Was ist das Funktionsprinzip einer vibrierenden Maschine?

Antreibende Kraft hinter Vibrationsmaschinen

Der Betrieb der Vibrationsmaschine besteht hauptsächlich aus einer elektromotorischen Quelle. Wenn der Motor läuft, dreht sich der am Motorwellenstrang befestigte Exzenterblock schnell. Diese Drehbewegung führt zur Bildung einer unausgeglichenen Zentrifugalkraft, welche als primäre Antriebskraft der Maschine dient, um Vibrationen zu erzeugen. Die Zentrifugalkraft kann durch Änderung des Gewichts des Blocks und der Motordrehzahl verändert werden. Diese Einstellbarkeit ist wichtig für die unterschiedlichen Materialien und Verarbeitungsanforderungen, bei denen eine gleichmäßige und effektive Vibration während des Betriebs erforderlich ist.

Schwingungsübertragung: Vom Erreger zum Arbeitselement

Sobald die Schwingungsquelle eine Zentrifugalkraft erzeugt, muss diese Kraft auf den Arbeitskörper der Maschine übertragen werden, beispielsweise den Sieberrahmen einer vibrierenden Siebmaschine. Diese Übertragung erfolgt über eine speziell konstruierte Verbindungsstruktur, üblicherweise aus hochfestem Gummi oder Stahlfedern. Neben der Kraftübertragung verbessern die elastischen Schwingungselemente die Dämpfungswirkung der Übertragung. Diese Wechselwirkung verringert die Schwingungseinwirkung auf feststehende Maschinenteile und reduziert Verschleiß, während sie gleichzeitig den Betriebslärm glättet. Dadurch erhält der Arbeitskörper je nach Auslegung der Schwingungsquelle und der Übertragungsstruktur ein konsistentes und wiederholbares Schwingungsmuster.

Materialtransport: Gesteuert durch den Schwingungsweg

Wie bereits erläutert, hängt die Materialhandhabung und -verarbeitung in einer vibratorischen Maschine vom Schwingungsweg des Arbeitsteils ab. Nehmen wir einen linearen Vibrationssieb. In diesem Fall schwingt der Arbeitsteil linear. Die auf der Sieboberfläche befindlichen Materialien werden bei der Schwingung nach oben und vorwärts in einer parabelförmigen Bahn befördert. Gleichzeitig fallen Materialien, die kleiner sind als die Sieböffnungen, durch das Sieb und durchlaufen so den Siebvorgang. Größere Materialien bewegen sich vorwärts und werden am Ende des Siebs ausgetragen. Bei einer zirkulären Vibrationseinrichtung bewegt sich der Arbeitsteil auf einer kreisförmigen Bahn. Die Vibration sorgt dafür, dass sich die Materialien über die Arbeitsfläche rollend und gleitend fortbewegen. Dieser Mechanismus eignet sich besonders gut zum Mischen von Materialien sowie zur primären Klassifizierung. Die Maschinenkonstruktion wird sorgfältig an den jeweiligen Anwendungszweck angepasst und berücksichtigt dabei gezielt die Partikelgröße, Dichte und Feuchtigkeit des Materials, um eine maximale Effizienz zu gewährleisten.

Energieumwandlung und -steuerung: Sicherstellung des stabilen Betriebs

Während die vibrierende Maschine arbeitet, findet eine kontinuierliche Energieumwandlung statt. Ein Unwuchtblock der Zentrifugal*maschine vibriert und verrichtet Arbeit. Der Maschine wird elektrische Energie zugeführt. Diese wird zunächst mechanisch umgewandelt, während der Antriebsmotor rotiert. Die mechanisch umgewandelte Energie wird anschließend in Zentrifugalkraft und danach in Vibrationsenergie des Arbeitskörpers umgesetzt. Die Maschine ist mit einem Steuersystem ausgestattet, da die Energieumwandlung stabil sein muss, um Energieverluste und unregelmäßigen Betrieb zu vermeiden. Das Steuersystem reguliert automatisch die Betriebsspannung, die Drehzahl des Motorens sowie den vibrierenden Arbeitskörper und steuert so die Maschine, wobei der Körper auf einen vorgegebenen Wert fixiert bleibt. Ein Parameter wird dabei festgelegt, während der andere justierbar eingestellt wird. Wenn beispielsweise die Vibrationsamplitude des Arbeitskörpers unterhalb eines definierten Sollwertbereichs liegt, erhöht das Steuersystem automatisch den Bereichswert. Dieses System verändert die voreingestellten Systemparameter durch die Steuerung der Zentrifugalkraft am Unwuchtblock. Dadurch wird die Vibrationsamplitude wieder in den vorgesehenen Bereich zurückgeführt.

Anpassung der Vibrations-Einstellungen basierend auf den Materialeigenschaften

Jede Materialart weist eigene Merkmale wie Größe, Dichte, Viskosität und Feuchtigkeit auf, die bei der Bestimmung des Betriebsverhaltens einer vibrierenden Maschine berücksichtigt werden müssen. Zähflüssige Materialien wie nasse Kohle und Ton erfordern eine hohe Vibrationsamplitude und -frequenz, um Verklebungen zu vermeiden und einen freien Durchfluss zu gewährleisten. Umgekehrt benötigen Materialien wie Mehl und Zementpulver mit kleiner Partikelgröße und geringer Dichte eine kleinere Amplitude bei moderater Frequenz, um übermäßiges Ausschleudern und Staubbildung zu vermeiden. Die Fähigkeit, durch Anpassung der Vibrationsparameter und optimiertes Design des Arbeitskörpers mit verschiedenen Materialien und Eigenschaften arbeiten zu können, hat vibrierende Maschinen in der Lebensmittelindustrie, Pharmazie, Chemie und Metallurgie äußerst nützlich gemacht.