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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Förderung von Kugeln. Solche Vorrichtungen werden auch als Kugelförderer bezeichnet. Die Erfindung betrifft insbesondere solche Kugelförderer, die in Industriebetrieben dort eingesetzt werden, wo Kugeln als ein häufig verwendetes Element Bestandteil einer Fertigung von Produkten oder Maschinenelementen sind. Diesbezüglich wird beispielsweise auf die Fertigung von Kugellagern verwiesen, insbesondere auf das Einsetzen der einzelnen Kugeln während der Montage der Kugellager. Solche Kugelförderer müssen regelmäßig innerhalb von möglichst kurzer Zeit viele - meist metallische - Kugeln mit einer insgesamt hohen Masse einzeln zu einer Montagestelle zu fördern.
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Aus
DE 37 90 963 T1 ist eine Vorrichtung zum Erfassen und zur Förderung von Einzelerzeugnissen aus einem Haufen bekannt. Als Mittel zum Erfassen der Einzelerzeugnisse sind eine Greiferschnecke und eine Förderschnecke vorgesehen. Durch Rotation der Greiferschnecke und der Förderschnecke und in Zusammenwirkung mit einer Führung in Form einer Platte sollen die Einzelerzeugnisse zu einer Entladerinne am oberen Rand der Förderschnecke befördert werden.
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Aus
DE 697 30 559 T2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum vertikalen Fördern von Zigarettenpackungen bekannt. Die Vorrichtung umfasst ein Schraubenhebemittel und eine Führungseinrichtung, welche derart zusammenwirken, dass bei Rotation des Schraubenhebemittels eine Aufwärtsbewegung einer Zigarettenpackung bewirkt wird. Die Förderung erfolgt bis zu einem Ausgang am oberen Ende des Schraubenhebemittels.
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Aus
DE 697 30 942 T2 und
EP 1 568 629 A1 sind jeweils Vorrichtungen zum Gruppieren von Gegenständen bekannt. Die Vorrichtungen umfassen dabei einen Schraubenförderer und ein Führungsmittel zur vertikalen Transferierung der Gegenstände zu einem oberen Auslass.
Aus
US 3,759,367 A und
DE 696 22 336 T2 sind jeweils Vorrichtungen bekannt, mittels welchen Gegenstände durch magnetische Anziehung über eine Spindel in axialer Richtung transportiert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach herstellbare Vorrichtung zur Förderung von Kugeln zur Verfügung zu stellen, welche ein sicheres und ergonomisches Arbeiten ermöglicht.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Förderung von Kugeln aus einem Reservoir zur Bevorratung einer Vielzahl von Kugeln zu einer gewünschten Förderstelle umfasst einen sich an das Reservoir anschließenden Kugelzulauf zu einer Fördereinheit mit einem Antriebselement zur Förderung der Kugeln von dem Kugelzulauf zu einem Kugelauslass, wobei der Kugelzulauf auf einem niedrigeren Höhenniveau angeordnet ist als der Kugelauslass. Dabei ist die Fördereinheit aus einer rotierbaren Spindel mit einer Umfangsnut und einer Führungsschiene gebildet, die derart zusammenwirken, dass die Spindel durch rotatorische Bewegung mit ihrer Umfangsnut die Kugeln antreibt und die Führungsschiene die Bewegungsrichtung der Kugeln innerhalb der Fördereinheit vorgibt. Dabei ist ferner mindestens eines der folgenden Merkmale realisiert:
- a) die Drehachse der Spindel ist gegenüber der Vertikalen derart geneigt, dass aufgrund der auf die Kugeln im Bereich der Spindel wirkenden Schwerkraft eine horizontale, gegen die Spindel gerichtete Kraft zwischen den Kugeln und der Spindel wirkt
und/oder
- b) die Spindel ist sowohl unmittelbares Antriebselement für Kugeln innerhalb der Fördereinheit als auch mittelbares Antriebselement zur weiteren Förderung von Kugeln in axialer Richtung der Spindel über die Höhe der Spindel hinaus.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung hat zum einen den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise Kugeln von einem niedrigeren Höhenniveau auf ein höheres Höhenniveau gefördert werden können. Dies ermöglicht es, das Reservoir einer erfindungsgemäßen Vorrichtung niedrig anzuordnen, so dass zu fördernde Kugeln, die der Vorrichtung zugeführt werden müssen, auf einer niedrigen Füllhöhe der Vorrichtung zugeführt werden können. Dadurch ist ein ergonomisches Arbeiten möglich, und insbesondere ist es nicht erforderlich, eine Vielzahl von meist metallischen Kugeln mit einer insgesamt hohen Masse manuell oder mit Hilfe eines Krans oder einer sonstigen Vorrichtung auf ein hohes Höhenniveau zu bewegen, was mit gesundheitlichen Risiken und erhöhten Anforderungen an die Arbeitssicherheit verbunden wäre. Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können Kugeln insbesondere auf einem komfortablen Höhenniveau (z.B. 80 cm, 70 cm oder noch niedriger gegenüber der Erdoberfläche) an die Vorrichtung angeliefert und dieser zugeführt werden. Dies ist deshalb und auch dann möglich, wenn die Kugeln auf ein höheres Höhenniveau gefördert werden müssen, um in einem nachfolgenden Schritt an anderer Stelle - insbesondere für Montagezwecke - weiterverarbeitet zu werden.
