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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vereinzeln von Schüttgut, insbesondere im medizinischen Bereich, sowie ein System zum Vereinzeln von Schüttgut mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Bei der automatisierten Produktion müssen Roboter häufig Einzelteile, z.B. Werkstücke, aufnehmen. Da diese Einzelteile oder Werkstücke meist als Schüttgut vorgehalten werden, ist eine definierte Aufnahme einzelner bestimmter Werkstücke aus einer Vielzahl einander überlagernder Werkstücke nur schwer möglich.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Probleme des Stands der Technik abzumildern oder gar ganz zu beseitigen und insbesondere eine Vorrichtung zur einfachen Handhabung von Werkstücken, insbesondere zur Vereinzelung von Werkstücken zu schaffen, welche eine einzelne Aufnahme bestimmter Werkstücke vereinfacht.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Demnach ist eine Vorrichtung zum Vereinzeln von Schüttgut vorgesehen, mit einer Fördereinrichtung in Form einer rotierbaren Walze, welche eine oder mehrere Aufnahmen zum vereinzelten Fördern des Schüttguts aus einem Vorhaltebereich für Schüttgut aufweist und dazu ausgelegt ist, bei einer Rotation der Walze Schüttgut mittels der einen oder mehreren Aufnahmen vereinzelt aus dem Vorhaltebereich zu einer Ablagefläche zu fördern.
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In die Aufnahmen der Walzen passt nur eine begrenzte Anzahl von Werkstücken aus dem Schüttgut, z.B. zwischen zwei und zehn Stücke. Diese werden durch die Rotation der Walze aus dem Vorhaltebereich in der Aufnahme entnommen und zu einer Ablagefläche gefördert. Die Anzahl der mit jedem Förderungsschub auf die Ablagefläche geförderten Werkstücke entspricht somit beispielsweise der Anzahl der in einer Aufnahme der Walze aufgenommenen Werkstücke. Mit anderen Worten kann der Vorgang des Vereinzelns bedeuten, dass aus einer größeren Menge an Schüttgut eine geringere Anzahl weitergefördert wird. So kann beispielsweise jeweils nur ein Werkstück weitergefördert werden. Alternativ kann die Anzahl der weitergeförderten Werkstücke auch in einem vordefinierten Bereich, beispielsweise 1 bis 10 Werkstücke, beispielswweise 2 bis 5 Werkstücke, liegen. Eine Vereinzelung kann darin bestehen, dass die Anzahl der Werkstücke im Vorhalteberecih bei einem Förderungsschub um wenigstens 2 reduiziert wird.
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Die Walze kann mehrere Aufnahmen, insbesondere 2 bis 6 Aufnahmen, insebsondere vier Aufnahmen, zum vereinzelten Fördern des Schüttguts aus dem Vorhaltebereich aufweisen. So kann z.B. bei einer Rotation um 90° der Walze jeweils eine Aufnahme beladen bzw. geleert werden.
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In der Praxis hat es sich als gezeigt, dass die Vereinzelung unterstützt wird, wenn die Walze eine odere mehrere Oberflächenstrukturen, insbesondere in Form von Vorsprüngen und / oder Vertiefungen, aufweist. Damit kann eine gleichmäßige Fördermenge des Schüttguts sichergestellt werden.
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Hierbei können sich die Oberflächenstrukturen der Walze beispielsweise zumindest teilweise entlang des Außenumfangs, beispielsweise die Mantelfläche der Walze ringförmig umlaufend, der Walze erstrecken und / oder es können mehrere Oberflächenstrukturen parallel zueinander angeordnet sein.
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Um den Druck des Schüttguts auf die Walze zu reduzieren, kann zwischen der Walze und dem Vorhaltebereich ein Begrenzungselement, beispielsweise in Form einer Staumauer oder einer durchgehenden oder unterbrochenen Wandung, vorgesehen sein, welches den Zufluss des Schüttguts zu der Walze begrenzt bzw. ein kontrolliertes Nachrutschen des Schüttguts ermöglicht. Eine Öffnung in dem Begrenzungselement kann so gegenüber der Aufnahme in der Walze angeordnet sein, dass das Schüttgut entlang der Wandung in Richtung der Aufnahme führbar ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist mindestens ein Sensor, beispielsweise in Form einer Lichtschranke, einer Kamera, einem Hallsensor, oder eines anderen Sensors, der die Bewegung einer Walze erkennbar macht, vorgesehen. Der Sensor kann vewendet werden, um die Bewegung der Walze zu überwachen. Dazu kann der Sensor mit einer Steuereinheit verbunden sein, der ein Signal des Sensors verarbeitet. Die Steuerungseinheit kann dazu ausgelegt sein, die Bewegung der Walze einzustellen und ggf. zu stoppen.
