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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Weiche für
eine Transportvorrichtung gemäß den Merkmalen des
Anspruchs 1.
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Eine vorbekannte gattungsgemäße Weiche für eine Transportvorrichtung,
bei der Schlitten 1 quer zur Transportrichtung mittels
Elektromagneten Ei verschiebbar sind, ist
mittels der 14 dargestellt.
Die 14 ist eine Schnittdarstellung
durch die Längserstreckung
des Schlittens 1 quer zur Transportrichtung, welche aus
oder in die Zeichenebene hinein verläuft. Auf der Oberseite 3 der
Schlitten können
zu sortierende Gegenstände
aufgelegt werden. An ihrer Unterseite 2 weisen die Schlitten
1 um ihre Längsachse
drehbar gelagerte Stifte 4 auf, die mit den unterhalb der
Schlitten 1 angeordneten Elektromagnete Ei zusammenwirken.
Sobald der linke Elektromagnet E1 bestromt
wird, wird eine Kraft durch das entstehende Magnetfeld des Elektromagneten
E1 erzeugt, die den Schlitten 1 nach
links zieht, so daß der Luftspalt
zwischen den Polen 7 des Elektromagneten E1 und
dem Stift 4 geschlossen wird. Die Pole 7 der Elektromagnete
Ei sind dabei in Transportrichtung derart
geformt, daß dem
Schlitten 1 ermöglichen, noch
weiter nach außen,
als es in der 14 dargestellt
ist, zu gelangen. Während
der jeweils bestromte Elektromagnet den Schlitten anzieht, bewegt
gleichzeitig eine nicht dargestellte Fördereinrichtung den Schlitten 1 in
Transportrichtung weiter. Der mittels der Wicklungen 6 erzeugte
magnetische Fluß ist
dabei derart groß zu
wählen,
daß in
hinreichend kurzer Zeit der Schlitten 1 um eine bestimmte Wegstrecke quer
zur Transportrichtung bewegt wird, so daß der Luftspalt zwischen den
Polen 7 und dem Stift 4 nicht zu groß wird,
so daß im
schlimmsten Falle die magnetische Kraft nicht mehr ausreicht, den
Schlitten 1 in Richtung der Pole 7 zu beschleunigen.
Der Schlitten 1 muß dabei
letztendlich so stark beschleunigt werden, daß der Luftspalt geschlossen
wird, damit der Schlitten sicher durch den sich in Transportrichtung erstreckenden
Elektromagneten Ei geführt werden kann. Es hat sich
nunmehr herausgestellt, daß bei großen Transportgeschwindigkeiten,
die durch die Elektromagneten Ei erzeugten Beschleunigungskräfte so groß werden
müssen,
daß bei
gleicher Geometrie der Weiche der Stift 4 des Schlittens 1 mit
hoher Geschwindigkeit auf die Pole 7 des jeweils bestromten
Elektromagneten trifft und von diesen wieder abprallt. Im schlimmsten
Falle wird der Schlitten 1 nicht sicher von den Elektromagneten
gefangen, wodurch der Schlitten nicht auf seine vorgesehene Ausgangs-Transportbahn
befördert
wird, sondern zwischen den Ausgang-Transportbahnen in einer unerwünschten
Position verbleibt, was sich für
die nachgeordneten Vorrichtungen nachteilig auswirken kann. Ferner
sind die Elektromagnete zur Erzeugung der notwendigen Kräfte sehr
groß zu
dimensionieren und evtl. nachteilig zu kühlen, so daß die Weiche in ihren Abmessungen
unerwünscht
groß und
schwer an Gewicht wird, wobei gleichzeitig nachteilig der Energieverbrauch
steigt. Nachteilig bei der gattungsgemäßen Weiche und der dazugehörigen Transportvorrichtung
ist es, daß ein
mechanischer Kontakt zwischen Elektromagneten bzw. Führungsschiene
und dem Schlitten erfolgt. Hierdurch ergeben sich laute Aufprallgeräusche, die
zu einer unerwünschten Lärmbelästigung
führen.
Zudem ergibt sich ein erhöhter
Verschleiß durch
den Abrieb der aneinanderreibenden/rollenden Teile. Durch den Abrieb
wird nachteilig nicht nur die Weiche/Transportvorrichtung, sondern
auch das zu transportierende Gut verschmutzt, so daß Maschine
und Transportgut aufwendig gereinigt werden müssen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, eine gattungsgemäße Weiche
derart weiterzubilden, daß diese
auch bei hohen Transportgeschwindigkeiten die Schlitten sicher auf
die Ausgangs-Transportbahnen bewegt.