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Durch eine Anordnung der Drehachse der Spindel gemäß der vorstehenden Variante a) kann die Schwerkraft dazu ausgenutzt werden, dass die innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung geförderten Kugeln stets in Richtung Spindel gelagert sind und somit der „Antrieb“ der Kugeln mittels der Spindel priorisiert ist. Diese Ausführungsform ist insbesondere in Verbindung mit einer einfachen Leiste oder zwei einfachen Leisten als Führungselementen besonders bevorzugt, da durch eine - von der Steigung der Umfangsnut abhängige - ausreichend große Neigung der Spindel dazu genutzt werden kann, dass die zu fördernden Kugeln auch ohne rückseitige Begrenzung innerhalb der Spindel in Richtung Kugelauslass gefördert werden. Auf diese Art und Weise kann auch bei einer sehr einfachen Gestaltung der Führungsschiene eine hohe Funktionssicherheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht werden.
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In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Führungsschiene zur Vorgabe der Bewegungsrichtung der Kugeln innerhalb der Fördereinheit auf ihrer zur Spindel gerichteten Seite ein Führungselement für die Kugeln auf. Ein solches Führungselement kann insbesondere eine Führungsnut sein, die vorzugsweise im Querschnitt u-förmig ausgebildet ist und deren Tiefe vorzugsweise mindestens 20 Prozent des Radius der kleinsten zu fördernden Kugeln aufweist. Eine solche Führungsnut kann einfach und kostengünstig an einer Führungsschiene ausgebildet werden. Alternativ zu einer Führungsschiene mit einer an dieser ausgebildeten Führungsnut können auch andere Elemente eingesetzt und als Führungsrinne gegenüber der Spindel positioniert werden, beispielsweise rinnenartige, längsgeteilte, hohlzylindrische Elemente. Die an der Spindel ausgebildete Umfangsnut und eine an der Führungsschiene ausgebildete Führungsnut oder ein alternatives Element sind vorzugsweise so gestaltet, dass sämtliche zu fördernden Kugeln sich nicht ausschließlich innerhalb eines der beiden Elemente (Führungsnut der Spindel oder Führungsnut der Führungsschiene) befinden können, so dass zwangsläufig ein Zusammenwirken zwischen Spindel und Führungsschiene stattfindet.
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Als weiteres Beispiel für ein besonders einfach gestaltetes Führungselement wird auf eine einfache - insbesondere quaderförmige - Leiste verwiesen, die unmittelbar benachbart zu der Spindel angeordnet ist, ohne die Spindel zu berühren, und deren Seitenfläche als Anlagefläche für die zu fördernden Kugeln dient. Wenn die Spindel in beide Richtungen bewegbar sein soll, beispielsweise um eine vollständige Entleerung zu erleichtern, kann es auch sinnvoll sein, zwei Leisten so anzuordnen, dass der Abstand zwischen gegenüberliegenden Seitenflächen dieser Leisten größer ist als der Durchmesser der zu fördernden Kugeln. Auf diese Ausführungsform wird in Verbindung mit der Figurenbeschreibung noch näher eingegangen.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Abstand der Führungsschiene zur Drehachse der Spindel verstellbar und/oder die Spindel und/oder die Führungsschiene sind austauschbar angeordnet. Durch eine solche Gestaltung kann durch Veränderung des Abstands der Führungsschiene bzw. durch Austauschen der Spindel und/oder der Führungsschiene die Variabilität einer erfindungsgemäßen Vorrichtung insoweit erhöht werden, als in diesem Fall die Möglichkeiten, Kugeln verschiedener Durchmesser zu fördern, deutlich vergrößert werden. Bei einer fest vorgegebenen Größe des Abstandes der Führungsschiene zur Drehachse der Spindel bzw. zur Umfangswand der Spindel und der Geometrie der in der Spindel ausgebildeten Umfangsnut ist der Faktor zwischen dem kleinsten verwendbaren Kugeldurchmesser und dem größten verwendbaren Kugeldurchmesser in den meisten Fällen auf einen Wert kleiner als 2, vorzugsweise kleiner als 1,5, beschränkt. Durch Veränderung des Abstands der Führungsschiene zur Drehachse der Spindel und/oder durch Austauschbarkeit der Spindel und/oder der Führungsschiene in großem Umfang erhöht werden. Die Nutzbarkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hängt in diesem Fall maßgeblich von der Leistung des Antriebsmotors der Fördereinheit ab.
