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Es ist bekannt, einer Sortiervorrichtung einen Vorrat bzw. eine Masse chaotisch orientierter Gegenstände, wie z. B. einseitig offene, zylinderförmige Deckel, die zum Verschließen eines Behälters benötigt werden, bereitzustellen, wobei die Deckel nach einem geeigneten Anordnen bzw. Ausrichten über eine Abführstrecke an eine Maschine zur weiterverarbeitenden Montage mit anderen Komponenten oder Bauteilen, wie z. B. zum Verschließen der Behälter, übergeben werden.
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Die im Nachfolgenden exemplarisch betrachteten Deckel stellen Gegenstände im oben genannten Sinne dar. Die Deckel sind innen hohl, im Wesentlichen zylinderförmig und weisen eine Längsachse (Symmetrieachse) auf, die in die Vorzugslage ausgerichtet werden muss, um den Behälter anschließend zu verschließen. Im verschlossenen Zustand fallen die Längsachse des Deckels und eine Längsachse des Behälters zusammen.
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Es gibt verschiedene Sortierprinzipien, die im Wesentlichen auf Gravitation, Vibration, Leitblechen (sogenannten Schikanen) und/oder Zentrifugalkräften basieren. Das Dokument
EP 1 557 380 B1 offenbart einen Rotationswendelförderer, der einen Trichter aufweist, an dessen Boden eine (Deckel-)Masse bereitgestellt wird, in der die einzelnen Deckel chaotisch orientiert sind. Vom Boden des Trichters erstreckt sich entlang einer Innenseite des Trichters spiralförmig ein Leitblech durch die Sortiermasse bis zu einem oberen Rand des Trichters. Der Trichter wird fortwährend gedreht. Am oberen Rand des Trichters ist ein ringförmiger Flansch mit einer Spur vorgesehen, die wiederum mit einem Auslassförderer verbunden ist. Eine Kontur der Spur ist so ausgebildet, dass die Deckel nur in ihrer Vorzugslage in der Spur verbleiben können. Falsch ausgerichtete Deckel fallen an einem Sortierpunkt in die Sortiermasse zurück, um erneut ausgerichtet zu werden.
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Das Dokument
US 2003/0121832 offenbart eine Vorrichtung, die einen zylindrischen Sammelbehälter aufweist, der gedreht wird.
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Das Dokument
US 5,954,185 offenbart eine Zentrifugal-Sortiervorrichtung für rechteckige Gegenstände, wie z. B. Würfel oder Quader.
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Bei den vorbekannten Sortiervorrichtungen werden viele Leitbleche eingesetzt, um die Deckel aufzureihen, auszurichten, zu führen, zu unterscheiden und in die Sortiermasse zurückzuwerfen. Die Deckel weisen oft zusätzliche Kanten, Stufen, Ausnehmungen und Ähnliches auf, die allein zum Verbringen der Deckel in die Vorzugslage dienen. Diese zusätzlichen Merkmale sind aus der Sicht eines Produktgestalters nachteilig. Des Weiteren werden die Deckel umso stärker beschädigt (z. B. verkratzt), je mehr Elemente zum Aufreihen, Ausrichten, Führen, Unterscheiden und Sortieren der Deckel eingesetzt werden. Verkratzte und deformierte Deckel verschlechtern ein Erscheinungsbild und sind wiederum aus produktgestalterischer Sicht unerwünscht.
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Forderungen nach optisch unveränderten und unversehrten Deckeln stehen im Konflikt mit geforderten Durchsätzen. Durchsätze in einem Bereich von 500 bis 600 richtig ausgerichteten Deckeln pro Minute sind nicht ungewöhnlich.
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Es ist also eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sortiervorrichtung vorzusehen, die mit möglichst wenig mechanischen Elementen zum Leiten und Unterscheiden einer Vorzugslage ausgestattet sind, insbesondere in einem Vorratsbereich für die Sortiermasse. Die Gegenstände sollen auf ihrem Weg von der Sortiermasse in die gewünschte Vorzugslage möglichst unbeschädigt bleiben, um den hohen optischen und ästhetischen Anforderungen der Produktgestalter zu genügen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vakuum-Gravitations-Sortiervorrichtung zum Anordnen von Gegenständen, insbesondere von Kappen oder Deckeln, in einer Vorzugslage gelöst, wobei die Sortiervorrichtung aufweist: einen Sumpf, der einen ersten Bereich der Sortiervorrichtung definiert, in welchem eine Vielzahl von jeweils mit einem typisierenden geometrischen Merkmal ausgebildeten und chaotisch ausgerichteten Gegenständen als Sortiermasse bereitstellbar ist; einen Antrieb; eine Vereinzelungsvorrichtung, die eine Sortierspur aufweist, wobei der Antrieb die Sortierspur stromabwärts entlang einer Förderrichtung durch den Sumpf bewegt und wobei die Sortierspur eine Oberseite und eine gegenüberliegende Unterseite aufweist; relativ zu der Horizontalen geneigt angeordnet ist; sich in der Förderrichtung ansteigend durch den Sumpf erstreckt; eine Vielzahl von Nestern aufweist, wobei jedes Nest in der Oberseite der Sortierspur eine Ausnehmung mit einer Oberfläche bildet und wobei jedes Nest mindestens einen Vakuum-Kanal aufweist, der sich von der Oberfläche des Nests durch die Sortierspur zu der Unterseite der Sortierspur erstreckt; und einer Trajektorie folgt, die stromabwärts relativ zum Sumpf bis zu einem Sortierpunkt derart ansteigt, dass die Gegenstände spätestens beim Erreichen des Sortierpunkts aufgrund ihrer Gewichtskraft aus den Nestern zurück in den Sumpf fallen; und eine Vakuumskammer, die durch mehrere Wände gebildet ist und die zum Anschließen an eine Vakuum-erzeugende Vorrichtung angepasst ist, wobei die Wände eine einseitige Öffnung mit einem Verlauf definieren, der der Trajektorie der Sortierspur folgt, wobei die Vakuumskammer unmittelbar gegenüberliegend zur Unterseite der Sortierspur in einem zweiten Bereich, der sich vorzugsweise vom Sumpf bis mindestens zum Sortierpunkt erstreckt, angeordnet ist, so dass ein Vakuum erzeugbar ist, welches zum Halten der Gegenstände in den Nestern über den Sortierpunkt hinaus geeignet ist. Insbesondere ist eine Form der Ausnehmungen an das typisierende geometrische Merkmal der Gegenstände derart angepasst ist, dass die Gegenstände, wenn sie in der Vorzugslage in den Nestern liegen, während einer Passage des Sortierpunkts aufgrund des Vakuums in den Nestern verbleiben.
