WO2017063741A1

WO2017063741A1 - Antriebssystem für mehrere in einer reihe angeordnete aktoren

Info

Publication number: WO2017063741A1
Application number: PCT/EP2016/001698
Authority: WO
Inventors: Wolfram STROTHMANN
Original assignee: Strothmann Wolfram
Priority date: 2015-10-14
Filing date: 2016-10-13
Publication date: 2017-04-20
Also published as: DE102015117489A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Antriebssystem für mehrere in einer Reihe angeordnete, aus einer Ausgangsstellung in einer Arbeitsrichtung und einer Rückführrichtung unabhängig voneinander bewegliche Aktoren. Um eine Antriebslösung zu finden, die schnelle Hübe der einzelnen Aktoren mit einem ausreichenden Kraftimpuls zulässt, dabei aber bauraum- und kostensparender realisierbar ist, wird vorgeschlagen, dass die Aktoren (3) in einer ersten Richtung jeweils gegen einen Kraftspeicher (6) abgestützt sind, der bei einer Bewegung gegen den Kraftspeicher (6) eine Rückstellkraft aufbaut, jeder Aktor (3) über ein Fixierungselement (9, 33) in einer Ausgangsstellung festlegbar ist, in der der Kraftspeicher (6) zumindest teilweise gegen eine Rückstellkraft vorgespannt ist, jeder Aktor (3) in einem Abschnitt jeweils eine Verzahnung (12) aufweist, und ein Antriebssystem zum Antrieb der Aktoren (3) in eine zweite Richtung vorhanden ist, das eine gemeinsame Antriebswelle aufweist, auf die für die von dem Antriebssystem angetriebenen Aktoren (3) jeweils mindestens ein Zahnrad (15) aufgesetzt ist, das um seinen Umfang herum nur teilweise verzahnt ist, wobei die am Zahnrad (15) ausgebildeten Zähne in einer entsprechenden Hublage des Aktors (3) mit den am Aktor (3) ausgebildeten Zähnen kämmen, so dass sich bei einem Eingriff der am Zahnrad (15) ausgebildeten Zähne in die am Aktor (3) ausgebildeten Zähne über maximal die Länge der am Zahnrad (15) ausgebildeten Verzahnung eine zwangsweise Förderung des Aktors (3) in die zweite, der Drehrichtung der Antriebswelle entsprechende Richtung ergibt.

Description

Antriebssystem für mehrere in einer Reihe angeordnete Aktoren

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Antriebssystem für mehrere in einer Reihe angeordnete, aus einer Ausgangsstellung in einer Arbeitsrichtung und einer Rückführrichtung unabhängig voneinander bewegliche Aktoren.

Die in einer gattungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Aktoren können beispielsweise dazu verwendet werden, Ausstoßer in einem Sortiersystem für Früchte und Gemüse in der verarbeitenden und Lebensmittelindustrie anzutreiben. Ein in der Schrift EP 1 605 170 offenbartes System weist beispielsweise ein Förderband auf, welches zu untersuchende Produkte an einem Sensorsystem vorbeiführt. Das Sensorsystem verfügt über einen Verarbeitungsalgorithmus, der die notwendigen Entscheidungen trifft, ob ein Objekt akzeptiert oder ausgestoßen wird. Ein Aktorsystem stößt die auszusortierenden Objekte in Abhängigkeit von den Signalen des Verarbei- tungsalgorithmusses aus dem Strom aus. Zur Erhöhung der Kapazität wird im Aktorsystem nicht ein einzelner Aktor genutzt, sondern es werden mehrere einzelne Ausstoßer nebeneinander über die Breite des Förderbandes verteilt angeordnet. Typischerweise werden hierbei ca. 40-60 Ausstoßer mit einer Breite von ca. 25 mm eingesetzt.

