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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gezielten Manipulation, insbesondere zum Ordnen oder Ausrichten, von unregelmäßig anfallenden Schüttgut-Teilen.
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Zum Hintergrund der Erfindung ist festzuhalten, dass bei Produktionsvorgängen vielfach Schüttgut-Teile, wie Schrauben, Nuten, Bolzen oder auch komplex geformte Kleinteile, wie dreidimensional gebogene Federkomponenten, aus einem Vorrat lagerichtig und vereinzelt einer Weiterverarbeitungsstation zugeführt werden müssen. Dazu sind aus dem Stand der Technik verschiedene Manipulationsvorrichtungen bekannt, wie beispielsweise sogenannte Zentrifugalförderer, die vorzugsweise bei leichtgewichtigen Massenteilen mit einfachen Sortierkriterien zum Einsatz kommen. Für geometrisch anspruchsvollere Teile sind die dabei verwendeten Ordnungsprinzipien wenig geeignet.
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Eine weitere bekannte Bauart von solchen Manipulationsvorrichtungen stellen Vibrationswendelförderer dar, die aufgrund von durch einen Antrieb erzeugten Schwingungen die zu ordnenden Bauteile entlang einer Wendel zu einem Übergabepunkt fördern. Damit wird in erster Linie eine Vereinzelung von Schüttgut-Teilen aus einem Vorrat in einem Sortiertopf realisiert. Alle im Sortiertopf befindlichen Teile sind dabei ständig in Bewegung, was in einem Produktionsgebäude eine hohe Lärmbelästigung und sowohl an den zu sortierenden Schüttgut-Teilen als auch am Sortiertopf selbst einen relativ hohen Verschleiß erzeugt. Meist nicht geradlinige und relativ kurze Sortierstrecken beeinflussen die erzielbare Förderleistung solcher Vibrationswendelförderer in negativer Weise.
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Das Problem einer nicht immer ausreichenden Sortierstrecke lässt sich auch bei vibrationsgetriebenen Linearförderern feststellen, da durch deren begrenzte Länge bedingt die Sortierstrecke für bestimmte Manipulationsaufgaben nicht immer ausreicht. Viele nicht geordnete Teile lassen sich nur schwer über Rutschen oder Transportbänder erneut in den Sortierkreislauf zurückbringen.
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Ausgehend von den geschilderten Problemen des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur gezielten Manipulation von unregelmäßig anfallenden Schüttgut-Teilen zu schaffen, bei der sehr präzise und mit großer Förderleistung ein lagerichtiges Ordnen und Ausrichten von unregelmäßig anfallenden Schüttgut-Teilen möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Komponenten der Manipulationsvorrichtung gelöst. Kernteil der Manipulationsvorrichtung ist demnach ein horizontal angeordneter, vorzugsweise mit konstanter Geschwindigkeit angetriebener Drehteller, dessen Telleroberfläche eine Manipulationsfläche für die Schüttgut-Teile bildet. Vorzugsweise zentrumsnah ist eine Einspeiseeinrichtung zum ungeordneten Aufbringen von Schüttgut-Teilen auf die Manipulationsfläche des Drehtellers vorgesehen. Radial außen demgegenüber, vorzugsweise an der Peripherie des Drehtellers, ist eine Ausleiteinrichtung für die gezielt manipulierten Schüttgut-Teile vorgesehen.
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Die Manipulation der auf die Drehteller-Oberfläche aufgebrachten Schüttgut-Teile selbst wird durch eine im Wesentlichen spiralförmig zwischen Einspeiseeinrichtung und Ausleiteinrichtung verlaufende Manipulierstrecke auf der Manipulationsfläche vorgenommen, die durch oberhalb der Manipulationsfläche des Drehtellers angeordnete, statische Leitelemente definiert ist. Durch die Drehteller-Bewegung auf der Manipulationsfläche werden die Schüttgut-Teile mitgenommen und durch eine Wechselwirkung mit den statischen Leitelementen entlang der von diesen definierten Manipulierstrecke in ihrer Lage, Ausrichtung und/oder Anzahldichte gezielt beeinflusst.