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Die vorliegende Erfindung kommt ohne innen, d. h. im Bereich des Sumpfs, liegende Leitelemente, wie z. B. Bleche, Führungswände oder Ähnliches, aus. Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit von Beschädigungen der Gegenstände erheblich. Leitelemente stehen üblicherweise im Vergleich zu der sich bewegenden Sortierspur still, so dass die herkömmlichen Leitelemente potenzielle Ecken und Kanten darstellen, wo die Gegenstände entweder verkratzt oder deformiert werden können. Bei der Erfindung wird auf derartige Leitelemente vollständig verzichtet, ohne einen Durchsatz zu verringern.
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Obwohl bei der Erfindung insbesondere im Bereich des Sumpfs keine Leitelemente verwendet werden, ist eine Bestückungsdichte (Verhältnis aus Nestern, in denen ein Gegenstand liegt, und Gesamtanzahl der Nester, die den Sumpf verlassen) ausreichend hoch, um den heutigen Anforderungen der Industrie zu genügen. Bei der Erfindung ist nahezu jedes Nest ist mit einem Gegenstand in seiner Vorzugslage bestückt, wenn die Sortierspur den Sumpf verlässt und insbesondere den Vereinzelungspunkt und/oder den Sortierpunkt erreicht.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform weist der Sumpf eine Umrandung auf, insbesondere eine in einer Längsrichtung der Nester verstellbares Blech, wobei die Umrandung einen äußeren (unteren) Rand des Sumpfs definiert.
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Die Umrandung gewährleistet, dass die Gegenstände innerhalb eines vorbestimmten Bereichs (Sumpf) der Sortiervorrichtung vorgehalten werden. Die Nester werden im Bereich des Sumpfs mit Gegenständen versorgt. Die Umrandung verhindert, dass auszurichtende Gegenstände verlorengehen. Die verstellbare Umrandung hat Einfluss auf eine Anzahl von Gegenständen, die pro Nest aufgenommen werden können.
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Vorzugsweise weist die Vereinzelungsvorrichtung eine scheibenförmige, insbesondere kreisrunde Platte auf, an die sich die Sortierspur in radialer Richtung außen anschließt und die durch den Antrieb um die Mitte der Platte gedreht wird.
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Die scheibenförmige Ausgestaltung der Vereinzelungsvorrichtung stellt eine einfach realisierbare mechanische Lösung dar. Die Sortierspur kann in einem äußeren Randbereich der Scheibe vorgesehen werden. Die Sortierspur kann einstückig mit der Scheibe ausgebildet sein. Die Scheibe definiert ebenfalls eine Grenze des Sumpfs. Die Scheibe kann als Rutsche für aussortierte Gegenstände dienen, die so wieder in den Sumpf zurückgeführt werden. Die scheibenförmige Ausgestaltung verhindert, dass aussortierte Gegenstände die Sortiervorrichtung verlassen und somit verloren gehen. Die Sortierspur wird bei einer kreisrunden Ausgestaltung der Platte bzw. Scheibe entlang einer Kreisbahn bewegt. Die Nester können in der Scheibe durch beispielsweise eine spanende Bearbeitung gebildet werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Platte und die Sortierspur einstückig ausgebildet. Die kreisrunde Platte kann in eine Vielzahl von vorzugsweise gleichgroßen kreissektorartigen Segmente unterteilt sein, die miteinander verbindbar sind.
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Die segmentartige Ausgestaltung vereinfacht einen Umbau der Vereinzelungsvorrichtung auf einen anderen Gegenstand mit einer anderen Geometrie, die eine andere Geometrie der Sortierspur erforderlich macht. Die Ausnehmungen der Nester können z. B. von einer halbzylindrischen Form auf eine Prismaform gewechselt werden. Dazu ist es lediglich nötig, die Platte inklusive der Sortierspur auszutauschen. Dann kann die Sortiervorrichtung z. B. für rechteckige Deckel eingesetzt werden.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn die Ausnehmungen der Nester im Wesentlichen in der radialen Richtung der Platte orientiert sind.
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Diese Ausrichtung gewährleistet, dass die Gegenstände bis zu einem bestimmten Punkt der kreisförmigen Bewegungsbahn der Sortierspur durch die Ränder der Ausnehmungen an einem Herausfallen gehindert werden. Erst wenn die Ausnehmungen annähernd parallel zu einer Hangabtriebskomponente der Gewichtskraft der Gegenstände ausgerichtet ist, können die Gegenstände überhaupt aus den Nestern rutschen.
