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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anschlagvorrichtung zum Abbremsen oder Anhalten von transportierten Gegenständen, beispielsweise für automatische Bearbeitungs-Montage- und Transfersysteme. Die Anschlagvorrichtung weist ein Anschlagglied auf, das in den Transportweg des transportierenden Gegenstands gebracht werden kann oder dort positioniert ist, um den Gegenstand abzubremsen. Beispielsweise kann die Anschlagvorrichtung auch zur Vereinzelung von transportierten Gegenständen dienen.
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Es ist bekannt, dass eine Anschlagvorrichtung eine Dämpfungseinrichtung aufweist, um den zu transportierenden Gegenstand mit Hilfe des Anschlaggliedes sanft zu stoppen. Solche Dämpfungseinrichtungen können pneumatisch oder hydraulisch sowie mechanische Mittel aufweisen, wie zum Beispiel einen Fluidzylinder. Dabei kann das Anschlagglied mit der Kolbenstange des Zylinders verbunden sein. Beim Bewegen der Kolbenstange gemeinsam mit dem Anschlagglied in eine Anschlagrichtung, wenn ein zu transportierender Gegenstand am Anschlagglied anschlägt, verdrängt der Kolben Fluid aus einer Zylinderkammer des Fluidzylinders, beispielsweise über eine Drossel. Dadurch wird ein sanftes Stoppen bzw. Abbremsen des transportierten Gegenstandes bewirkt. Eine Anschlagvorrichtung mit einer pneumatischen Dämpfungseinrichtung ist beispielsweise aus
EP 0 484 648 A1 bekannt.
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Aus der
DE 102 03 802 A1 ist ein elektromagnetisches Dämpfungssystem zur Verwendung in einem Automobil bekannt, das ein Paar von Elementen aufweist, die relativ zueinander verschiebbar sind, wobei ein Element einen Magneten aufweist, während das andere eine Spulenanordnung trägt. Eine Antriebskraft oder Dämpfkraft wird zwischen dem Paar von Elementen mittels einer elektromagnetischen Kraft erzeugt, die zwischen dem Magnet und der Spulenanordnung erzeugt wird, wenn elektrischer Strom der Spulenanordnung zugeführt wird oder eine elektromotorische Kraft in der Spulenanordnung induziert wird. Das elektromagnetische Dämpfungssystem weist ferner eine hydraulische Stoßdämpfereinrichtung zum Erzeugen einer zusätzlichen Dämpfkraft zwischen dem Paar von Elementen auf, um die Dämpfkraft in den Endbereichen eines Betriebsbereichs des Paars von Elementen gegenüber derjenigen in einem mittleren Bereich dieses Betriebsbereichs zu vergrößern.
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DE 10 2010 008 318 A1 beschreibt einen Fahrzeugstoßdämpfer mit einem Staubrohr und einem Dämpferrohr, das teleskopisch in dem Staubrohr befestigt und für eine oszillierende Translationsbewegung bezogen auf dieses ausgebildet ist. Ein Permanentmagnet ist mit einem von dem Staubrohr oder dem Dämpferrohr fest gekoppelt, und eine Spule ist mit dem anderen von dem Staubrohr oder dem Dämpferrohr fest gekoppelt, um zwischen dem Permanentmagneten und der Spule eine relative Translationsbewegung zu bewirken, um einen Strom in der Spule zu induzieren. Der induzierte Wechselstrom wird in Gleichstrom umgewandelt und in einem Energiespeicher, z. B. einer Batterie oder einem Kondensator, gespeichert. Die gespeicherte Energie kann bedarfsweise zur Versorgung von Fahrzeugkomponenten verwendet werden.
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Ausgehend hiervon kann es als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, eine verbesserte Anschlagvorrichtung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anschlagvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist die Dämpfungseinrichtung als elektromagnetische Dämpfungseinrichtung ausgeführt. Insbesondere weist die Dämpfungseinrichtung eine elektrische Maschine mit einem Läufer und einem Stator auf. Vorzugsweise erzeugt der Läufer ein Magnetfeld. Bei der Bewegung des Anschlaggliedes in Anschlagrichtung wird die elektrische Maschine generatorisch betrieben. Das vom abzubremsenden Gegenstand bewegte Anschlagglied bewegt den Läufer, wodurch in wenigstens einer Statorwicklung eines Stators eine Spannung bzw. ein Strom induziert wird. Dabei wird die kinetische Energie des Gegenstandes teilweise in elektrische Energie umgewandelt und eine Verzögerung der Bewegung des zu transportierenden Gegenstandes erreicht. Bei dieser Ausgestaltung der Dämpfungseinrichtung besteht die Möglichkeit auf fluidische Leitungen und Kanäle zu verzichten. Gemäß der Erfindung ist in Reihe zu der wenigstens einen Statorwicklung des Stators einer Widerstandsschaltung geschaltet, wobei der Widerstandswert der Widerstandsschaltung oder der Effektivwert des Stroms durch die Widerstandsschaltung über eine Steuereinheit einstellbar ist. Insbesondere verändert die Steuereinheit den Widerstandswert der Widerstandsschaltung oder den Effektivwert des Stroms durch die Widerstandsschaltung während der Bewegung des Anschlaggliedes.
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Die erfindungsgemäße Anschlagvorrichtung lässt sich sehr einfach montieren und in Betrieb nehmen. Außerdem kann die während des Generatorbetriebs der elektrischen Maschine erzeugte elektrische Energie in einem Energiespeicher abgespeichert und zum Beispiel für die Rückführungsbewegung des Anschlaggliedes in seine unbetätigte Ausgangsstellung verwendet werden. Es ist auch möglich, die gewonnene elektrische Energie einer anderen elektrischen Antriebseinrichtung der Anschlagvorrichtung zur Verfügung zu stellen, beispielsweise um das Anschlagglied in den Transportweg des zu transportierenden Gegenstandes einzufahren bzw. aus diesem Transportweg herauszufahren, zum Beispiel, wenn die Anschlagvorrichtung als Vereinzelungsvorrichtung verwendet wird.
