DE102021123629B4

DE102021123629B4 - Vorrichtung und verfahren zur vereinzelung von zylindrischen werkstücken

Info

Publication number: DE102021123629B4
Application number: DE102021123629.0A
Authority: DE
Inventors: Jochen Erler; Michael Müller; Tobias MAYER
Original assignee: Erler Automation Robotik GmbH
Current assignee: Erler Automation Robotik GmbH
Priority date: 2021-09-13
Filing date: 2021-09-13
Publication date: 2024-01-04
Anticipated expiration: 2041-09-14
Also published as: DE102021123629A1

Abstract

Vorrichtung zur Vereinzelung von zylindrischen Werkstücken (2) und deren Bereitstellung an einer Entnahmestelle (3), umfassend einen Behälter (1) zur Aufnahme der zylindrischen Werkstücke (2) mit einem Boden (6) und einer umlaufenden Wandung (7), wobei die Entnahmestelle (3) eine Lade (4) ausbildet, welche mit dem Behälter (1) kommuniziert und an einer Vorderkante (5) einen Anschlag aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) um eine Kippachse (9) kippbar ist, welche im Wesentlichen parallel zu der Vorderkante (5) der Lade (4) verläuft und wenigstens einen Aktuator (10) zum Kippen des Behälters (1) um die Kippachse (9) zwischen einer Entnahmelage und einer hinteren Kipplage aufweist, wobei der Boden (6) des Behälters (1) an seiner von der Entnahmestelle (3) abgewandten Seite, vorzugsweise in einem Viertelrund (12), aufwärts gebogen verläuft.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vereinzelung von zylindrischen Werkstücken und deren Bereitstellung an einer Entnahmestelle, umfassend einen Behälter zur Aufnahme der zylindrischen Werkstücke mit einem Boden und einer umlaufenden Wandung, wobei die Entnahmestelle eine Lade ausbildet, welche mit dem Behälter kommuniziert und an einer Vorderkante einen Anschlag aufweist, sowie ein solches Verfahren.
Eine solche Vorrichtung und ein Vereinzelungsverfahren für zylindrische Werkstücke ist bereits aus der DE 18 18 689 U vorbekannt. Ferner ist in diesem Zusammenhang auf die EP 2 070 846 A1 zu verweisen.
Auch in der CN 1 12 177 131 A ist eine Vorrichtung zur Vereinzelung von zylindrischen Werkstücken beschrieben. Hierbei wird ein Lager mit rohrförmigen Werkstücken mit einem durchgehend abschüssigen Boden ausgebildet, welches eine Durchlassöffnung aufweist, durch welche die Werkstücke einzeln aus dem Lager herausrollen können. Um sicherzustellen, dass jeweils lediglich ein Werkstück auf einmal in den nachfolgenden Bearbeitungsprozess gelangt, ist ein Drehkreuz vorgesehen, welches jeweils bei jedem Drehschritt ein weiteres Werkstück passieren lässt.
Eine ähnliche Lösung sieht die KR 10 1 025 854 B1 vor, wobei allerdings das Lager einen höhenverstellbaren Boden aufweist. Entsprechend befindet sich die Entnahmestelle oben an der umlaufenden Wandung des Behälters und es rutschen infolge einer Anhebung des auch hier abschüssigen Bodens mehrere Werkstücke in eine Zuführung, in der wiederum eine Vereinzelung stattfindet.
Die CN 2 04 607 098 U stellt eine Zwischenlösung zwischen diesen beiden Möglichkeiten dar. Sie sieht einen kippbaren Boden an dem Behälter vor, welcher in einer Kipplage ein Ausfallen eines Werkstücks in eine Aufnahme erlaubt, bevor der Boden wieder in seine geschlossene Ausgangslage zurückkehrt.
All diese Schriften haben gemein, dass die Werkstücke über eine abschüssige Rampe in Richtung einer Entnahme geleitet werden. Zudem sehen die KR 10 1 025 854 B1 und die CN 2 04 607 098 U vor, dass eine Bewegung des Bodens die Werkstücke im Zweifelsfall auch wieder aus einer Blockade lösen kann, wenn sich diese im Auslassbereich verklemmen. Für diesen Fall sieht etwa auch die JP 5 874 446 B2 eine Lösung vor, bei welcher die Wandung des Behälters oberhalb einer untersten Schicht von Werkstücken nach innen gedrückt werden kann, mit dem Effekt, dass auch hier ein Verklemmen vermieden werden kann.
Auf die CN 1 06 185 253 B , die KR 10 1 274 587 B1 , die EP 3 351 316 A1 und die DE 143 043 A ist in diesem Zusammenhang ergänzend zu verweisen.