Als Ausstoßer innerhalb der Reihenanordnung kommen verschiedene Konzepte in Frage, beispielsweise mechanische Stempel oder Klappen, die auszusortierenden Objekte mechanisch ausstoßen bzw. die Objekte in die gewünschte Richtung leiten, punktuelle Wasser-, Sandstrahldüsen o. a, die die auszusortierenden Objekte durch einen Wasser-, Sandstrahl o. ä. ausstoßen/auswerfen, oder pneumatische Düsen-

BESTÄTIGUNGSKOPIE zeilen, die die Objekte durch einen Druckstoß aus dem Strom ausstoßen. Für schwere Objekte von ca. 50 - 100 mm Durchmesser, bzw. bei der Sortierung von Gemüse, kommen in der Regel nur mechanische Auswerfer in Frage, da bei entsprechend hoher Bewegungsgeschwindigkeit düsen-basierte Auswerfer keinen ausreichenden Impuls auf das Objekt in der kurzen Zeit ausüben können, während es sich vor dem Auswerfer befindet, sodass das Objekt seine Bewegungsrichtung nicht ausreichend ändert. Bei sehr kleinen Objekten von ca. 5 mm Durchmesser, wie beispielsweise in der Körnersortierung, sind hingegen pneumatische Düsenzeilen die meist genutzte Lösung. Insbesondere bei Objekten ungleichmäßig verteilter Größe, Dichte und Gewicht sind jedoch mechanische Auswerfer die sinnvollste Lösung, da der notwendige Impuls auf die Objekte am gezieltesten platziert werden und somit auch bei ungleichmäßigen Objekten eine stabile Richtungsänderung erzielt werden kann.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel für die hier beschriebenen Antriebe für mehrere in Reihe angeordnete Aktoren ist die selektive Flächenbearbeitung, beispielsweise im Rahmen der mechanischen Beikrautregulierung in Nutzpflanzenkulturen. Hier kann ein System bestehend aus Sensorsystem und Verarbeitungsalgorithmus sowie Aktorsystem auf einem Fahrzeug, Wagen o. ä. montiert sein, um es über die Fläche mit Nutzpflanzen und Beikräutern zu tragen. Das Sensorsystem und der Verarbeitungsalgorithmus entscheiden dann, ob sich an einer Stelle eine Nutzpflanze oder ein Beikraut befindet. Um ein Beikraut zu schädigen, werden die einzeln ansteuerbaren Stempel als Aktoren gezielt so ausgelöst, um dieses zu treffen und die Nutzpflanzen zu schonen. Die Anforderungen an mechanische Aktorzeilen sind in beiden genannten Anwendungsfeldern (Sortieranlagen und z. B. Beikrautreguiierung) sehr hoch.

- Die Zeiten, welche für eine einzelne Bearbeitung zu Verfügung stehen, sind sehr kurz. Um eine entsprechende Flächenleistung bei der Beikrautreguiierung bzw. eine entsprechende Mengenleistung bei der Sortierung zu schaffen, sollte die Zeit für eine einzelne Aktoraktion mit Hin- und Rückweg maximal 100 ms betragen.

- Insbesondere bei der Beikrautreguiierung, aber auch bei der Sortierung ungleichmäßiger, relativ großer Objekte, muss ein hoher Impuls auf das Objekt ausgeübt werden. Beispielsweise in der Beikrautreguiierung muss der einzelne Aktor den Eindringwiderstand des Bodens überwinden. Relativ kraftvolle Antriebe nehmen hier stets einen relativ großen Bauraum ein. Die erreichbare Auflösung beim Sortieren durch die Anordnung relativ breiter Aktorelemente nebeneinander ist dann beschränkt.

- Der Bauraum, der für die Aktoranordnung zur Verfügung steht, ist sehr begrenzt, da sich die einzelnen Aktoren je nach Auflösung des Gesamtsystems gegenseitig in Ihrer maximalen Breite beschränken. Auflösungen mit Breiten unter 25 mm sind mit vorbekannten Ansätzen für kraftvolle Antriebe schwerlich umsetzbar.

- Die Kosten für die Gesamtanordnung müssen möglichst gering gehalten werden. Hierfür ist es besonders vorteilhaft, wenn möglichst viele Komponenten, beispielsweise der Antriebstechnik und Steuerung, für alle Aktorelemente gemeinsam verwendet werden können. Alle vorbekannten Lösungen, beispielsweise zeilenweise Anordnungen von mehreren hubmagnetischen oder elektromechanischen Linearantrieben oder von hydraulischen oder pneumatischen Linearaktoren, haben den Nachteil, dass die einzelne Antriebseinheit in der Zeilenanordnung praktisch vollständig vervielfältigt wird, daher steigen die Kosten für Antriebstechnik praktisch linear mit der Anzahl der eingesetzten Aktoren in der Zeile.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebslösung zu finden, die schnelle Hübe der einzelnen Aktoren mit einem ausreichenden Kraftimpuls zulässt, dabei aber bauraum- und kostensparender realisierbar ist.