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Es ist auch möglich, während des Generatorbetriebs eine Spannung an zumindest eine der vorhandenen Statorwicklungen anzulegen, um die Kraft des zum Abbremsen des Gegenstandes zu steuern oder zu regeln.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die elektrische Maschine als Linearmotor ausgeführt. Der Linearmotor weist einen linear bewegbaren Läufer auf. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Anschlagglied fest mit dem Läufer verbunden, der sich gemeinsam mit dem Anschlagglied in bzw. entgegen der Anschlagrichtung bewegen kann. Durch die Verwendung eines Linearmotors lässt sich ein sehr einfacher Aufbau erreichen. Ein Getriebe zur Umsetzung einer linearen in eine rotierende Bewegung entfällt, wodurch sich Verluste der Anschlagvorrichtung reduzieren lassen.
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Gemäß der Erfindung kann die Dämpfung der Dämpfungseinrichtung eingestellt werden. Unter der Dämpfung ist hier die durch die Dämpfungseinrichtung zur Verfügung gestellte Dämpfungskraft oder die durch die Dämpfungseinrichtung bewirkte Verzögerung des transportierten und durch die Anschlagvorrichtung abgebremsten Gegenstandes zu verstehen. Der Begriff Dämpfung wird üblicherweise verwendet, da die Bewegung des Gegenstandes nicht schlagartig abrupt gestoppt, sondern „gedämpft” und mithin kontinuierlich möglichst ruckfrei verlangsamt wird.
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Die Einstellung der Dämpfung wird elektrisch mit Hilfe einer Steuereinheit vorgenommen. Hierfür ist in Reihe zu der wenigstens einen Statorwicklung die Widerstandsschaltung mit einem einstellbaren Widerstandswert geschaltet. Zur mechanischen Einstellung der Dämpfung kann beispielsweise ein mechanisch einstellbarer Widerstand in Reihe zu der wenigstens einen Statorwicklung des Stators geschaltet sein. Der einstellbare Widerstand kann von einem Schiebewiderstand oder einem Potentiometer gebildet sein. Durch Einstellen des Widerstandswertes des einstellbaren Widerstands lässt sich die Dämpfung der Dämpfungseinrichtung ändern.
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Der Widerstandswert kann auch durch Austauschen eines ohmschen Widerstandes oder Kombinieren mehrerer ohmscher Widerstände in einer Reihen- und/oder Parallelschaltung verändert werden. Es ist auch möglich über Steckverbinder, DIP-Schalter oder ähnliches verschiedene ohmsche Widerstände in Reihe und/oder parallel zueinander zu schalten, so dass sich der Widerstandswert der Widerstandsschaltung verändert und mithin die Dämpfung einstellbar ist.
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Der Stator der elektrischen Maschine bzw. des Linearmotors weist eine oder mehrere Statorwicklungen auf. In Reihe zu jeder Statorwicklung kann zur Einstellung bzw. Vorgabe der Dämpfung eine Widerstandsschaltung geschaltet sein.
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Der Widerstandswert der Widerstandsschaltung kann erfindungsgemäß mit Hilfe der Steuereinheit eingestellt werden. Die Veränderung des Widerstandswertes erfolgt während der Bewegung des Anschlaggliedes und mithin während der Verzögerung des transportierten Gegenstandes, so dass sich eine gewünschte Dämpfungscharakteristik bzw. Verzögerungscharakteristik ergibt. Die Änderung des Widerstandswertes kann gesteuert oder geregelt werden. Beispielsweise kann dadurch die Verzögerung des transportierten Gegenstandes gesteuert oder geregelt werden. Hierzu kann die Anschlagvorrichtung einen Positions- oder Wegsensor aufweisen, über den die Position des Läufers und/oder des Stators und/oder eines damit bewegungsgekoppelten Elements gemessen wird. Im Falle der Regelung der Verzögerung des Gegenstandes kann daraus in der Steuereinheit durch zeitliche Ableitung die aktuelle Verzögerung des transportierten Gegenstandes ermittelt werden. Durch Vergleich der aktuellen Verzögerung mit einem Verzögerungssollwert kann dann die Verzögerung des transportierten Gegenstandes geregelt werden.
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Anstelle der Berechnung der Verzögerung könnte diese über einen Beschleunigungssensor am Läufer oder am Anschlagglied auch direkt gemessen und der Steuereinheit übermittelt werden.
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Es ist auch möglich, das Gewicht der transportierten Gegenstände zu erfassen. Dafür kann beispielsweise die zum Abbremsen erforderliche Kraft anhand einer elektrischen Größe – beispielsweise anhand des induzierten Stromes oder anhand der in der Statorwicklung induzierten Spannung – und anhand der ermittelten Verzögerung des Gegenstandes ermittelt werden. Die Masse kann bei der Steuerung oder Regelung der Verzögerung der nachfolgenden Gegenstände berücksichtigt werden, sofern immer die gleichen Gegenstände transportiert werden. Alternativ hierzu kann am transportierten Gegenstand auch eine Kennung angebracht sein, beispielsweise ein RFID-Chip, ein auslesbarer Barcode, ein zweidimensionaler Code oder dergleichen. Die Kennung enthält eine Angabe über die Masse des Gegenstandes, die ausgelesen und der Dämpfungseinrichtung für die Steuerung oder Regelung der Verzögerung bereitgestellt werden kann, bevor der Gegenstand am Anschlagglied anschlägt. Die Dämpfungseinrichtung kann hierfür drahtgebunden oder drahtlos mit einer entsprechenden Sensoreinrichtung verbunden sein oder eine solche Sensoreinrichtung aufweisen. Die Dämpfung kann bei den beschriebenen Ausgestaltungen an die erfasste Masse angepasst werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Dämpfungseinrichtung ist die Dämpfung abhängig von der Position des Anschlaggliedes vorgegeben. Auf diese Weise kann beispielsweise eine wegabhängige Verzögerung des transportierten Gegenstandes gesteuert oder geregelt werden. Die positionsabhängige bzw. wegabhängige Verzögerungskennlinie ist dabei insbesondere so vorgegeben, dass ein möglichst ruckfreies Abbremsen des Gegenstandes erfolgt. Insbesondere sollen sprungartige Verzögerungsänderungen vermieden werden oder zumindest einen vorgegebenen Verzögerungsänderungsschwellenwert nicht übersteigen.