Speziell für eine Anwendung, in welcher ein einzelnes zylindrisches Werkstück für eine Entnahme bereitgelegt werden soll, stellt der Stand der Technik jedoch keine zufriedenstellende, einfache Lösung zur Verfügung. Im Fall von starren Behältern besteht das Problem, dass sich die Werkstücke darin verklemmen können, was insbesondere bei einer Lagerung der Werkstücke in mehreren Schichten zu besorgen ist. In einem solchen Fall muss händisch eingegriffen werden und eine automatisierte Fertigungsstellung muss hierdurch manuell überwacht werden. Im Fall, dass Wand- oder Bodenteile des Behälters beweglich gebildet werden, ist mit einem ganz erheblichen konstruktiven Aufwand zu rechnen. Diese beweglichen Teile sind ihrerseits fehleranfällig und es muss damit gerechnet werden, dass sich in den beweglichen Behälterteilen wiederum Werkstücke verklemmen können.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine gleichermaßen einfache und kostengünstige, jedoch in sich sicher funktionierende Lösung anzubieten, welche eine zuverlässige Vereinzelung von Werkstücken gewährleistet.
Dies gelingt durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, sowie durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 9. Sinnvolle Ausgestaltungen sowohl der Vorrichtung als auch des Verfahrens können den sich jeweils anschließenden abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
Erfindungsgemäß umfasst eine Vorrichtung zur Vereinzelung von zylindrischen Werkstücken und deren Bereitstellung an einer Entnahmestelle einen Behälter zur Aufnahme der zylindrischen Werkstücke mit einem Boden und einer umlaufenden Wandung, wobei die Entnahmestelle eine Lade ausbildet, welche mit dem Behälter kommuniziert und an einer Vorderkante einen Anschlag aufweist, wobei der Behälter um eine Kippachse kippbar ist, welche im Wesentlichen parallel zu der Vorderkante der Lade verläuft und wenigstens einen Aktuator zum Kippen des Behälters um die Kippachse zwischen einer Entnahmelage und einer Kipplage aufweist.
Zur Bestückung des Behälters werden die Werkstücke in diesen eingelegt und hierbei zumindest grob so ausgerichtet, dass ihre Längsachse parallel zu der Vorderkante der Lade liegt. Der Behälter kann aufgrund seiner umlaufenden Wandung hierbei in mehreren Schichten gefüllt werden, wobei die Werkstücke aufgrund ihrer runden Form selbst eine stabile Lage finden. Eine Vorderwand kann hierbei eine Abgrenzung des Behälters darstellen, wobei die Werkstücke durch eine unterhalb der Vorderwand in die Lade mündende Durchgangsöffnung in die Entnahmestelle rollen können. Hierbei kann es passieren, dass etwa die Werkstücke der zweiten Schicht an der Vorderwand anliegen und die Werkstücke der ersten Schicht durch die dichte Packung der Werkstücke zurückhalten. Lediglich ein erstes anstehendes Werkstück kann dann aus der Lade entnommen werden und kein Werkstück kann in einem solchen Fall mehr nachrollen. In diesem Moment kann der Behälter im Ganzen nach hinten so weit in die Kipplage gekippt werden, dass der Boden von der Entnahmestelle aus von der Vorderwand weg abfällt. Die Werkstücke rollen nun nach hinten und orientieren sich neu. Indem der Behälter anschließend wieder nach vorne gekippt wird, also in die Entnahmelage zurückgebracht wird, in welcher die Werkstücke von selbst zur Entnahmestelle rollen. Die Entnahmestelle in der Lade ist vorzugsweise so gebildet, dass sie genau ein Werkstück aufnehmen kann. Wenigstens ein weiteres Werkstück steht hierdurch wieder an der Entnahmestelle zur Entnahme bereit.
Eine solche Lösung eignet sich insbesondere zur Verwendung für eine Bestückung eines Werkstücktabletts durch einen Roboterarm. Eine solche Bestückung ist üblich, um Rohlinge für Bohrer bereitzustellen, wobei ein Roboterarm hierfür jeweils ein liegendes Werkstück greift, in eine aufrechte Position dreht und dann in einem Tablett mit zylindrischen Ausnehmungen platziert. Um sicherzustellen, dass immer ein liegendes, greifbares Werkstück ansteht, wird die vorliegende Erfindung eingesetzt.
Vorteilhaft ist es auch bei der vorliegenden Erfindung, wenn der Boden des Behälters in der Entnahmelage ausgehend von der Entnahmestelle ansteigt. Hierdurch rollen die Werkstücke in der Entnahmelage des Behälters von selbst in eine Position an der Entnahmestelle, so dass ein Roboterarm dort zugreifen und ein weiteres Werkstück entnehmen kann.
In weiterer konkreter Ausgestaltung kann der Boden des Behälters an seiner von der Entnahmestelle abgewandten Seite, vorzugsweise in einem Viertelrund, aufwärts gebogen verlaufen. Sofern der Behälter in einer Art geformt ist, dass ein durchgehend gerader Boden gebildet ist, kann es vorkommen, dass durch ein Zurückkippen im Extremfall keine Bewegung in der Masse der Werkstücke stattfindet. Trotz gefülltem Behälter wäre es dann möglich, dass kein Werkstück zur Entnahmestelle gelangt und es müsste händisch in den Prozess eingegriffen werden. Durch ein Aufwärtsbiegen des Bodens, vorzugsweise in einem Viertelrund, wird sichergestellt, dass die Zeilenlängen der verschiedenen Schichten sich durch das Kippen verändern, so dass auf jeden Fall wenigstens ein Werkstück an vorderster Stelle seine Position verändert. Ein an der Entnahmestelle anstehendes Werkstück bei der Rückkehr des Behälters in die Entnahmelage ist damit sichergestellt.