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Bei der erfindungsgemäßen Manipulationsvorrichtung ist vorteilhafterweise zur Manipulation der Schüttgut-Teile weder eine Fliehkraftkomponente noch eine Vibrationsbeaufschlagung der Teile vorhanden. Durch den vibrationsfreien Lauf ist ein schonendes, verschleiß- und geräuscharmes Ordnen und Ausrichten der unterschiedlichsten Bauteile gegeben. Die zu manipulierenden Gegenstände und die dafür vorgesehenen Ordnungselemente unterliegen keinerlei negativen Einflüsse. Damit ist eine sichere, langlebige Sortierung und Zuführung gewährleistet.
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Dadurch, dass die Manipulierstrecke spiralförmig auf dem Drehteller von innen nach außen verläuft, wird bei der in der Regel konstanten Winkelgeschwindigkeit des Drehtellers die tatsächliche Laufgeschwindigkeit des Drehtellers radial nach außen größer. Dadurch werden die Sortierteile auf ihrem Weg entlang der spiralförmigen Manipulierstrecke im Mittel beschleunigt, was zu einer Entzerrung und Vereinzelung von Schüttgut-Teilen führt. Damit wirkt die Manipulationsvorrichtung bauartbedingt Stau auflösend, Konglomerate von Schüttgut-Teilen können damit aufgelöst werden. Der in Förderrichtung erzeugte, während der gesamten Manipulierstrecke erhalten bleibende Abstand zwischen den Schüttgut-Teilen hat ferner den Vorteil, dass dies Führungskanäle und Abdeckleisten, wie sie beim Stand der Technik oftmals notwendig sind, überflüssig macht. Durch diesen Freiraum ist auch eine nahezu 100%ige Selektion von Schlechtteilen durch entsprechende Teile-Beobachtung mithilfe von Kameras auch bei kleinsten Maßabweichungen realisierbar.
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Ein weiterer Vorteil der spiralförmig auf dem Drehteller verlaufenden Manipulierstrecke ist die bei kompakter Bauform des Drehtellers trotzdem sehr groß erzielbare Länge der Manipulierstrecke. Sind auf einem Drehteller von 100 cm Durchmesser beispielsweise zwischen einer radial innen liegenden Durchmesserposition von 20 cm bis zum Auslauf am Drehtellerrand 10 Spiralwindungen angelegt, so beträgt die Länge der damit geschaffenen Sortierstrecke (100 cm – 20 cm) × Π × 10 ≈ 25 m.
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In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes angegeben. So werden durch eine auswechselbare Anbringung der Leitelemente an einem oberhalb des Drehtellers angeordneten Traggestell eine hohe Flexibilität und Anpassbarkeit der Manipulationsvorrichtung an unterschiedlichste zu sortierende Schüttgut-Teile erreicht. Damit wird ferner eine Art modularer Aufbau der Manipulationsvorrichtung realisiert, was im Hinblick auf die universelle Einsetzbarkeit der Manipulationsvorrichtung für variable Ordnungs- und Ausrichtaufgaben von Vorteil ist.
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Durch die erfindungsgemäße Halterung der Leitelemente an dem Tragegestell sind diese insbesondere als Dreh- und Wendeschikanen ausgebildeten Leitelemente übersichtlich angeordnet. Es liegt eine modulare und nach einer Seite immer offene Bauweise vor, die Verklemmungen der Schüttgut-Teile verhindert. Dadurch wird ein störungsfreier Betrieb der Manipulationsvorrichtung garantiert.
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Das Traggestell kann dabei als Tragstern ausgebildet sein, der eine Vielzahl von radial oberhalb des Drehtellers verlaufende Tragstreben aufweist. Damit ist eine übersichtliche Anordnung der an den Tragstreben befestigten Leitelemente mit einer relativ offenen Bauweise möglich, was einer Teileverklemmung entlang der Manipulierstrecke vorbeugt.