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Auch ist es von Vorteil, wenn eine Umrandung an einem äußeren unteren Rand des Sumpfs vorgesehen ist, die vorzugsweise in radialer Richtung der Platte verstellbar ist.
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Die entsprechenden Vorteile sind oben bereits angeführt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine jeweilige Form der Nester so gewählt, dass das typisierende geometrische Merkmal der Gegenstände im Wesentlichen formschlüssig in jeder der Ausnehmungen aufnehmbar ist.
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Die formschlüssige Ausgestaltung der Ausnehmungen stellt sicher, dass die zu sortierenden Gegenstände im Bereich des Sortierpunkts in der Vorzugslage vorliegen. Das typisierende geometrische Merkmal sollte einen hohen Grad an Symmetrie aufweisen, z. B. zylindrisch, kubisch, etc, damit die Nester auch für unterschiedliche Gegenstände benutzt werden können, die aber wenigstens das typisierende geometrische Merkmal gemein haben (z. B. zylindrische Deckel und zylindrische Deckel mit einem zusätzlichen, seitlichen Ausgussschnabel).
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Die Nester sind insbesondere gleichförmig ausgebildet und in der Förderrichtung gleichmäßig zueinander beabstandet.
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Die Form und der Abstand der Nester haben Einfluss auf die Bestückungsdichte. Die Gleichförmige Ausbildung der Nester unterstützt den Ausrichtungsprozess. Die Nester sind relativ nahe zueinander angeordnet, so dass ein aufzunehmender Gegenstand von einem bereits besetzten bzw. bestückten Nest direkt in ein angrenzendes leeres Nest fallen kann.
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Vorzugsweise läuft die Sortierspur endlos um.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1A und 1B eine Draufsicht (1A) und eine seitliche Ansicht (1B) einer Sortiervorrichtung gemäß der Erfindung;
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2 eine Vergrößerung eines mit II bezeichneten Bereichs der 1B;
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3A und 3B eine Draufsicht (3A) auf ein Segment der Vorrichtung der 1 und eine Seitenansicht (3B) auf einen Teil des Segments der 3A;
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4 eine Draufsicht auf eine Vakuumskammer der 1;
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5 eine Ansicht entlang einer Linie V-V der 1A; und
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6 eine Ansicht entlang einer Linie VI-VI der 1A.
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In der nachfolgenden Beschreibung der Figuren wird das Ausrichten und Sortieren von Gegenständen exemplarisch anhand von im Wesentlichen zylinderförmigen Deckeln bzw. Kappen beschrieben werden, deren eine Stirnseite offen ist, um den Deckel auf eine Flasche schrauben zu können. Es versteht sich, dass die Erfindung auch auf andere Geometrien (Kubus, Quader, Tetraeder, Ellipsoid, etc.) anwendbar ist. Wenn nachfolgend von ”Sortieren” die Rede ist, ist damit unter anderem ein Ausrichten der Kappen in eine Vorzugsrichtung gemeint. Wie eingangs exemplarisch bereits erwähnt, müssen die zylinderförmigen Deckel in einer nachgeordneten Maschine mit ihrer Öffnung auf eine Öffnung eines entsprechenden Behälters aufgebracht werden. In diesem Fall fallen eine Längsachse des Deckels mit einer Längsachse des Behälters überein, so dass die Längsachse des Behälters die ”Vorzugslage” (hier die koinzidierende Ausrichtung der Längsachsen) bestimmt. Allgemein geht es um die Ausrichtung der Gegenstände für eine weiterverarbeitende Montage mit anderen Bauteilen.
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In einigen Figuren ist zur Vereinfachung eines Verständnisses ein kartesisches Koordinatensystem eingeblendet.
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Unter gemeinsamer Bezugnahme auf die 1A und 1B wird nachfolgend eine Ausführungsform der Erfindung erläutert werden. In der 1A ist eine Draufsicht auf eine Vakuum-Gravitations-Sortiervorrichtung 10 gezeigt, die nachfolgend auch kurz als ”Sortiervorrichtung” 10 bezeichnet werden wird. In der 1B ist eine Schnittansicht entlang der Linie I-B-I-B der 1A gezeigt.
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Die Sortiervorrichtung 10 der 1 weist eine Vereinzelungsvorrichtung 12 auf, die hier exemplarisch in Form einer vorzugsweise kreisrunden Platte 14 ausgebildet ist, auf die man in der 1A senkrecht blickt. Die Platte 14 scheibenförmige oder, wie im vorliegenden Fall, ringförmig ausgebildet sein. Die ringförmige Platte 14 ist mit einer scheibenförmigen Adapterplatte 16 über nicht näher gezeigte Verbindungen verbunden. Die Platten 14 und 16 können z. B. miteinander verschraubt sein. In einem radial äußeren Bereich der Platte 14 ist eine hier ringförmig ausgebildete Sortierspur 18 vorgesehen, die nachfolgend noch näher erläutert werden wird. Die Sortierspur 18 kann einstückig mit der Platte 14 ausgebildet sein. Die Sortierspur 18 weist eine Vielzahl von sog. Nestern 19 auf, die unter Bezugnahme auf 3 noch näher erläutert werden. Die Nester 19 dienen zur Aufnahme, Ausrichtung und Abgabe von identischen, zu sortierenden Gegenständen 20, die hier exemplarisch in Form der Kappen realisiert sind, wie oben erwähnt. Die Kappen werden in einem speziellen Bereich der Sortiermaschine 10 als Sortiermasse bzw. Masse 21 geschüttet und dort bevorratet. Die einzelnen Gegenstände 20 sind innerhalb der Masse 21 chaotisch orientiert. Dies bedeutet, dass die Gegenstände 20 eine beliebige Ausrichtung bzw. Lage haben. In den meisten Fällen nehmen die Kappen innerhalb der Masse 21 nicht ihre Vorzugslage ein. Bei der Ausführungsform der 1 ist die Vorzugslage erreicht, wenn die Kappen mit ihrer Zylinderform formschlüssig in den Nestern 19 liegen, d. h. mit ihrer Längserstreckung radial zur Platte 14 ausgerichtet sind, und ihre Öffnungen relativ zur Platte 14 radial nach innen oder radial nach außen gerichtet sind. Somit gibt es vorliegend zwei Vorzugslagen, die entgegengesetzt zueinander ausgerichtet sind. In diesen beiden Vorzugslagen stehen die Kappen nicht in den Nestern 19, sondern liegen, vorzugsweise mit Flächenkontakt, in den Nestern 19. Anderenfalls stehen die Kappen verkantet in den Nestern 19 und fallen bei einem bestimmten Punkt während eines Umlaufs der Sortierspur 18 aufgrund ihrer eigenen Schwerkraft aus den Nestern 19 zurück in die Masse 21, wie es nachfolgend noch näher erläutert werden wird.