Weiter kann eine Vorderwand der den Behälter umgebenden, umlaufenden Wandung mit der Lade eine Durchgangsöffnung bilden, welche den Eintritt von Werkstücken in die Lade lediglich einschichtig erlaubt. Dies unterstützt die Vereinzelung und verbessert den Zugriff eines Roboterarms auf das vereinzelte Werkstück.
Mit besonderem Vorteil können Mittel zur Erfassung der Anwesenheit eines Werkstückes in der Lade, insbesondere in Form einer Lichtschranke, angeordnet sein. So lange im Prozess immer wieder Werkstücke in die Entnahmestelle nachrücken, kann in einem solchen Fall auf eine Änderung der Kipplage verzichtet werden. Erst wenn innerhalb einer ausreichenden Nachrückzeit kein Werkstück mehr nachrückt, würde der Kippvorgang mit einem Verlegen des Behälters in seine Kipplage und einem anschließenden Zurückkehren in die Entnahmelage durchgeführt, um ein Nachrücken des nächsten Werkstücks sicherzustellen.
Weiter kann die Lade wenigstens eine Ausnehmung aufweisen, in welcher ein Greifarm eines Roboterarms das Werkstück umfassen kann. Eine solche Ausnehmung kann etwa ein senkrechter Schlitz sein, durch welchen ein an dem Roboterarm montierter schmaler Greifer sich nähern, das Werkstück von zwei Seiten umschließen und es anheben kann, ohne einen Teil des Behälters zu greifen.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn der Behälter in der Entnahmelage in Richtung der Entnahmestelle gekippt ist. Neben einem in sich abschüssigen Boden kann es bereits ausreichen, wenn der Boden die Entnahmestelle gerade fortsetzt, jedoch der gesamte Behälter in der Entnahmelage leicht nach vorne gekippt ist. Nachdem die Kipplage des Behälters sich ohnehin ändert, erleichtert dies die Herstellung des Behälters. Dieser kann dadurch auch als austauschbarer, also von einer Verankerung lösbarer Behälter gestaltet sein, in welchem die Werkstücke bereits angeliefert werden können. In einem solchen Fall kann der vollständig entleerte Behälter von seiner Lagerung gelöst und durch einen direkt bei der Herstellung der Werkstücke bereitgestellten gleichartigen, aber mit Werkstücken gefüllten Behälter getauscht werden. Die Befestigung kann hierbei mit einer Entnahmesicherung versehen sein, welche etwa durch eine Druckbetätigung geöffnet werden kann, so dass ein werkzeugloser Austausch ermöglicht wird.
Konkret kann der Aktuator ein Hubzylinder, vorzugsweise ein hydraulischer oder pneumatischer Hubzylinder, oder ein Elektromotor, vorzugsweise ein Spindelantrieb, sein. Bevorzugt wird ein hydraulischer Antrieb, weil dieser sowohl schnell ist als auch die erforderliche Kraft aufbringen kann, selbst Behälter mit größeren Werkstücken als Bohrerrohlingen sicher zu bewegen.
Weiter kann der Behälter auf wenigstens einem feststehenden Stempel ruhen und über die Kippachse mit dem Behälter verbunden sein, wobei dem Stempel eine Wägeeinrichtung zugeordnet ist. Mit einer solchen Wägeeinrichtung kann, sofern das Leergewicht des Behälters bekannt ist, rechtzeitig signalisiert werden, wenn ein Behälter leer wird und geprüft werden, ob eine Verklemmung eingetreten ist oder keine Werkstücke mehr zur Verfügung stehen, sollte festgestellt werden, dass kein Werkstück mehr ansteht.
In einem bevorzugten, vorgeschalteten Verfahrensschritt kann der Behälter nach seinem Befüllen zur gleichsinnigen, achsparallelen Ausrichtung der Werkstücke wenigstens einmal um seine Kippachse in die Kipplage und wieder zurück in die Entnahmelage gekippt werden. Hierdurch wird direkt eingangs des Verfahrens sichergestellt, dass die Werkstücke achsparallel ausgerichtet sind und dass keine spätere Blockierung erfolgt. Insbesondere bei einem mehrfachen Kippen kann dies sichergestellt werden. Es ist hierbei auch möglich, Mittel vorzusehen, welche ein manuelles Kippen des Behälters durch Bedienpersonal ermöglicht, so dass dieses prüfen und sicherstellen kann, dass der Behälter gemäß den genannten Vorgaben mit Werkstücken bestückt ist.
Die vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen