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Wenn sich an den Kugelauslass einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ein schlauchartiges Element anschließt, mittels welchen die Kugeln - insbesondere unter Ausnutzung des Antriebs der Fördereinheit, alternativ aber auch unter Ausnutzung der Schwerkraft oder unter Verwendung zusätzlicher Antriebselemente - von dem Kugelauslass an von der Fördereinheit entfernte Positionen förderbar sind, ist die Variabilität einer erfindungsgemäßen Vorrichtung deutlich erhöht, da die Kugeln in diesem Fall auch an schwer zugängliche Positionen und/oder weiter entfernte Positionen gefördert werden können. Die Befüllung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann in diesem Fall an einer gut zugänglichen Stelle unter ergonomischen Nutzungsbedingungen erfolgen. Beispielsweise kann eine wie vorstehend beschrieben gestaltete erfindungsgemäße Vorrichtung einen Schlauch mit einer Länge von einem Meter oder mehreren Metern, insbesondere bis zu 5 Meter umfassen, der von dem Kugelauslass zu einer entfernten Position geführt wird. Die entfernte Position kann sich zudem auf einem noch höheren Niveau befinden als der Kugelauslass selbst. Dazu ist es lediglich erforderlich, dass das sich an den Kugelauslass anschließende schlauchartige Element so gestaltet ist, dass die von der Fördereinheit auf die sich in dem schlauchartigen Element befindlichen Kugeln ausgeübte Kraft ausreichend groß ist, um die Kugeln innerhalb des schlauchartigen Elements zwangsgeführt zu bewegen.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher die Spindel sowohl unmittelbares Antriebselement für Kugeln innerhalb der Fördereinheit ist als auch mittelbares Antriebselement zur weiteren Förderung von Kugeln in axialer Richtung der Spindel über die Höhe der Spindel hinaus ist, ist die Spindel mittelbares Antriebselement für Kugeln innerhalb eines schlauchartigen Elements, das sich in axialer Richtung an die Spindel anschließt.
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Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Führungsschiene auch so ausgebildet und/oder positioniert sein kann, dass die zu Fördernden Kugeln innerhalb der Spindel nicht senkrecht gegen die Schwerkraft nach oben gefördert werden, sondern sich zusätzlich in Richtung der Umfangsnut in jeweils tangentialer Richtung bewegen. Diese Bewegungsrichtung kann relativ zur Spindeldrehrichtung so gewählt werden, dass die Kugeln innerhalb der Spindel einen verringerten Schlupf erfahren oder sogar während der Förderung zumindest teilweise vollständig innerhalb der Spindel nach oben rollen. In diesem Fall ist die Reibung der Kugeln innerhalb der Fördereinheit deutlich reduziert, was es ermöglicht, einen Motor mit verringerter Antriebsleistung einzusetzen und somit Energie einzusparen.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst das Reservoir einen mindestens einseitig offenen Vorratsbehälter, der von der offenen Seite her mit zu fördernden Kugeln befüllbar ist und auf einer anderen Seite eine - insbesondere die Schwerkraft ausnutzende - Führung der Kugeln zum Kugelzulauf umfasst. Mindestens einseitig offen bedeutet, dass der Vorratsbehälter nur von einer Seite eine große Öffnung (Befüllöffnung) mit direkter Zugänglichkeit aufweisen muss. Die andere Seite muss zwar auch insoweit eine Öffnung aufweisen, als Kugeln aus dem Reservoir in die Fördereinheit gelangen können müssen. Diese Seite kann aber vollständig von einem Gehäuse umgeben sein, so dass ein Austreten oder Herausfallen der Kugeln auf dieser Seite praktisch ausgeschlossen ist. Ein solches Reservoir hat den Vorteil, dass eine Vielzahl von Kugeln in dem Vorratsbehälter vorgehalten werden können, so dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung über einen längeren Zeitraum betrieben werden kann, ohne dass ein Nachfüllen von Kugeln erforderlich ist. Wenn die andere Seite, welche zur Fördereinheit führt, von einem Gehäuse umgeben ist und die Befüllöffnung nur von oben zugänglich ist, ist ferner die Arbeitssicherheit erhöht, da einmal in das Reservoir gelangte Kugeln nur gegen die Schwerkraft oder durch die Fördereinheit aus dem Reservoir gelangen können.