Die Aufgabe wird für ein gattungsgemäßes Antriebssystem gelöst, indem die Aktoren in einer ersten Richtung jeweils gegen einen Kraftspeicher abgestützt sind, der bei einer Bewegung gegen den Kraftspeicher eine Rückstellkraft aufbaut, jeder Aktor über ein Fixierungselement in einer Ausgangsstellung festlegbar ist, in der der Kraftspeicher zumindest teilweise gegen eine Rückstellkraft vorgespannt ist, jeder Aktor in einem Abschnitt jeweils eine Verzahnung aufweist, und ein Antriebssystem zum Antrieb der Aktoren in eine zweite Richtung vorhanden ist, das eine gemeinsame Antriebswelle aufweist, auf die für die von dem Antriebssystem angetriebenen Aktoren jeweils mindestens ein Zahnrad aufgesetzt ist, das um seinen Umfang herum nur teilweise verzahnt ist, wobei die am Zahnrad ausgebildeten Zähne in einer entsprechenden Hublage des Aktors mit den am Aktor ausgebildeten Zähnen kämmen, so dass sich bei einem Eingriff der am Zahnrad ausgebildeten Zähne in die am Aktor ausgebildeten Zähne über maximal die Länge der am Zahnrad ausgebildeten Ver- zahnung eine zwangsweise Förderung des Aktors in die zweite, der Drehrichtung der Antriebswelle entsprechende Richtung ergibt.