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Die Steuereinheit kann einen Mikroprozessor aufweisen und kann mittel einer Datensignalleitung mit dem Sensor und einer weiteren Datensignalleitung mit der Walze oder einem Walzenatrieb verbunden sein.
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Um die Aufnahme der Werkstücke aus dem Vorhaltebereich durch die Walze zu vereinfachen, kann mindestens eine Aufnahme der Walze mindestens eine gekrümmte oder bogenförmige Kontur aufweisen, sodass eine schaufelförmige Aufnahme gebildet wird. Mit einer derart ausgestalteten Aufnahme können die Werkstücke besonders leicht aufgenommen werden können.
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Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein System mit mindestens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Vereinzeln von Schüttgut sowie einem mit dieser Vorrichtung verbindbaren oder verbundenen Vorhaltebereich für Schüttgut, vorzugsweise in Form eines Kastens oder Behälters, und einer Fördereinrichtung, vorzugsweise in Form einer Rutsche oder eines Förderbands, welche dazu ausgelegt ist, das vereinzelte Schüttgut von der rotierbaren Walze zu der Ablagefläche zu transportieren.
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Der Vorhaltebereich für Schüttgut kann derart in einem Winkel zur Horizontalen angeordnet sein, dass sich in dem Vorhaltebereich enthaltenes Schüttgut aufgrund der Schwerkraft hin zu der Walze bewegt.
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Die Vorrichtung kann eine Winkeleinstellmechanismus aufweisen zum Verändern des Winkels zur Horizontalen. Dabei kann es sich um eine Verkippmechanismus oder einen Rotationsmechanismus mit einem stufenlosen oder gestuften Fixierungsmechanismus handeln. Der Winkelverstellmechanismus kann manuell oder automatisch mittels eines Motors betätigbar sein.
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Gemäß einer Ausführungsform sind mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen vorgesehen, welche dazu ausgelegt sind, Schüttgut auf eine gemeinsame Ablagefläche zu fördern. Alternativ kann auch jeder Vorrichtung eine eigene Ablagefläche zugeordnet sein.
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In anderen Worten ausgedrückt, kann die Erfindung wie folgt beschrieben werden:
- Zur Vereinzelung von Werkstücken ist eine Walzanordnung vorgesehen. Die Walze ist dabei um ihre Längsachse drehbar gelagert. An der Mantelfläche sind eine oder mehrere Aufnahmen , vorzugsweise vier, ausgebildet, die sich über einen Teilabschnitt in Längs- und Umfangsrichtung erstrecken. Die Vertiefungen sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine kleine Anzahl von Werkstücken, vorzugsweise 4 - 6 oder 8 - 10 Werkstücke je nach gewünschter Option, gleichzeitig in einer Vertiefung aufgenommen werden können.
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Bei der oder den Aufnahmen kann es sich um Vertiefungen handeln.
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Bei den Aufnahmen kann sich auch um beispielsweise an und abstellbare magnetische Bereich auf der Walze handeln, wobei die magnetische Kraft angeschaltet bzw. akiviert wird wenn sich die Aufnahme dem Vorhaltebereich nähert und abgeschaltet wird, wenn das vereinzelte Stückgut in die Fördererinrichtung abzugeben ist.
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Bei der oder den Aufnahmen kann es sich um passive Greiffunktionen handeln. Bei den Aufnahmen kann sic auch um eine rechenförmige Aufnahme handeln. Anhand dem Beispiel einer Schraube als Schüttgut kann ein Rechen eingesetzt werden, der bei einer Rotation der Walze durch das Schüttgut bewegt wird un der Abstand der Zinken des Rechens, an den Durchmesser des Schafts derart angepasst ist, dass der Schaft durch den Abstand rutscht während der Kopf der Schraube dafür zu breit ist. Bei der Rotation der Walze können dann die Schrauben aus dem Rechner wegen der Schwerkraft aus dem Rechen fallen.
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Die aufzunehmenden Werkstücke werden in einem Behälter vorgehalten. Der Behälter ist in einem verstellbaren Winkel aufgehängt, so dass die in dem Behälter liegenden Werkstücke zu der Seite des Behälters rutschen, an welcher die Walze angeordnet ist.
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Die Walze ist beipielsweise mittels eines Schrittmotors drehbar, beispielsweise über Rillenkugellager, aufgehängt, so dass vorzugsweise je Schritt eine Drehung um 90 Grad stattfindet. Die Aufnahmen bzw. Vertiefungen weisen gemäß einer Ausführungsform eine schaufelartige Form auf, so dass die Unterseite bogenförmig und / oder mit Zähnen bewehrt ist. Durch diese Bogenform können die Werkstücke leicht bei einer Drehung der Walze aufgenommen werden.
