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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Massenherstellung
und/oder -bearbeitung von Hohlkörpern
des Typs, der eine Mehrzahl von Arbeits- oder Prüfstationen umfaßt, die
jeweils durch das automatische Befördern von Körpern bei einer gleichförmigen Geschwindigkeit
beschickt werden.
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Bei
der Bearbeitung von Hohlkörpern,
wie zum Beispiel Behältern
für Flüssigkeiten
oder Pasten, besteht die bekannte Technik darin, den gesamten Produktionszyklus
in einer solchen Weise durchzuführen,
dass jeder Körper
einer voreingestellten und konstanten Fördergeschwindigkeit unterliegt, d.h.
die verschiedenen Vorgänge,
denen die Körper unterworfen
werden, erfolgen bei der gleichen Geschwindigkeit. Dies gestattet
eine beträchtliche
Vereinfachung der Mechanik, einen hohen Grad an Gleichmäßigkeit
in der Fertigung und eine Vermeidung von übermäßigen Leerlaufzeiten, die einen
erheblichen Einfluß auf
die Produktionskosten haben können.
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Dennoch
können
einige Phasen bei der Bearbeitung von rohrförmigen Behältern es erforderlich machen,
dass die Körper
eine in Bezug auf die Geschwindigkeit der Fertigungsstraße verschiedene Geschwindigkeit
erreichen. Beispielsweise erfordern Vorrichtungen zur Durchführung von
zerstörungsfreien
Prüfungen
auf Funktionstüchtigkeit
der Körper
in der Regel, dass kein Geschwindigkeitsunterschied (Nullgeschwindigkeit)
zwischen dem Körper
und der Prüfvorrichtung
besteht.
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Daher
ist es in Produktionszyklen, die die Verwendung von Arbeitsschritten
mit zu der Fertigungsstraße
unterschiedlichen Geschwindigkeiten bedingen, bekannte Technik,
dass diese Vorrichtungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten
nicht in der automatischen Anlage integriert sind und dass jeder
Schritt mit einer verschiedenen Geschwindigkeit außerhalb
der Fertigungsstraße
ausgeführt
wird. Diese Lösung,
bei der eine spezielle menschliche Bedienungsperson benötigt wird,
verursacht eine Erhöhung
der Produktionszeiten und einen nicht unbeträchtlichen Anstieg der Kosten.
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Andererseits
sind Verfahren bekannt, bei denen die Vorrichtung, die bei einer
zur Bandgeschwindigkeit verschiedenen Geschwindigkeit arbeitet,
dem Produktions zyklus in der Bearbeitungsanlage hinzugefügt wird
und gemäß einem
kinematischen Gesetz bewegt wird, bei dem die Relativgeschwindigkeit
zwischen dem Körper
und der Vorrichtung der Geschwindigkeit entspricht, die für die Ausführung des erforderlichen
Vorgangs erforderlich ist.
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Beispielsweise
kann eine Anlage zur Herstellung von rohrförmigen Behältern aus Aluminium, wie Tuben,
Büchsen
oder Dosen, bei der eine Phase zum Prüfen der Dichtigkeit der Körper bei
Nullgeschwindigkeit durchgeführt
werden muss, eine pneumatische Prüfeinrichtung umfassen, die,
in Bezug auf die Fertigungsstraße,
bei derselben Vorschubgeschwindigkeit wie die Körper bewegt wird, um diese Prüfphase auszuführen.
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Obwohl
sie eine vollständige
Automatisierung des Produktionszyklus gewährleisten, erfordern diese
Ausführungen
eine komplexe Mechanik, die einen großen Einfluß auf die Zuverlässigkeit
und die Kosten der Bearbeitungsanlage hat.