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Alternativ zu wegabhängigen Steuerung oder Regelung der Verzögerung, kann diese auch zeitabhängig gesteuert oder geregelt werden. Bei einer Steuerung der Verzögerung kann die Berechnung oder Messung der aktuellen Verzögerung in der Steuereinheit entfallen.
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Bei einer einfach zu realisierenden Ausführungsform weist die Widerstandsschaltung eine Reihenschaltung mit einem gesteuerten Schalter und einem ohmschen Widerstand auf. Durch abwechselndes Öffnen und Schließen des gesteuerten Schalters kann der Effektivwert des induzierten Stroms variiert werden. Dadurch lässt sich der effektive Widerstandswert und mithin die Dämpfung einstellen. Beispielsweise kann der gesteuerte Schalter durch ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal der Steuereinheit angesteuert werden. Als gesteuerter Schalter dient vorzugsweise ein Transistor.
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Die Widerstandsschaltung kann außerdem einen Energiespeicher aufweisen. Während der Verzögerung des transportierten Gegenstandes wird die elektrische Maschine bzw. der Linearmotor als Generator betrieben und die dabei gewonnene elektrische Energie kann in dem Energiespeicher gespeichert werden. Als Energiespeicher dient vorzugsweise ein Kondensator. Dieser kann zum Beispiel in Reihe mit dem Ohmschen Widerstand und dem gesteuerten Schalter der Widerstandsschaltung angeordnet sein.
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Das Magnetfeld des Läufers kann beispielsweise durch Permanentmagneten gebildet sein. Die Permanentmagneten können bei der Verwendung eines Linearmotors in der Dämpfungseinrichtung axial in Bewegungsrichtung des Läufers und/oder radial quer zur Bewegungsrichtung des Läufers magnetisiert sein. Durch die radiale Magnetisierung können bei gleichem Volumen größere Motorkräfte und mithin eine größere Verzögerung des transportierten Gegenstands erreicht werden. Im Falle einer axialen Magnetisierung des Permanentmagneten kommt der Läufer ohne ein zusätzliches Eisenteil auf. Auch eine Kombination von axial und radial orientierten Permanentmagneten ist möglich.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen sowie der Beschreibung. Die Beschreibung beschränkt sich auf wesentliche Merkmale der Erfindung. Die Zeichnung ist ergänzend heranzuziehen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer Anschlagvorrichtung in perspektivischer Darstellung,
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2 einen Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiele der Anschlagvorrichtung nach 1 bei in unbetätigter Ausgangsstellung befindlichem Anschlagglied,
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3 die Anschlagvorrichtung im Längsschnitt nach 2, bei aus der Ausgangsstellung in Anschlagrichtung bewegtem Anschlagglied,
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4 bis 6 jeweils eine schematische, blockschaltbildähnliche Darstellung des Läufers und des Stators eines Linearmotors einer Dämpfungseinrichtung der Anschlagvorrichtung gemäß der 1 bis 3 in verschiedenen Relativpositionen,
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7 einen schematischen Verlauf der maximal erreichbaren Kraft F des Linearmotors abhängig von der Relativlage des Läufers gegenüber dem Stator,
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8 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer elektrisch einstellbaren Dämpfungseinrichtung,
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9 einen schematischen, beispielhaften Verlauf des Stromes I durch eine in Reihe zur Statorwicklung geschaltete Widerstandschaltung der Dämpfungseinrichtung nach 8,
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10 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Dämpfungseinrichtung mit einem Energiespeicher,
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11 einen schematischen, beispielhaften Verlauf des Stromes I durch die in Reihe zur Statorwicklung geschaltete Widerstandschaltung der Dämpfungseinrichtung gemäß 10 und
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12 eine schematische blockschaltbildähnliche Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Dämpfungseinrichtung mit einem mehrere Statorwicklungen aufweisenden Linearmotor.
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In den 1 bis 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Anschlagvorrichtung 20 veranschaulicht. Die Anschlagvorrichtung 20 dient dazu, einen entlang eines Transportweges transportierten Gegenstand 21 zu verzögern und insbesondere zu stoppen und dabei gedämpft zu verzögern. Unter „gedämpftem” Verzögern ist hier gemeint, dass der Gegenstand 21 nicht schlagartig abgebremst wird, sondern dass er mit Hilfe der Anschlagvorrichtung 20 entlang einer vorgegebenen Verzögerungsstrecke d oder während einer vorgegebenen Verzögerungsdauer vorzugsweise bis zum Stillstand kontinuierlich abgebremst wird. Bei den transportierten Gegenständen 21 handelt es sich beispielsweise um Paletten, Werkstückträger oder dergleichen, die entlang von Transport- oder Transfersystemen, wie etwa Rollenbahnen transportiert werden.
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Die Anschlagvorrichtung 20 weist ein in und entgegen einer Anschlagrichtung T bewegbar gelagertes Anschlagglied 22 auf. Das Anschlagglied 22 weist beim Ausführungsbeispiel eine quaderförmige Kontur auf. Das Anschlagglied 22 hat auf seiner einem transportierten Gegenstand 21 zugewandten Seite eine Anschlagfläche 23. Während des Abbremsens eines transportierten Gegenstandes 21 befindet sich dieser in Kontakt mit der Anschlagfläche 23. Während der Verzögerung des Gegenstandes 21 wird das Anschlagglied 22 in Anschlagrichtung T bewegt.