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Wenn ein schwenkbar gegenüber dem Vorratsbehälter des Reservoirs angeordneter Adapter zum Einsetzen eines externen Vorratsbehälters relativ zu dem Vorratsbehälter der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet ist, wird das Nachfüllen des Vorratsbehälters erleichtert und die Arbeitssicherheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter erhöht. Insbesondere kann in einem solchen Fall ein externer Vorratsbehälter, der üblicherweise mit einer Vielzahl von eine insgesamt große Masse aufweisenden Kugeln befüllt ist, zunächst sicher in den Adapter eingesetzt werden, so dass dieser relativ zu dem Vorratsbehälter der erfindungsgemäßen Vorrichtung korrekt positioniert ist. Zum Nachfüllen muss der externe Vorratsbehälter zusammen mit dem Adapter in diesem Fall nur noch relativ zu dem Vorratsbehälter der erfindungsgemäßen Vorrichtung verschwenkt werden, wobei die Verschwenkbewegung durch den Adapter vorgegeben sein kann, so dass weder ein Zielen noch eine Koordination einer Relativbewegung zwischen dem externen Vorratsbehälter und dem mit der Vorrichtung verbundenen Vorratsbehälter erforderlich ist. Insbesondere kann so verhindert werden, dass beim Nachfüllen des Vorratsbehälters der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch Bedienungsfehler einzelne Kugeln zu Boden fallen und so die Arbeitssicherheit gefährden. Ferner kann einer Beschädigung der Kugeln vorgebeugt bzw. entgegengewirkt werden.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst das Reservoir mindestens ein Kupplungselement zur Vorgabe der Relativposition eines externen Vorratsbehälters für Kugeln zu dem Reservoir. Damit ist insbesondere gemeint, dass ein externer Vorratsbehälter für Kugeln, insbesondere wenn er mit Kugeln befüllt zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelangt, nur noch mittels des Kupplungselements verbunden werden muss, um eine vorgebebene Relativposition einzunehmen. Als solches Kupplungselement geeignet sind insbesondere einseitig offene oder geschlossene Haken (z.B. zwei Karabinerhaken) zur Aufnahme mindestens eines an einem externen Vorratsbehälter ausgebildeten Verbindungselements. Als ein solches Verbindungselement kann an einem externen Vorratsbehälter insbesondere eine als Schwenkachse dienende horizontale Stange befestigt sein, die in zwei Haken eingehängt wird. Zum Entleeren des externen Vorratsbehälters muss dieser nur noch um die als Kupplungselemente dienenden Haken oder zusammen mit diesen verschwenkt werden, so dass die Kugeln von dem externen Vorratsbehälter in das Reservoir bzw. einen Vorratsbehälter des Reservoirs eingefüllt werden.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch ein Reservoir umfassen, das über einen schwenkbar gelagerten Vorratsbehälter mit Kugeln befüllbar ist. Diesbezüglich wird insbesondere auf einen Vorratsbehälter verwiesen, der fest an der Vorrichtung angeordnet ist und nach Art eines Eimers oder einer Tonne gestaltet ist. Ein solcher Vorratsbehälter kann auf einfache Art und Weise von oben mit Kugeln befüllt werden. Durch Verschwenken eines solchen Vorratsbehälters können dann Kugeln in das Reservoir nachgefüllt werden. Um die Sicherheit der Befüllung zu erhöhen, kann die Gestaltung zwischen Vorratsbehälter und Reservoir insbesondere so ausgestaltet sein, dass an dem Reservoir und/oder an dem Vorratsbehälter eine trichterartige Öffnung ausgebildet ist, mit welcher sichergestellt ist, dass beim Verschwenken des Vorratsbehälters keine Kugeln das Reservoir verfehlen können.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung stehen das Reservoir und/oder der Kugelzulauf in Wirkverbindung mit einer Rüttelvorrichtung. Mit dem Begriff Rüttelvorrichtung sind sämtliche Vorrichtungen gemeint, die das Reservoir und/oder den Kugelzulauf kontinuierlich oder in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen in Bewegung versetzen, um dadurch insbesondere sogenannte Kugelbrücken lösen. Als Kugelbrücken werden in diesem Zusammenhang Anordnungen verstanden, bei denen sich mehrere Kugeln so zueinander ausrichten, dass sie ein Passieren weiterer Kugeln verhindern und sich ihre Ausrichtung auch durch die von nachfolgenden Kugeln ausgeübte Schwerkraft nicht unmittelbar derart verändert, dass dieser Zustand wieder aufgelöst wird. Kugelbrücken sind demnach mit der Gefahr verbunden, dass nach Entleerung der unterhalb der Kugelbrücke befindlichen Kugeln keine weiteren Kugeln mehr in die Fördereinheit gelangen können und die Förderung der Kugeln unterbrochen wird. Mit Hilfe einer Rüttelvorrichtung können Kugelbrücken, die sich möglicherweise gebildet haben, regelmäßig wieder aufgelöst werden, um einen sicheren und kontinuierlichen Förderbetrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erreichen. Als Beispiel für eine einfach zu realisierende Rüttelvorrichtung wird darauf verwiesen, dass ein mit dem Antriebselement unmittelbar oder mittelbar verbundener Exzenter (z.B. ein Nocken) regelmäßig das Reservoir in Bewegung versetzen kann.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen das Reservoir und/oder der Kugelzulauf eine Entleerungsöffnung auf. Eine solche Entleerungsöffnung kann insbesondere durch eine verschwenkbare oder verschiebbare Klappe im Bereich des Kugelzulaufs und/oder im Bereich des Reservoirs vorgesehen sein. Vorzugsweise ist zumindest eine Entleerungsöffnung an der niedrigsten Stelle unmittelbar vor dem Eintritt in die Fördereinheit vorgesehen. So kann die erfindungsgemäße Vorrichtung innerhalb kurzer Zeit entleert werden, insbesondere um Reinigungs- und/oder Wartungsarbeiten durchzuführen oder die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Kugeln anderer Größe kurzfristig zu bestücken, um diese für einen anderen Fertigungsprozess einzusetzen.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform ist im Bereich des Kugelauslasses und/oder an einem sich an den Kugelauslass anschließenden schlauchartigen Element auf dessen dem Kugelauslass zugewandten Seite eine Rücklaufsperre angeordnet, mittels welcher bedarfsweise durch Verengung des Querschnitts des jeweiligen Elements ein weiterer Kugeldurchtritt vermeidbar ist. Diesbezüglich wird insbesondere auf federbeaufschlagte Rücklaufsperren verwiesen, die beim Lösen einer Verbindung zwischen dem Kugelauslass und einem schlauchartigen Element selbsttätig einem Rücklauf der Kugeln entgegenwirken, beispielsweise indem ein federbeaufschlagtes Sperrelement im Bereich eines Endes des schlauchartigen Elements in den Querschnitt eindringt, um einem Austreten der in dem schlauchartigen Element befindlichen Kugeln entgegenzuwirken. Besonders bevorzugt sind Rücklaufsperren, die manuell gelöst werden können, um beispielsweise Kugeln, die sich nach einem Fördervorgang noch in einem von einer Fördereinheit separierten schlauchartigen Element befinden, gezielt in ein Reservoir oder in einen sonstigen Behälter zu entleeren.