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Ein besonders rationelles Vorgehen beim Wechsel eines Schüttgut-Teiles zur Anpassung der Manipulationsvorrichtung ist möglich, wenn ein Taggestell mit einer definierten, für ein bestimmtes Schüttgut-Teil ausgelegten Konfiguration von Leitelementen an der Manipulationsvorrichtung angeordnet ist. So können in einem Produktionsbetrieb für verschiedene Schüttgut-Teile Traggestelle mit jeweils einer Leitelemente-Konfiguration für ein bestimmtes Federelement oder Schraube vorgehalten werden. Bei Wechsel des Schüttgut-Teils ist dann nur das Traggestell auszutauschen.
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Die Anbringung der Leitelemente über eine mehrachsig, vorzugsweise dreidimensional verstellbare Halterung am Traggestell dient einer optimalen Einstellbarkeit der Leitelemente relativ zum Drehteller.
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Die Leitelemente selbst sind vorzugsweise als Kurvenform-Schikanen direkt oberhalb der Manipulationsfläche angeordnet, wobei diese nach einem bauteilspezifischen Erkennungsmerkmal derart ausgelegt sein können, dass sie durch die Wechselwirkung mit dem Schüttgut-Teil eine spezifische Bauteil-Beeinflussung, wie eine Drehung, Kippung oder Wendung des Schüttgut-Teils vornehmen. Die Leitelemente sind also als spezielle, dem jeweiligen zu manipulierenden Schüttgut-Teil angepasste, dreidimensional konstruierte Sortierschikanen ausgebildet, mit deren Hilfe die bauteilspezifischen, sogenannten „größten Merkmale” durch Drehen und Wenden für eine Positionierung der Schüttgut-Teile in einer gewünschten Position genutzt werden können.
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Trotz der konstanten Drehgeschwindigkeit des Drehtellers können durch relativ zur Radialrichtung aufsteigende oder abfallende Sortierkurven die daran vorbeilaufenden Schüttgut-Teile abgebremst oder beschleunigt werden. Damit werden den Schüttgut-Teilen unterschiedliche Geschwindigkeiten entlang der Manipulierstrecke aufgeprägt, was beispielsweise für Entzerrungen im Teilestrom genutzt werden kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Manipulationsfläche des Drehtellers mit einer reibungserhöhenden Beschichtung oder Strukturierung versehen sein. Damit kann die Wechselwirkung zwischen den Schüttgut-Teilen auf den Drehteller und den Leitelementen intensiviert und dementsprechend ein zuverlässigeres Manipulationsergebnis erzielt werden.
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Neben den erwähnten Leitelementen können zum Manipulieren der Schüttgut-Teile eine oder mehrere nach außen abfallende Stufen als Manipulationselemente in der Manipulationsfläche vorgesehen sein. Über diese Stufen kann im Zusammenwirken mit einem Leitelement ein daran vorbeilaufendes und gleichzeitig über die Stufenkante abkippendes Schüttgut-Teil um seine Längsachse von einer Seitenfläche auf die nächste gekippt werden.
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Ein ähnlicher zusätzlicher Manipulationseffekt lässt sich durch die ebenfalls mögliche Ausbildung des Drehtellers aus zwei oder mehreren übereinander und konzentrisch zueinander angeordneten, im Durchmesser von oben nach unten sich vergrößernden Drehteller-Scheiben erreichen. Deren Außenränder bilden dann ebenfalls Stufen, über die die Schüttgut-Teile geführt und gekippt oder anderweitig in ihrer Orientierung verändert werden können.
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Komplexe Manipulationseffekte können basierend auf dieser Drehtellerausbildung dadurch erreicht werden, dass die Drehteller-Scheiben unabhängig voneinander in ihrer Rotationsgeschwindigkeit und -richtung steuerbar sind. Damit können auch komplexe Manipulationsvorgänge, wie das Kippen und Wenden eines vielflächigen komplexen Körpers bewerkstelligt werden.
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Eine zusätzliche Diversifizierung der Manipulationsvorgänge ist durch auf dem Drehteller mitrotierende Mitnehmer möglich. Diese können zur Erfüllung von Sonderfunktionen, wie etwas das Öffnen von Selektionsbereichen, die aktive Unterstützung bei bestimmten Sortiervorgängen oder die Beseitigung von Störungen eingesetzt werden.