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Die Walze nimmt in ihrer Vertiefung eine kleine Anzahl an Werkstücken aus dem Behälter auf und kippt die Werkstücke anschließend, nach einer Drehung um beispielsweise 180 Grad oder mehr, auf eine beispielsweise unterhalb der Walze angeordnete Fördereinrichtung, z.B. Förderkanal/Förderrutsche.
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Die Drehung der Walze kann über Sensoren, beispielsweise eine Lichtschranke oder einen anderen der ober beschriebenen Sensoren, die über beispielsweise Fortsätze am Umfang der Walze ausgelöst wird, überwacht werden.
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Sicherheitstechnisch sind können hier keine besonderen Maßnahmen zu treffen sein, da vorzugsweise aufgrund einer Einhausung der Vorrichtung ein Einklemmen eines Fingers etc. nicht möglich ist oder beispielsweise im schlimmsten Fall zu einem Durchdrehen des Schrittmotors mit anschließender Abschaltung führt. Mit anderen Worten kann der Motor bei einem Widerstand der jenseits eines Grenzwertes liegt, durcdrehen.
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Die Walze selbst hat neben den beispielhaft genannten vier Aufnahmen bzw. Vertiefungen für die Materialaufnahme vorzugsweise eine oder mehrere weitere kleinere Oberflächenvertiefungen, die das Schüttgut gleichmäßig verteilen, um eine konstante Fördermenge zu erzielen.
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Vor der Walze bzw. den Walzen kann beispielsweise eine Staumauer aufgebaut, sein welche das Schüttgut in dem Vorhaltebereich zurückhält. Die Staumauer ist lediglich schwerkraftgelagert und hält das Schüttgut zum Großteil zurück, um den Druck auf die Walzen zu reduzieren. Vorzugsweise kann die Staumauer zumindest eine oder mehrere flexible Element, insbesonder Bürsten, insbesondere Streifenbürsten, aufweisen. Durch die Verwendung von flexiblen Elementen kann ein Verklemmen des Schüttguts verhindert werden. Die Streifenbürste kann dabei aus Kunststoffborsten-Reihen ausgebildet sein. Das flexible Element kann dabei an der Staumauer montiert sein. Dadurch können die Behälter vollständig mit Schüttgut aufgefüllt werden und die Walzen fördern konstant bis zum Ende das Material heraus.
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Nach einer Weiterbildung kann das System zudem eine Einheit aufweisen, welche die Werkstücke weiterverarbeitet. Dabei kann das System insbesondere eine Presseinheit aufweisen. Die Weiterverarbeitungseinheit, bzw. Presseinheit kann dabei eine Einheit sein, welche einen Arbeitsschritt ausführt, welcher der Vereinzelung von Schüttgut nachgelagert ist.
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Nach einer Weiterbildung des Systems kann die Presseinheit eine Aufnahmeeinheit aufweisen, in welche die nun vereinzelten Werkstücke eingestezt werden können. Die Aufnahmeeinheit kann dabei insbesondere als eine Palette ausgebildet sein, so dass die Lage jedes Werkstücks nach dem Einsetzen definiert ist.
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Nach einer Weiterbildung kann die Weiterverarbeitungseinheit zumindest einen Sicherungsmechanismus aufweisen, mittels welchem eine Manipulation eines Arbeitsraums, insbesondere eines Pressraums verhindert wird. Eine Manipulation des Arbeitsraums kann dabei insbesondere ein unbefugter Eingriff von außerhalb des Arbeitsraums darstellen.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, bzw System ist es möglich Werkstücke mittels eines automatisierten Prozesses leicht zu bearbeiten. Insbesondere ist es möglich, die Förderung und Verarbeitung durch einen Roboter zu erleichtern. Durch die gezielte Vereinzelung der Werkstücke können diese beispielsweise mittels eines Roboters definiert ergriffen und der Weiterverarbeitung zugeführt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Effekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren, in welchen gleiche oder ähnliche Bauteile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Hierbei zeigt
- 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Walze und einem Vorhaltebereich für Schüttgut;
- 2a und 2b jeweils eine Walze gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 3 ein erfindungsgemäßes System gemäß einer Ausführungsform;
- 4 eine erfindungsgemäße Presseinheit gemäß einer Ausführungsform; und
- 5 ein erfindungsgemäßes System mit mehreren erfindungsgemäßen Vorrichtungen.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Vereinzeln von Schüttgut mit einer Fördereinrichtung in Form einer rotierbaren Walze 2, welche eine oder mehrere Aufnahmen 3 zum vereinzelten Fördern des Schüttguts aus einem Vorhaltebereich 4 für Schüttgut aufweist und dazu ausgelegt ist, bei einer Rotation der Walze 2 in Pfeilrichtung Schüttgut mittels der einen oder mehreren Aufnahmen 3 vereinzelt aus dem Vorhaltebereich 4 zu einer Ablagefläche zu fördern.