Durch die Lösung, die Aktoren in eine Richtung durch eine gemeinsame Antriebswelle anzutreiben, entfallen individuelle Antriebe für jeden einzelnen Aktor in diese Richtung. Die gemeinsame Antriebswelle benötigt weniger Bauraum, ist kostengünstiger und bietet immer noch sehr schnelle Bewegungen des Aktors. Während die Bewegung in die Drehrichtung der Antriebswelle zwangsweise erfolgt, wenn sich ein Aktor im Eingriff mit der Antriebswelle befindet, kann die Bewegung in die andere Richtung wahlweise und zeitlich passend gesteuert erfolgen. Die Koordination dazu, in welche Richtung der Aktor bewegt wird, folgt dabei aus der Abstimmung der Verzahnung in einem Abschnitt des Aktors mit der Verzahnung des auf der Antriebswelle befindlichen Zahnrades. Wenn sich nämlich die Verzahnung des einem Aktor zugeordneten Zahnrades und die Verzahnung des Aktors nicht miteinander im Eingriff befinden, ist der Aktor in der der Drehrichtung der Antriebswelle entgegen gesetzten Richtung frei beweglich.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Richtung als durch die Rückstellkraft des Kraftspeichers getriebene Richtung die Arbeitsrichtung und die zweite Richtung die zwangsgetriebene Rückführrichtung. Insbesondere für die Beikrautre- gulierung hat diese Konfiguration den Vorteil, dass der Aktor in Arbeitsrichtung durch die Rückstellkraft des Kraftspeichers bewegt wird und nicht durch eine formschlüssige Verbindung mit dem Antrieb. Dies hat den Vorteil, dass bei einem Auftreffen des Aktors auf einen etwaigen im Boden befindlichen Stein oder ein vergleichbares Ob- jekt lediglich der Kraftspeicher nicht vollständig entspannt wird, aber keine Schädigungen am Antrieb verursacht werden.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Kraftspeicher, welche während der Bewegung der Einzelaktoren in die erste Richtung die Rückstellkraft aufbauen, Federn. Federn sind als mechanische Bauteile kostengünstig, zuverlässig, nahezu wartungsfrei und können die Aktoren innerhalb der Bewegungsstrecke mit hohen Geschwindigkeiten bewegen.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Fixierungselement als mechanischer Raststeller ausgebildet. Ein mechanischer Raststeller bewirkt eine formschlüssige Bewegungssperre des Aktors, die leicht und schnell aufgehoben werden kann, wenn eine Bewegung des Aktors erforderlich wird. Ein mechanischer Raststeller ist vergleichsweise kostengünstig. Mit dem Raststeller kann ein Aktor mit einem einfachen mechanisch wirkenden Mittel in einer Position festgelegt werden, ohne dass dafür der Aktor über eine zusätzlich einwirkende Kraftkomponente dauerhaft in dieser Position gehalten werden müsste.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Fixierungselement als Magnet ausgebildet. Als Magnet kann ein Elektromagnet, ein Permanentmagnet oder ein kombinierter Permanentelektromagnet eingesetzt werden. Insbesondere der Einsatz eines Permanentelektromagneten, welcher über einen permanenten Magnetismus verfügt, der jedoch ganz oder teilweise durch Bestromung einer integrierten Spule neutralisiert werden kann, hat dem Vorteil, dass dieser Permanentelektromagnet im stromlosen Zustand magnetisch ist. Somit verharren die Aktoren im ausgeschalteten Zustand in ihrer vorgespannten Ausgangslage und es ist keine Hochlaufprozedur erforderlich um diese in die vorgespannte Lage vor Aufnahme des Betriebs zu bringen, was bei einem Elektromagneten erforderlich wäre. Insgesamt ist bei der magnetischen Lösung für das Fixierungselement vorteilhat, dass die Anzahl mechanisch beweglicher Teile weiter reduziert werden kann.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Fixierungselemente mit einer elektronischen Steuerung verbunden, die in Abhängigkeit von Sensorsignalen und/oder anderen Eingangssignalen ein oder mehrere Fixierungselemente wahlweise ansteuert, wobei die Fixierungselemente jeweils eine umschaltbare Sperrfunktion aufweisen, die bei Übermittlung eines Steuersignals von der elektronischen Steuerung aufgehoben ist. Über die Steuerung kann somit ein Aktor entsperrt und dadurch eine Bewegung in die erste oder zweite Richtung freigegeben werden, je nachdem, wie das System ausgelegt ist.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Antriebswelle oder der Antrieb der Antriebswelle einen Drehgeber als Sensor auf, der ein Sensorsignal an die elektronische Steuerung übermittelt, und die elektronische Steuerung steuert die Fixierungselemente unter Berücksichtigung des Sensorsignals des Drehgebers an. Über den Drehgeber weiß die Steuerung, ob bei einer Entsperrung der Aktor mit der Antriebswelle über ein Zahnrad in Eingriff steht und dadurch eine zwangsweise angetriebene Bewegung in Rotationsrichtung der Antriebswelle erfolgt, oder ob die Zähne des Zahnrades und des Aktors über einen Drehwinkel der Antriebswelle hinweg nicht miteinander in Eingriff stehen und deshalb auch eine Bewegung des Aktors in die der Drehrichtung der Antriebswelle entgegen gesetzten Richtung möglich ist. Durch die Freigabe des Aktors in einem Zeitintervall, in dem sich der Aktor auch in eine der Drehrichtung der Antriebswelle entgegen gesetzte Richtung bewegen kann, ist eine zeitgesteuert genaue Bewegung des Aktors auch in die erste Richtung möglich.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Aktoren als in axialer Richtung bewegliche Stempel ausgebildet. In axialer Richtung bewegliche Stempel sind kostengünstig herstellbar, leicht in einer Lagerung zu führen und einfach in der täglichen Praxis der Vorrichtung. Auch können die Antriebskräfte in beide Richtungen gut in den Aktor übertragen werden. An den Stempeln können am Fuß des jeweiligen Stempels spezielle Formen/Mechanismen/Materialien befestigt werden, wie beispielsweise scharfe Kanten aus einem besonders gehärteten Metall, um Beikräuter bei der Beikrautregulierung stärker zu beschädigen, oder Haken/Flügel, um an zu bearbeitenden Stellen den Boden stärker zu lockern/aufzureißen, oder dämpfende Materialien, um bei der Sortierung auszustoßenden Objekte an der Oberfläche während des Stoßes nicht zu beschädigen.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung dienen die einzelnen Aktoren als Antrieb für weitere Mechanik, bzw. für Sortierklappen oder Hebel.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind alle Zahnräder mit nur teilweiser Verzahnung am Umfang ohne Phasenversatz auf der Antriebswelle montiert. Dies hat den Vorteil, dass einer etwaigen elektronischen Ansteuerung der einzelnen Fixierungselemente der jeweilige Phasenversatz des einzelnen Zahnrades nicht bekannt sein muss, diese somit einfacher ausgeführt sein kann. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind alle Zahnräder mit nur teilweiser Verzahnung am Umfang mit Phasenversatz auf der Antriebswelle montiert. Dies hat den Vorteil, dass einer etwaigen elektronischen Ansteuerung der einzelnen Fixierungselemente der jeweilige Phasenversatz des einzelnen Zahnrades nicht bekannt sein muss, diese somit einfacher ausgeführt sein kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass etwaige beim Auslösen auf das System ausgeübte Schwingungen/Stöße reduziert sowie durch die Rotation der Antriebswelle induzierte Schwingungen potentiell minimiert werden können.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird die gemeinsame Antriebswelle mit aufgesteckten Zahnrädern durch ein durchgehendes, sehr breites Zahnrad ersetzt, welches die Verzahnungen aller nebeneinander befindlichen Aktoren kämmen kann.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Antriebswelle mit einem Antriebsmotor verbunden, welcher diese antreibt. Die Verbindung kann Getriebe und/oder Übersetzungen und/oder Kupplungen und/oder andere Kopplungselemente umfassen. Als Antriebsmotor kann ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor oder ein Verbrennungsmotor verwendet werden.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung rotiert die Antriebswelle beim Betrieb des Antriebssystems kontinuierlich angetrieben. Ein besonderer Vorteil im Vergleich zu vorbekannten Lösungen des Antriebssystems ist hierbei, dass die Antriebswelle für alle Einzelaktoren gemeinsam ist. Somit ist für alle Aktoren nur ein gemeinsamer Antriebsstrang erforderlich. Somit sind bzw. ein etwaiger Antriebsmotor, Überset- zungsgetriebe o. ä. für alle Aktoren nur einmalig erforderlich, so dass die auf den einzelnen Aktor bezogenen Kosten mit zunehmender Anzahl von Aktoren pro Antriebssystem fallen, während Sie bei vorbekannten Lösungen konstant bleiben.