1 einen erfindungsgemäßen Behälter in seiner Entnahmelage mit Werkstücken, welche in ihrer Position verklemmt sind und kein Einrollen eines weiteren Werkstücks zulassen,
2 den Behälter gemäß 1 in einer Kipplage, in welcher die Werkstücke im Behälter aufgrund der Schwerkraft und der Behälterform neu angeordnet werden, sowie
3 den Behälter gemäß 1, abermals in seiner Entnahmelage, wobei die Werkstücke nun wieder zur Entnahme an einer Entnahmestelle des Behälters anliegen.

1 zeigt einen Behälter 1, in welchem zylindrische Werkstücke 2 aufgeschichtet sind. Die Werkstücke 2 füllen hierbei den ganzen Boden 6 des Behälters 1 bis zu einer Lade 4, an deren Vorderkante 5 eine Entnahmestelle 3 beispielsweise für einen Roboterarm ausgebildet ist, welcher nicht zur Erfindung gehört und hier nicht näher dargestellt ist. Weil die zweite Schicht von Werkstücken 2 an einer Vorderwand 8 einer umlaufenden Wandung 7 des Behälters 1 anstößt und so mit der darunterliegenden ersten Schicht verzahnt ist, dass die Werkstücke 2 der ersten Schicht trotz einer hier nicht dargestellten Schräglage des Behälters in Richtung der Entnahmestelle 3 in diese einrücken können, wird der auf einem Stempel 11 ruhende, aber über eine Kippachse 9 an dem Stempel kippbare Behälter 1 mithilfe eines Aktuators 10, etwa eines Hydraulikzylinders, zunächst wie in 2 gezeigt nach hinten gekippt.
2 veranschaulicht hierbei, dass die Werkstücke 2 sich durch das Kippen in die hintere Kipplage von der Vorderwand 8 wegbewegen und neu anordnen. Die neue Anordnung wird hierbei durch ein Viertelrund 12 begünstigt, welches an dem von der Entnahmestelle 3 gegenüberliegenden Ende des Behälters gebildet ist. Hierdurch weist der Behälter in jeder Höhe eine andere Länge auf, so dass die Werkstücke 2 sich zwangsläufig neu anordnen müssen und sich die Verklemmung im Bereich einer Durchgangsöffnung 13 zwischen dem Boden 6 des Behälters 1 und der Vorderwand 8 löst.
Wird der Behälter 1 aufgrund einer weiteren Betätigung des Aktuators 10 in umgekehrter Richtung wieder in die leicht nach vorn geneigte Entnahmelage zurückversetzt, wie dies in 3 gezeigt ist, so ist zumindest vorübergehend die Verklemmung der Werkstücke aufgehoben und ein erstes Werkstück 2 kann sogleich wieder zur Entnahme an die Entnahmestelle 3 vorrücken, wo es an der Vorderkante 5 anschlägt und dort etwa von dem eingangs angesprochenen Roboterarm gegriffen werden kann. Gegebenenfalls kann ein weiteres Werkstück direkt nachrücken, was bedarfsweise durch eine hier nicht dargestellte Lichtschranke in der Lade 4 detektiert werden kann. In diesem Fall kann zunächst ein weiteres Kippen entfallen. Ohne Detektion oder im Fall dass eine weitere Verklemmung eintritt, wird der Kippvorgang wiederholt.
Vorstehend beschrieben ist somit eine gleichermaßen einfache und kostengünstige, jedoch in sich sicher funktionierende Lösung, welche eine zuverlässige Vereinzelung von Werkstücken gewährleistet.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: Behälter
2: Werkstück
3: Entnahmestelle
4: Lade
5: Vorderkante
6: Boden
7: Wandung
8: Vorderwand
9: Kippachse
10: Aktuator
11: Stempel
12: Viertelrund
13: Durchgangsöffnung

