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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anheben eines auf einer Unterlage angeordneten Stapels mit Stapelelementen insbesondere aus Papier- oder Kartonzuschnitt, wobei die Vorrichtung eine Haltevorrichtung zur Lagefixierung des Stapels auf der Unterlage und eine Hebevorrichtung zum einseitigen Anheben des Stapels in einem ersten Seitenbereich aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Anheben eines auf einer Unterlage angeordneten Stapels mittels der Vorrichtung.
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Ein Problem insbesondere in der Verpackungsindustrie ist das Entstapeln von blockweise auf einer Unterlage, wie einer Palette, angeordneten Zuschnitten, um beispielsweise damit Verpackungsmaschinen zu beschicken oder eine Vorsortierung von auf der Unterlage angelieferter Zuschnitte vorzunehmen. Hierbei soll das Entstapeln möglichst rasch, störungsfrei und automatisiert erfolgen. Die Haltevorrichtung zur Lagefixierung des Stapels ist vorgesehen, um ein Verrutschen des zu entstapelnden Stapels während des Entstapelungsvorganges zu vermeiden.
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Bekannt sind gattungsgemäße Vorrichtungen, deren Hebevorrichtung zum einseitigen Anheben des Stapels in dem ersten Seitenbereich des zum Entstapeln vorgesehenen Stapels ein Einstechwerkzeug mit einem Einstechende aufweisen, das seitlich unterseitig in dem ersten Seitenbereich zwischen Stapel und Unterlage eingeschoben und an dem der Stapel einseitig angehoben wird. Nachteilig hieran ist, dass beim Einstechen häufig zumindest der zuunterst im Stapel angeordnete Zuschnitt beschädigt wird und/oder beim Anheben auf der Unterlage verbleibt.
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In der
DE 38 35 032 A1 wird eine gattungsgemäße Vorrichtung offenbart, die an einem Arbeitskopf eines Industrieroboters montiert ist. Hierbei weist die Hebevorrichtung zusätzlich eine Druckluftzuführung mit Druckluftkanälen auf, die hier in dem Einstechende integriert und mittels derer Druckluft zum freien Ende des Einstechendes so geführt werden kann, dass die Druckluft idealerweise zwischen Stapel und Unterlage geblasen wird. Hierdurch kann insbesondere zum Anheben der Stapel ein Fortschritt erzielt werden, wobei jedoch die zu entstapelnden Stapel lediglich eine bestimmte, relativ geringe Stapelhöhe nicht überschreiten dürfen.
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In der
DE 196 53 953 A1 wird beschrieben, dass die Unterlage in dem Bereich, in dem sie seitlich über den ersten Seitenbereich des Stapels vorsteht, aufwendig mittels eines Stempels heruntergedrückt wird. Damit kann das Einstechende zwar unbehinderter unter den Stapel eingestochen werden. Es kann aber auch, wie in der
DE 196 53 953 A1 diskutiert, die Unterlage eventuell durchstochen werden, welches eine erhebliche Störung des Entstapelungsvorgangs nach sich führt. Zur Abhilfe wird in der
DE 196 53 953 A1 eine aufwendige optische Überwachung des Einstechvorganges mittels in Glasfasern geführter Laserstrahlung vorgeschlagen. Diese soll dieses Fehleinstechen des Einstechendes erkennen, so dass zumindest größere Störungen der gesamten Stapelanordnung abgewendet werden können.
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EP 1 264 792 A1 und
US 2005 / 0 089 389 A1 offenbaren Verfahren und Vorrichtungen zur Unterteilung eines Stapels von Blättern. Die
EP 1 264 792 A1 offenbart dafür die Verwendung eines Schwerts mit Luftaustrittsdüsen in der Klinge zum Einblasen von Luft in den Stapel, um das Einstechen des Schwerts zu erleichtern.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Anheben eines auf einer Unterlage angeordneten Stapels insbesondere aus Papier- oder Kartonzuschnitt bereitzustellen, die einfacher aufgebaut ist. Ferner soll mittels der Vorrichtung ein Stapel störungsfreier und sicherer anhebbar sein. Zudem sollen auch Stapel mit größerer Stapelhöhe von der Unterlage entstapelbar sein.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen beschrieben. Zur Lösung der gestellten Aufgabe trägt bei, dass die Hebevorrichtung eine Vorhebeanordnung mit einem Vorheber zum Anheben eines Teils des Stapels in eine Hebeposition hinein aufweist, der zur seitlichen kraft- und/oder formschlüssigen Anlage an den ersten Seitenbereich des Stapels seitlich gegen den Stapel in eine Halteposition hinein und, unter Beibehaltung der Halteposition, in einer Heberichtung senkrecht oder etwa senkrecht zur Unterlage verfahrbar ist.
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Somit kann der Vorheber auch seitlich in oder gegen einen für den Stapel vorgesehenen Aufnahmeraum verfahren werden. Mittels des Vorhebers kann ein bezüglich einer Stapelhöhe des gesamten Stapels vorzugsweise überwiegender Stapelteil vorab angehoben werden. Dieser Stapelteil kann entsprechend seiner üblichen Anordnung auf der im Raum waagerechten Unterlage als oberer Stapelteil bezeichnet werden. Damit kann der verbleibende Reststapel eine entsprechend geringere Reststapelhöhe aufweisen. Der Reststapel kann beispielsweise mittels herkömmlicher Mittel Stapel schonend abgehoben werden. Mittels der erfindungsgemäßen Maßnahme sind Stapel mit wesentlich größerer Stapelhöhe seitlich von der Unterlage anhebbar.