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Der Zufluss von Schüttgut aus dem Vorhaltebereich 4 zu der Walze 2 wird durch eine Staumauer 5 begrenzt bzw. reguliert.
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2a zeigt eine Walze 2 mit Aufnahmen 3 zur Förderung von Schüttgut. Wie in 2b gezeigt, kann die Walze 2 an ihrer Außenumfangsfläche Oberflächenstrukturen 6 aufweisen, welche eine besonders konstante Förderung von Schüttgut ermöglichen. Die Oberflächenstrukturen 6 können Vertiefungen und / oder Vorsprünge umfassen.
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Die Aufnahmen 3 weisen in dieser Ausführungsform an einer Kontur mehrere bogenförmige Aussparungen auf, wodurch eine Mehrzahl an Vorsprüngen 8 nach Art der Zähne einer Baggerschaufel gebildet wird. Durch diese Ausgestaltung wird eine besonders verlässliche Aufnahme des Schüttguts gewährleistet.
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3 zeigt ein erfindungsgemäßes System mit einer Walze 2, einem durch einen Behäter 9 gebildeten Vorhaltebereich 4 für Schüttgut und eine Fördereinrichtung in Form einer Rutsche 10, auf welcher die einzelnen Werkstücke zu einer Ablagefläche geleitet werden.
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4 zeigt eine erfindungsgemäße Presseinhei 12t, welche als Teil des erfindungsgemäßen Systems ausgebildet sein kann. Um sowohl die Handgriffe, welche durch einen Mitarbeiter vorgenommen werden müssen, als auch die Montage möglichst standardisiert zu halten, wird durch die Presseinheit ein automatisierter Pressschritt unterstützt.
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Wie in 4 gezeigt, kann die Presseinheit einen Kolben 13 aufweisen, welcher beispielsweise mittels eines Linearmotors bewegt wird. Die nun vereinzelten Werkstücke können nun mittels eines Roboters definiert aufgenommen und in eine Palette 14 gesetzt werden. Diese Palette kann linear verschiebbar gelagert sein, so dass die Bestückung außerhalb eines Pressraums der Presseinheit geschieht. Zum Verpressen können die Werkstücke anschließend auf der Palette angeordnet in den Pressraum geschoben werden.
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Um zu verhindern, dass ein Mitarbeiter versehentlich in den Pressraum gelangt oder der Pressvorgang startet bevor die Palette 14 vollständig in dem Pressraum angeordnet ist, können ein oder mehrere Sicherungsmechanismen vorgesehen sein. So kann die Presseinheit 12 einen Abschirmungsrand 15, beziehungsweise eine Erhöhung an der Palette 14 und/oder einen Vorsprung an dem den Pressraum umgebenden Gehäuse aufweisen. Weiter oder alternativ kann ein Sicherungsmechanismus derart ausgebildet sein, so dass der Pressvorgang erst gestartet werden kann, wenn die Palette 14 vollständig in dem Pressraum aufgenommen ist.
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So können Relais erst dann geschlossen werden, wenn die Palette in einer vordefinierten Position im Pressraum aufgenommen ist. So kann die Palette ein leitendes Band aufweisen, sowie im Pressraum zwei Kontaktstifte ausgebildet sein, so dass der Kontaktreis nur in der vordefinierten Position der Palette erreicht wird. Ebenso oder alternativ kann eine Lichtschranke derart angeordnet sein, dass diese nur ausgelöst wird, wenn die Palette an der definierten Position ist. Auch oder alternativ kann eine Lichtschranke vorgesehen sein, welche bei einer Unterbrechung ein Auslösen des Pressvorgangs verhindert, bzw. anhält. So kann die Lichtschranke bei Eingriff durch einen Mitarbeiter unterbrochen werden, wodurch der Pressvorgang verhindert wird.
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Vor dem Pressvorgang kann zusätzlich ein optischer Prüfschritt vorgesehen sein. So kann mittels einer Kamera die Anordnung der Werkstücke erfasst und mittels einer Auswerteeinheit überprüft werden. Ebenso kann ein optischer Prüfschritt nach dem Pressvorgang erfolgen. So kann das Ergebnis erfasst und ausgewertet werden. Hierfür können beispielsweise Bilderkennungsverfahren mittels künstlicher Intelligenz zum Einsatz kommen. Beispielsweise können die durch die Kamera erfassten Bilder als Datensätze einem Neuronalen Netz zugeführt werden, um hier Abweichungen des Ist-Zustands von einem Soll-Zustand feststellen zu können.
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5 zeigt ein erfindungsgemäßes System mit drei nebeneinander angeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtungen mit jeweils einem Behälter 9, einer Walze 2, einer Rutsche 10, und einer Presseinheit, welche einer gemeinsamen Ablagefläche 11 zugeordnet sind.