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Auf der der Anschlagfläche 23 entgegengesetzten Seite ist das Anschlagglied 22 mit Hilfe eines Halteelements 24 in und entgegen der Anschlagrichtung T an einem Gehäuse 25 gelagert. Das Halteelement 24 ist beim Ausführungsbeispiel stabförmig gestaltet und kann wie veranschaulicht eine zylindrische Form aufweisen. An dem innerhalb des Gehäuses 25 angeordneten Ende des Halteelements 24 ist ein mechanischer Endanschlag 26 befestigt, der mit einem zugeordneten Innenwandabschnitt 27 zusammenarbeitet und in einer Anschlagstellung (3) am Innenwandabschnitt 27 anliegt. In der Anschlagstellung ist das Anschlagglied 22 am weitesten aus seiner unbetätigten Ausgangsstellung A (2 und 4) entfernt. Der Abstand des Endanschlags 26 von dem Innenwandabschnitt 27 in der Ausgangsstellung A des Anschlaggliedes 22 definiert die Maximalverzögerungsstrecke dmax.
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Das beispielsgemäß zylindrische Halteelement 24 ist entlang seiner Längsachse, die sich parallel zur Anschlagrichtung T erstreckt, über eine Führungseinrichtung 30 geführt am Gehäuse 25 gelagert. Die Führungseinrichtung 30 ist beim Ausführungsbeispiel durch ein hohlzylindrisches Führungsteil 31 gebildet, dessen Innendurchmesser im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Halteelements 24 entspricht. Das Führungsteil 31 ist vollständig bzw. nahezu vollständig im Gehäuse 25 angeordnet. Bei dem hier dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Führungsteil 31 einen Radialflansch 32 auf, der außerhalb des Gehäuses 25 auf der dem Anschlagglied 22 zugeordneten Seite des Führungsteils 31 vorgesehen ist. In der Anschlagstellung (3) kann das Anschlagglied 22 am Radialflansch 32 anliegen.
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Die Anschlagvorrichtung 20 kann als Vereinzelungsvorrichtung ausgeführt sein. In diesem Fall ist das Anschlagglied 22 schräg oder rechtwinklig zur Anschlagrichtung T über eine Stelleinrichtung 36 bewegbar. Durch diese Bewegung des Anschlaggliedes 22 quer zur Anschlagrichtung T kann das Anschlagglied 22 mit seiner Anschlagfläche 23 in den Transportweg eines Gegenstandes 21 eingefahren oder aus diesem Transportweg herausgefahren werden. Auf diese Weise können Gegenstände 21 zunächst angehalten und nach einem vorgegebenen Zeitablauf bzw. beim Auftreten eines anderen vorgebbaren Ereignisses, über die Stelleinrichtung 36 wieder freigegeben werden.
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Die Stelleinrichtung 36 kann zum Beispiel eine Schwenk- und/oder lineare Stellbewegung des Anschlaggliedes 22 ausführen. Bei der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform wird das Anschlagglied 22 linear im Wesentlichen rechtwinklig zur Anschlagrichtung T bewegt. Die Stelleinrichtung 36 bewegt beim Ausführungsbeispiel das Anschlagglied 22 gemeinsam mit dem Halteelement 24 und dem Führungsteil 31 und ist beispielsgemäß innerhalb des Gehäuses 25 angeordnet. Die Stelleinrichtung 36 kann elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch oder in sonstiger geeigneter Weise betätigt werden und kann außerdem mechanische Mittel wie Hebel oder Federn aufweisen. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Stelleinrichtung 36 eine Zylinderkammer 37 mit einem in der Zylinderkammer 37 verschiebbar angeordneten Kolben 38 auf. Der Kolben 38 ist mit einer das Führungsteil 31 beaufschlagenden Kolbenstange 39 verbunden. Durch Zuführen eines Fluids in die Zylinderkammer 37 wird die Kolbenstange 39 ausgefahren und bewegt das Anschlagglied 22 in den Transportweg eines Gegenstandes 21, um diesen abbremsen zu können. Wird das Fluid hingegen aus der Zylinderkammer 37 abgeführt, wird die Kolbentange 39 eingefahren und das Anschlagglied 22 wird aus dem Transportweg der Gegenstände 21 herausbewegt und gibt beispielsweise einen zuvor abgebremsten Gegenstand 21 frei für den weiteren Transport.
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Die Stelleinrichtung 36 ist optional. Die Anschlagvorrichtung 20 kann auch ohne Stelleinrichtung 36 realisiert werden und beispielsweise einen Dämpfungsanschlag für Gegenstände 21 bilden, wenn der Transportweg seine Richtung ändert. Die Anschlagvorrichtung 20 kann daher sozusagen auch als Eckanschlag eingesetzt werden.
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Um ein schlagartiges Abbremsen eines Gegenstandes 21 am Anschlagglied 22 zu vermeiden, weist die Anschlagvorrichtung 20 eine Dämpfungseinrichtung 43 auf. Die Dämpfungseinrichtung 43 umfasst einen Stator 44 sowie einen Läufer 45. Der Stator 44 und der Läufer 45 bilden eine elektrische Maschine, die beim Ausführungsbeispiel als Linearmotor 46 mit linear bewegtem Läufer 45 ausgeführt ist.
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Der Läufer 45 ist beim Ausführungsbeispiel durch das Halteelement 24 gebildet oder Teil des Halteelements 24. Der Stator 44 ist Teil des Führungsteils 31 bzw. der Führungseinrichtung 30 oder bildet das Führungsteil 31. In den 4 bis 6 ist der Linearmotor 46 mit Stator 44 und Läufer 45 schematisch veranschaulicht. In 4 befindet sich das Anschlagglied 22 in seiner unbetätigten Ausgangsstellung A. Diese Ausgangsstellung A ist auch in 6 gestrichelt dargestellt. Mit durchgezogenen Linien ist in 6 die Endstellung E des Anschlaggliedes 22 veranschaulicht. 5 zeigt eine Zwischenstellung Z des Anschlaggliedes 22 zwischen der Ausgangsstellung A und der Endstellung E. Der Luftspalt zwischen dem Läufer 45 und dem Stator 44 ist in den schematischen Figuren nicht dargestellt.