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Die Tiefe der in der Spindel ausgebildeten Umfangsnut ist bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen vorzugsweise geringer als der Durchmesser der zu fördernden Kugeln, so dass die zu fördernden Kugeln zwangsläufig gegenüber der Außenkontur der Spindel hervorragen und zumindest teilweise in eine in der Führungsschiene ausgebildete Nut oder ein sonstiges Führungselement der Führungsschiene eingreifen bzw. alternativ eine mit (vorzugsweise geringem) Abstand zur Spindel angeordnete Führungsschiene als Anschlagelement für die tangentiale Bewegungsrichtung der zu fördernden Kugeln einsetzbar ist.
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Wenn die Fördermenge einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erhöht werden soll, können relativ zu der Spindel mehrere Führungsschienen und mehrere Kugelzuläufe angeordnet sein, um Kugeln mit einer einzigen Spindel an verschiedenen Positionen parallel zu verschiedenen Kugelauslässen zu fördern. Alternativ oder in Ergänzung hierzu können auch mehrere Umfangsnuten an einer Spindel ausgebildet werden, so dass sich eine mehrgängige Spindel ergibt. Diesbezüglich wird insbesondere auf die Ausbildung mehrerer wendelförmig ausgebildeter Umfangsnuten mit jeweils gleicher Steigung verwiesen.
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Eine praktische Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Förderung von Kugeln in einer Seitenansicht,
- 2 die in 1 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht,
- 3 ausgewählte Elemente der in den 1 und 2 gezeigten erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Darstellung,
- 4 die ausgewählten Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 3 in einer Ansicht gemäß den Pfeil IV in 3,
- 5 die ausgewählten Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 3 in einer Ansicht gemäß dem Pfeil VI in 3 und
- 6 den in 1 mit VI gekennzeichneten Bereich in einer vergrößerten Schnittdarstellung.
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Im Folgenden wird zunächst anhand der 1 und 2 die grundsätzliche Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 erläutert. Die Vorrichtung 10 dient dazu, in den 1 und 2 nicht dargestellte Kugeln, die in einem externen Vorratsbehälter 12 angeliefert werden mittels einer Fördereinheit 14 von einem in den 1 und 2 nicht erkennbaren Kugelzulauf im unteren Bereich der Fördereinheit 14 zu einem Kugelauslass 16 im oberen Bereich der Fördereinheit 14 zu befördern. Dabei ist in der gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 an den Kugelauslass 16 ein schlauchartiges Element 18 mittels einer Kupplungseinheit 52 angeschlossen, mittels welchem die Kugeln unter Ausnutzung des Antriebs der Fördereinheit 14 von dem Kugelauslass 16 zu einer von dem Kugelauslass 16 entfernten Position gefördert werden, die in den 1 und 2 nicht erkennbar ist, da das schlauchartige Element 18 nicht vollständig dargestellt ist. Das Austrittsende 20 des schlauchartigen Elements 18 ist in den 3 und 5 erkennbar. Die Kupplungseinheit 52 ist als Schnellkupplungsvorrichtung mit einer in 6 im Detail dargestellten Rücklaufsperre ausgebildet, die mittels eines federbelasteten Sperrelements 62 verhindert, dass nach dem Lösen des schlauchartigen Elements 18 von dem Kugelauslass 16 eine Vielzahl von Kugeln 40 aus dem dem Kugelauslass 16 zugewandten Ende des schlauchartigen Elements 18 austreten.
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Ein mit Kugeln gefüllter externer Vorratsbehälter 12 kann, wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, auf einfache Art und Weise in einen Adapter 22 eingesetzt werden, der fest mit der Vorrichtung verbunden ist. Der Adapter 22 ist über eine Platte 24 und eine in der Platte 24 gelagerte Schwenkachse 26 fest mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 verbunden und ermöglicht es, einen in den Adapter 22 eingesetzten externen Vorratsbehälter 12 in einer vorgegebenen und sicheren Bewegung derart um die Schwenkachse 26 zu verschwenken, dass in dem externen Vorratsbehälter 12 befindliche Kugeln (nicht dargestellt) sicher in einen Vorratsbehälter 28 entleert werden. Der um die Schwenkachse 26 kippbare Adapter 22 mit Vorratsbehälter 12 können somit auch als Kippvorrichtung 60 zum sicheren Nachfüllen von Kugeln bezeichnet werden.