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Diese Aufgabe wird mit einer erfindungsgemäßen Weiche
gemäß den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Weiche nach Anspruch 1
ergeben sich in Kombination mit den Merkmalen der Unteransprüche.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß kein mechanischer
Kontakt zwischen den die Schlitten quer zur Transportrichtung beschleunigenden
Elektromagneten und dem Schlitten erfolgt. Hierdurch treten keine
nachteili gen Reibungs- und Abriebverluste auf, so daß die Weiche
bzw, die Transportvorrichtung vorteilhaft sehr leise und verschleißfrei arbeitet.
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Je nach Ausgestaltung der Weiche,
d.h. z.B. der Anzahl der Eingang-Transportbahnen und der Anzahl
der Ausgangstransportbahnen, können
verschiedenste Formen von Elektromagneten eingesetzt werden. Maßgeblich
ist jedoch, daß die
Elektromagnete mit ihren Polflächen
ein Magnetfeld erzeugen können,
daß sich
in die Transportebene der Schlitten erstreckt. Hierdurch ist es
möglich,
daß sich die
Schlitten prinzipiell nicht zwischen die Elektromagnete erstrecken
müssen.
Die Elektromagnete dienen dabei dem Anziehen und/oder Abstoßen von
in den Schlitten angeordneten Permanentmagneten oder deren ferromagnetischen
Teilen. Das Vorsehen von Permanentmagneten in den Schlitten ist
hierbei vorzuziehen, da diese vorteilhaft eine quasi permanentische
Vorspannung erzeugen, aufgrund derer die Elektromagnete kleiner
ausgestaltet sein können.
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Durch das Umpolen der Wicklungsströme ist es
vorteilhaft möglich,
daß ein
und der selbe Elektromagnet einmal den Schlitten in seine Richtung
zieht und im umgepolten Zustand den Schlitten von sich wegstößt. Hierdurch
ist es vorteilhaft möglich,
daß sich
die nebeneinander angeordneten Elektromagnete gegenseitig unterstützen, und
somit der einzelne Elektromagnet nicht die gesamte Beschleunigungsarbeit
aufbringen muß.
Die Elektromagnete können
daher vorteilhaft klein dimensioniert werden, wodurch sich geringe
Abmessung der Bauteile für
die Weiche und ebenso vorteilhaft die benötigte Energieaufnahme der Elektromagnete
klein gehalten werden kann.
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Durch das Anordnen von mehreren Elektromagneten
in einer Reihe, die in Transportrichtung mehrere Bahnen bilden,
welche sich zudem kreuzen oder verzweigen können, ist es möglich, daß nicht nur
eine Eingangs-Transportbahn mit mehreren Ausgangs-Transportbahnen
mittels der erfindungsgemäßen Weiche
miteinander verbunden werden. Hierbei können z.B. die Elektromagnete
in einem Array aus Spalten und Reihen parallel zur Transportebene
angeordnet werden. Es sollte jedoch aus Kostengründen auf nicht benötigte Elektromagnete
verzichtet werden.
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Durch das selektive Ansteuern bzw.
Bestromen der einzelnen oder in Gruppen zusammengefaßten Elektromagnete
können
somit in Transportrichtung direkt hintereinander befindliche Schlitten auch
bei hohen Transportgeschwindigkeiten auf verschiedenen Bahnen geführt werden.
Dies ist möglich, da
durch die vorteilhaft kleinen Ströme in den Wicklungen der Elektromagnete
nur geringe Ummagnetisierungsenergien erforderlich sind. Sofern
Permanentmagnete in den Schlitten angeordnet sind, reicht es prinzipiell
aus, die Elektromagnete nur für
einen kurzen Augenblick, welcher kürzer bzw. wesentlich kürzer sein
kann, als die Überfahrzeit,
die der Schlitten für
das Überfahren
in Transportrichtung des Elektromagneten benötigt. Hierdurch wird weiter
vorteilhaft die aufzuwendende Energie für das Bewegen der Schlitten
quer zur Transportrichtung vermindert.
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Die Elektromagnete müssen zudem
nicht über
die gesamte Erstreckung der Weiche bzw. der Transportvorrichtung
angeordnet werden. So ist es möglich,
im Profil u-förmig
ausgeformte Permanentmagnetschienenprofile zur weiteren Führung der Schlitten
zu verwenden. Auch diese treten nicht in mechanischen Kontakt zu
den Schlitten.