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Bei dem hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Verzögerungsstrecke d, also der Weg des Anschlaggliedes 22 zwischen der Ausgangsstellung A und der Endstellung E, bei der der Gegenstand vollständig oder zumindest nahezu vollständig abgebremst ist, kleiner gewählt als die Maximalverzögerungsstrecke dmax, so dass in der Endstellung E des Anschlaggliedes 22 der Endanschlag 26 noch nicht am Innenwandabschnitt 27 anliegt und auch das Anschlagglied 22 vom Gehäuse 25 bzw. dem Führungsteil 31 entfernt ist. Auf diese Weise kann die mechanische Belastung der Anschlagvorrichtung 20 verringert werden. In dieser Endstellung kann der Gegenstand 21 auch bearbeitet werden oder es können andere Vorgänge durchgeführt werden, beispielsweise können Werkstücke auf einen Träger geladen oder von diesem entladen werden. Nach einer erforderlichen oder vorgegebenen Stillstandszeit in dieser Endstellung E kann dann die Bewegung des Anschlaggliedes 22 von der Endstellung E in Richtung der Anschlagstellung fortgesetzt werden. Wenn die Anschlagvorrichtung als Vereinzelungsvorrichtung ausgeführt ist, kann dabei gleichzeitig oder nach dem oder kurz vor dem Erreichen der Anschlagstellung über die Stelleinrichtung 36 der Weitertransport des Gegenstandes 21 auf dessen Transportweg freigegeben werden.
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Das Anschlagglied 22 kann in seine Endstellung E und/oder von der Endstellung E in Richtung der Anschlagstellung aktiv verschoben werden, indem der Linearmotor 46 als Motor betrieben wird. Dies kann notwenig sein, wenn beispielsweise die Masse des Gegenstandes 21 sehr klein ist. Außerdem kann insbesondere bei empfindlichen Gegenständen 21 erreicht werden, dass das Anschlagglied 22 bei seiner Bewegung quer zur Anschlagrichtung T nicht am Gegenstand 21 anliegt, wenn es über die Stelleinrichtung 36 quer zur Anschlagrichtung T bewegt wird. Das Anschlagglied 22 kann vor dieser Querbewegung sozusagen vom Gegenstand 21 in Anschlagrichtung T aus der Enstellung E zur Anschlagstellung hin weggezogen werden, um Beschädigungen am Gegenstand 21 zu vermeiden. Alternativ kann der Gegenstand 21 aus der Endstellung E, in der er zunächst angehalten wurde, bei der anschließenden Beschleunigung in Kontakt mit dem Anschlagglied 22 bleiben und dadurch unabhängig vom Transportsystem oder seiner Masse kontrolliert zwischen der Endstellung E und der Anschlagstellung beschleunigt werden.
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Der Stator 44 weist ein Statorelement 47 aus magnetisierbarem Material, beispielsweise Eisen auf. In das Statorelement 47 sind Wicklungsnuten 48 eingebracht, so dass das Statorelement 47 eine kammähnliche Form hat. Die Wicklungsnuten 48 sind in Anschlagrichtung T beispielsgemäß gleichmäßig nebeneinander angeordnet. In den Wicklungsnuten 48 ist die Statorwicklung 49 angeordnet, die in den 4 bis 6 durch eine Kreuzschraffur veranschaulicht ist. Durch diese Ausführung befindet sich die Statorwicklung 49 außerhalb des Hauptmagnetfeldes, wodurch sich der Wirkungsgrad des Linearmotors 46 verbessert.
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Der Läufer 45 ist durch mehrere Permanentmagnete 50 gebildet oder weist mehrere solcher Permanentmagnete 50 auf. Wie in den 4 bis 6 beispielhaft veranschaulicht, sind die Permanentmagnete 50 so angeordnet, dass jeweils der Nordpol und der Südpol in Bewegungsrichtung des Läufers 45 und mithin in Anschlagrichtung T nebeneinander liegen. Bei dieser Anordnung der Permanentmagnete 50 ist der Läufer 45 sozusagen axial magnetisiert. In Abwandlung hierzu könnten der Nordpol und der Südpol zumindest einiger Permanentmagneten 50 auch quer zur Bewegungsrichtung des Läufers 45 nebeneinanderliegend angeordnet sein. Sind alle Permanentmagneten 50 quer zur Bewegungsrichtung der Läufers 45 magnetisiert, kann von einer radialen Magnetisierung des Läufers 45 gesprochen werden.
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Bei einer radialen Magnetisierung weist der Läufer 45 zusätzlich zu den Permanentmagneten 50 ein magnetisierbares Läuferelement 51 auf, das sich auf der dem Stator 44 abgewandten Seite der Permanentmagneten 50 erstreckt und die Permanentmagneten 50 verbindet, so dass die Magnetfeldlinien des Magnetfeldes durch das Läuferelement 51 geschlossen werden können. Das Läuferelement 51 kann beispielsweise aus Eisen bestehen. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit axial magnetisiertem Läufer 45 ist das Läuferelement 51 nicht zwingend erforderlich.
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Wie in den 4 bis 6 schematisch veranschaulicht, kann der Stator 44 auf einer Seite neben dem Läufer 45 angeordnet sein. In Abwandlung hierzu besteht auch die Möglichkeit, dass der Stator 44 hohlzylindrisch ausgeführt ist und den Läufer 45 koaxial umschließt. Die Statorwicklung 49 ist dabei um die Zylinderlängsachse des Stators 44 gewickelt. Die Permanentmagneten 50 sind bei dieser Variante entweder scheibenförmig ausgeführt oder ringförmig um ein Läuferelement 51 angeordnet. Dies hängt beispielsweise davon ab, ob ein radial oder ein axial magnetisierter Läufer 45 verwendet wird.