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Die Platte 24 ist fest mit dem Vorratsbehälter 28 verbunden. Der Vorratsbehälter 28 ist über weitere Elemente (nicht mit Bezugszeichen versehen) fest der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 verbunden. Der Vorratsbehälter 28 ist Teil eines Reservoirs 30, das sich von der Unterseite des Vorratsbehälters 28 bis zu der Fördereinheit 14 erstreckt und durch welches in dem Vorratsbehälter 28 befindliche Kugeln (nicht dargestellt) unter Ausnutzung der Schwerkraft zu den aus den 3 und 5 ersichtlichen Kugelzulauf 32 befördert werden. Die Richtung der auch als Gravitation bezeichneten Schwerkraft ist in den 1 bis 5 jeweils mit einem Pfeil g gekennzeichnet.
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Als Antriebselement der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Antriebsmotor 34 vorgesehen, mittels welchem eine in den 1-5 nicht dargestellte Welle angetrieben wird, die drehfest mit einer Spindel 36 (vgl. 3 bis 5) verbunden ist. In den 3 und 5 ist die Drehachse 38 der Welle als Strichpunktlinie dargestellt. Zwischen Antriebsmotor 34 und Spindel 36 ist eine nicht dargestellte Rutschkupplung angeordnet, um bei Überschreiten eines bestimmten Drehmomentgrenzwertes ein Weiterdrehen der Spindel 36 zu unterbinden. So wird verhindert, dass die Spindel 36, das schlauchartige Element 18, Kugeln 40 oder sonstige Elemente der Vorrichtung 10 beschädigt werden, wenn es - beispielsweise aufgrund zwischen Spindel 32 und einer Führungsschiene 44 oder innerhalb des schlauchartigen Elements 18 verklemmter Kugeln - zu einer Betriebsstörung kommt.
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Wie aus den 3 und 5 ferner erkennbar ist, ist die Drehachse 38 der Welle gegenüber der Richtung der Schwerkraft g um den Winkel a geneigt, und zwar derart, dass aufgrund der Schwerkraft, die auf im Bereich der Spindel 36 befindliche Kugeln 40 wirkt, eine (auch) horizontal ausgerichtete Kraft zwischen den Kugeln 40 und der Spindel 36 wirkt. Mit anderen Worten ausgedrückt, werden die Kugeln 40 im Bereich der Spindel 36, insbesondere aufgrund der Neigung der Spindel 36, schwerkraftbedingt gegen die Spindel 36 gedrückt. Dies kann auch zusätzlich unterstützt oder ausschließlich bewirkt werden durch eine geeignete Gestaltung einer Umfangsnut 54 in der Spindel 36. In der gezeigten Ausführungsform ist die Neigung der Spindel 36 so gewählt, dass die Kugeln 40 aufgrund der Gestaltung der Umfangsnut 54 und der auf die Kugeln wirkenden Schwerkraft ohne zusätzliche Hilfselemente während der Förderung innerhalb der Umfangsnut 54 der Spindel 32 verbleiben. Dementsprechend können bei dieser Ausführungsform als Führungsschiene 44 zwei einfache quaderförmige Leisten 58a, 58b verwendet werden, deren gegenüberliegende Flächen in einem Abstand a zueinander angeordnet sind, der etwas größer ist als der Durchmesser der zu fördernden Kugeln 40, wobei der Abstand a in der gezeigten Ausführungsform über die gesamte Höhe H der Führungsschiene 44 konstant ist. Zwischen den beiden Leisten 58a, 58b befindet sich daher eine Durchgangsöffnung 48 mit der Höhe H und der Breite a.
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Im Folgenden wird anhand der 3 bis 5 die Zuführung der Kugeln 40 zu dem Kugelzulauf 32 sowie die Förderung der Kugeln 40 innerhalb der Fördereinheit 14 erläutert. In den 3 bis 5 sind zur Erläuterung der Funktionsweise der Fördereinheit 14 nur ein Endabschnitt 42 (in Rollrichtung der Kugeln betrachtet) des Reservoirs 30, die innerhalb der Fördereinheit 14 angeordnete, um die Drehachse 38 drehbar gelagerte Spindel 36, eine in ihrer Position relativ zu der Spindel 36 festgelegte Führungsschiene 44, ein sich an den Kugelauslass 16 anschließendes schlauchartiges Element 18, eine Kupplungseinheit 52 zum Anschluss des schlauchartigen Elements 18 an die Fördereinheit 14 sowie Kugeln 40 dargestellt. Auf die Darstellungen weiterer Elemente wurde in den 3 bis 5 verzichtet.