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Soll die Abnahme und Weitergabe der geordneten und/oder ausgerichteten Schüttgut-Teile im Bereich der Ausleiteinrichtung von der Manipulationsstrecke aus nicht einbahnig über entsprechende feststehende Führungen erfolgen, sondern in mehrere unterschiedliche Teilestränge, so kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die Ausleiteinrichtung steuerbare Weichen zur Mehrfach-Verteilung der auszuleitenden Schüttgut-Teile aufweisen. Damit kann die erfindungsgemäße Manipulationsvorrichtung an den Teilebedarf der nachfolgenden Produktionsanlagen angepasst werden.
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Bei einem erhöhten Leistungsbedarf kann der Drehteller auch mit mehreren, ineinander geschachtelten Manipulationsstrecken versehen sein.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
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1 eine ausschnittsweise Perspektivdarstellung einer Manipulationsvorrichtung mit Drehteller, Tragstern und Leitelementen,
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2 eine Draufsicht auf die Manipulationsvorrichtung ohne Tragstern, jedoch mit Einspeise- und Ausleiteinrichtung,
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3 eine perspektivische Ansicht des Drehtellers der Manipulationsvorrichtung mit Drehtellerantrieb,
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4 eine perspektivische Ansicht des Drehtellers mit zwei Leitelementen,
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5 eine vergrößerte perspektivische Teildarstellung der Einzelheit V gemäß 4, und
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6 eine Draufsicht auf den Drehteller mit einem drehbar aufgehängten, aktiv antreibbaren Auswerferelement.
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Der Grundaufbau der dargestellten Manipulationsvorrichtung wird aus einer Zusammenschau der 1 und 2 deutlich. Der Übersichtlichkeit halber ist dabei in 1 lediglich der das zentrale Element der Manipulationsvorrichtung bildende Drehteller 1 und ein sternförmiges Traggestell 2 mit radial von einer zentralen Position nach außen verlaufenden Tragstreben 3 eingezeichnet. Ferner sind in 1 die einzelnen Leitelemente 4 gezeigt, die jeweils durch einen Luftspalt getrennt knapp über der durch die Oberfläche des Drehtellers 1 gebildeten Manipulationsfläche 5 der gezeigten Vorrichtung durch vertikale Haltearme 6 an den Tragstreben 3 befestigt sind.
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Die weiteren Hauptkomponenten der Manipulationsvorrichtung sind in 2 erkennbar, bei der der Übersichtlichkeit halber das Traggestell 2 mit den Leitelementen 4 weggelassen ist. So ist zentrumsnah eine Einspeiseeinrichtung 7 vorgesehen, von der konkret ein zweiläufiger Zuführtrichter 8 nahe dem Zentrum 9 des Drehtellers gezeigt ist. Dieser Zuführtrichter 8 wird beispielsweise von einer ebenfalls neuartigen Transportvorrichtung mit einer Transportgliederkette und in den Kettensegmenten angeordneten Aufnahmetaschen für Schüttgut-Teile gespeist. Diese Transportvorrichtung ist Gegenstand einer zeitlich mit der vorliegenden Anmeldung eingereichten Patentanmeldung desselben Anmelders.
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Das Traggestell 2 mit seinen Tragstreben 3 und seiner bestimmten Konfiguration von Leitelementen 4 ist für einen bestimmten Typ von Schüttgut-Teil ausgelegt. Soll die Manipulationsvorrichtung für einen anderen Typ von Teilen eingesetzt werden, so kann das Traggestell 2 mit den Leitelementen 4 komplett entfernt und durch ein anderes Traggestell mit einer entsprechend an das andere Schüttgut-Teil angepassten Konfiguration von Leitelementen ohne nennenswerten Umbauaufwand eingesetzt werden.