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Der Vorheber kann kurz oberhalb der Unterlage seitlich gegen den Stapel in seine Angriffsposition hinein verfahren werden. Damit kann der Vorheber oberhalb der Unterlage bzw. oberhalb des zuunterst in dem Stapel angeordneten Stapelelementes seitlich an dem Stapel kraft- und/oder formschlüssig anliegen. Mittels des Vorhebers kann somit der Stapel teilweise, vorzugsweise zumindest zum überwiegenden Teil oder bis zu 90% oder 99% seiner Stapelhöhe einseitig angehoben werden, die beispielsweise mittels weiterer Mittel wie im Stand der Technik beschrieben seitlich angehoben werden kann. Vorteilhaft kann der Vorheber in der Halteposition lose bleibend seitlich an dem Stapel anliegen.
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Um eine definierte kraft- und/oder formschlüssige Anlage an den ersten Seitenbereich des Stapels zu gewährleisten, kann der Vorheber beim Anheben des Stapel in die Hebeposition hinein auf einem gekrümmten Weg geführt sein, der einer Schwenkbewegung des ersten Seitenbereiches bei seinem Anheben von der Unterlage entspricht. Die Bewegung des Vorhebers in die Hebeposition hinein kann mit einem Sensor gekoppelt bzw. mittels dessen gesteuert oder geregelt sein. Der Sensor kann als Messgröße eine Presskraft ermitteln, mit der der Vorheber seitlich gegen den Stapel anliegt. Um die Gefahr eines Abrutschens des Stapels an dem Vorheber abzuschwächen, kann eine Steuerung oder Regelung mittels des Sensors beim Verfahren des Vorhebers in die Hebeposition so erfolgen, dass die Anpresskraft konstant gehalten wird. Die kraftschlüssige Anlage des Vorhebers an den Stapel kann zugleich eine reibschlüssige sein.
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Vorzugsweise können auch mehrere parallel zueinander angeordnete und/oder hintereinander angeordnete Vorheber vorgesehen sein, wobei die parallelen Vorheber bezüglich der Heberichtung vorzugsweise auf einer Höhe oder, in Einsatzlage, zumindest etwa parallel zur Unterlage und die hintereinander angeordneten Vorheber bezüglich der Heberichtung vorzugsweise beabstandet zueinander oder, in Einsatzlage, unterschiedlich beabstandet zur Unterlage angeordnet sein können. Die Vorheber können vorzugsweise zumindest etwa gleichzeitig in ihre jeweilige Hebeposition verfahrbar sein. Die senkrecht zur Unterlage, bezüglich der Heberichtung hintereinander angeordnete Vorheber können vorteilhaft auch sukzessiv in ihre jeweilige Hebeposition hinein verfahren werden. Hierzu vorzugsweise der zu der Unterlage entfernteste Vorheber zuerst und der zu der Unterlage am geringsten beabstandet angeordnete Vorheber zuletzt verfahren werden. Mittels der hintereinander angeordneten Vorheber kann der Stapel Stück für Stück seitlich angehoben werden. Dies ist insbesondere bei Stapeln mit besonders großer Stapelhöhe vorteilhaft. Mittels der parallel angeordneten Vorheber kann ein Stapel in einer Höhe an mehreren Stellen gleichzeitig und damit schonend seitlich angehoben werden. Dies ist insbesondere mit größeren und/oder schweren Zuschnitten vorteilhaft. Es versteht sich, dass auch eine Kombination von parallel und hintereinander angeordneten Vorhebern eingesetzt sein kann.
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Um zu vermeiden, dass der Stapel mit seitlichem Angriff des Vorheber insgesamt oder über einen Höhenabschnitt seitlich verschoben werden kann, weist die Niederhaltevorrichtung einen Fixierer zum Niederhalten eines dem ersten Seitenbereich gegenüberliegend angeordneten zweiten Seitenbereiches des Stapels auf der Unterlage aufw. Der Fixierer kann oberseitig gegen den anzuhebenden Stapel in eine Fixierposition hinein verfahren werden. Mittels des Fixierers kann der Stapel gegen die Unterlage verklemmt werden. Mittels des Fixierers kann der Stapel ortsfest auf der Unterlage gehalten werden. Ein Niederfahren des Fixierers in seine Fixierposition hinein kann vor dem Verfahren des Vorhebers in seine Angriffsposition hinein erfolgen. Der Fixierer kann eine Anpressfläche aufweisen, die sich vorzugsweise zumindest nahezu über eine Breite des abzuhebenden Stapels erstreckt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung kann der Vorheber eine Grifffläche aufweisen, die bei seitlichem Angriff des Vorhebers an dem Stapel zumindest bezüglich der Heberichtung eine erhöhte Haltekraft bzw. erhöhte Haftung des Vorhebers an dem Stapel bewirkt.
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Die Grifffläche kann somit eine verbesserte Griffigkeit oder „Grip“ gegenüber dem Stapel aufweisen. Hierzu kann die Grifffläche mit einem Reibung erhöhenden Werkstoff beschichtet oder mit einem Reibung erhöhenden vorzugsweise kappenartigen Überzug versehen sein. Der Überzug kann kostengünstig beispielsweise aus einem gummiartigen Werkstoff gefertigt sein. Die Grifffläche kann mit aufgerauter und/oder profilierter Oberfläche versehen sein. Die Grifffläche kann einen Überzug mit Klettverschlusselementen, wie Klettband mit Ösen und/oder Klettband mit Haken, aufweisen. Die Grifffläche kann beispielsweise senkrecht zur Heberichtung verlaufende Rillen mit vorzugsweise sägezahnartigem Querprofil aufweisen. Dieses Querprofil kann eine vorzugsweise schräg zur Unterlage orientierten unteren Flanke und einer vorzugsweise zumindest etwa parallel zur Unterlage orientierte obere Flanke aufweisen. Die Grifffläche kann mit Erhebungen, wie kurze feine Nadeln und/oder flexible Noppen, versehen sein.