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Beim Ausführungsbeispiel ist oder sind in der Ausgangsstellung A des Anschlaggliedes 22 einer oder mehrere der Permanentmagneten 50 in Anschlagrichtung T bzw. in Bewegungsrichtung des Läufers 45 gesehen versetzt bzw. mit Abstand a zum Stator 44 angeordnet. Mit anderen Worten erfasst das durch die Permanentmagneten 50 erzeugte Magnetfeld in der Ausgangsstellung A des Anschlaggliedes 22 den Stator 44 und insbesondere die Statorwicklung 49 noch nicht vollständig.
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Wird das Anschlagglied 22 durch einen Gegenstand 21 aus seiner Ausgangstellung A in Anschlagrichtung T bewegt, steigt die vom Linearmotor 46 bereitgestellte Kraft F an, bis das Anschlagglied 22 die Zwischenstellung Z erreicht hat, in der das Magnetfeld des Läufers 45 erstmal vollständig den Stator 44 erfasst. Dieser Zusammenhang ist schematisch in 7 dargestellt, die die Kraft F abhängig von der Position x des Anschlaggliedes 22 in Anschlagrichtung T veranschaulicht. In 7 wurden andere, die Kraft F beeinflussende Faktoren wie etwa die Relativgeschwindigkeit v zwischen Stator 44 und Läufer 45 nicht berücksichtigt.
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Durch diese Anordnung wird die Kraft F des Linearmotors 46 zwischen der Ausgangsstellung A und der Zwischenstellung Z des Anschlaggliedes 22 durch die Vergrößerung des wirksamen Magnetfeldes gesteigert. Dadurch kann erreicht werden, dass zu Beginn der Verzögerung eines Gegenstandes 21 mit Hilfe der Anschlagvorrichtung 20 nicht sofort die maximal mögliche Verzögerungskraft F erzeugt wird, sondern die Verzögerung des Gegenstandes 21 dienende Kraft F zunimmt. Die Kraft F ist proportional zur Relativgeschwindigkeit v zwischen dem Stator 44 und dem Rotor 45. Wegen der zu Beginn der Verzögerung maximalen Geschwindigkeit des Gegenstandes 21 ist die Relativgeschwindigkeit v zwischen Stator 44 und Läufer 45 unmittelbar zu Beginn der Verzögerung des Gegenstandes 21 groß und erzeugt mithin auch eine große Kraft F. Allerdings wird die Geschwindigkeitsabhängigkeit der Kraft F aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. Relativlage des Läufermagnetfeldes und des Stators 44 in der Ausgangslage A des Anschlaggliedes 22 zumindest teilweise kompensiert.
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In Abwandlung hierzu könnten die Permanentmagnete 50 des Läufers 45 auch so angeordnet sein, dass deren Magnetfeld stets im Axialabschnitt des Stators 44 angeordnet ist und mithin den Stator 44 immer vollständig erfasst, so dass an jeder Stelle zwischen der Ausgangslage A und der Endlage E eine möglichst große Motorkraft F des Linearmotors 46 bereitgestellt wird.
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Bei dem hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Dämpfung der Dämpfungseinrichtung 43 mit dem Linearmotor 46 einstellbar. Beispielsgemäß geschieht dies elektrisch mit Hilfe einer Steuereinheit 55. In Reihe zur Statorwicklung 49 ist eine Widerstandsschaltung 56 geschaltet. Die Widerstandsschaltung 56 weist eine Reihenschaltung aus einem ersten gesteuerten Schalter 57 und einem Widerstandselement, beispielsweise einem ohmschen Widerstand 58 auf, wie dies anhand der 8 und 10 dargestellt ist. bei dem in 10 dargestellten abgewandelten Ausführungsbeispiel ist in Reihe zum ersten gesteuerten Schalter 57 und dem ohmschen Widerstand 58 zusätzlich ein Energiespeicher und beispielsgemäß ein Kondensator 59 geschaltet. Der erste gesteuerte Schalter 57 weist einen Steuereingang 57a auf, der mit der Steuereinheit 55 verbunden ist und über ein erstes Steuersignal S1 angesteuert wird.
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Parallel zur Widerstandschaltung 56 ist außerdem eine Reihenschaltung aus einem zweiten gesteuerten Schalter 60 mit einem zweiten Steuereingang 60a sowie einer Spannungsquelle 61 vorgesehen. Der zweite gesteuerte Schalter 60 wird durch die Steuereinheit 55 mittels eines zweiten Steuersignals S2 angesteuert. Als Spannungsquelle 61 dient beispielgemäß eine Gleichspannungsquelle.
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Dem Läufer 45 oder einem andern mit dem Läufer 45 oder dem Anschlagglied 22 bewegungsgekoppelten Elemente ist ein Positions- oder Wegsensor 62 zugeordnet, der ein Positionssignal erzeugt, das der Position x des Läufers 45 und damit auch die Position des Anschlaggliedes 22 bzw. in Bewegungsrichtung des Läufers 45 entspricht. Das Signal des Wegsensors 62 wird der Steuereinheit 55 übermittelt.