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Ebenfalls
bekannt sind Anlagen zur Bearbeitung von Hohlkörpern, bei denen der Takt der
Fertigungsstraße
nicht konstant ist und deshalb die Geschwindigkeit von Körpern einer
ersten Gruppe von Arbeitsschritten, die bei einer Geschwindigkeit
v0 ausgeführt werden, zu der einer zweiten
Gruppe von Arbeitsschritten variiert, die bei einer zu v0 verschiedenen Geschwindigkeit v0 ausgeführt
werden. Diese Anlagen machen die Verwendung eines kinematischen
Entkopplungselements erforderlich, wie das im US-Patent US-6 015
040 beschriebene, welches in der Lage ist, die Körper zu beschleunigen und zu verlangsamen,
wenn sie durch Veränderungen
in der räumlichen
Anordnung der Körper
entlang der Fertigungsstraße,
die von diesem Entkopplungselement bereitgestellt werden, auf zwei
Fördereinrichtungen mit
verschiedenen Geschwindigkeiten hin- und herwechseln.
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Diese
Ausführungsformen,
bei denen die Geschwindigkeit der Körper während der Fertigung nicht konstant
gehalten wird, wodurch die Produktivität nicht sehr hoch ist, sind
ebenfalls einigermaßen komplex
und erfordern Arbeitsstationen, die speziell dafür konstruiert sind, dass sie
mit den verschiedenen geometrischen räumlichen Anordnungen der Körper während der
Bearbeitung betrieben werden können.
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Die
EP-A-0 411 851 im Namen der KIRIN TECHNO SYSTEM CORP. offenbart
eine Anlage gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Die EP-A-0 411 851 zeigt auch ein Verfahren zur
Bearbeitung von Hohlkörpern,
das in der vorgenannten Anlage ausgeführt wird.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur
Herstellung und/oder Bearbeitung von Hohlkörpern bereitzustellen, die
die vorstehend genannten Probleme des Standes der Technik löst.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
zur Herstellung und/oder Bearbeitung von Hohlkörpern vorzuschlagen, die, obwohl
sie eine oder mehr Arbeitsstationen umfasst, die bei der Geschwindigkeit
v1 betrieben werden, eine zu der vorgenannten
Geschwindigkeit v1 verschiedene konstante
Hohlkörpervorschubgeschwindigkeit
v0 gewährleistet
und gleichzeitig einen hohen Grad an Zuverlässigkeit und Effizienz aufweist.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines Verfahrens zur Bearbeitung von Hohlkörpern, das eine konstante Vorschubgeschwindigkeit
der Körper
während
des gesamten Produktionszyklus gestattet, gleichzeitig jedoch die
Ausführung
von Arbeits- und/oder Prüfphasen
ermöglicht,
die bei verschiedenen Geschwindigkeiten erfolgen.
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Diese
und andere Ziele werden durch die Anlage zur Massenherstellung und/oder
-bearbeitung von Hohlkörpern
gemäß dem unabhängigen Anspruch
1 sowie den darauf folgenden abhängigen
Ansprüchen
und durch das Verfahren zur Herstellung und/oder Bearbeitung von
Hohlkörpern
gemäß Anspruch
11 sowie den darauf folgenden Unteransprüchen erreicht.
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Die
erfindungsgemäße Anlage
zur Massenherstellung und/oder -bearbeitung von Hohlkörpern umfasst
eine Mehrzahl von Arbeits- und/oder Prüfstationen sowie Mittel zum
automatischen Befördern von
Körpern
bei einer gleichförmigen
Geschwindigkeit v0. Die Anlage umfasst außerdem eine
Vorrichtung zum Befördern
der Körper
bei einer nicht-gleichförmigen
Geschwindigkeit, die zumindest einem Mittel zum Befördern der
Körper
bei einer gleichförmigen
Geschwindigkeit v0 nachgeschaltet ist und
funktionell einer Arbeits- und/oder Prüfstation zugeordnet ist, die
Körper
bei einer zu der gleichförmigen
Geschwindigkeit v0 verschiedenen Geschwindigkeit
v0 handhabt. Die Fördervorrichtung zwingt den
Hohlkörpern
an der Arbeits- oder Prüfstation
die Geschwindigkeit v0 auf und gibt die
Körper,
wenn sie die Arbeits- und/oder
Prüfstation
verlassen, an Mittel zum Befördern
der Körper
bei einer gleichförmigen
Geschwindigkeit v0 ab, die der Fördervorrichtung
mit der nicht-gleichförmigen Geschwindigkeit
nachgeschaltet sind.
