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JÖST GmbH + Co. KG

Einsatz von fortschrittlicher Resonanztechnik als effizienteste Lösung zur Bewegung großer Massen

JÖST GmbH + Co. KG

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Gusskühler © JÖST GmbH + Co. KG

Immer wenn es in der Technik darum geht mit minimalem Energieaufwand einen möglichst großen Effekt zu erreichen greift man sowohl in der Mechanik als auch in der Elektrik auf Systeme zurück, die Resonanzeffekte sinnvoll nutzen.

Ein einfaches Beispiel hierzu sind Pendeluhren, bei welchen die Pendelmasse auf Ihrer Eigenresonanzfrequenz eine Pendelschwingung ausführt. Wird das Pendel immer im richtigen Moment geringfügig angestoßen – und damit die Reibungsverluste pro Schwingung eliminiert - ist die erforderliche Energiezufuhr über einen langen Zeitraum verschwindend gering, um den Vorgang aufrecht zu erhalten. Dasselbe gilt für Uhren mit einer sog. "Unruhe", was eine Kombination aus einer Feder und einer Masse darstellt.

Bezeichnet man die schwingende Masse mit m (kg) und die Federsteifigkeit der Feder mit c (N/m) so ergibt sich folgende Eigenresonanzfrequenz f (Hz):

f = ( 1 / (2*Phi ) ) * wurzel (c / m)

Analog hierzu ist im Eingangskreis jedes Rundfunkempfängers ein Schwingkreis hoher Güte installiert, der aus einem Kondensator und einer Induktivität besteht - und auf einer bestimmten, abstimmbaren Eigenresonanzfrequenz schwingt. Die sehr geringe Energiemenge, die von der direkt am Schwingkreis angekoppelten Antenne aufgefangen wird, reicht aus, um die Schwingung aufrecht zu erhalten.

Bezeichnet man die Kapazität des Kondensators mit C (F) und die Induktivität der Spule mit L (H) so ergibt sich folgende Eigenresonanzfrequenz f (Hz)

f = 1 / ( (2*Phi) * wurzel (L*C) ) , auch bekannt als die Thomson'sche Formel

 
 
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Fig. 1 - Resonanzbedingung für Feder-Masse- bzw. Induktivität-Kapazität-System

Die Analogie zwischen mechanischer Schwingung und elektrischer Schwingung ist klar zu erkennen und findet auch im optischen Bereich, beim Laser, seine Anwendung.

Was nun "im Kleinen" bereits seit langer Zeit in verschiedensten Bereichen der Technik angewendet wird, kann auch sehr gut "im Großen" verwendet werden - nämlich um große Massen mittels Resonanzeffekt und damit minimalen Antriebsleistungen zu bewegen.

Diese Systeme können speziell im Bereich des Gusstransports bzw. der Gusskühlung sinnvoll und effizient eingesetzt werden. Der theoretische Ansatz und die praktische Ausführung kommen dabei dem in Fig. 1 dargestellten Ansatz sehr nahe.

In der Praxis ist hierbei die schwingende Masse m der sogenannte Fördertrog, in welchem die zu fördernden bzw. abzukühlenden Gussteile transportiert werden. Dieser Fördertrog ist über eine Vielzahl sogenannter Arbeitsfedern mit dem statischen Grundgestell der Maschine verbunden. Die Summe aller Arbeitsfedern ergibt die Gesamtfederkonstante c.

 
 
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Fig. 2 - Systemaufbau massenkompensierte Resonanzförderrinne.

Die Resonanzfrequenz solcher Förderstrecken liegt - je nach Einsatzfall - zwischen 5 und 10 Hz, die Amplituden liegen zwischen 7 und 12 mm.

Wie gering der Energieaufwand zum Antrieb einer solchen Fördereinrichtung ist, zeigt das nachfolgende Beispiel eines Gusskühlers. Prinzipiell eine lange, luftdicht abgeschlossene Förderstrecke, in welcher Gussteile mit einer entgegen der Förderrichtung gerichteten kraftvollen Luftströmung gekühlt werden. Die gezeigte Maschine hat eine Förderbodenbreite von 900 mm und eine Länge von 48 Metern am Stück.

Die schwingende Masse (Trog und Haube) liegt bei ca. 15000 kg.

 
 
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Fig. 3 - Foto Gusskühler 900x48000

Die Energiezufuhr für das Resonanzsystem erfolgt über einen mittig angeordneten Schubkurbeltrieb, dessen Motor lediglich eine Nennleistung von 11 kW aufweist. Im Normalbetrieb (Antriebsfrequenz ca. 5% unterhalb der Resonanzfrequenz) liegt die Leistungsaufnahme bei etwa 5-6 kW.

Systembedingt findet bei einer Resonanzmaschine dieser Art ein niederfrequenter Wechsel zwischen Bewegungsenergie und Lageenergie (kurzzeitgespeichert in den Arbeitsfedern) statt.

Um den Eintrag großer dynamischer Kräfte in den Untergrund zu vermeiden, werden diese dynamischen Kräfte durch Schwingungstilger kompensiert.

Hierbei handelt es sich um ein autarkes, um 180° phasenversetzt mitangetriebenes Feder-Masse-System, welches den dynamischen Kräften des Arbeitsfeder-Masse-Systems spiegelbildlich entgegenwirkt und diese somit kompensiert.

 
 
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Fig. 4 - Übersicht Gusskühler 900x48000

Generell ist zu sagen, dass die Ausnutzung des Resonanzeffekts die physikalisch effektivste Möglichkeit darstellt, um große Massen mit geringstmöglichem Energieaufwand zu bewegen.

Dipl.-Ing. (BA) Jochen Wankmiller, Vertriebsleiter Gießereimaschinen

JÖST GmbH + Co. KG: Halle 17 / D47

 
 

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Die JÖST GmbH + Co. KG ist einer der weltweit führenden Anbieter für Vibrations- und Luftseparationstechnik. Überall wo hochwertige Qualität und anspruchsvolle Technologie gefragt sind, kommen die JÖST Maschinen und Anlagen zum Fördern, Dosieren, Sieben, Sortieren und Separieren sowie für die thermische Aufbereitung von Schüttgütern aller Art zum Einsatz.

Maschinen von JÖST bewähren sich in allen Industriebereichen und auf allen Erdteilen. Über 350 hoch motivierte Mitarbeiter (weltweit sogar ca. 750) stehen am Standort im Münsterland für Innovation, Zuverlässigkeit und einen perfekten Industrieservice. Die internationalen Aktivitäten werden von Tochtergesellschaften in Frankreich, der Slowakei, den USA, Brasilien, Südafrika, Australien, China, und Indien unterstützt.

Maschinen und Antriebe aus eigener Entwicklung und Fertigung sind die Basis für praxisgerechte Lösungen, die individuell auf die Anforderungen der Kunden zugeschnitten sind. Durch permanente Entwicklung wird JÖST den ständig steigenden Bedürfnissen des Marktes gerecht.

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