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Mit Hilfe des ersten Steuersignals S1 kann die Steuereinheit 55 den ersten gesteuerten Schalter 57 öffnen und schließen. Wird in der Statorwicklung 49 aufgrund der Bewegung des Magnetfeldes des Läufers 45 eine Spannung indiziert, fließt bei geschlossenem ersten gesteuerten Schalter 57 ein Strom I durch den ohmschen Widerstand 58. Durch abwechselndes Öffnen und Schließen des ersten gesteuerten Schalters 57 kann ein Effektivwert Ieff des Stromes I eingestellt und somit der effektive Widerstandswert R der Widerstandsschaltung 56 variiert werden. Der effektive Widerstandswert R ergibt sich dabei aus dem Quotienten der induzierten Spannung U an der Statorwicklung 49 geteilt durch den Effektivwert Ieff des Stromes I durch die Widerstandsschaltung 56: R = U / Ieff
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Das erste Sensorsignal S1 kann als pulsweitenmoduliertes Signal daher zur Einstellung des Widerstandswertes R dienen. Je kleiner der Widerstandswert R ist, desto größer ist die Kraft F und mithin die Verzögerung des transportierten Gegenstands 21. Es gilt: F ∝ 1 / R
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Da beim Ausführungsbeispiel die Steuereinheit 55 die Position x des Läufers 45 kennt, kann die Verzögerung des Gegenstandes 21 entlang der Verzögerungsstrecke d gesteuert oder geregelt werden. Der Steuereinheit 55 kann eine positionsabhängige Verzögerungskennlinie als Verzögerungssollwert vorgegeben werden, wobei die Steuereinheit 55 über das erste Steuersignal S1 den ersten gesteuerten Schalter 57 und mithin den Widerstandswert R der Widerstandsschaltung 56 derart einstellt, dass die aktuelle Verzögerung des Gegenstands 21 – abgesehen von einer zulässigen Toleranz – dem Verzögerungssollwert bzw. der Verzögerungskennlinie entspricht. Durch die zeitliche Ableitung des Signals des Wegsensors 62 kann die aktuelle Verzögerung des Gegenstandes 21 in der Steuereinheit 55 berechnet werden oder alternativ auch direkt sensorisch erfasst werden.
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Es versteht sich, dass alternativ zur Regelung die Verzögerung auch gesteuert werden kann. Die aktuelle Verzögerung des Gegenstandes 21 wird dabei nicht berechnet. Der Widerstandswert R der Widerstandsschaltung 56 wird abhängig von der Position x des Läufers 45 eingestellt.
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Bei einer weiteren Ausführung ist es auch möglich, anstelle der Position x des Läufers 45 eine zeitabhängige Steuerung oder Regelung durchzuführen. Hierfür kann beispielsweise lediglich durch einen Sensor oder Schalter das Anschlagen eines Gegenstandes 21 an der Anschlagfläche 23 des Anschlaggliedes 22 erfasst werden. Auf diese Weise ist der Beginn der Verzögerung bekannt. Der Steuereinheit 55 kann eine zeitabhängige Verzögerungskennlinie vorgegeben sein, die anschließend gesteuert oder wie zuvor beschrieben geregelt wird.
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Während des Abbremsens des Gegenstands 21 ist der zweite gesteuerte Schalter 60 geöffnet. Durch Schließen des zweiten gesteuerten Schalters 60 über das zweite Steuersignal S2 kann die Spannung der Spannungsquelle 61 an die Statorwicklung 49 angelegt werden, wodurch eine Kraft auf den Läufer 45 erzeugt und das Anschlagglied 22 in seine Ausgangsstellung A zurückbewegt werden kann. Wenn der zweite gesteuerte Schalter 60 geschlossen ist, ist der erste gesteuerte Schalter 57 geöffnet.
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Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel wäre es auch möglich, an die wenigstens eine Statorwicklung 49 eine Spannung anzulegen, so dass auf den Läufer 45 eine entgegen der Anschlagrichtung T gerichtete Kraft generiert wird. Hierzu könnte eine Gleichspannungsquelle bedarfsweise in Reihe zum Ohmschen Widerstand 58 geschaltet werden, wobei insbesondere der Wert der Spannung dieser Spannungsquelle zur Einstellung der auf den Läufer 45 wirkenden Kraft variabel einstellbar sein kann, beispielsweise über die Steuereinheit.
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In 10 ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Dämpfungseinrichtung 43 dargestellt, wobei zusätzlich der Kondensator 59 in der Widerstandschaltung 56 vorhanden ist. Während des Abbremsens des Gegenstands 21 fließt durch die Widerstandschaltung 56 der Strom I und lädt dabei den Kondensator 59 auf. Während dieses Ladevorgangs vergrößert sich der durch den Ohmschen Widerstand 58 und durch den Kondensator 59 gebildete komplexe Widerstand der Widerstandsschaltung 56. Die beim Öffnen und Schließen des ersten gesteuerte Schalters 57 erzeugten Impulse des Stromes I weisen daher mit zunehmender Aufladung des Kondensators 59 einen abnehmenden Maximalwert auf, wie dies schematisch in 11 veranschaulicht ist. Ein durch pulsweitenmoduliertes Absteuern des ersten gesteuerten Schalters 57 einstellbarer Effektivwert Ieff des Stromes I ist in 11 ebenfalls beispielhaft dargestellt. Ansonsten kann wie beim Ausführungsbeispiel nach 8 auch über das Ausführungsbeispiel nach 10 die Verzögerung des Gegenstands 21 wie zuvor erläutert zeitabhängig oder positionsabhängig gesteuert oder geregelt werden.
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Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 8 kann die im Kondensator 59 gespeicherte elektrische Energie für das Zurückbewegen des Läufers 45 entgegen der Anschlagrichtung T in seine Ausgangsstellung A verwendet werden. Hierzu wird der erste gesteuerte Schalter 57 geschlossen, wenn das Anschlagglied 22 in die Ausgangsstellung A zurückbewegt werden soll. Reicht die im Kondensator 59 gespeicherte elektrische Energie hierfür nicht aus, kann anschließend der erste gesteuerte Schalter 57 geöffnet und der zweite gesteuerte Schalter 60 geschlossen werden, um die Spannung der Spannungsquelle 61 an die Statorwicklung 49 anzulegen, wie dies zuvor im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert wurde.
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Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Dämpfungseinrichtung 43 ist in 12 schematisch dargestellt. Der Stator 44 weist bei dieser Ausführung zwei oder mehr und beispielsgemäß drei Statorwicklungen 49 auf, die jeweils in Reihe zu einer Widerstandsschaltung 56 geschaltet sind. Die Widerstandsschaltungen 56 können wie im Zusammenhang mit den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß der 8 und 10 erläutert ausgestaltet sein. Der Widerstandswert R jeder Widerstandsschaltung 56 kann dabei separat durch die Steuereinheit 55 eingestellt werden.