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Um diesen Punkt zu erreichen, ist die Sortierspur 18 mit ihren Nestern 19 an einen Antrieb 22 (1B) gekoppelt, der z. B. als E-Motor realisiert sein kann. Andere Antriebstypen sind möglich. Der Antrieb 22 dreht über die Platte 16 die Platte 14 und somit die Sortierspur 18 um eine Drehachse 24, die durch die geometrische Mitte der Platte 14 bzw. der Sortierspur 18 verläuft (vgl. 1A). Die Drehachse 14 steht senkrecht auf einer Ebene, in der die Platte 14 und die Sortierspur 18 bzw. die Nester 19 liegen. Der Antrieb 22 dreht die Sortierspur 18 z. B. im Uhrzeigersinn um die Drehachse 24, wie es in 1B durch einen Pfeil 26 angedeutet ist. Auf diese Weise bewegt sich die Sortierspur 18 kreisförmigen entlang einer Förderrichtung 28 (1A). Es versteht sich, dass die Förderrichtung in Abhängigkeit von den auszurichtenden Gegenständen 20 gewählt wird. Eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn ist ebenfalls möglich.
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Gegenüber einem mit XYZ bezeichneten kartesischen Koordinatensystem ist die Drehachse 24 zumindest einfach gekippt. In der 1B ist ein erster Anstellwinkel α gezeigt, den man erhält, indem man die ursprünglich parallel zur Höhenrichtung Z orientierte Drehachse 24 um den Winkel α um die X-Achse kippt. Dieser erste Anstellwinkel α wird von der Horizontalen 30 (1B) und der Ebene umschlossen, in welcher die Sortierspur 18 liegt. Die Sortierspur 18 kann um einen zweiten Anstellwinkel β ein zweites Mal verkippt werden, wie es unter Bezugnahme auf 5 noch näher erläutert werden wird, um eine räumliche Verteilung der Masse 21 in einer Umfangsrichtung der Sortierspur 18 zu optimieren. Den zweiten Anstellwinkel β erhält man z. B., indem man die Sortierspur 18 zusätzlich um die Y-Achse kippt.
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Die in der Masse 21 (1A) chaotisch angeordneten Kappen werden in einem Bereich (Volumen) bevorratet, der als Sumpf 34 bezeichnet wird und der vorliegend durch die Platten 14 und 16, die Sortierspur 18, eine Hilfslinie bzw. -fläche 32 und eine Umrandung 36 begrenzt ist. Der Sumpf 34 stellt einen veränderlichen Raum dar, wo die chaotisch orientierten Kappen von den Nestern 19 aufgenommen und in der Förderrichtung 28 in einen oberen, höher gelegenen Bereich der Sortierspur 18 gefördert werden. Der Raum verändert sich, weil die Masse 21 in der Darstellung der 1A (wellenförmig) von links nach rechts „fällt”. Über den zweiten Anstellwinkel β können die relative Lage und die Form der Masse 21 beeinflusst werden. Je steiler der zweite Anstellwinkel β ist, desto weiter rechts liegt die Masse 21 in der 1A.
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Der Sumpf 34 wird radial außen durch die Umrandung 36 begrenzt. Die Umrandung 36 ist hier in Form einer kreisbogenförmig ausgebildeten Platte (z. B. aus Blech) realisiert, die vorzugsweise senkrecht zur Ebene der Sortierspur 18 orientiert ist. Eine Länge und eine Höhe der Umrandung bestimmen sich aus der Menge der Kappen, d. h. aus dem Gesamtvolumen aller Kappen, die den Sumpf 34 bilden. Je mehr Kappen die Masse 21 bilden, desto größer sollte die Umrandung 36 dimensioniert werden.
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Die Umrandung 36 kann (radial) verstellbar relativ zur Sortierspur 18 angeordnet sein, wie es durch Doppelpfeile 37 angedeutet ist. Über die relative radiale Lage der Umrandung 36 lässt sich einstellen, wie viele Kappen in einem einzelnen Nest 19 (in der Vorzugslage) aufgenommen werden können. Die Nester 19 können z. B. maximal bis zu vier Kappen hintereinander aufnehmen. Im Beispiel der 1A ist die Umrandung 36 relativ zur Sortierspur 18 so eingestellt, dass bis zu drei Kappen in der Vorzugslage in einem einzelnen Nest 19 zum Liegen kommen können.
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Die Umrandung 36 ist vorzugsweise so hoch oberhalb der Sortierspur 18 angeordnet, dass keine Kappen zwischen der Umrandung 16 und der Sortierspur 18 eingeklemmt werden kann.