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Es hat sich herausgestellt, daß es von
Vorteil ist, wenn die Elektromagnete u-förmige Joche aufweisen, deren
freie Enden der Schenkel die Pole bilden. Hierdurch ist es möglich, das
der eine Pol einen magnetischen Südpol und der andere Pol einen
magnetischen Nordpol bzw. bei umgekehrter Bestromung umgekehrt bilden.
Hierdurch kann eine Anziehungskraft bzw. Abstoßungskraft von einem Elektromagneten
allein auf einen Permanentmagneten oder ein ferromagnetisches Teil
erzeugt werden. Eine Abstoßungskraft
kann jedoch nur bei Verwendung eines Permanentmagneten im Schlitten
erzeugt werden. Hierbei kann es von Vorteil sein, die im Schlitten
angeordneten Permanentmagnete bzw. die ferromagnetischen Teil von
ihrer Längserstreckung
quer zu Transportrichtung her kleiner auszubilden, als der Abstand
der Pole eines Elektromagneten. Durch diese vorteilhafte Maßnahme,
wird bei entsprechende Bestromung der Permanentmagnet bzw. das ferromagnetische
Teil sicher zwischen den beiden Polen zentriert gehalten.
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Es ist selbstverständlich möglich, mehr
als einen oder zwei Permanentmagnete in einem Schlitten vorzusehen.
Es ist jedoch hierbei darauf zu achten, daß der Ansteuerungsaufwand für das korrekte Bestromen
der Elektromagnete bei zunehmender Anzahl von Elektromagneten und
Permanentmagneten pro Reihe bzw. pro Schlitten stark zunimmt.
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Die Ansteuerung der Elektromagnete
einer Reihe kann bei allen vorbeschriebenen möglichen Ausführungsformen
aufgrund von Steuerimpulsen, welche anzeigen, welcher oder ob ein
Schlitten gerade die entsprechende Reihe passiert erfolgen.
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Nachfolgend werden anhand von Zeichnungen
beispielhaft einige mögliche
Ausführungsformen der
erfindungsgemäßen Weiche
näher erläutert.
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Es zeigen:
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1:
Eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Weiche;
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2:
eine Querschnittsdarstellung der Weiche im Weicheneingangsbereich
gem. 1;
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3 u. 4: Querschnittsdarstellungen
mit bestromten Elektromagneten zur Beschleunigung eines über den
Elektromagneten befindlichen Schlittens quer zur Transportrichtung;
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5:
eine Querschnittsdarstellung durch eine alternative Ausführungsform
eines Eingangsbereichs einer erfindungsgemäßen Weiche;
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6 u. 7: Querschnittsdarstellungen
mit bestromten Elektromagneten zur Beschleunigung eines über den
Elektromagneten befindlichen Schlittens quer zur Transportrichtung
gem. 5;
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8:
eine Querschnittsdarstellung durch eine weitere alternative Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Weiche;
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9:
eine Querschnittsdarstellung durch die Führung der Schlitten in in Transportrichtung
angetriebenen parallelen Stangen;
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10 u. 11: mögliche bahnenförmige Anordnungen
von Elektromagneten;
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12 u. 13: mögliche Ausgestaltungen von erfindungsgemäßen Weichen;
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14:
eine Querschnittsdarstellung durch eine Weiche gemäß dem Stand
der Technik.
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Die 1 zeigt
eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Weiche mit
vorgelagerter und nachgeordneter Transportvorrichtung. Über den
Weichenbereich, welcher sich fast über die gesamte breite der
Zeichnung erstreckt, werden die zwischen den Stäben St quer zur Transportrichtung
Tr verschieblich gelagerten Schlitten 101 mittels der Fördereinrichtung
F von links nach rechts bewegt. Die Weiche hat verbindet eine Transport-Eingangsbahn
mit zwei Transport-Ausgangsbahnen 104B1 und 104B2 . Hierzu weist die Weiche einzeln
bestrombare Elektromagnete 102a und 102b auf,
die in Bahnen B1 und B2 unterhalb
der Schlitten 101 angeordnet sind. Jeder Schlitten 101 hat
jeweils zwei Permanentmagnete 103a und 103b, die
mit den Elektromagneten zusammenwirken können, sofern diese bestromt
werden. Die Permanentmagnete sind, wie in den 2 bis 4 dargestellt,
quer zur Transportrichtung Tr ausgerichtet. Ebenso sind die Pole
P1 und P2 der in einer Reihe befindlichen Elektromagnete 102a und 102b auf
einer Linie angeordnet, wobei mittels der Wicklungen W1 und
W2 die Pole P1 bzw.
P2 wahlweise zu magnetischen Nord- oder Südpolen geschaltet
werden können.