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Wie aus den 3 bis 5 ersichtlich ist, weist die Spindel 36 eine im Wesentlichen zylindrische Grundform auf. An der Außenseite der Spindel 36 ist eine wendelförmig ausgebildete Umfangsnut 54 vorgesehen, die sich in der gezeigten Ausführungsform über die gesamte Höhe H der Spindel 36 erstreckt und eine konstante Steigung aufweist (siehe 5). Die Erfindung kann auch mit anders ausgebildeten Umfangsnuten realisiert werden, insbesondere mit solchen, die über den Umfang verteilt eine variierende Steigung aufweisen.
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Wie insbesondere aus den 3 und 5 ersichtlich ist, besteht der Endabschnitt 42 des Reservoirs 30 in der gezeigten Ausführungsform aus einer gegenüber der horizontalen in Richtung der Spindel 36 geneigten Schiene 46, auf der die Kugeln 40 in einer Reihe in Richtung Führungsschiene 44 und Kugelzulauf 32 zur Spindel 36 geführt werden. Durch den unteren Bereich der Durchgangsöffnung 48 zwischen den beiden Leisten 58a, 58b rollen die Kugeln 40 schwerkraftbedingt gegen die Spindel 36. Die Spindel 36 wird, wie in 3 durch den Pfeil 50 dargestellt, derart um die Drehachse 38 rotiert, dass sich die Umfangsnut relativ zu einer ortsfesten Stelle, wie beispielsweise der Führungsschiene 44, permanent von unten nach oben bewegt.
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In 5 ist mit der gestrichelten Linie 56 auch die mögliche Gestaltung einer alternativen Ausführungsform einer Führungsschiene 44 dargestellt, die nur im unteren Bereich eine Durchgangsöffnung 48 aufweist und darüber eine Führungsnut. In diesem Fall wären die Leisten 58a, 58b über die durch die gestrichelte Linie 56 dargestellte Rückwand der Führungsnut oberhalb der Durchgangsöffnung 48 miteinander verbunden. Die Rückwand der Führungsnut würde in diesem Fall als Sicherung für die Kugeln 40 gegen Herausfallen aus der Führungsnut 54 dienen.
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Unabhängig davon, ob zwei nicht verbundene Leisten 58a, 58b oder zwei über die Rückwand einer Führungsnut verbundene Leisten 58a, 58b vorgesehen sind, dient eine Seitenfläche der Führungsschiene 44 als Element zur Begrenzung der Bewegung der Kugeln 40 in tangentialer Richtung relativ zur Spindel 36 und gibt so die Bewegungsrichtung der durch die Fördereinheit 14 zu fördernden Kugeln 40 vor. Gelangt eine unmittelbar an der Spindel 36 anliegende Kugel 40 durch Rotation der Spindel 36 in die Umfangsnut 54, wird die Kugel 40 durch weitere Rotation der Spindel 36 nach oben gefördert und kann sich durch die Zwangsführung durch die Führungsschiene 44 in der gezeigten Ausführungsform nur senkrecht nach oben bis zum Kugelauslass 16 bewegen. Am Kugelauslass 16 wird die Kugel 40 dann an das schlauchartige Element 18 übergeben. In diesem bleibt es schwerkraftbedingt an der untersten Position liegen. Wird nach einer weiteren vollständigen Umdrehung der Spindel 36 die nächste Kugel 40 nach oben bis zum Kugelauslass 16 gefördert, wird die unterste, zuletzt von der Spindel 36 an das schlauchartige Element 18 übergebene Kugel 40 in dem schlauchartigen Element 18 durch die nächste Kugel 40 nach oben gedrückt. Somit dient die Spindel 36 sowohl als unmittelbares Antriebselement für die Kugeln 40 innerhalb der Fördereinheit 14 als auch als mittelbares Antriebselement für sämtliche Kugeln innerhalb des schlauchartigen Elements 18.
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Durch kontinuierliche Förderung von Kugeln 40 wie vorstehend beschrieben, bildet sich in dem schlauchartigen Element 18 - wie in 5 gezeigt - ein Stapel von Kugeln 40 bis zum höchstgelegenen Punkt des schlauchartigen Elements 18. Sobald eine weitere Kugel 40 von der Fördereinheit 14 in das schlauchartige Element 18 gefördert wird, wird die vorderste Kugel 40 in dem schlauchartigen Element 18 schwerkraftbedingt durch das Austrittsende 20 aus dem schlauchartigen Element 18 heraus gefördert.
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Der Austritt von Kugeln 40 aus dem schlauchartigen Element 18 und/oder aus dem Kugelauslass 16 sowie der Eintritt von Kugeln 40 in den Kugeleinlass 32 kann durch in den 3 bis 5 nicht dargestellte Sensoren überwacht werden, wobei Sensoren jeder Art (induktiv, optisch etc.) zum Einsatz kommen können. So kann sichergestellt werden, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung einwandfrei funktioniert. Eine automatische Abschaltung kann aktiviert werden, wenn sich durch Auswertung der Ergebnisse von einem oder mehreren Sensoren Widersprüche ergeben, beispielsweise weil keine Kugeln 40 von einem Sensor im Bereich des Austrittsendes 20 erkannt werden, obwohl die Fördereinheit läuft und sichergestellt ist, dass ausreichend Kugeln 40 im Reservoir vorhanden sind. Ebenso kann das Drehmoment der Spindel, insbesondere durch Anordnung einer Rutschkupplung (beispielsweise zwischen dem Antriebselement und der Spindel), begrenzt werden, um eine Schädigung der Spindel bei einer etwaigen Verklemmung von Kugeln 40 innerhalb der Spindel oder in einem sich an die Spindel anschließenden Element (beispielsweise einem schlauchartigen Element) zu vermeiden.