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Die Grifffläche kann in der Halteposition bezüglich ihrer Ausdehnung senkrecht zu der Heberichtung über einen oder mehreren vorzugsweise beabstandeten Abschnitten an einer seitlichen ersten Seitenfläche des Aufnahmeraumes, der einer bestimmten seitlichen Haltefläche des ersten Seitenbereiches des Stapels zugeordnet ist, bzw. an der Haltefläche des Stapels anliegen.
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Vorzugsweise erstreckt sich die Grifffläche über zumindest nahezu die gesamte erste Seitenfläche des Aufnahmeraumes beziehungsweise der Haltefläche des Stapels. Die Grifffläche kann di erste Seitenfläche des Aufnahmeraumes bzw. die Haltefläche des Stapels seitlich überragen.
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Die Hebevorrichtung weist ein Einstechwerkzeug mit einem flachen, vorzugsweise messerartigen Einstechende zum Untergreifen und Anheben des Stapels in seinem ersten Seitenbereich auf. Damit kann das Einstechwerkzeug mittels seines Einstechendes vorzugsweise unter Abgleitung an der Unterlage in den Aufnahmeraum hinein verschoben werden.
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Das Einstechwerkzeug oder das Einstechende ist um eine Schwenkachse senkrecht zur Heberichtung verschwenkbar angeordnet. Es ist zwischen einer Absenkposition, in der das Einstechende in einem ersten Winkel schräg zur Unterlage positioniert ist, und einer Einstechposition, in der das Einstechende in einem zweiten Winkel kleiner als der erste Winkel beziehungsweise zumindest etwa parallel zur Unterlage positioniert ist, verschwenkbar. Das Einstechende kann in seiner Absenkposition in einem Winkel >90°, vorzugsweise >100° oder >110° zur Heberichtung positioniert sein. Das heißt, dass das Einstechende in einem Winkel >0°, vorzugsweise >10° oder >20° zur Unterlage positioniert sein kann. In der Hebeposition kann das Einstechende in einem Winkel von zumindest etwa 90° oder 95° zur Heberichtung positioniert sein. Somit kann das Einstechende in der Hebeposition zumindest etwa senkrecht zur Heberichtung beziehungsweise zumindest parallel zur Unterlage angeordnet sein. Das Verschwenken zwischen den Positionen kann mittels Anschlägen begrenzt sein, deren Positionierung vorzugsweise einstellbar ist.
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Das Einstechwerkzeug und/oder das Einstechende ist unter Aufsetzen auf der Unterlage und Abstützung an derselben aus der Absenkposition in die Einstechposition hinein verschwenkbar angeordnet. Diese Einstechposition kann beispielsweise bei einer leicht schräg angestellten Unterlage von der Einstechposition bei einer horizontalen entsprechend der Schräganstellung um Winkelgrade abweichen. Dank der Verschwenkbarkeit kann das Einstechwerkzeug bez. das Einstechende mit Aufsetzen des Einstechendes auf die Unterlage exakt in die ordnungsgemäße Einstechposition hinein verschwenkt werden. Es kann in einer Einstechrichtung zumindest etwa senkrecht zur Heberichtung in den Aufnahmeraum hinein beziehungsweise unter dem Stapel verfahren werden.
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Das Einstechende kann in Einstechrichtung vorn von einem Anschlag begrenzt sein. Zweckmäßig erstreckt sich der Anschlag in Einsatzlage in Heberichtung vom Einstechende weg.
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Besonders vorteilhaft kann das Einstechwerkzeug beziehungsweise das Einstechende unter Aufbau einer Federvorspannung aus der Absenkposition in die Einstechposition hinein verschwenkbar angeordnet sein. Damit ist gewährleistet, dass das Einstechwerkzeug beziehungsweise das Einstechende gegen die Federvorspannung aus der Einstechposition in die Absenkposition hinein verschwenkt wird, wenn es sich nicht weiter auf der Unterlage abstützt.
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Insbesondere kann die Hebevorrichtung einen Sensor zur Erfassung der Schwenkbewegung des Einstechwerkzeuges aus der Absenkposition heraus aufweisen. Im Zusammenhang mit dem Verschwenken des Einstechwerkzeuges kann der Sensor gleichzeitig als Anzeige dafür dienen, ob das Einstechwerkzeug bis auf die Unterlage hin abgesenkt ist. Dieser Sensor kann beispielsweise als Kraftsensor oder Wegsensor ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Sensor als induktiver Sensor ausgebildet, der in einem Schaltabstand in Einstechrichtung vor dem Einstechwerkzeug angeordnet ist. Mit Verschwenken des Einstechwerkzeuges wird der Schaltabstand verändert, wodurch ein Signal ausgelöst werden kann.
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Mit dem Auftreffen des Einstechwerkzeuges auf die Unterlage kann zugleich eine relative Lage der Unterlage im Raum detektiert werden. Allgemein kann mittels des Sensors die relative vertikale Lage aller zumindest teilweise nach oben weisenden Flächen des Stapels und der Unterlage detektiert werden. Falls der abzuhebende Stapel versehentlich auf der Unterlage verrutscht ist, so dass zumindest ein Teil seiner seitlichen Seitenfläche mit einem Richtungsvektor nach oben weist, kann dieses ebenfalls mit Absenken des Einstechwerkzeuges über den Sensor detektiert werden. Dies kann beispielsweise dann auftreten, wenn der Stapel unter Stufenbildung mit einem oberen Teil relativ zur Unterlage verrutscht ist.