Die Bestromung eines Elektromagneten bewirkt dabei nur eine Kraftwirkung
auf einen über
ihm befindlichen Schlitten. Die Bestromung eines Elektromagneten
sollte daher nur solange erfolgen, wie der jeweils zu bewegende
Schlitten noch überwiegend über dem
Elektromagneten befindlich ist. Sobald der nächste Schlitten über den
Elektromagneten gelangt, muß dieser
entsprechend der Bewegungsrichtung bzw. entsprechend der für den Schlitten
vorgesehenen Bahn bestromt oder nicht bestromt werden.
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Wird, wie in 2 dargestellt, keiner der Elektromagneten
bestromt, so wird der Schlitten weder in Richtung Q1 noch
in Richtung Q2 beschleunigt und verbleibt
auf seiner Position. Wird keiner der Elektromagneten entlang der
Weichenerstreckung zu einem bestimmten Schlitten bestromt, so wird
dieser auch nicht quer zur Transportrichtung Tr bewegt und verbleibt
in der Mitte. Diese Mitten-Position
kann auch aktiv stabilisiert werden, indem beide Elektromagnete
derart bestromt werden, daß sie
eine abstoßende
Kraft auf den/die Permanentmagente(n) ausüben, wodurch der Schlitten
sicher zwischen den Elektromagneten gehalten wird. Entsprechende
Schlitten sind mit dem Bezugszeichen 101M in 1 gekennzeichnet.
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Sofern die Schlitten entlang der
Bahn B1 verfahren werden sollen, so sind
die Elektromagnete 102a und 102b, wie in 3 dargestellt, zu bestromen.
Hierbei erzeugt der Elektromagnet 102a eine anziehende
und der Elektromagnet 102b eine abstoßende Kraft. Sobald die die
Abstoßungskraft
erzeugenden Elektromagnete 102b weit von dem Permanentmagneten 103b entfernt
sind, müssen
diese auch nicht weiter bestromt zu werden. Für die Bewegungsbahn B2 gelten
die gleichen Ausführungen,
jedoch mit umgekehrter Bestromungsrichtung der Elektromagnete.
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Die Permanentmagnete 103a und 103b sind derart
angeordnet, daß ihre
magnetischen Nordpole jeweils nach hin zur Transportvorrichtung
F weisen. Hierdurch muß bei
der Montage der Schlitten nicht auf eine richtige Ausrichtung des
Schlitten 101 geachtet werden. Es ist selbstverständlich,
daß gleichsam
die Südpole
nach außen
und die Nordpol zueinander weisen können. Am Ende des Weichenbereichs
grenzen Permanentmagnet-Profilschienen an die Elektromagnete der
letzten Reihe von Elektromagneten an, welche die Schlitten von den
Elektromagneten übernehmen
und geradlinig oder auf gekrümmten
Bahnen 104B
1 oder 104B2 .
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Die 5 bis 7 zeigen eine alternative
Ausführungsform
der Weiche mit zugehörigen
Schlitten 201, wobei jeder Schlitten nur einen Permanentmagneten 203 hat,
welcher insbesondere in der Mitte des Schlittens 201 an
oder nahe dessen Unterseite angeordnet ist. Der Elektromagnet 202 weist
eine e-förmig geformtes
Joch auf, dessen drei Schenkel S1, S2 und S3 jeweils
eine Wicklung W1, WZ und
W3 tragen, mittels derer die Pole P1, P2 und P3 wahlweise
zu magnetischen Nord- oder Südpolen
schaltbar sind. Diese Weiche eignet sich dafür, Schlitten, die von einer
Eingangsbahn auf die Weiche gelangen wahlweise auf eine von drei
Ausgangs-Transportbahnen zu leiten. Sofern keine Wicklung bestromt
wird, greifen auch keine Kräfte
an dem Schlitten 201 bzw. dessen Permanentmagneten 203 an,
so daß der
Schlitten nicht quer zur Transportrichtung Tr, welche sich in die
Zeichenebene hinein erstreckt, verschoben bzw. bewegt wird. In 6 ist die Bestromung dargestellt,
um den Schlitten in Richtung Q1 zu bewegen.
Die Figur zeigt die Bestromung für
die Beschleunigung des Schlittens 201 in Richtung Q2.