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Die Umrandung 36 kann radial auch so weit nach außen bewegt werden, dass sich in der radialen Richtung ein Spalt (hier nicht gezeigt) zwischen der Sortierspur 18 und der Umrandung 36 bildet. Dieser Spalt kann genutzt werden, um Gegenstände auszurichten, die (stark) von einer symmetrischen Form abweichen, wie z. B. schnabelförmig ausgebildete Seifenspenderdeckel mit einem zylinderförmigen Hauptkörper. In diesem Fall kann ein schnabelförmiger Abschnitt im Spalt aufgenommen werden, während der zylinderförmige Teil (typisierendes geometrisches Merkmal) in den Nestern 19 zum Liegen kommt.
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An einem stromabwärts gelegenen Ende der Umrandung 36 kann ein radial nach innen gerichtetes Vereinzelungselement 38 (1A) vorgesehen sein. Das hier keilförmig ausgebildete Vereinzelungselement 38 sorgt dafür, dass jedes der Nester 19 der Sortierspur 18 jeweils nur mit einem einzigen Deckel bestückt ist. Zusätzliche Deckel, die sich zuvor im gleichen Nest 19 befinden, werden ausgeschoben, wie es unter Bezugnahme auf 5 noch näher erläutert werden wird. In der 1A ist dieser Vereinzelungsvorgang in Form eines Pfeils 40 angedeutet.
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Die Sortiervorrichtung 10 weist neben der Vereinzelungsvorrichtung 12, dem Antrieb 22 und dem Sumpf 34 eine Vakuumskammer 42 auf.
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Die Vakuumskammer 42 ist unterhalb der Sortierspur 18 angeordnet. Die Vakuumskammer 42 liegt einer Unterseite 44 der Sortierspur 18 gegenüber, wobei die Nester 19 in einer Oberseite 46 der Sortierspur 18 ausgebildet sind. Wenn die Platte 14 und die Sortierspur 18 einstückig ausgebildet sind, sind die Nester 19 in der Oberseite 46 der Platte 14 ausgebildet.
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Die Vakuumskammer 42 ist kanalförmig ausgebildet und vorzugsweise einseitig offen. Die Vakuumskammer 42 wird durch die Unterseite 46 nahezu luftdicht verschlossen, wie es nachfolgend noch erläutert werden wird. Zwischen der Vakuumskammer 42 und der Unterseite 44 der Sortierspur 18 ist ein kleiner Spalt vorgesehen, um die sich bewegende Sortierspur 18 von der stationären Vakuumskammer 42 mechanisch zu entkoppeln. Die Vakuumkammer 42 kann gegenüber der Sortierspur 18 gefedert gelagert sein, um eine verschleißende Reibung, Planschlag und Ähnliches zu reduzieren bzw. zu verhindern.
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Die Vakuumskammer 42 ist so ausgebildet, dass sie einer Trajektorie der Sortierspur 18 zumindest teilweise folgt. Deshalb ist die Vakuumskammer 18 im vorliegenden Fall als Kreisbogensegment ausgebildet, wie es unter Bezugnahme auf 4 noch näher erläutert werden wird.
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Unter einer ”Trajektorie” wird vorliegend ein Bewegungspfad der Sortierspur 18 im Raum verstanden. Die Trajektorie ist mit einer Bahnkurve oder einem Pfad vergleichbar und bezeichnet eine Raumkurve, entlang der sich die Sortierspur 18 bewegt. Im vorliegenden Fall ist die Trajektorie der Sortierspur 18 eine in sich geschlossene Kreisbahn, deren Drehachse 24 zweifach im Raum gekippt ist.
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Nachfolgend wird kurz unter Bezugnahme auf verschiedene Betriebspunkte Pi, die in der 1 außenumfänglich zur Sortierspur 18 in Form von radial nach innen gerichteten Pfeilen angedeutet sind, ein Betriebsablauf bzw. -zyklus gezeigt, bei dem die Gegenstände aus einer chaotischen Ausrichtung in die Vorzugslage gebracht werden.
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Dies geschieht in einem ersten Schritt durch eine vorzugsweise flächige Aufnahme der Kappen in den entsprechend geformten Nestern 19, während die Sortierspur 18 den Sumpf 34 durchläuft. Anschließend bewegt sich die Sortierspur in der Förderrichtung 28 bis zu einem Vereinzelungspunkt P1 weiter. Am Vereinzelungspunkt P1, der mit dem Ende der Umrandung 36 und dem Ende des Vereinzelungselements 38 in der stromabwärts gerichteten Förderrichtung übereinstimmen kann, wird dafür gesorgt, dass in jedem Nest 19 jeweils ein einziger Deckel ist. Der Deckelboden kann dabei radial nach innen oder radial nach außen gerichtet sein. Beide Orientierungen sind zulässig. Die restlichen Deckel, die sich möglicherweise im gleichen Nest 19 befinden, werden aussortiert. Es kann aber auch vorkommen, dass ein Deckel im Nest 19 steht. In den Nestern 19 stehende Deckel fallen aber später sicher aus den Nestern und werden somit nicht zur nachgeordneten Maschine abgeführt. Es kann auch vorkommen, dass ein Deckel zwischen zwei Nestern 19, die bestückt sind, vorerst stehen bleibt.