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Wie aus 2 weiterhin deutlich wird, ist radial außen am Drehteller 1 eine Ausleiteinrichtung 10 getrennt vom Drehteller 1 angeordnet, indem diese Ausleiteinrichtung 10 beispielsweise an einem oder zwei benachbarten Tragstreben 3 des Traggestells 2 montiert ist. Die an der Peripherie 11 des Drehtellers 1 angeordnete Ausleiteinrichtung 10 dient zum Wegführen der dort ankommenden Schüttgut-Teile 12, wie sie in 2 schematisch an einer Stelle der durch Doppellinien versinnbildlichten Manipulierstrecken 13.1, 13.2 auf dem Drehteller 1 für die Schüttgut-Teile 12 gezeigt sind. Diese beiden Manipulierstrecken 13.1, 13.2 sind durch die Leitelemente 4, wie sie in 1 gezeigt sind, definiert und verlaufen in zwei nebeneinander verlaufenden Spuren im Wesentlichen spiralförmig von innen von der zweiläufig arbeitenden Einspeiseeinrichtung 7 nach außen bis zur Ausleiteinrichtung 10. Letztere weist verschiedene Ausleitkanäle 14.1, 14.2, 14.3, 14.4 auf, die durch Weichenelemente 15.1, 15.2, 15.3 die von den beiden Manipulierstrecken 13.1, 13.2 herangeführten Schüttgut-Teile 12 definiert abführen.
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Wie ferner aus den 1 und 2 deutlich wird, weist die Manipulationsfläche 5 des Drehtellers 1 an zwei verschiedenen Radialpositionen zwei jeweils nach außen abfallende Stufen 16.1, 16.2 auf, die in noch näher zu erläuternder Weise als Manipulationselemente zum Drehen, Kippen oder Wenden eines Schüttgut-Teiles 12 in Wechselwirkung mit einem oder mehreren der Leitelemente 4 dienen. Die Stufen 16.1, 16.2 können durch drei übereinander und konzentrisch zueinander angeordnete, im Durchmesser von oben nach unten sich vergrößernde Drehteller-Scheiben 17.1, 17.2, 17.3 gebildet sind, die gemeinsam um die zentrale Achse 18 mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit rotieren.
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Die Drehung des Drehtellers 1 kann durch den in 3 dargestellten Rotationsantrieb 19 unterhalb der Unterseite 20 des Drehtellers 1 erzeugt werden. Der Rotationsantrieb 19 weist einen regelbaren Elektromotor 21 auf, der über ein Vorsatzgetriebe 22 und einen Zahnriementrieb 23 die nicht näher gezeigte Antriebswelle des Drehtellers 1 in Rotation R versetzt. Der Drehteller 1 mit Rotationsantrieb 19 ist über Haltetraversen 24 an einem nicht näher dargestellten Maschinengestell befestigt. Letzteres trägt auch in vom Drehteller 1 getrennter Weise das sternförmige Traggestell 2 mit den Leitelementen 4.
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Anhand von 4 und 5 ist das der Manipulationsvorrichtung zugrundeliegende Prinzip für das Ordnen und Ausrichten der Schüttgut-Teile 12 zu erläutern. Grundsätzlich werden die Teile 12, die in 5 beispielhaft als längliche Klötzchen mit einem flach-recheckigen Querschnitt dargestellt sind, auf der Manipulationsfläche 5 des Drehtellers 1 durch dessen Drehbewegung in Rotationsrichtung R mitgenommen. Um diesen Mitnahmeeffekt zu verstärken, kann die Manipulationsfläche 5 mit einer reibungserhöhenden Beschichtung versehen sein, die in den Zeichnungen nicht näher dargestellt ist. Die Leitelemente 4, wie sie in 4 und 5 gezeigt sind, sind nun mit einer definierten, für einen bestimmten Typ von Schüttgut-Teilen 12 ausgelegten Konfiguration gestaltet und an ihren Zweck angepasst. So sorgt das Leitelement 4.1 in 5 für ein radiales Nach-außen-Schieben der auf ihrer Flachseite ankommenden Teile 12 bis zu der Stufe 16.1, an der das Leitelement 4.1 endet. Wie in 5 gezeigt ist, kippt das die Stufe 16.1 überschreitende Teil 12 auf seine schmale Seite, wo es nun bis zum nachfolgenden Leitelement 4.2 mitgenommen wird. Dieses Leitelement 4.2 führt das Teil 12 weiter radial nach außen, bis es über die nächste Stufe 16.2 kippt und sich auf die der ursprünglichen Orientierung abgewandte Flachseite legt. Aufgrund der Wechselwirkung der Schüttgut-Teile 12 während ihrer Bewegung auf der Manipulationsfläche 5 des rotierenden Drehtellers mit den Leitelementen 4.1, 4.2 und den Stufen 16.1, 16.2 findet in diesem Abschnitt der Manipulierstrecke 13 also ein Wenden der Teile 12 von einer Flachseite auf die andere Flachseite statt.