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Die 8 zeigt
eine Querschnittsdarstellung durch eine weitere alternative Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Weiche,
wobei die Elektromagnete 203a und 203b nicht, wie
bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen
in einem gemeinsamen Gehäuse,
sondern in zwei getrennten Gehäusen
angeordnet sind. Die Funktionsweise der Weiche ist mit der des Ausführungsbeispiels
gem. den 1 bis 4 prinzipiell identisch,
weicht jedoch dahingehend ab, daß der Schlitten 301 an
seiner Unterseite einen Stiftförmigen
Vorspürung 301S hat,
der mit unterhalb des Schlittens 301 angeordneten Permanentmagneten
M zusammenwirkt. Die Permanentmagnete können bei entsprechender Ausgestaltung
auch in direkten Kontakt mit dem Vorsprung 301S kommen,
wodurch jedoch ein erhöhter
Verschleiß eintritt.
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Die 9 zeigt
eine Querschnittsdarstellung durch die Führung der Schlitten 101 in
in Transportrichtung angetriebenen parallelen Stangen St. Die freien
Stirnenden der Stangen St sind mit nichtdargestellten Förderbändern bzw.
-ketten in Verbindung.
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Die 10 und 11 zeigen mögliche bahnenförmige Anordnungen
von Elektromagneten X02a und Y02b bei erfindungsgemäßen Weichen,
bei denen die Schlitten auf Kurvenbahnen Bx und
By mittels entsprechender Bestromung der
Elektromagnete bewegt werden sollen.
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Die 12 und 13 zeigen ferner mögliche Ausgestaltungen
von erfindungsgemäßen Weichen, mit
verschiednen Bahnverläufen
Bi. Es ist dabei zu beachten, daß in einer
Reihe, welche sich längs
einer Stange St erstreckt, z.B. mehrere Elektromagnete 402 bzw. 502 angeordnet
sein können.
Zusammen müssen
die Elektromagnete 402 bzw. 502 lediglich Bahnen
B1 bis B5 formen,
die die Schlitten führen
und gleichzeitig quer zur Transportrichtung Tr beschleunigen. Wie
in 13 dargestellt, ist
es problemlos möglich
mehr als eine Eingangs-Transportbahn EB1 und
EB2 vorzusehen. So können in verschiedenen Positionen
quer zur Transportrichtung Tr zwischen den Stäben angeordnete Schlitten 501 auf
verschiedene Ausgangs-Transportbahnen 504Bi verteilt
bzw. sortiert werden. Die Pfeile deuten die möglichen Verschiebebahnen für die von
links ankommenden Schlitten 501 an.
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Die 15 bis 17 zeigen eine weitere alternative
Ausführungsform
eines Elektromagneten 602 mit u-förmigem Joch J, wobei in bei
dieser Ausführungsform
der Schlitten 601 einen 3-poligen Permanentmagneten 603 mit
den Polen 603a, 603b und 603c hat. Die
Pole 603a, 603b und 603c des Permanentmagneten 603 sind
dabei in der Mittenstellung derart angeordnet, daß der mittlere
Pol 603b zwischen den Polen P1 und
P2 des Elektromagneten 602 ist.
Die äußeren Pole 603a und 603b liegen
außerhalb
der Pole P1 und P2.
Durch entsprechende Bestromung der Wicklungen W1 und
W2 des Elektromagneten ist es, wie in den
zuvor beschriebenen Ausführungsformen,
ebenfalls möglich,
den Schlitten 601 wahlweise in die Richtungen Q1 und Q2 zu beschleunigen.
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Es ist selbstverständlich möglich, gänzlich andere,
als die hier beispielhaft erläuterten
Bahnverläufe
mittels der erfindungsgemäßen Weichentechnik
zu realisieren. So ist es auch denkbar, daß die Schlitten in schlangenförmigen Bewegungen
mittels der Elektromagneten und der Fördereinrichtung bewegt werden.
Auch können
zwischen zwei benachbarten Stangen mehrere Schlitten vorgesehen
werden, welche auf unterschiedlichen Bahnen, welche sich selbstverständlich nicht
kreuzen können,
bewegt werden.
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Auch ist es möglich, daß die Positionen der Schlitten
mittels Sensoren überwacht
werden, und die Elektromagnete entsprechend der Positionen eingeregelt
werden, damit sichergestellt wird, daß die Schlitten auch tatsächlich auf
ihren vorgesehenen Bahnen verfahren. Eine aktive Regelung kann u.a. dann
sinnvoll sein, wenn unterschiedliche Gewichte auf den Schlitten
lasten und/oder die Schlitten starker Verschmutzung ausgesetzt sind,
und die Reibung der Lager sich über
die Zeit verändert,
wodurch stärkere – von den
Elektromagneten zu erzielende – Kräfte zur
Erzielung der notwendigen Querbeschleunigung erforderlich sind.