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Nach dem Vereinzelungspunkt P1 dreht sich die Sortierspur 18 weiter stromabwärts bis zu einem Sortierpunkt P2. Der Sortierpunkt P2 liegt so hoch, dass die Kappen aufgrund ihrer eigenen Schwerkraft aus den Nestern 19 zurück in den Sumpf 34 fallen, selbst wenn die Kappen sich in ihrer Vorzugslage befinden. Kappen, die sich nicht in ihrer Vorzugslage befinden, die also z. B. in einer beliebigen Ausrichtung innerhalb eines Nests 19 stehen, fallen üblicherweise bereits während der Bewegung der Sortierspur 18 vom Vereinzelungspunkt P1 zum Sortierpunkt P2 aus den entsprechenden Nestern 19. Die Kappen, die sich aber in der Vorzugslage befinden, werden durch ein Vakuum in den Nestern 19 gehalten, welches mittels der Vakuumskammer 42 unterhalb der Sortierspur 18 anliegt und Ansaugeffekte in den Nestern 19 bewirkt.
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Anschließend bewegt sich die Sortierspur 18 weiter stromabwärts bis zu einem optionalen Prüfpunkt P3, wo ein nicht näher bezeichnetes Prüfelement vorgesehen sein kann. Das Prüfelement kann bestimmen, in welche der beiden möglichen Vorzugslagen die Kappen in den Nestern 19 liegen. Stromabwärts zum Prüfelement kann ein Aktuator (z. B. eine Luftstoßdüse) vorgesehen sein, der in Abhängigkeit von der zuvor festgestellten Vorzugslage den Deckel an einen inneren oder äußeren Rand des Nests 19 bewegt. Im Beispiel der 1A sind exemplarisch zwei Abführstrecken 48-1 und 48-2 gezeigt, die tangential zur Sortierspur 18 angeordnet sind, um die Kappen in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Vorzugslage aus der Sortierspur 18 auszuschleusen. Es versteht sich, dass im Bereich des Prüfelements, des Aktuators und/oder der Abführstrecke, die z. B. in Form von U-förmigen Profilen realisiert sein können, weitere Aktuatoren vorgesehen werden können, die eine der beiden Vorzugslagen in die andere Vorzugslage umwandeln (z. B. durch Drehen), so dass am Ende der Abführstrecken 48 nur Kappen in einer einzigen Vorzugslage ankommen.
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Danach ist der Zyklus beendet und kann erneut beginnen, indem die geleerten Nester 19 erneut den Sumpf 34 durchlaufen, um bestückt zu werden. Wenn der Sumpf 34 leer ist, d. h. keine Masse 21 mehr vorhanden ist, werden neue Deckel in den Sumpf 34 gegeben.
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Der bisher beschriebene Aufbau und Ablauf hat mehrere Vorteile. Im Bereich des Sumpfs 34 wird nicht, wie im Stand der Technik üblich, eine Vielzahl von Leitblechen eingesetzt, um die Kappen aufzureihen, vorzusortieren und auszurichten. Somit kommt es zu keinen Beschädigungen der Oberfläche der Kappen, weil es keine Elemente gibt, die relativ zur sich bewegenden Sortierspur 18 stationär sind. Die Kappen werden weder verkratzt noch gequetscht oder verklemmt.
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Es wird ein hoher Bestückungsgrad der Nester 19 stromabwärts zum Vereinzelungspunkt P1 erreicht. Dies ermöglicht sehr hohe Durchsätze von 1.000 richtig ausgerichteten Kappen pro Minute und mehr. Der Bestückungsgrad der Nester 19 ist hoch.
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In 2 ist eine Vergrößerung eines Bereichs II gezeigt, der in 1 mit einer strichpunktierten Linie umgeben ist und der im Wesentlichen den Sumpf 34 zeigt. Die Kappen der Masse 21 sind chaotisch orientiert. Die Umrandung 36 ist radial so zum Nest 19 angeordnet, dass zwei Kappen pro Nest 19 aufgenommen werden können. In der 2 ist die radial außen liegende Kappe in der ersten Vorzugsrichtung und die zweite, radial innen liegende Kappe in der zweiten Vorzugsrichtung im Nest 19 ausgerichtet.
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Bezug nehmend auf die 3A und 3B werden nachfolgend eine Form und eine Ausbildung der Nester 19 näher betrachtet werden. 3A zeigt eine Draufsicht auf ein Segment 50 der Vereinzelungsvorrichtung 12, das die Platte 14 bildet. In einem in radialer Richtung außen liegenden Randbereich 52 des Segments 50 ist die Sortierspur 18 angeordnet. Die Sortierspur 18 ist durch eine Vielzahl von hintereinander angeordneten Nestern 19 gebildet, wobei hier exemplarisch die Nester 19-1 bis 19-9 näher bezeichnet sind. Eine Längsrichtung jedes Nests 19 erstreckt sich in der radialen Richtung der Platte 14. Die Sortierspur 18 erstreckt sich kreisbogenförmig und steht somit im Wesentlichen senkrecht zur Längsausrichtung der Nester 19.
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In der 3B ist eine Seitenansicht für einen Abschnitt III-B der Sortierspur 18 der 3A gezeigt, wobei man von außen radial auf einen Teil des Segments 50 der 3A blickt. Die Nester 19 sind vorzugsweise im äußeren Randbereich 52 der Platte 14 ausgebildet. Die Platte 14 weist eine Dicke 54 auf. Ein Nest 19 weist jeweils eine Breite 56 auf. Jedes Nest weist eine Ausnehmung 58 auf, die vorzugsweise so ausgebildet ist, dass die Gegenstände 20 formschlüssig aufgenommen werden können. Die Ausnehmungen 58 ragen über die Platte 14 hinaus. Es ist möglich, die Platte 14 und die Sortierspur 18 als separate Bauteile bereitzustellen. Die Ausnehmungen 58 stellen Vertiefungen in der Oberseite 46 der Sortierspur 18 bzw. der Platte 14 dar. Eine Oberfläche der Vertiefungen 58 ist mit 60 bezeichnet. Eine Form der Ausnehmungen 58, die hier halbzylindrisch ist, ist mit 61 bezeichnet. Die Ausnehmungen 58 sind vorzugsweise gleichförmig ausgebildet und gleichmäßig zueinander beabstandet.