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6 zeigt den in 1 mit VI gekennzeichneten Ausschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 mit der bereits erwähnten Kupplungseinheit 52 und dem Sperrelement 62 in einer Schnittdarstellung. Zu erkennen sind der obere Teil der Spindel 36 im Bereich des Kugelauslasses 16 mit der daran ausgebildeten Umfangsnut 54 sowie einer Welle 64, welche drehfest oder über eine Rutschkupplung mit der Spindel 36 verbunden ist und diese antreibt. Über die Umfangsnut 54 werden mittels der Vorrichtung 10 Kugeln 40 nach oben gefördert und dann in ein sich unmittelbar oberhalb der Spindel 36 anschließendes Kupplungsstück 66 gedrückt, das Teil der Kupplungseinheit 52 ist. In das Kupplungsstück 66 ist von oben das schlauchartige Element 18 eingeführt fest mit dem Kupplungsstück 66 verbunden. In dem Kupplungsstück 66 ist ein Kugelkanal 68 ausgebildet, der sich von der an die Spindel angrenzenden Unterseite bis zur Oberseite erstreckt. Das schlauchartige Element 18 und die Anbindung des schlauchartigen Elements 18 sind so gestaltet, dass in dem Kupplungsstück ein Kugelkanal 68 gebildet ist, der die Kugeln aus der Umfangsnut 54 der Spindel 36 innerhalb des Kupplungsstücks 66 in das schlauchartige Element 18 überführt.
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Das Kupplungsstück 66 kann zusammen mit dem schlauchartigen Element 18 auf einfache Weise von dem Kugelauslass 16 entfernt werden. Dazu ist eine nicht näher dargestellte Schnellkupplungsvorrichtung vorgesehen, bei der im verbundenen Zustand ein federbelastetes Sperrglied (nicht dargestellt) in eine umlaufende Nut 72 des Kupplungsstücks 66 eingreift. Zum Entfernen des Kupplungsstücks 66 mit dem schlauchartigen Element 18 von dem Kugelauslass 16 muss lediglich das Sperrglied aus der Nut 72 herausgefahren und das Kupplungsstück 66 in Richtung des Pfeils 74 abgezogen werden.
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Wie in 6 erkennbar ist, wird das Sperrelement 62 in der gezeigten Ausführungsform mittels einer Feder 70 in Richtung Kugelkanal 68 gedrückt. In 6 ist das Sperrelement 62 in seiner Öffnungsstellung gezeigt. In dieser Stellung ist das Sperrelement 62 gegen die Spannkraft der Feder 70 so weit (nach links oben) ausgefahren, dass in dem Kugelkanal 68 die Kugeln 40 das Sperrelement 62 passieren können. Die Öffnungsstellung des Sperrelements 62 ist in der in 6 gezeigten Position durch das Halteelement 76 vorgegeben, das als Anschlag für eine an dem Sperrelement 62 ausgebildete Betätigungsfläche 78 dient.
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Wird das schlauchartige Element 18 zusammen mit dem Kupplungsstück 66 wie oben beschrieben von dem Kugelauslass 16 in Richtung des Pfeils 74 abgezogen, drückt die Feder 70 das Sperrelement 62 automatisch in den Kugelkanal 68 hinein und verhindert so ein Rücklaufen der Kugeln 40 in Richtung des der Spindel 36 zugewandten Endes des schlauchartigen Elements 18 bzw. des Kupplungsstücks 66.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 12
- externer Vorratsbehälter
- 14
- Fördereinheit
- 16
- Kugelauslass
- 18
- schlauchartiges Element
- 20
- Austrittsende
- 22
- Adapter
- 24
- Platte
- 26
- Schwenkachse
- 28
- Vorratsbehälter
- 30
- Reservoir
- 32
- Kugelzulauf
- 34
- Antriebsmotor
- 36
- Spindel
- 38
- Drehachse
- 40
- Kugeln
- 42
- Endabschnitt
- 44
- Führungsschiene
- 46
- Schiene
- 48
- Durchgangsöffnung
- 50
- Pfeil
- 52
- Kupplungseinheit
- 54
- Umfangsnut
- 56
- gestrichelte Linie
- 58a, 58b
- Leiste
- 60
- Kippvorrichtung
- 62
- Sperrelement
- 64
- Welle
- 66
- Kupplungsstück
- 68
- Kugelkanal
- 70
- Feder
- 72
- Nut
- 74
- Pfeil
- 76
- Halteelement
- 78
- Betätigungsfläche