Es besteht die Möglichkeit zwei oder mehr derartiger Antriebssysteme mit jeweils zwei oder mehr Aktoren in einem übergeordneten System gemeinsam anzuordnen, bzw. um die Kapazität eines Gesamtprozesses zu erhöhen und/oder verschiedene Zwecke innerhalb eines Gesamtprozesses zu erfüllen und/oder die erreichbare Arbeitsauflösung in einem Gesamtprozess weiter zu erhöhen.

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung jeweils für sich, aber auch in einer beliebigen Kombination untereinander mit dem Gegenstand des Hauptanspruchs kombinierbar sind, soweit dem keine zwingenden technischen Hindernisse entgegenstehen.

Weitere Abwandlungen und Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich der nachfolgenden gegenständlichen Beschreibung und den Zeichnungen entnehmen.

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden. Es zeigen:

Abbildung 1 : eine Ausführung eines einzelnen Aktorelements in der Seitenansicht, Abbildung 2: die einzelnen Betriebsphasen sowie die Rastposition als Ausgangslage eines einzelnen Aktorelementes,

Abbildung 3: das gesamte Antriebssystem mit mehreren Aktoren in einer Draufsicht,

Abbildung 4: eine weitere Ausgestaltung des einzelnen Aktorelementes.

Abbildung 1 zeigt eine Ausführung eines einzelnen Aktorelements in der Seitenansicht. Der Aktor 3 wird bei einer Rückführbewegung (in der Abbildung Aufwärtsbewegung) gegen den Kraftspeicher 6 vorgespannt. Der Kraftspeicher 6 ist in der gezeigten Ausführung als Druckfeder 6 ausgestaltet, welche gegen einen Anschlag 7 gespannt wird. Das Fixierungselement ist als Permanentelektromagnet 9 ausgestaltet, welcher auf einen entsprechenden magnetisch anziehbar ausgebildeten Kopf 10 des Aktors 3 eine magnetische Kraft ausüben kann und den Aktor 3 in vorgespannter Lage des Kraftspeichers 6 fixieren kann. Der Aktor 3 verfügt über einen verzahnten Abschnitt 12. Das teilweise verzahnte Zahnrad 15 sorgt mit seinem verzahnten Umfangssegment bei Eingriff in die entsprechenden Zähne des Aktors 3 für eine zwangsweise Bewegung des Aktors 3 in Rückführrichtung - im Bild aufwärts - und mit seinem unverzahnten Umfangssegment, sobald dieses den Zähnen des Aktors 3 entgegen steht, für freie Beweglichkeit des Aktors 3 in Arbeitsrichtung - im Bild abwärts -.