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Beidseitig des Einstechendes ist jeweils eine Stützluftdüse zum Unterblasen des Stapels angeordnet. Diese Stützluftdüsen können, nachdem der obere Stapelteil mittels der Vorhebeanordnung in die Hebeposition hinein angehoben ist, den verbleibenden unteren Stapelteil, den Reststapel, so mittels Druckluft unterblasen, dass sich der Reststapel idealerweise bis einschließlich seines zu unterst liegenden Zuschnitts einseitig unter Spaltbildung von der Unterlage abhebt. Das Einstechwerkzeug kann, auch unter Aufweitung des Spaltes, in denselben hinein verfahren werden. Die beidseitige Anordnung der Stützluftdüsen zum Einstechende beziehungsweise zum Einstechwerkzeug hat den Vorteil, dass der Reststapel über seine Breite gleichzeitig beziehungsweise im gleichen Maße von der Unterlage angehoben werden kann. Zur Optimierung des Drucklufteinbringens bzw. des Auftreffpunktes der Druckluft in Einstechrichtung vorm am Reststapel sind die Stützluftdüsen, vorzugsweise einzeln angesteuert, in ihrem Winkel zur Unterlage und/oder hinsichtlich des Auftreffpunktes auf die Unterlage einstellbar. Damit kann bei einem beispielsweise nicht rechtwinkligen Querschnittsprofils des Stapels jede Stützluftdüse individuell auf den zugeordneten Bereich des Querschnittsprofils eingestellt werden.
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In einer Ausführungsform der Vorrichtung kann die Hebevorrichtung ein flaches Stützelement zum Abstützen des Stapels aufweisen. Dieses Stützelement ist vorzugsweise ausgelegt, den Stapel nach einseitigem Abheben des Reststapels mittels des Einstechwerkzeuges und/oder der Druckluft aus den Stützluftdüsen, unter den Stapel verfahren zu werden, um den Stapel in seinen ersten Seitenbereich abzustützen. Hierzu kann das Stützelement in den Spalt hinein verfahren werden, der sich durch das Abheben des Reststapels mittels des Einstechwerkzeuges und/oder der Druckluft aus den Stützluftdüsen zwischen Unterseite des Stapels und Unterlage gebildet hat. Das Flachstützelement kann unterseitig an dem Stapel angreifen und denselben stützen. Vorzugsweise ist das Stützelement länglich und steif ausgebildet. Es kann beispielsweise als Kufe oder Gabel ausgebildet sein. Raumsparend kann das Stützelement bezüglich der Stapelhöhe unterhalb des Vorhebers und etwa in einer Höhe zum Einstechende angeordnet sein, in der das Einstechende noch nicht zum Anheben des ersten Seitenbereichs des Stapels angehoben ist. Vorzugsweise ist unterhalb jedes Vorhebers ein Stützelement zugeordnet.
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In einer Ausführungsform der Vorrichtung kann das Stützelement zu seiner Bewegung in axialer Richtung von einem als Transportband ausgebildeten Gurtband umgürtet sein. Damit kann das Stützelement an dem Transportband in axialer Richtung, das heißt in Einsatzlage in Einstechrichtung, zumindest teilweise in den Spalt hinein verfahren werden. Mit dem Verfahren des Stützelementes in den Spalt hinein kann zumindest der erste Seitenbereich des Stapels zumindest teilweise auf dem Transportband anliegen. Da das Transportband das Stützelement axial umgürtet, legt sich das Transportband unterseitig an den ersten Seitenbereich des Stapels ab, so dass mit weiterem Verfahren des Stützelementes in den Spalt zwischen dem an unterseitig an dem Stapel anliegenden Teil des Transportbandes und dem Stapel zumindest nahezu keine Relativbewegung auftritt. Damit ist gewährleistet, dass der zu unterst liegende Zuschnitt nicht in Einstechrichtung so belastet werden kann, dass ein Verknicken oder Stauchen desselben auftreten kann.
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Somit weist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Anheben eines auf einer Unterlage angeordneten Stapels aus Papier- oder Pappenzuschnitt gemäß Anspruch 6 folgende Verfahrensschritte auf:
- Verfahren des Vorhebers zur seitlichen kraft- und/oder formschlüssigen Anlage an dem ersten Seitenbereich des Stapels seitlich gegen den Stapel in die Halteposition hinein und Verfahren des Vorhebers unter Beibehaltung seiner Halteposition in Heberichtung etwa senkrecht oder senkrecht zur Unterlage.
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Die Niederhaltevorrichtung weist den Fixierer auf, mittels dessen ein dem ersten Seitenbereich des Stapels gegenüberliegender Seitenbereich des Stapels auf der Unterlage festgeklemmt werden kann. Damit wird der Stapel mit folgendem Verfahrensschritt auf der Unterlage fixiert: Absenken und druckkraftwirksames Anliegen des Fixierers in einer Fixierposition oberseitig auf den zweiten Seitenbereich den Stapels. Das Fixieren des Stapels erfolgt zweckmäßig vor dem seitlichen Verfahren des Vorhebers zu seiner seitlichen kraft- und/oder formschlüssigen Anlage an der Haltefläche des ersten Seitenbereichs des Stapels, um hierüber die durch den Vorheber in den Stapel eingebrachte seitliche Kraft aufzunehmen und ein seitliches Verrutschen zumindest eines Teils des Stapels zu verhindern.
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Ferner weist die Hebevorrichtung das Einstechwerkzeug mit dem flachen Einstechende zum seitlichen Untergreifen und Anheben des Stapels in seinem ersten Seitenbereich auf. Mittels dieses Einstechwerkzeuges wird, nach dem Abheben eines Stapelteils mittels des Vorhebers in Heberichtung, das Einstechende unterseitig des Stapels, das heißt zwischen Reststapel und Unterlage hinein verfahren. Anschließend kann ein Anheben des Reststapels in Heberichtung bis zur unterseitigen Anlage an den bereits angehobenen Stapelteil erfolgen.