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Die
genannte Fördervorrichtung
weist zwei Schenkel auf, die um ihren Mittelpunkt rotieren und an
ihren jeweiligen Enden mit Mitteln zum Aufnehmen und Halten der
Hohlkörper
ausgestattet sind. Diese rotierenden Schenkel werden einzeln betrieben
und durch Steuermittel kontrolliert, die die jeweiligen Bewegungsgesetze
vorgeben.
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Gemäß einem
besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Geschwindigkeit
v1 gleich null.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung sind die Hohlkörper zylinderförmige Behälter und
die vorher eingerichtete Arbeits- und/oder Prüfstation kann eine Einrichtung
sein, um Dichtigkeitsprüfungen
an diesen Behältern
durchzuführen.
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In
einer weiteren Ausführung
der vorliegenden Erfindung sind die Mittel zum Aufnehmen und Halten
der Hohlkörper
in abnehmbarer Weise an den rotierenden Schenkeln angebracht und
umfassen eine Haltevorrichtung, die ein Vakuum erzeugt.
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Es
folgt eine Beschreibung einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung
als rein exemplarisches und nicht-einschränkendes Beispiel unter Zuhilfenahme
der beiliegenden Figuren, wobei
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1 eine
schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
vordere Teilansicht einer Fördervorrichtung
mit nicht-gleichförmiger Geschwindigkeit gemäß einem
besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist;
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Mittels zum Aufnehmen und Halten von
Hohlkörpern ist,
das an der Fördervorrichtung
der vorhergehenden Figuren vorgesehen sein kann;
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4 eine
vordere Teilansicht der Anlage zur Herstellung und/oder Bearbeitung
von Hohlkörpern
der vorhergehenden Figuren ist;
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5 eine
seitliche Teilansicht der Prüfstation
ist, die der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung der
vorhergehenden Figuren zugeordnet ist; und
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6 ein
ideales Geschwindigkeit-Zeit-Diagramm des Bewegungsgesetzes ist,
dem einer der rotierenden Schenkel der Fördervorrichtung gemäß einem
bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung unterliegt.
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Die 1 und 2 zeigen
einen Teil einer Anlage zur Massenbearbeitung von Hohlkörpern 16, insbesondere
von Aluminiumtuben zur Aufnahme von Pasten, die eine Mehrzahl von
(nicht-dargestellten) Arbeits- und/oder Prüfstationen umfasst, die durch
Mittel zum Befördern
der Körper
bei einer gleichförmigen
Geschwindigkeit v0 beschickt werden, von
denen zwei runde Fördermittel 2 und 3 in
der Figur dargestellt sind. Die Anlage umfaßt darüber hinaus eine Station 9 zum
Prüfen
der Dichtigkeit der Körper
sowie eine dem runden Fördermittel 2 nachgeschaltete
bzw. dem runden Fördermittel 3 vorgeschaltete
Fördervorrichtung 1 zum
Beschicken dieser Station 9. Insbesondere erfordert die
Prüfstation 9, die
in Verbindung mit dem Fördermittel 3 arbeitet, dass
die Relativgeschwindigkeit zwischen den Tuben 16 und ihren
Sensoren oder Prüfanschlüssen null
ist.
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Die
Fördervorrichtung 1,
die einen Transport der Tuben 16 bei einer nicht-gleichförmigen Geschwindigkeit
ermöglicht,
umfasst zwei Schenkel 4, 5, die in Bezug auf ihren
Mittelpunkt rotieren und die an ihren Enden mit Mitteln 6a, 6b, 6c, 6d zum
Aufnehmen und Halten der Tuben ausgestattet sind. Die Drehschenkel 4, 5 können separat
durch Motormittel 7, 8 aktiviert werden, wie beispielsweise
bürstenlose Elektromotoren,
die mit Zahnscheiben an die Naben 14, 15 der beiden
Schenkel 4, 5 gekoppelt sind, die wiederum durch
(nicht-dargestellte) automatische Steuermittel kontrolliert werden.