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Das vorstehende Beispiel soll illustrieren, dass durch eine jeweilige individuelle Anpassung und Positionierung der Leitelemente 4 in Relation zur Manipulationsfläche 5 und dort gegebenenfalls vorhandenen Stufen 16 eine Vielzahl unterschiedlicher Manipulationsaktionen auf unterschiedlichste Typen von Schüttgut-Teilen ausgeübt werden können. Die entsprechende Auslegung dieser beteiligten Elemente kann von einem Fachmann auf dem Gebiet der Sortier- und Fördertechnik durch entsprechende Erfahrungswerte und Versuche im Rahmen seines Fachkönnens ermittelt werden. Dabei spielt auch die exakte Positionierung der Leitelemente 4 eine Rolle, die – wie 5 zeigt – durch eine mehrachsige, insgesamt dreidimensionale Lagerbarkeit der Leitelemente 4 über die Haltearme 6 mit Gelenken 25, 26 an den Tragstreben 3 vorgenommen werden kann.
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Die Haltearme 6 sind im Übrigen auf einfache Weise durch Lösen der Spannvorrichtung 27 an den Tragstreben 3 abnehmbar, so dass die Leitelemente 4 auch einzeln einfach austauschbar sind, um beispielsweise eine Detailanpassung der Manipulierstrecke 13 im Bereich eines bestimmten Leitelementes vorzunehmen. So können beispielsweise die beiden Leitelemente 4.1, 4.2 getauscht werden, um den Schüttgut-Teilen eine andere Bewegungskomponente zu erteilen. Leitelement 4.1 weist nämlich durch die nach außen konvexe Krümmung 28 eine abfallende Sortierkurven-Charakteristik auf, während Leitelement 4.2 aufgrund des konkaven Abschnittes 29 eine aufsteigende Sortierkurven-Charakteristik zeigt. Entsprechend unterschiedlich werden die Schüttgut-Teile 12 im Bereich dieser Abschnitte 28, 29 in radialer und peripherer Richtung abgebremst bzw. beschleunigt.
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In 6 schließlich ist höchst schematisch eine weitere alternative Beeinflussungsmöglichkeit für die Schüttgut-Teile 12 gezeigt. Dort ist an einer Tragstrebe 3 beispielhaft ein um eine Achse 30 schwenkbares Auswerferelement 31 zu erkennen, das an einer Tragstrebe 3 befestigt und durch einen zweiarmigen Hebel gebildet ist. An dem bezogen auf 6 linken Arm 32 greift ein Kolben-Zylinder-Antrieb 33 an, der an der Tragstrebe 3 gegengelagert ist. Durch eine Betätigung des Kolben-Zylinder-Antriebs 33 kann das Auswerferelement 31 entgegen dem Uhrzeigersinn aus einer passiven Stellung in die in 6 gezeigte aktive Stellung verstellt werden. In dieser Stellung kann ein durch die Drehung R des Drehtellers 1 herangeführtes, als Schlecht-Teil 12s erkanntes Schüttgut-Teil auf eine Ausleitrutsche 34 ausgesondert werden. Gut-Teile laufen an dem Auswerferelement 31 in dessen Passiv-Stellung vorbei und werden über den Ausleitkanal 14 mit Weiche 15 einem nicht näher dargestellten Abförderer zugeleitet.