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Jedes Nest 19 weist mindestens einen Vakuum-Kanal bzw. Kanal 64 auf. Jeder Kanal 64 erstreckt sich von der jeweiligen Oberfläche 60 von einer der Ausnehmungen 58 zur Unterseite 44 der Sortierspur 18. Die Kanäle 64 können in die Sortierspur 18 gebohrt werden, um eine luftdurchlässige Verbindung zwischen der Vakuumskammer 42 (1B) und den Nestern 19 zu ermöglichen.
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Im gezeigten Beispiel weist jedes Nest fünf Nester 64-1 bis 64-5 auf, die geradlinig in radialer Ausrichtung beabstandet zueinander angeordnet sind. Die Kanäle 64 werden vorzugsweise in einem unteren Bereich der Ausnehmungen 58 angeordnet. Es versteht sich, dass die Kanäle 64 auch im Bereich ansteigender Flanken der Ausnehmungen 58 angeordnet sein können. Die Anordnung und ein Durchmesser der Kanäle 64 beeinflussen eine Haltekraft FH, die durch ein unterhalb der Sortierspur 18 anliegendes Vakuum hervorgerufen wird.
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Die möglichst nach Gesichtspunkten eines herzustellenden Formschlusses ausgewählte Form 61 der Ausnehmungen 58 stellt sicher, dass die Kappen in ihrer Vorzugslage in den Nestern 19 zum Liegen kommen. Die Form 61 könnte aber auch im Vergleich zu einem Halbkreis aufgeweitet werden, so dass die Kappen 20 nicht mehr vollflächig in den Nestern 19 zum Liegen kommen. Diese Maßnahme würde es vereinfachen, dass die Kappen überhaupt in den Nestern 19 zum Liegen kommen. Wenn das Vakuum bereits im Bereich des Sumpfs anliegt, unterstützt das Vakuum die gewünschte Ausrichtung der Kappen. Die Kappen der Masse 21 werden wegen des Vakuums angesaugt. Die Erfinder haben beobachtet, dass in Abhängigkeit von einer Stärke des Vakuums innerhalb des Sumpfs 34 stehende Kappen in die gewünschte liegende Ausrichtung angesaugt wurden.
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Eine vollflächige formschlüssige Aufnahme der Kappen 22 ist bevorzugt. Deshalb sind die Ausnehmungen 58 der 3B in Form von Halbzylindern ausgebildet, deren Radius an einen Radius der Kappen angepasst ist. Die Kappen selbst sind ebenfalls zylindrisch ausgebildet, wie es insbesondere in 2 gezeigt ist. Generell weisen die Gegenstände 20 mindestens ein typisierendes geometrisches Merkmal 62 (2) auf, das im vorliegenden Fall ein Zylinder mit einem fest vorgegebenen Radius ist. Auf sortiertechnisch bedingte Stufen 63, wie sie im Stand der Technik gefordert wurden, kann verzichtet werden. Dies gibt den Produktgestaltern eine höhere Gestaltungsfreiheit.
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In 4 ist eine Draufsicht auf die Vakuumskammer 42 der 1 gezeigt, wobei die Vereinzelungsvorrichtung 12 nicht gezeigt ist. Die Vakuumskammer 42 ist kreisbogenförmig ausgebildet und wird im zusammengebauten Zustand konzentrisch zur Drehachse 24 unterhalb der Sortierspur 18 angeordnet, um ein Arbeitsvolumen 66 zu definieren, in welchem das Vakuum angelegt wird. Ein Verlauf der Vakuumskammer 42 ist in 4 mit einer Strichlinie 68 angedeutet, die sich mittig in einer Längsrichtung der Vakuumskammer 42 erstreckt. Der Verlauf 68 ist an die Trajektorie der Sortierspur 18 angepasst. Da sich die Sortierspur 18 kreisförmig in einer Ebene erstreckt, erstreckt sich auch der Verlauf 68 der Vakuumskammer 42 kreisbogenförmig innerhalb einer Ebene. Dies muss nicht so sein. Wenn die Sortierspur 18 durch einen endlos umlaufenden ”Nest-Förderer” (z. B. Bandförderer zwischen zwei Umlenkpunkten) realisiert ist, der auch mehrgliedrig aufgebaut sein kann und beliebig im Raum geführt werden kann, wird der Verlauf 68 der Vakuumskammer 42 entsprechend angepasst. Somit sind beliebige Bahnkurven bzw. Trajektorien im Raum möglich.
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urückkehrend zur 4 weist die Vakuumskammer 42 mehrere Wände 70, insbesondere einen Boden 70-1 und Seitenwände 70-2 sowie 70-3 auf. Die Seitenwände 70-2 und 70-3 sind parallel zueinander orientiert und stehen senkrecht auf dem Boden 70-1. Die Wände 70 definieren im Querschnitt ein U-förmiges Profil mit einer nach oben gerichteten Öffnung 72 dazwischen. Die Seitenwände 70-2 und 70-3 können in ihrem oberen Rand, der die Öffnung 72 begrenzt, kanalartige Vertiefungen (nicht gezeigt). aufweisen. Diese Vertiefungen können sich z. B. in der radialen Richtung erstrecken, um das Arbeitsvolumen 66 mit der Umgebung zu verbinden. Auf diese Weise kann dem Arbeitsvolumen 66 gezielt Fehlluft zugeführt werden, um ein Ansaugen der Vakuumkammer 42 an die Unterseite 44 der Sortierspur 18 zu verhindern.