Alternativ können die
zwei Schenkel 4 und 5 gemeinsam durch einen Motor
betrieben werden und das Bewegungsgesetz, dem die Schenkel 4 und 5 folgen
müssen,
kann ohne den Einsatz von automatischen Steuermitteln durch mechanische
Einrichtungen (Nocken und Mitnehmer) implementiert werden.
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Die
runden Fördermittel 2, 3 und
die Fördervorrichtung 1 müssen eine
gleichförmige
mittlere Vorschubgeschwindigkeit v0 der
gerade in Bearbeitung befindlichen Tuben 16 sicherstellen.
Diese Geschwindigkeit v0 ist die Fördergeschwindigkeit
der Hohlkörper 16,
die entlang der gesamten Fertigungsstraße aufrechterhalten werden
muss, nämlich
die Geschwindigkeit der Körper 16 während der
Bearbeitung, die es ermöglicht,
eine konstante und vorher festgelegte Produktionsrate aufrechtzuerhalten.
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Da
die Station 9 zum Prüfen
der Dichtigkeit der Tuben 16 fest am Boden installiert
ist und eine Relativgeschwindigkeit zwischen den Hohlkörpern 16 und
den Prüfeinrichtungen
von null bedingt, muss die Fördervorrichtung 1,
um eine gleichförmige
Geschwindigkeit v0 der Fertigungsstraße aufrechtzuerhalten
und eine Nullgeschwindigkeit der Körper an der Station 9 zu
erzielen, den beförderten
Tuben 16 entlang der ihr zugehörigen Strecke eine nicht-gleichförmige Geschwindigkeit
aufzwingen, obgleich die mittlere Geschwindigkeit dieser Tuben 16 in
der Fördervorrichtung 1 konstant
und äquivalent
zu v0 bleiben muss.
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Somit
erhält
die Fördervorrichtung 1 die
Tuben 16 von dem vorgeschalteten Fördermittel 2 bei der
Geschwindigkeit v0, beschleunigt sie dann
und stoppt sie, um ihnen eine Geschwindigkeit v1 von
null an der Station 9 aufzuzwingen und anschließend bewirkt
sie eine Beschleunigung und dann wieder eine Verlangsamung der Tuben 16,
bis die Geschwindigkeit v0 erreicht ist,
bei der die Tuben 16 an das nachgeschaltete Fördermittel
abgegeben werden. Die Zeitintervalle der verschiedenen Phasen bei
variabler Geschwindigkeit sind so vorgesehen, dass sichergestellt
ist, dass jede Tube 16 ihre mittlere Geschwindigkeit v0 konstant hält. Außerdem wird der kontinuierliche
Transport der Tuben 16 aufgrund der besonderen Geometrie
und des Aufbaus der Fördervorrichtung 1 erreicht.
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Auf
diese Weise ist es durch angemessenes Beschleunigen und Verlangsamen
der Tuben 16 und durch Sicherstellen der Kontinuität ihres
Bewegungsflusses möglich,
eine unveränderte
mittlere Geschwindigkeit v0 entlang der
gesamten Strecke, die von der Fördervorrichtung 1 erfasst
wird, aufrechtzuerhalten und Stopps oder ein Stocken im Produktionszyklus
zu vermeiden.
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Insbesondere
der Einsatz der zwei Schenkel 4, 5, die in der
Lage sind eine endliche und begrenzte Anzahl von Tuben 16 pro
Zyklus zu befördern,
und das spezielle Bewegungsgesetz, dem sie unterworfen sind, ermöglicht es
der Vorrichtung 1, wie nachstehend genauer beschrieben
wird, die Aufrechterhaltung der gewählten Produktionsrate sicherzustellen,
die durch die Fördergeschwindigkeit
v0 der Tuben 16 gegeben ist.
