibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zum Beaufschlagen einer Wandung eines Formwerkzeugs zum Verdichten eines körnigen Materials, insbesondere eines erdfeuchten Betonmörtels.
Vorrichtung zum Herstellen von Betonsteinen mit einem Seitenwandungen aufweisenden Formwerkzeug (57) und einer Vibrationseinrichtung für das Formwerkzeug (57), dadurch gekennzeichnet, daß zum horizontalen Rütteln des Formwerkzeugs (57) an gegenüberliegenden Seitenwandungen des Formwerkzeugs (57) wenigstens jeweils ein Vibrator (71) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 kraftschlüssig angreift.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an allen Seitenwandungen des Formwerkzeugs (57) wenigstens ein Vibrator (71) angreift.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Vibratoren (71) in den Eckbereichen des Formwerkzeugs (57) angreifen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibratoren (21) in Bezug auf ausgeübte Kraft, Vibrationsamplitude und -frequenz einstellbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein bis über das Formwerkzeug (57) verfahrbarer Füllwagen (54) vorgesehen ist, wobei die Vibratoren (71) während des Füllens betätigbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein von oben bezüglich des Formwerkzeugs (57) verfahrbaren Stempel (63) vorgesehen ist, der über zwei in Verfahrrichtung des Füllwagens (54) hintereinander befindliche, synchronisierte Motoren (65) verfahrbar ist und die Motoren (65) mit Drehmomentaufnehmern (69) gekoppelt sind, die Istwerte für eine Regelung (70) für den Befüllvorgang des Formwerkzeugs (57) liefern.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zum Korrigieren des Befüllvorgangs die Verfahrgeschwindigkeit und/oder der Verfahrweg des Füllwagens (54) veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei synchronisierte Motoren (65) vorhanden sind, von denen zwei bzw. jeweils zwei in Verfahrrichtung des Füllwagens (54) hintereinander befindlich sind.