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Die Niederhaltevorrichtung kann den Klemmer aufweisen, der zum Festklemmen des Stapels in dessen ersten Seitenbereich zwischen Klemmer und Einstechende oberseitig gegen den ersten Seitenbereich absenkbar ist. Nach einseitigem Anheben des gesamten Stapels kann somit das Einklemmen des Stapels zwischen Klemmer und Einstechwerkzeug erfolgen.
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In weiter nachfolgenden Verfahrensschritten kann der Fixierer aus seiner Fixierposition verfahren, wodurch er von dem Stapel gelöst wird. Damit ist der Stapel von der Unterlage freigegeben und kann zusammen mit der Vorrichtung von der Unterlage zu einem anderen Bestimmungsort, wie in einen Speicher einer Verpackungsanlage hinein, transportiert werden. Am Bestimmungsort können der Klemmer schließlich von dem Stapel gelöst und das Einstechwerkzeug gegen Einstechrichtung unter dem Stapel weggezogen werden. Hierbei kann zuvor, zur Lagefixierung des Stapels an dem Bestimmungsort, der Fixierer wieder oberseitig gegen den zweiten Seitenbereich verfahren werden und/oder der Vorheber seitlich gegen den ersten Seitenbereich anliegen. Mit vollständiger Loslösung des Stapels von der Vorrichtung kann aufgrund der Federvorspannung automatisch eine Rückverschwenkung des Einstechwerkzeuges bzw. des Einstechendes in die Absenkposition hinein erfolgen.
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Die bei der Vorrichtung vorgesehenen Stützluftdüsen können im Verfahrensablauf nach Anheben des zumindest oberen Teils des Stapels Druckluft unter den Reststapel einblasen, um ein ordnungsgemäßes Einstechen des Einsteckwerkzeuges unter den Reststapel zu gewährleisten.
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Ist als Teil der Hebevorrichtung das flache Stützelement zum Abstützen des Stapels vorgesehen, so kann das Stützelement, nach dem Einstechen des Einstechwerkzeuges und Anheben des Reststapels unter Spaltbildung zwischen Einstechende und Unterlage, in den Spalt hinein verfahren werden. Die Spaltbildung kann auch allein mittels der Druckluft der Stützluftdüsen erfolgen.
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Wie oben beschrieben, ist das Einstechwerkzeug beziehungsweise das Einstechende schwenkbeweglich um eine Schwenkachse senkrecht zur Heberichtung und senkrecht zur Einstechrichtung gelagert. Somit erfolgt als erster Verfahrensschritt zum Anheben des Stapels das Absenken des Einstechwerkzeuges auf die Unterlage, wobei ein erstes Verschwenken des Einstechwerkzeuges infolge des Auftreffens desselben auf der Unterlage mittels des Sensors detektiert wird. Dies kann zugleich als Signal dafür dienen, dass das Einstechwerkzeug die Unterlage erreicht hat. Anschließend kann das Verschwenken des Einstechwerkzeuges in seine Einstechposition hinein erfolgen.
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Die Vorrichtung kann an einem beispielsweise in drei translatorischen und/oder drei rotatorischen Richtungen relativ zum Raum beweglichen Arbeitskopf eines Industrieroboters angeordnet sein. Der Industrieroboter kann zur Erfassung der relativen seitlichen Orientierung des Stapels beziehungsweise der Stapel auf der Unterlage, wie Palette, mittels des Vorhebers oder den Vorhebern seitlich an die Stapel heranfahren. Hierzu kann mittels vorzugsweise an dem Vorheber angeordneter Sensoren eine seitliche Berührung des Vorhebers an dem Stapel detektiert werden. Diese Sensoren können auf dem Vorheber angebrachte Dehnungsmessstreifen (DMS) sein. Die Erfassung der relativen seitlichen Orientierung des Stapels beziehungsweise der Stapel auf der Unterlage kann auch berührungslos erfolgen, insbesondere mittels Ultraschall. Nachfolgend oder gleichzeitig kann der Industrieroboter mit Absenken des Stechwerkzeuges auf den bzw. die Stapel und die Unterlage deren jeweilige relative Höhe erfassen.
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Im Folgenden werden mehrere erfindungsgemäße Ausführungsformen der Vorrichtung beschrieben, die in einer anhängenden Zeichnung schematisch dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
- 1a-f: jeweils eine schematische Seitenansicht einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abheben eines auf einer Unterlage angeordneten Stapels in einer Abfolge von sechs Verfahrensschritten,
- 2: eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß 1,
- 3: eine schematische Draufsicht auf eine Modifikation der Ausbildung der Vorrichtung gemäß 1,
- 4a-f: jeweils eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Abfolge von sechs Verfahrensschritten,
- 5: eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß 4,
- 6: eine schematische Draufsicht auf eine Modifikation der Ausbildung der Vorrichtung gemäß 4,
- 7a-f: jeweils eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Stützelement in einer Abfolge von neun Verfahrensschritten,
- 8: eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß 7 und
- 9: eine schematische Seitenansicht auf das Stützelement mit Transportband.
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In den 1-8 werden in unterschiedlichen Ansichten und Verfahrensschritten mehrerer Ausführungsformen einer Vorrichtung 1 zum Anheben eines auf einer Unterlage U angeordneten Stapels S mit Stapelelementen aus Papier- oder Kartonzuschnitt gezeigt, wobei die Stapelelemente der Übersichtlichkeit halber nicht eigens eingezeichnet sind. Gleichfalls zur klareren Darstellung der Erfindung, sind die Darstellungen in den Figuren rein schematisch und lediglich auf erfindungswesentliche Teile beschränkt gezeichnet.
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Die Vorrichtung 1 weist eine Niederhaltevorrichtung 2 zum Niederhalten des Stapels S auf der Unterlage U und eine Hebevorrichtung 3 zum einseitigen Anheben des Stapels S in einem ersten Seitenbereich 4.1 auf. Das einseitige Anheben erfolgt in einer Heberichtung h etwa senkrecht zur Unterlage U.