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Unter
Bezugnahme auch auf 3 umfasst jedes der Mittel 6a, 6b, 6c, 6d zum
Aufnehmen und Halten der Tuben 16 einen geformten Behälter 20, der
geeignet ist, nur eine begrenzte Anzahl von Tuben aufzunehmen und
der in abnehmbarer Weise an den Enden der Schenkel 4, 5 durch
lösbare
Befestigungselemente 11, wie beispielsweise durch Schrauben
und Muttern, montiert ist. Die lösbare
Befestigung der Behälter 20 erleichtert
ihren schnellen Austausch, wenn aufgrund von Größenänderungen der zu bearbeitenden
Tuben 16 eine Änderung
der Form und der Abmessungen der Behälter 20 erforderlich ist.
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Jeder
Behälter 20 weist
zudem konkave Aufnahmesitze 10 auf, in denen die Tuben 16 einzeln aufgenommen
werden, sowie Auslassöffnungen 13, die
am untersten Punkt jedes Konkavsitzes 10 vorgesehen sind.
Diese Auslassöffnungen 13 stehen
strömungstechnisch
mit Löchern 12 in
Verbindung, die in der Seitenwand jedes Behälters 20 vorgesehen
sind, welche wiederum über
Schläuche
eine strömungstechnische
Verbindung zu (nicht-dargestellten) Vakuumerzeugungsmitteln aufweisen.
Während
der Beschleunigungs- und Verlangsamungsphasen der Schenkel 4, 5 üben die
Auslassöffnungen 13 auf
diese Weise eine Haltefunktion auf die Tuben 16 in ihren Sitzen
aus.
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Bei
einer Bearbeitung von Metalltuben können die Behälter 20 alternativ
anstelle der vorgenannten pneumatischen Mittel zur Erzeugung eines Vakuums
mit magnetischen Mitteln ausgestattet sein, die elektrisch betrieben
werden können,
um die Tuben 16 in der korrekten Position zu halten.
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Die 4 und 5 zeigen
schematisch einige Teile der Station 9 zur Prüfung der
Dichtigkeit der Tuben 16. Insbesondere umfasst die Station 9 einen
Kopf 18, der mit einer Anzahl von Düsen 19 ausgerüstet ist,
die der Anzahl der an den Behältern 20 der
Mittel 6a, 6b, 6c, 6d vorgesehenen
Sitze 10 entspricht. Die Station 9 kann auch mit
einem Verschlußelement 17 für Tuben
ausgestattet sein, das mit geeigneten Dichtpolstern versehen ist
und während
der Dichtigkeitsprüfung
im wesentlichen axial an die Tuben 16 herangeführt wird,
um eine ordnungsgemäße Ausführung der
Prüfung
zu gewährleisten.
Das Verschlußelement 17 ist
erforderlich, wenn die Dichtigkeit von Tuben oder anderen zylindrischen
Behältern geprüft wird,
die mit Löchern
an beiden Enden versehen sind.
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Die
Prüfstation 9 kann
auch mit einer (nicht-dargestellten) Vorrichtung ausgerüstet sein, um
jegliche nicht standardgemäße Körper 16 auszusondern,
bevor diese nicht standardgemäßen Körper von
der Fördervorrichtung 1 an
die nachfolgenden Fördermittel 3 abgegeben
werden.
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Alternativ
kann die Station 9 mit einer Vorrichtung zum Aussondern
der nicht standardgemäßen Körper verbunden
sein und deren Betrieb steuern, die an dem nachfolgenden Fördermittel 3 oder an
jedem anderen Fördermittel
angeordnet ist, das der Fördervorrichtung 1 nachgeschaltet
ist.