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Bei einer Abwandlung des Ausführungsbeispiel gemäß 12 ist es bei einer einfachen Ausgestaltung ebenfalls möglich, dass die Widerstandsschaltungen 56 keine durch die Steuereinheit 55 ansteuerbaren Bauteile aufweisen und im einfachsten Fall lediglich durch einen Ohmschen Widerstand gebildet sind, wobei die Widerstandswerte der Ohmschen Widerstände der Widerstandsschaltungen unterschiedlich groß sein können. Abhängig von der Position x des Läufers 45 in Anschlagrichtung T verändert sich die Kraft F des Linearmotors 46 dadurch, dass das Magnetfeld des Läufers 45 in der Ausgangsstellung A des Anschlaggliedes 22 nicht alle Statorwicklungen 49 erfasst, so dass sich die vom Linearmotor 46 erzeugte Kraft F zur Verzögerung der Gegenstandes 21 abhängig von der Position des Läufers 45 ändert. Eine solche Dämpfungseinrichtung 43 kann ohne aktive Steuerung und Regelung durch eine Steuereinheit 55 auskommen. Beispielsweise können manuell einstellbare Ohmsche Widerstände in Form von Schiebewiderständen oder Potentiometern vorgesehen werden. Wie erläutert kann die Anzahl der Statorwicklungen 49 und der Widerstandsschaltungen 56 dabei variieren.
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Eine Ausführung der Dämpfungseinrichtung ohne aktive Steuerung oder Regelung durch die Steuereinheit 55 kann bei einer sehr einfachen Ausgestaltung auch nur eine Statorwicklung 49 und eine Widerstandsschaltung 56 aufweisen.
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Bei den hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen der Anschlagvorrichtung 20 weist die Dämpfungseinrichtung 43 jeweils einen Linearmotor 46 auf. Es versteht sich, dass es grundsätzlich auch möglich ist, anstelle eines Linearmotors eine rotierende elektrische Maschine zu verwenden und die lineare Bewegung des Anschlaggliedes 22 über ein Getriebe in eine Rotationsbewegung eines Läufers umzuwandeln, beispielsweise über eine linear bewegte Zahnstange und ein damit in Eingriff stehendes Zahnrad.
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Die Dämpfungseinrichtung 43 einschließlich der Steuereinheit 55 kann im Gehäuse 25 der Anschlagvorrichtung 20 angeordnet sein. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Steuereinheit 55 und/oder die Widerstandsschaltung 56 extern außerhalb des Gehäuses anzuordnen. Eine Steuereinheit 55 kann dabei mehreren Dämpfungseinrichtungen 43 unterschiedlicher Anschlagvorrichtungen 20 zugeordnet sein.
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Die Erfindung betrifft eine Anschlagvorrichtung 20 mit einem Anschlagglied 22 und eine Dämpfungseinrichtung 43. Die Anschlageinrichtung 20 dient dazu, einen entlang eines Transportweges bewegten oder transportierten Gegenstand 21 abzubremsen, vorzugsweise bis zum Stillstand. Während der Verzögerung des Gegenstands 21 ist dieser in Kontakt mit dem Anschlagglied 22. Die Dämpfungseinrichtung 43 enthält einen Läufer 45, der vorzugsweise gemeinsam mit dem Anschlagglied 22 in eine Anschlagrichtung T geradlinig bewegt wird. Dem Läufer 45 ist ein Stator 44 zugeordnet. Über ein Magnetfeld des Läufers 45 wird in wenigstens einer Statorwicklung 49 eine Spannung induziert. Die wenigstens eine Statorwicklung 49 ist mit einer Widerstandsschaltung 56 elektrisch verbunden, so dass ein Strom I fließen kann. Durch Vorgabe eines Widerstandswertes der Widerstandsschaltung 56 bzw. durch variieren des Effektivwertes Ieff des Stromes I kann die Verzögerung des Gegenstandes eingestellt werden. Die Verzögerung kann gesteuert oder geregelt werden und vorzugsweise einer vorgegebenen positions- oder weg- oder zeitabhängigen Verzögerungskennlinie folgen. Hierzu weist die Dämpfungseinrichtung 43 eine Steuereinheit 55 zur Einstellung des Effektivwertes des Stromes I bzw. des Widerstandswertes R der Widerstandsschaltung 56 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 20
- Anschlagvorrichtung
- 21
- Gegenstand
- 22
- Anschlagglied
- 23
- Anschlagfläche
- 24
- Halteelement
- 25
- Gehäuse
- 26
- Endanschlag
- 27
- Innenwandabschnitt
- 30
- Führungseinrichtung
- 31
- Führungsteil
- 32
- Radialflansch
- 36
- Stelleinrichtung
- 37
- Zylinderkammer
- 38
- Kolben
- 39
- Kolbenstange
- 43
- Dämpfungseinrichtung
- 44
- Stator
- 45
- Läufer
- 46
- Linearmotor
- 47
- Statorelement
- 48
- Wicklungsnut
- 49
- Statorwicklung
- 50
- Permanentmagnet
- 51
- Statorelement
- 55
- Steuereinheit
- 56
- Widerstandsschaltung
- 57
- erster gesteuerter Schalter
- 57a
- Steuereingang des ersten gesteuerten Schalters
- 58
- Ohmscher Widerstand
- 59
- Kondensator
- 60
- zweiter gesteuerter Schalter
- 60a
- Steuereingang des zweiten gesteuerten Schalters
- 61
- Spannungsquelle
- A
- Ausgangsstellung
- a
- Abstand
- d
- Verzögerungsstrecke
- dmax
- Maximalverzögerungsstrecke
- E
- Endstellung
- F
- Kraft
- I
- Strom
- Ieff
- Effektivwert des Stroms
- R
- Widerstandswert
- S1
- erstes Sensorsignal
- S2
- zweites Sensorsignal
- T
- Anschlagrichtung
- U
- induzierte Spannung
- x
- Position des Läufers
- Z
- Zwischenstellung