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Die Hebevorrichtung 3 weist eine Vorhebeanordnung 5 mit mindestens einem Vorheber 6 zum Anheben zumindest eines oberen Stapelteils T in eine in den 1d, 4d und 7d gezeigten Hebeposition hinein auf. Der Vorheber 6 ist ausgelegt, seitlich zur kraft- und/oder formschlüssigen Anlage an einer Haltefläche H des ersten Seitenbereichs 4.1 des Stapels S seitlich hier gegen einen für den Stapel S vorgesehenen Aufnahmeraum 7 in eine in den 1c, 4c und 7c gezeigten Halteposition hinein verfahren zu werden und mit einer seitlichen Grifffläche 6.1 dort anzugreifen. Unter Beibehaltung der Halteposition, das heißt, wegen der hier gezeigten Stapelform, unter Beibehaltung seiner seitlichen kraftschlüssigen Anlage an der seitlichen Haltefläche H des Stapels S, kann der Vorheber 6 in der Heberichtung h in die Hebeposition hinein verfahren werden. Die seitliche Grifffläche 6.1 ist, was hier nicht explizit dargestellt ist, zur erhöhten Haftung an dem Stapel mit einem Gummiüberzug versehen.
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Um zu vermeiden, dass der Stapel S mit seitliche Anliegen des Vorhebers 6 seitlich auf der Unterlage U verrutscht, ist ein Fixierer 8 der Niederhaltevorrichtung 2 vorgesehen, der oberseitig in einem dem ersten Seitenbereich 4.1 gegenüberliegenden zweiten Seitenbereich 4.2 angreift und den Stapel S in den zweiten Seitenbereich 4.2 gegen die Unterlage U festklemmt. Damit ist der Stapel S ortsfest zur Unterlage U angeordnet. Der Fixierer 8 ist als Stempel mit einer endseitigen Stempelfläche 9 ausgebildet, die, wie in den 2, 3, 5, 6 und 8 ersichtlich, einen rechtwinkligen Querschnitt aufweist, mit dem sie sich über eine bestimmte mittige Breite des Stapels S erstreckt.
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Mit dem Abheben des Stapelteils T verbleibt ein Reststapel R auf der Unterlage U. Zum Abheben dieses Reststapels von der Unterlage U ist hier bei allen Ausführungsformen ein Einstechwerkzeug 11 mit einem flachen, hier messerartigen Einstechende 12 vorgesehen. Dieses Einstechwerkzeug 11 ist ausgelegt, mit seinem Einstechende 12 den Stapel S beziehungsweise den Reststapel R in seinen ersten Seitenbereich 4.1 in Einstechrichtung e zu untergreifen und in Heberichtung h anzuheben. Zum leichteren Einstechen des Einstechendes 12 ist die Unterlage U hier glatt ausgebildet.
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Das Einstechwerk-zeug 11 ist bei allen Ausführungsformen der Vorrichtung 1 um eine Schwenkachse a verschwenkbar angeordnet. Die Schwenkachse a ist senkrecht zur Heberichtung h und zur Ein-stechrichtung e angeordnet. Sie liegt in den hier gezeigten Ausführungsformen oberhalb des Einstechendes 12 . Das Ein-stechwerkzeug 11 ist zwischen einer Absenkposition (1a, 4a und 7a) und einer Einstechposition (1b, 4b und 7b) verschwenkbar. In der Absenkposition ist das Einstechende 12 in einem spitzen ersten Winkel ß1 schräg zu der Unterlage U positioniert. In der Einstechposition ist das Einstechende 12 in einem zweiten Winkel ß2 kleiner als der erste Winkel ß1, das heißt hier in einem sehr geringen Winkel zur Unterlage U positioniert (1b). Mit Absenken des Einstechwerkzeuges 11 trifft das Einstechende 12 endseitig auf die Unterlage U (1a, 4a und 7a) und wird unter Abstützung auf der Unterlage U bei weiterem Absenken des Einstechwerkzeuges 11 gegen Heberichtung h in den zweiten Winkel ß2 hinein verschwenkt. Hier ist in Einstechrichtung e vorn ein Sensor 13 vorgesehen, der mit der Schwenkbewegung des Einstechwerkzeuges 11 gekoppelt ist beziehungsweise dieselbe detektiert:
- Sobald das Einstechende 12 auf die Unterlage U auftrifft und unter Abstützung an derselben gerade beginnt verschwenkt zu werden, gibt der Sensor 13 ein Signal an eine hier nicht dargestellte Steuerung und Regelung ab. (Dieses ist in 1a durch Einzeichnen eines „Strahlenkranzes“ k am Sensor symbolisiert.) Es wird also das Auftreffen des Einstechwerkzeuges 11 beim Absenken gegen Heberichtung h auf die Unterlage U erfasst. Damit kann zugleich die relative Höhenlage der Unterlage U im Raum erfasst werden, wobei die Unterlage U zugleich eine untere Begrenzung des Aufnahmeraumes 7 darstellt. Unmittelbar einsichtig ist, dass mittels des Einstechwerkzeuges 11 zugleich auch die Oberseite des Stapels S erfasst werden kann, die zugleich eine Oberseite des Aufnahmeraumes 7 darstellen kann. Der Aufnahmeraum 7 ist in 1a exemplarisch gestrichelt angedeutet.