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In 6 wird
ein bevorzugtes Betriebsverfahren der in den vorhergehenden Figuren
abgebildeten Anlage dargestellt, das sich auf den Bearbeitungszyklus
bezieht, der für
die korrekte Durchführung
der durch die Station 9 ausgeführten Vorgänge erforderlich ist oder der
eine von der Zyklusgeschwindigkeit v0 verschiedene
Geschwindigkeit v1, und insbesondere eine
Nullgeschwindigkeit v1, bedingt. Während des
Betriebs der Anlage wiederholt ein erster Drehschenkel, zum Beispiel
Schenkel 4, die folgenden Phasen nacheinander:
- – anfangs,
am Punkt A des Diagrams in 6, ist der
Schenkel 4 so positioniert, dass die Sitze 10 der
Mittel 6c zum Aufnehmen und Halten der Tuben 16 allmählich mit
dem Fördermittel 2 in
Verbindung kommen. In dieser Phase dreht sich der Schenkel 4 mit
einer Tangentialgeschwindigkeit v0, die
der Fördergeschwindigkeit
der Körper 16 im
Fördermittel 2 entspricht,
damit die Körper 16 ordnungsgemäß in den
Sitzen 10 aufgenommen werden können;
- – anschließend, wenn
der Behälter 20 der
Mittel 6c gefüllt
sind (Punkt B im Diagramm in 6), beschleunigt
der Schenkel 4 beträchtlich
und stoppt (Punkt C) an der Prüfstation 9;
- – der
Schenkel 4 bleibt im Stillstand während einer Zeitdauer C–D, die
erforderlich ist, um die Dichtigkeitsprüfung bei Nullgeschwindigkeit
v1 an der Station 9 durchzuführen;
- – nach
Durchführung
der Prüfung
und Aussondern aller nicht standardgemäßen Körper 16 beschleunigt
und verlangsamt der Schenkel 4 noch einmal bis er wieder
die Geschwindigkeit v0 (Punkt E im Diagramm)
erreicht, wenn die Mittel 6c mit dem nachgeschalteten Fördermittel 3 in Verbindung
kommen;
- – am
Ende, am Punkt F im Diagramm, haben die Mittel 6c des Schenkels 4 ihre
Abgabephase abgeschlossen und müssen
zur Ausrichtung mit dem Fördermittel 2 zurückgeführt werden.
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Während die
Mittel 6c in der durch die Punkte E–F definierten Phase sind,
befinden sich die Mittel 6d, die am anderen Ende des Schenkels 4 und
daher diametral entgegengesetzt zu den Mitteln 6c befestigt
sind, in der oben beschriebenen Phase A–B, um Tuben 16 vom
Fördermittel
aufzunehmen.
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Infolgedessen
werden die Mittel 6d die Abfolge der oben dargestellten
Phasen ausführen,
während
die Mittel 6c leer zum Fördermittel 2 zurückkehren
und damit zur Phase A–B,
die diese Mittel 6c erreichen, wenn die diametral entgegengesetzten
Mittel 6d ihrerseits in der Abgabephase E–F sind.
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Um
außerdem
einen kontinuierlichen Transport der Körper 16 von dem vorgeschalteten
Fördermittel 2 zum
nachgeschalteten Fördermittel 3 sicherzustellen,
weist der andere Schenkel 5, der demselben Bewegungsgesetz
folgt, wie es für
den Schenkel 4 beschrieben wurde, seine eigenen Mittel 6a, 6b zum
Aufnehmen und Halten der Tuben 16 auf, die an den Aufnahme-
und Abgabephasen A–B
bzw. E–F, während der
Beschleunigungs-, Verlangsamungs- und Stillstands- sowie der erneuten
Beschleunigungs- und Verlangsamungsphasen beteiligt sind, wie sie
im Diagramm in 6 durch die Intervalle B–E des anderen
Schenkels 4 dargestellt sind. In dieser Hinsicht muss die
Zeitspanne zum Aufnehmen A–B
oder Abgeben E–F
im wesentlichen mit dem Zeitintervall B–E zusammenfallen.
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Die
Verwendung einer Fördervorrichtung
mit einer nicht-gleichförmigen
Geschwindigkeit in einer Anlage zur Bearbeitung von Hohlkörpern, wie
vorstehend beschrieben, gestattet, ohne die Notwendigkeit von komplexen
und teuren mechanischen Konstruktionen, den Einsatz von Arbeitsstationen,
die eine zu der konstanten Fördergeschwindigkeit
v0 der Körper in
der Fertigungsstraße
verschiedenen Geschwindigkeit v1 bedingen,
wodurch hohe Produktionsleistungen und eine beträchtliche Zuverlässigkeit
der Anlage gewährleistet
werden.