Abbildung 2 zeigt die einzelnen Betriebsphasen sowie die Rastposition als Ausgangslage eines einzelnen Aktorelementes, welches wie in Figur 1 ausgestaltet ist. Im ganz linken Teil von Abbildung 2, dem Abschnitt A, wird der Aktor 3 durch das teilweise verzahnte Zahnrad 15 in Rückführrichtung - im Bild aufwärts - zwangsweise bewegt, aufgrund des Eingriffs der Zähne des Zahnrades 15 in die Verzahnung 12 des Aktors 3. Der Kraftspeicher 6, hier ausgestaltet als Feder 6, wird somit vorgespannt, sodass eine Rückstellkraft aufgebaut wird. Das Fixierungselement ist als Permanentelektromagnet 9 ausgestaltet. Aufgrund der großen Entfernung des Aktorkopfes 10 vom Permanentelektromagneten 9 ist es hier prinzipiell egal, ob der Permanentelektromagnet 9 bestromt ist oder nicht. Da die Magnetkraft mit zunehmender Entfernung proportional zum Quadrat der Entfernung abnimmt, übt der Per- manentelektromagent 9 auch im unbestromten Zustand hier keine nennenswerte Kraft auf den Aktor 3 aus. Es wird daher davon ausgegangen, das zur Einsparung von Energie die Spulen des Permanentelektromagneten hier nicht bestromt sind, symbolisiert durch die durchgehend schwarz skizzierten Spulen 18.

Im zweiten Abschnitt von links aus Abbildung 2 - dem Abschnitt B - befindet sich der Aktor 3 im oberen Totpunkt. Der letzte Zahn eines verzahnten Segmentes des teilweise verzahnten Zahnrades 15 hat keinen Eingriff mehr in die Verzahnung 12 des Aktors 3. Der Kraftspeicher 6, hier ausgestaltet als Feder, ist vorgespannt. In der hier gezeigten Betriebsphase ist nun ein Arbeitsvorgang des Aktors 3 erwünscht, bzw. weil sich ein auszusortierendes Objekt unterhalb des Aktors 3 befindet. Deshalb ist das Fixierungselement, hier ausgestaltet als Permanentelektromagnet 9, gelöst. Dies ist dadurch bedingt, das die Spulen des Permanentelektromagneten bestromt sind, in der Abbildung durch die schraffierten Spulen 19 zu erkennen. Die Bestromung der Spulen des Permanentelektromagnets 9 führt zu einer Neutralisierung des permanenten Magnetfeldes, sodass keine magnetische Kraft zur Fixierung auf den Kopf 10 des Aktors 3 ausgeübt wird. Entsprechend geht das System in die in Abschnitt C gezeigte Betriebsphase der Bewegung in Arbeitsrichtung über.

Im mittleren Abschnitt von Abbildung 2 - dem Abschnitt C- bewegt sich der Aktor 3 in Arbeitsrichtung - im Bild abwärts -. Der Verzahnung 12 des Aktors 3 steht ein unverzahntes Segment des teilweise verzahnten Zahnrades 15 entgegen. Der Aktor 3 kann somit durch die vom Kraftspeicher 6 aufgebrachte Rückstellkraft in Arbeitsbewegung bewegt werden. Das Fixierungselement ist als Permanentelektromagnet 9 ausgestaltet. Nachdem der Aktor 3 seine Rastposition verlassen hat, kann die Bestromung des Permanentelektromagneten 9 zum Lösen des Aktors 3 aus der Rastposition wieder unterlassen werden, um Energie einzusparen.