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Ebenfalls beispielhaft ist in der Ausführungsform gemäß den 1-3 ein weiterer Sensor 13 an dem Vorheber 6 vorgesehen, der ein erstes Anliegen des Vorhebers 6 an seitlich an dem Stapel (1c, 4c und 7c) detektiert. Damit kann zugleich die seitlich Begrenzung des Aufnahmeraumes 7 im ersten Seitenbereich 4.1 des Stapels S erfasst werden. Während der die Bewegung des Einstechwerkzeuges 11 detektierende Sensor 13 auf der Grundlage einer Magnetfeldänderung arbeitet, ist der an dem Vorheber 6 angeordnete Sensor 13 als Drucksensor ausgebildet. Somit kann mittels der Vorrichtung zugleich die relative Lage des Stapels S und der Unterlage U im Raum erfasst werden.
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Das Einstechwerkzeug 11 ist mit einer Federanordnung 14 so gekoppelt, dass es mit Verschwenken aus der Absenkposition in die Einstechposition hinein unter Aufbau einer Federkraft F federkraftwirksam vorgespannt wird, so dass das Einstechwerkzeug 11, sobald es wieder frei im Raum ist, sicher in die Absenkposition zurück unter zumindest partiellen Abbau der Federvorspannung verschwenkt wird. Um das Einstechwerkzeug in seiner Absenkposition lagestabil zu halten, ist es auch in der Absenkposition federkraftwirksam vorgespannt, welches in den Figuren jedoch nicht eigens gezeigt ist. Der Sensor 13 zur Detektierung der vertikalen Lage des Einstechwerkzeuges 11, ist in den in den 1 bis 6 gezeigten Ausführungsformen der Vorrichtung 1 unterhalb der Schwenkachse a angeordnet. Hierbei ist der Sensor 13 so geschaltet, dass er in der Absenkposition belegt ist. Dies wird in der Zeichnung mittels eines „Strahlenkranzes“ k symbolisiert.
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Somit kann das Abheben des Stapels S mittels der Ausführungsform der Vorrichtung gemäß den 1-3 in den Schritten erfolgen:
- Absenken des Einstechwerkzeuges 11 in seiner Absenkposition auf die Unterlage U, bis das Einstechwerkzeug 11 mit seinem Einstechende 12 auf die Unterlage U auftrifft ( 1a, 4a, 7a),
- Detektierung der vertikalen Lage der Unterlage U relativ zum Raum mit Auftreffen des Einstechendes 12 auf die Unterlage U und beginnender Verschwenkung des Einstechwerkzeuges 11 um die Schwenkachse a, Verschwenken des Einstechwerkzeuges 11 um die Schwenkachse a in die Einstechposition hinein ( 1b, 4b, 7b),
- Absenken des Fixierers 8 oberseitig auf den zweiten Seitenbereich 4.2 des Stapels S (1b, 4b, 7b),
- Verfahren des Vorhebers 6 in Einstechrichtung e beziehungsweise senkrecht zur Heberichtung h seitlich gegen den Stapel S und kraftschlüssigen Anlage seitlich an den Stapel S ( 1c, 4b, 7b),
- Anheben des oberen Stapelteils T des Stapels S durch Anheben des Vorhebers 6 in Heberichtung h (1d, 4d, 7d),
- Verfahren des Einstechendes 12 in Einstechrichtung e unterseitig des verbleibenden Reststapels R und Anheben des Einstechwerkzeuges 11 in Heberichtung h (1e, 4e, 7e) und
- Absenken eines als Teil der Niederhaltevorrichtung 2 vorgesehenen Klemmers 15 oberseitig auf den ersten Seitenbereich 4.1 des Stapels S und Lösung des Fixierers 8 von dem Stapel S (1f, 4f, 7i).
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Damit ist der Stapel in seinem ersten Seitenbereich 4.1 zwischen Klemmer 15 und Einstechende 12 eingeklemmt und kann von der Unterlage U abgehoben werden, welches hier nicht weiter dargestellt ist. Damit kann das Abheben des Stapels S von der Unterlage U voll automatisch erfolgen. Der Klemmer 15 ist wie der Fixierer 8 als Stempel 9 mit unterseitiger Stempelfläche 10 ausgebildet.
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Hier nicht weiter dargestellt ist, dass die Vorrichtung 1 an einem Arbeitskopf eines Industrieroboters angeordnet ist, so dass mittels des Industrieroboters beispielsweise eine Palette vollautomatisch entstapelt werden kann.
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Die 2 und 3 geben hier nun jeweils in der schematischen Darstellungsweise eine Draufsicht auf Ausführungen der Vorrichtung 1 mit unterschiedlichen Anordnungen von Vorheber 6 und Einstechwerkzeug 11 wieder. Gemäß 2 ist ein Vorheber 6 vorgesehen, der mittig zum Stapel S an denselben angreift. Beidseitig des Vorhebers 6 ist jeweils ein Einstechwerkzeug 11 mit jeweils zugeordnetem Sensor 13 angeordnet. In Umkehrung der Anordnung ist in 3 ein mittiges Einstechwerkzeug 11 vorgesehen, das beidseitig von einem Vorheber 6 flankiert wird. Welche dieser beiden Ausführungsformen für die Entstapelung eines Stapels S die geeignetere ist, hängt unter anderem von der Kontur des anzuhebenden Stapels S ab.
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Die in den 4-6 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist zusätzlich zu den Bauteilen gemäß der Ausführungsform der Vorrichtung 1 in 1-3 zumindest zwei Stützluftdüsen 16 auf, die, wie in 5 beziehungsweise in 6 ersichtlich, beidseitig des jeweiligen Einstechwerkzeuges 11 angeordnet sind. Diese Stützluftdüsen 16 dienen zum Unterblasen des Reststapels R, wobei die Luftdüsen 16, was hier nicht weiter dargestellt ist, in ihrer Anstellung zu der Unterlage U einstellbar sind. Symbolhaft wird in 4d und 4e Druckluft 17 angedeutet, die während der Verfahrensphase vor dem Einstechen des Einstechendes 12 (4d) und bis zum erfolgten Anheben des Reststapels R (4e) mittels des Einstechwerkzeuges 11 endseitig aus der Stützluftdüse 16 unter die Unterseite des Reststapels R geblasen wird. Damit kann der Reststapel R, nachdem das Stapelteil T mittels des Vorhebers 6 bereits angehoben ist, in Heberichtung so angehoben werden, dass das Einstechwerkzeug 11 mit seinem Einstechende 12 sicher unterseitig in Einstechrichtung e unter dem Reststapel R verfahren werden kann.
