Unwuchtantriebe


Unwuchtantriebe

Unwuchtantriebe bestehen aus zwei gegenläufig rotierenden, Massen, die beispielsweise durch Drehstrom-Asynchronmotoren angetrieben werden und deren Schwerpunkte exzentrisch zu den Drehpunkten liegen. Die Massenträgheitskräfte dieser Unwuchten erregen das Schwingsystem mit einer, von der Drehzahl und der Lage der Unwuchten abhängigen, Kraft. Die Annordnung der Massenexzentrizitäten und die gegenläufig rotierenden Scheiben gewährleisten dabei einen Massenausgleich der  unerwünschten Fliehkraftkomponente.

Unwuchtantriebe sind in der Schwingfördertechnik weit verbreitet und es gibt eine Vielzahl von Anbietern, die sich auf diese Antriebsvariante spezialisiert haben.

Unwuchtantrieb

Eine Exzentrizität  wird durch den Schwerpunkt eines rotierenden Körpers bestimmt, der sich außerhalb des Drehpunktes befindet. Der Abstand zwischen dem Drehpunkt und dem Schwerpunkt wird durch den Radius  definiert. Die Umlaufgeschwindigkeit (bzw. Umlauffrequenz) der Exzentrizität kann über die Winkelgeschwindigkeit  beschrieben werden.

Berechnung der Erregerkraft eines Unwuchtantriebes für einen Vibrationsförderer

Die gegenläufig rotierenden Scheiben in der vorhergehenden Abbildung sorgen dafür, dass sich die Fliehkraftanteile in x-Richtung zu jedem Zeitpunkt zu Null ergeben und folglich nur eine resultierende Kraft in y-Richtung hervorgerufen wird.

Berechnet werden kann die Erregerkraft in y-Richtung wie folgt:

Die Fliehkraft oder Trägheitskraft eines Massenpunktes mit der Geschwindigkeit  auf dem Bahnradius  berechnet sich:

 Formel
Die zeitabhängige Position der Exzentrizität in y-Richtung wird bestimmt durch:

Formel

Der Anteil der Trägheitskraft beider Exzentrizitäten in y-Richtung ergibt sich aus:

Formel

Bei der Erregung eines Schwingsystems handelt es sich um eine rein harmonische Erregerkraft. Diese Kraft ist abhängig von der Erregerfrequenz (quadratisch) von dem Abstand zur Drehachse (linear) und von der Unwuchtmasse (linear).

Mit Unwuchtmotoren können sehr große Erregerkräfte umgesetzt werden. Die Einstellung der Frequenz ist dabei über die Regelung der Drehzahl möglich. Es gibt allerdings auch einige Nachteile beim Einsatz von Unwuchtmotoren. Es lässt sich die gewünschte Erregerkraftamplitude nicht innerhalb des Betriebes variieren und eine Veränderung der Betriebsfrequenz bedeutet gleichzeitig eine Beeinflussung der Kraftamplitude. Ein weiterer entscheidender Nachteil ist, dass beim Einschalten eines so angetriebenen Vibrationsförderer die Unwuchtmotoren eine gewisse Anlaufzeit benötigen, bis sie die Betriebsdrehzahl erreicht haben. Dabei werden möglicherweise Resonanzpunkte des dynamischen Systems durchfahren, in denen sich sehr schnell kritische Zustände ausbilden können. Deshalb werden die Unwuchtmotoren häufig sehr weit überdimensioniert, um solche kritischen Resonanzen schneller durchlaufen zu können. Beim Herunterfahren (Schwingförderantrieb wird ausgeschalten) werden somit meist zusätzliche Bremstrommeln benötigt.