Claims

Vorrichtung zur Vereinzelung von zylindrischen Werkstücken (2) und deren Bereitstellung an einer Entnahmestelle (3), umfassend einen Behälter (1) zur Aufnahme der zylindrischen Werkstücke (2) mit einem Boden (6) und einer umlaufenden Wandung (7), wobei die Entnahmestelle (3) eine Lade (4) ausbildet, welche mit dem Behälter (1) kommuniziert und an einer Vorderkante (5) einen Anschlag aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) um eine Kippachse (9) kippbar ist, welche im Wesentlichen parallel zu der Vorderkante (5) der Lade (4) verläuft und wenigstens einen Aktuator (10) zum Kippen des Behälters (1) um die Kippachse (9) zwischen einer Entnahmelage und einer hinteren Kipplage aufweist, wobei der Boden (6) des Behälters (1) an seiner von der Entnahmestelle (3) abgewandten Seite, vorzugsweise in einem Viertelrund (12), aufwärts gebogen verläuft.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (6) des Behälters (1) in der Entnahmelage ausgehend von der Entnahmestelle (3) ansteigt.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorderwand (8) der den Behälter (1) umgebenden, umlaufenden Wandung (7) mit der Lade eine Durchgangsöffnung (13) bildet, welche den Eintritt von Werkstücken (2) in die Lade (4) lediglich einschichtig erlaubt.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erfassung der Anwesenheit eines Werkstückes (2) in der Lade (4), insbesondere in Form einer Lichtschranke, angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lade (4) wenigstens eine Ausnehmung aufweist, in welcher ein Greifarm eines Roboterarms das Werkstück (2) umfassen kann.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) in der Entnahmelage in Richtung der Entnahmestelle (3) gekippt ist.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10) ein Hubzylinder, vorzugsweise ein hydraulischer oder pneumatischer Hubzylinder, oder ein Elektromotor, vorzugsweise ein Spindelantrieb, ist.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) auf wenigstens einem feststehenden Stempel (11) ruht und welcher über die Kippachse (9) mit dem Behälter (1) verbunden ist, wobei dem Stempel (11) eine Wägeeinrichtung zugeordnet ist.
Verfahren zur Vereinzelung von zylindrischen Werkstücken (2) und deren Bereitstellung an einer Entnahmestelle (3), wobei die zylindrischen Werkstücke (2), vorzugsweise achsenparallel, in einem Behälter (1) mit einer umlaufenden Wandung (7) bereitgestellt werden, wobei eine Entnahmestelle (3) eine mit dem Behälter (1) kommunizierende Lade (4) ausbildet und ein Roboterarm in die Entnahmestelle (3) eingreift und ein in dieser anstehendes Werkstück (2) entnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, dass kein Werkstück (2) in der Entnahmestelle (3) ansteht, der Behälter (1) mittels eines Aktuators (10) um eine parallel zu einer Vorderkante (5) der Entnahmestelle (3) verlaufende Kippachse (9) aus einer Entnahmelage in eine hintere Kipplage und wieder zurück in die Entnahmelage gekippt wird, wobei der Boden (6) des Behälters (1) an seiner von der Entnahmestelle (3) abgewandten Seite, vorzugsweise in einem Viertelrund (12), aufwärts gebogen verläuft.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Prüfung, ob ein Werkstück (2) an der Entnahmestelle (3) ansteht, dieser zugeordnete Mittel zur Erfassung eines anstehenden Werkstücks (2), insbesondere eine Lichtschranke, abgefragt werden.
Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) nach seinem Befüllen zur gleichsinnigen, achsparallelen Ausrichtung der Werkstücke (2) wenigstens einmal um seine Kippachse (9) in die hintere Kipplage und wieder zurück in die Entnahmelage gekippt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt des Befüllens durch Wiegen des Behälters (1), vorzugsweise mithilfe einer einem Stempel (11) des Behälters (1) zugeordneten Wägeeinrichtung, festgestellt wird.