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In den 5 und 6 werden wieder zwei unterschiedliche Ausführungsformen der Vorrichtung ähnlich denen in 2 und 3 gezeigt, wobei hier jeweils die zusätzlich vorgesehenen Stützluftdüsen 16 zugeordnete Einstechwerkzeuge 11 flankieren.
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Die in den 7 bis 8 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung 1 weist zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung 1 als Teil der Hebevorrichtung 3 ein flaches Stützelement zum Abstützen des ersten Seitenbereiches 4.1 des Stapels S auf. Dieses Stützelement 18 weist, wie insbesondere in 8 ersichtlich, eine kufenartige Form auf. Es ist zunächst in einer Ruheposition in Einstechrichtung e vor dem Einstechwerkzeug 11 angeordnet (7a-d). In 7d ist, wie entsprechend in den 1d und 4d, dargestellt, wie der erste Seitenbereich 4.1 des Stapels S durch Anheben des Einstechwerkzeuges 11 in Heberichtung h so angehoben ist, dass zwischen dem Einstechende 12 des Einstechwerkzeuges 11 und der Unterlage U ein Spalt 19 entsteht. Wie in den 7d und 7h dargestellt, wird das Stützelement 18 in Einstechrichtung e in den Spalt 19 hinein unterseitig unter den Stapel S und das Einstechende 12 verfahren. Auf Grund des zusätzlichen Stützelementes 18 kann das Einstechende 12 in der Ausführungsform gemäß den 7 bis 8 kürzer ausfallen als bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung 1 .
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Ein Vergleich von 7g und 7h zeigt, dass das Stützelement 18 weiter unter den Stapel S verfahren wird, als der Spalt 19 in 7g sich in Einstechrichtung e erstreckt. Dass dieses ohne unterseitige Schädigung des Stapels S an dem hier nicht dargestellten zuunterst liegenden Zuschnitt erfolgen kann, soll anhand 9 erläutert werden, in der das Stützelement 18 in einer Seitenansicht gezeigt ist. Das Stützelement 18 ist hier von einem als Transportband (20) ausgebildeten Gurtband in Einstechrichtung e beziehungsweise in Richtung der Längsachse 1 des Stützelementes 18 umgürtet. Das Stützelement 18 kann, welches hier der Übersichtlichkeit halber nicht eigens dargestellt, an dem Transportband 20 so verfahren werden, dass das Stützelement 18 in Einstechrichtung e aus der Ruheposition in den Spalt 19 hinein verfahren werden kann. Das Transportband 20 ist an einer Basis 21 endseitig ortsfest gelagert. Das Stützelement kann beispielsweise über Zahnriemen oder Reibräder an dem Transportband 20 fortbewegt werden. Mit Einschieben des Stützelementes 18 in den Spalt 19 liegt der Stapel S an dem Transportband 20 an. Infolge der endseitigen Lagefixierung des Transportbandes 20 an der Basis 21 tritt in dem Bereich, in dem das Transportband 20 unterseitig an dem Stapel S anliegt, keine Relativbewegung zwischen Transportband 20 und Stapel S auf. Das Transportband 20 wickelt sich mit weiterem Verfahren des Stützelementes 18 in den Spalt 19 hinein an der Unterseite des Stapels S ab. Damit kann der Stapel S unter Erweiterung des Spaltes 19 in Einstechrichtung e durch das Stützelement 18 weiter angehoben werden, ohne dass eine Schädigung an der Unterseite des Stapels S erfolgt.
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In Umkehrung zu den vorherigen Ausführungsformen der Vorrichtung 1 ist der Sensor 13 zur Erfassung der Schwenkbewegung in Heberichtung h hinter der Schwenkachse a positioniert. Hier ist der Sensor in der Absenkposition als nicht belegt, das heißt als frei geschaltet. Er gibt ein Signal („Strahlenkranz“ k in 7b bis 7e) ab, wenn das Einstechwerkzeug 11 aus der Absenkposition verschwenkt und noch nicht in Einstechrichtung e bewegt ist.
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In 8 ist eine mögliche Anordnung des Stützelementes 18 in einer Draufsicht auf die Vorrichtung 1 gezeigt, wobei hier unter jedem Vorheber 6 ein Stützelement 18 angeordnet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Niederhaltevorrichtung
- 3
- Hebevorrichtung
- 4.1
- erster Seitenbereich
- 4.2
- zweiter Seitenbereich
- 5
- Vorhebeanordnung
- 6
- Vorheber
- 6.1
- Grifffläche
- 7
- Aufnahmeraum
- 8
- Fixierer
- 9
- Stempel
- 10
- Stempelfläche
- 11
- Einstechwerkzeug
- 12
- Einstechende
- 13
- Sensor
- 14
- Federanordnung
- 15
- Klemmer
- 16
- Stützluftdüse
- 17
- Druckluft
- 18
- Stützelement
- 19
- Spalt
- 20
- Transportband
- 21
- Basis
- a
- Schwenkachse
- e
- Einstechrichtung
- h
- Heberichtung
- k
- Strahlenkranz
- l
- Längsachse
- ß1
- erster Winkel
- ß2
- zweiter Winkel
- F
- Federkraft
- H
- Haltefläche
- R
- Reststapel
- S
- Stapel
- T
- Stapelteil
- U
- Unterlage