Im zweiten Abschnitt von rechts aus Abbildung 2 - im Abschnitt D - befindet sich der Aktor 3 im unteren Totpunkt. Der Aktor 3 hat seine Bewegung in Arbeitsrichtung vollzogen. Der Kraftspeicher, hier als Feder 6 ausgestaltet, ist weitgehend oder vollständig entspannt. Sobald das teilweise verzahnte Zahnrad 15 nun wieder mit einem verzahnten Umfangssegment Eingriff in die Verzahnung 12 des Aktors 3 hat, beginnt erneut die Bewegung in Rückführrichtung, wie in Abschnitt A dargestellt.

Im ganz rechten Abschnitt von Abbildung 2 - dem Abschnitt E - befindet sich der Aktor 3 in seiner Rastposition. Diese nimmt der Aktor 3 ein, wenn sich z. B. in einer Sortieranwendung unterhalb des Aktors 3 kein auszustoßendes Objekt befindet. Sie wird durch den Aktor 3 erreicht nach dem Ende der Bewegung in Rückführrichtung, sofern das Fixierungselement 9 nicht entsperrt ist. Dies ist hier der Fall. Das Fixierungselement ist hier als Permanentelektromagnet 9 ausgestaltet. Die Spulen des- selben sind unbestromt 18. Somit wird der angezogene Aktorkopf 10 und mit ihm der gesamte Aktor 3 im oberen Totpunkt fixiert. Das teilweise verzahnte Zahnrad 15 kann hierbei weiter drehen, da es aufgrund der Positionierung des Aktors 3 in Rastposition weder mit seinem verzahnten noch mit seinen unverzahnten Segmenten Eingriff in die Verzahnung 12 des Aktors 3 hat. Dies erlaubt es eine gemeinsame Antriebswelle und einen gemeinsamen Antriebsstrang für mehrere derartige, einzeln ansteuerbare Aktoren 3 zu haben, wobei das Auslösen der Aktion eines jeweils einzelnen Aktors 3 über eine Ansteuerung des Fixierungselementes 9 stattfinden kann, und wobei die gemeinsame Antriebswelle weiter dreht.

Abbildung 3 zeigt das gesamte Antriebssystem mit mehreren Aktoren 3 in einer Ausführung in der Draufsicht. Mehrere Aktormodule 24, mindestens bestehend aus Aktor 3 mit Verzahnung 12, Kraftspeicher 6 und Fixierungselement, sind in einer Reihe angeordnet. Weiterhin sind mehrere teilweise verzahnte Zahnräder 15 in einer Reihe angeordnet und so positioniert, dass sie zu gegebenen Zeiten Eingriff in die Verzahnungen 12 haben. Die teilweise verzahnten Zahnräder 15 sind auf einer gemeinsamen Antriebswelle 30. Dies erlaubt es, den in der Ausgestaltung als Antriebsmotor verbundenen Elektromotor 21 nur einmalig für alle Aktorelemente vorzusehen. Weiterhin muss der in der Ausgestaltung zur optimierten Ansteuerung vorgesehene Drehgeber 27 ebenfalls nur einmalig vorhanden sein.

Abbildung 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung des einzelnen Aktorelements, alternativ zu der Darstellung in Abbildung 1. Das Fixierungselement ist hier als mechanischer Raststeller 33 ausgebildet, welcher in der entsprechenden Rastposition in eine Rastbohrung 36 eingeschoben wird und den Aktor 3 so in der Rastposition fixiert. Die vorstehenden Ausführungsbeispiele dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Dem Fachmann bereitet es keine Schwierigkeiten, die Ausführungsbeispiele auf eine ihm geeignet erscheinende Weise abzuwandeln, um sie an einen konkreten Anwendungsfall anzupassen.

Bezugszeichenliste:

3 Einzelaktor

6 Kraftspeicher (in diesem Bild als Druckfeder ausgeführt)

7 Anschlag für Feder

9 Fixierungselement (in Abbildung 1 und 2 als Permanentelektromagnet ausgeführt)

10 Stempelkopf aus magnetischem Metall

12 Verzahnung

15 teilweise verzahntes Zahnrad

18 unbestromte Spulen des Permanetelektromagneten

19 bestromte Spulen des Permanetelektromagneten

21 Antriebsmotor

24 Einzelaktormodule in der Draufsicht (Einzelaktor 3 + Kraftspeicher 6 + Fixierungselement 9)

27 Drehgeber

30 gemeinsame Antriebswelle

33 Fixierungselement (in Abbildung 4 als mechanischer Raststeller ausgeführt)

36 Rastbohrung für Raststeller

Claims

Patentansprüche

1. Antriebssystem für mehrere in einer Reihe angeordnete, aus einer Ausgangsstellung in einer Arbeitsrichtung und einer Rückführrichtung unabhängig voneinander bewegliche Aktoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoren (3) in einer ersten Richtung jeweils gegen einen Kraftspeicher (6) abgestützt sind, der bei einer Bewegung gegen den Kraftspeicher (6) eine Rückstellkraft aufbaut, jeder Aktor (3) über ein Fixierungselement (9, 33) in einer Ausgangsstellung festlegbar ist, in der der Kraftspeicher (6) zumindest teilweise gegen eine Rückstellkraft vorgespannt ist, jeder Aktor (3) in einem Abschnitt jeweils eine Verzahnung (12) aufweist, und ein Antriebssystem zum Antrieb der Aktoren (3) in eine zweite Richtung vorhanden ist, das eine gemeinsame Antriebswelle aufweist, auf die für die von dem Antriebssystem angetriebenen Aktoren (3) jeweils mindestens ein Zahnrad (15) aufgesetzt ist, das um seinen Umfang herum nur teilweise verzahnt ist, wobei die am Zahnrad (15) ausgebildeten Zähne in einer entsprechenden Hublage des Aktors (3) mit den am Aktor (3) ausgebildeten Zähnen kämmen, so dass sich bei einem Eingriff der am Zahnrad (15) ausgebildeten Zähne in die am Aktor (3) ausgebildeten Zähne über maximal die Länge der am Zahnrad (15) ausgebildeten Verzahnung eine zwangsweise Förderung des Aktors (3) in die zweite, der Drehrichtung der Antriebswelle entsprechende Richtung ergibt.

2. Antriebssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Richtung als durch die Rückstellkraft des Kraftspeichers (6) getriebene Richtung die Arbeitsrichtung und die zweite zwangsgetriebene Richtung die Rückführrichtung ist.

3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftspeicher (6), welche während der Bewegung der Einzelaktoren (3) in die erste Richtung die Rückstellkraft aufbauen, als Federn ausgebildet sind.

4. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierungselemente als mechanischer Raststeller (33) ausgebildet sind.

5. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierungselemente als Magnet (9) ausgebildet sind.

6. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierungselemente (9, 33) mit einer elektronischen Steuerung verbunden sind, die in Anhängigkeit von Sensorsignalen und/oder anderen Eingangssignalen ein oder mehrere Fixierungselemente (9, 33) wahlweise ansteuert, wobei die Fixierungselemente (9, 33) jeweils eine umschaltbare Sperrfunktion aufweisen, die bei Übermittlung eines Steuersignals von der elektronischen Steuerung aufgehoben ist.

7. Antriebssystem nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (30) oder der Antrieb der Antriebswelle (30) einen Drehgeber (27) als Sensor aufweist, der ein Sensorsignal an die elektronische Steuerung übermittelt, und die elektronische Steuerung die Fixierungselemente (9, 33) vom unter Berücksichtigung des Sensorsignals des Drehgebers ansteuert.

8. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoren (3) als in axialer Richtung bewegliche Stempel ausgebildet sind.

9. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Aktoren (3) als Antrieb für weitere Mechanik dienen, bzw. als Antrieb für Sortierklappen oder Hebel.

10. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Zahnräder (15) mit nur teilweiser Verzahnung am Umfang ohne Phasenversatz auf der Antriebswelle (30) montiert sind.

11. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Zahnräder (15) mit nur teilweiser Verzahnung am Umfang ohne Phasenversatz auf der Antriebswelle (30) montiert sind.

12. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Antriebswelle (30) mit aufgesteckten Zahnrädern (15) durch ein durchgehendes, sehr breites Zahnrad ersetzt wird, welches die Verzahnungen aller nebeneinander befindlichen Aktoren (3) kämmen kann.

13. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (30) mit einem Antriebsmotor verbunden ist, welcher diese antreibt.

14. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (30) beim Betrieb des Antriebssystems kontinuierlich angetrieben rotiert.