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Die Vakuumskammer 72 kann segmentiert ausgebildet sein. In 4 sind sechs Segmente 74-1 bis 74-6 gezeigt, die an Grenzflächen 76 bündig miteinander verbindbar sind. Die Vakuumskammer 42 kann aus mehr oder weniger Segmenten 74 aufgebaut sein. Vorteil der Segmentierung ist, dass ortsabhängig ein unterschiedlich starkes Vakuum erzeugbar ist. So ist es z. B. von Vorteil, wenn das Vakuum stromabwärts vom Sortierpunkt P2 (1A) möglichst groß ist, um bestückte Nester 19 bestückt zu halten. Wählt man das Vakuum stromaufwärts zum Sortierpunkt P2 zu groß, kann es vorkommen, dass stehende Deckel, die sich somit nicht in ihrer liegenden Vorzugslage befinden, trotz ihrer Fehlausrichtung in den Nestern gehalten und in Richtung der Abführstrecken 48 transportiert werden. Das Vakuum hat im Bereich des Sortierpunkts P2 also eine untere Grenze, die durch die Gewichtskraft der Deckel bestimmt ist, um die Deckel im Nest 19 zu halten, und generell eine obere Grenze, die dadurch bestimmt ist, dass falsch ausgerichtete Deckel nicht in den Nestern 19 gehalten werden, sobald der Sortierpunkt P2 überschritten ist.
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Das Vakuum wird über einen oder mehrere Anschlüsse 78 angelegt, das von einer Vakuum-erzeugenden Vorrichtung (z. B. Vakuumpumpe, Radiallüfter, Seitenkanalverdichter, etc) 79 geliefert wird. Des Weiteren sind in 4 Halterungen gezeigt, um die Vakuumskammer 42 mit der Vorrichtung 79 zu verbinden bzw. um sie an einem nicht gezeigten Maschinengestell zu befestigen.
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5 und 6 zeigen Schnittansichten entlang der Linien V-V und VI-VI der 1A.
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Die 5 zeigt den oben bereits erwähnten Vorgang, bei dem mehrere Deckel, die sich in einem einzigen Nest 19 bereits in der Vorzugslage befinden, im Bereich des Vereinzelungspunkts P1 vereinzelt werden. Stromabwärts zum Vereinzelungspunkt P1 ist jeweils allenfalls ein einziger Deckel in jedem Nest 19. In 5 ist der zweite Anstellwinkel β gezeigt, den man erhält, indem man die Vorrichtung 10 um die y-Achse verdreht. Der zweite Anstellwinkel β hat Einfluss auf die relative Lage des Sumpfs 34. Je steiler der zweite Anstellwinkel β ist, desto weiter rechts liegt der Sumpf 34 in der 1A. Der zweite Anstellwinkel hat Einfluss auf eine Bestückungsdichte der Nester 19 stromabwärts zum Vereinzelungspunkt P1. Der erste Anstellwinkel α und der zweite Anstellwinkel β werden so eingestellt, dass möglichst alle Nester nach einer Passage des Vereinzelungspunkts P1 bestückt sind.
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6 zeigt einen Punkt stromabwärts zum Sortierpunkt P2, wo ein richtig ausgerichteter Deckel im Nest 19 durch das im Arbeitsvolumen 66 anliegende Vakuum in seinem Nest 19 gehalten wird. Ohne das Vakuum würde der Deckel aus seinem Nest 19 aufgrund seiner eigenen Gewichtskraft herausfallen bzw. -rutschen.
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Ein Durchmesser der Vakuums-Kanäle 64 kann in Abhängigkeit vom individuellen Gewicht des jeweiligen Gegenstands 20 gewählt werden. Auch die Geometrie des Gegenstands 20 kann Einfluss auf den zu wählenden Kanaldurchmesser haben. Gleiches gilt für die relative Anordnung der Vakuums-Kanäle 64 innerhalb eines Nests 19.
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Die Vereinzelungsvorrichtung 12 kann mehrteilig oder einstückig ausgebildet sein. Im vorhergehenden Beispiel sind die Sortierspur 18 und die Platte 14 einstückig ausgebildet. Die Vereinzelungsvorrichtung 12 kann aus Kunststoff, wie z. B. POM, hergestellt werden. Es ist von Vorteil, wenn die Oberfläche einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine hohe Zähigkeit (Abriebsbeständigkeit) aufweist. Das Material hat Einfluss auf einen Grad der Beschädigung der Gegenstände 20.
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Ein weiterer Parameter, der auf die Bestückungsdichte Einfluss hat, ist ein Gesamtdurchmesser der Vereinzelungsvorrichtung 12. Grundsätzlich gilt, dass je größer der Durchmesser ist, desto langsamer kann die Sortierspur 18 durch den Sumpf 34 bewegt werden, so dass die Gegenstände 20 weniger beschädigt werden. Die Rotationsgeschwindigkeit bzw. die Geschwindigkeit, mit der die Sortierspur 18 bewegt wird, ist zyklusabhängig. Dies bedeutet, dass die Geschwindigkeit in Abhängigkeit eines Befüllungs- bzw. Bestückungsgrads der Nester 19 (z. B. 50–70% aller Nester, die den Sumpf 34 verlassen, sollen bestückt sein) gewählt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1557380 B1 [0003]
- US 2003/0121832 [0004]
- US 5954185 [0005]
