WO2024046758A1 - Omnidirektionalrad und förderanlage - Google Patents

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WO2024046758A1
WO2024046758A1 PCT/EP2023/072496 EP2023072496W WO2024046758A1 WO 2024046758 A1 WO2024046758 A1 WO 2024046758A1 EP 2023072496 W EP2023072496 W EP 2023072496W WO 2024046758 A1 WO2024046758 A1 WO 2024046758A1
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rotation
central shaft
rollers
axis
bearing
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PCT/EP2023/072496
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Paul Worms
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Paul Worms
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    • B65G13/08—Roller-ways of curved form; with branch-offs
    • B65G13/10—Switching arrangements
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    • B65G39/00—Rollers, e.g. drive rollers, or arrangements thereof incorporated in roller-ways or other types of mechanical conveyors 
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    • B65G39/02—Adaptations of individual rollers and supports therefor
    • B65G39/04—Adaptations of individual rollers and supports therefor the rollers comprising a number of roller forming elements mounted on a single axle
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    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G2207/00—Indexing codes relating to constructional details, configuration and additional features of a handling device, e.g. Conveyors
    • B65G2207/34—Omni-directional rolls

Definitions

  • the invention relates to an omnidirectional wheel and a conveyor system with such an omnidirectional wheel.
  • Omnidirectional wheels are used to generate a predetermined speed without the omnidirectional wheel having to be pivoted. Omnidirectional wheels are used, for example, in conveyor systems to convey and/or rotate piece goods, in particular packages, in a predetermined direction.
  • US 8752696 B2 describes an omnidirectional wheel drive in which the spherical rollers have a helical thread in the area of their maximum diameter, which is driven by a helical gear.
  • the invention is based on the object of specifying an improved omnidirectional wheel.
  • the invention solves the problem by an omnidirectional wheel with the features of claim 1. It is advantageous, but not necessary, if the first set of rollers and/or the second set of rollers are each at the same distance from the central shaft.
  • the advantage of the invention is that such an omnidirectional wheel can generally be built to be particularly compact. Because the roles come directly from the Driven by a worm drive, no additional space is required between the central shaft and the rollers.
  • the omnidirectional wheel usually has a comparatively high level of efficiency. In other words, the loss between the driving power and the power that can be transmitted via the rollers is small. The reason for this is the favorable combination of worm drive and helical gearing.
  • Another advantage is that there is a high contact area between the rollers and the goods to be conveyed.
  • the area of the rollers in which the external thread is formed can also contact and move the material to be conveyed.
  • first set of rollers and the second set of rollers mesh directly with the drive screw.
  • the torque is transmitted directly from the drive worm to the first set rollers and the second set rollers without an intermediate transmission unit.
  • the feature that the rollers protrude at least partially over the storage drum is understood in particular to mean that the rollers can come into contact with an external object, for example a package.
  • first set roller axis of rotation runs transversely to the central shaft axis of rotation is understood in particular to mean that an angular offset between the first set roller axis of rotation and the central shaft axis of rotation is at least 42°, in particular at least 45° and at most 90°.
  • the angular offset is 85° to 90°. According to a further preferred embodiment, the angular offset is 45° ⁇ 3°.
  • the first set of rollers and the second set of rollers are preferably arranged at an equidistant angle. If - as provided according to a preferred embodiment - there are exactly three first set rollers, these are each arranged offset from one another by an offset angle of 120 °. If - as provided according to a preferred embodiment - there are exactly four first set rollers, they are arranged offset from one another by the offset angle of 90°.
  • the first set rollers are arranged at the same axial first set height with respect to the central shaft.
  • the projections of the centers of mass of the first set rollers on the central shaft axis of rotation are on top of each other or at least so close to each other that they can be viewed as lying on top of each other to a good approximation.
  • the first set of rollers can also be arranged at different axial heights.
  • the second set rollers are arranged at the same axial second set height with respect to the central shaft, the first set height differing from the second set height.
  • the second set of rollers are arranged at an angular offset relative to the first set of rollers, which corresponds to half the offset angle.
  • the external thread has a helix angle of at least 3°, in particular at least 6°.
  • the helix angle is a maximum of 65°.
  • the drive worm has a high-helix thread.
  • the first set of rollers and the second set of rollers preferably have a barrel-shaped outer contour at least in the area of the respective external thread.
  • the external thread is preferably formed by depressions sunk into the outer contour. This means in particular that the outer contour would be strictly convex in the circumferential and longitudinal directions without the depressions.
  • the tooth base of the external thread is concavely curved. This results in a particularly short area in which the external thread is formed, while at the same time enabling a good transfer of torque from the drive screw to the external thread. It is particularly advantageous if the tooth base is more curved than an outer contour of the first set roller in the area of the external thread with respect to the direction of the corresponding roller axis of rotation.
  • the tooth base preferably has a tooth base curvature radius and the drive worm has a drive worm outer radius.
  • the quotient of the tooth base curvature radius as the numerator and the drive worm outer radius as the denominator is preferably between 2 and 0.5. In this way, a small installation space is made possible and yet a sufficiently large torque can be transferred from the drive worm to the rollers.
  • At least one roller in particular a plurality of rollers, preferably all rollers, has (a) a first material region, called a toothing region, in which the external thread is formed, and (b) a second material region, called a conveying region, which is in terms of its hardness, its coefficient of static friction compared to cardboard and / or plastic (for example acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer), differs from the first material area.
  • the rollers in the conveyor area are tribologically optimized so that the rollers have a good grip on cardboard and/or plastic containers.
  • the material in the tooth area is preferably harder than the material in the roller shaft area.
  • the conveying area is preferably the area in which the rollers come into contact with the material to be conveyed, i.e. the objects to be conveyed, during operation of the omnidirectional wheel, in particular the conveyor system.
  • At least one roller in particular a plurality of rollers, preferably all rollers, is produced additively.
  • at least one roll in particular a plurality of rolls, preferably all rolls, is coated and/or produced by injection molding.
  • the omnidirectional wheel in the conveying area can be made of rubber or silicone or have a rubber or silicone object.
  • the bearing drum preferably has a cylindrical outer contour which has a bearing drum curvature in the circumferential direction.
  • the rollers have a wheel curvature in the longitudinal direction, i.e. with respect to a section in the longitudinal axis direction, which preferably corresponds to the bearing drum curvature, i.e. deviates from it by a maximum of 20%.
  • one of the roller outer contours of the rollers is designed in such a way that the wheel outer contours of the first set of rollers extend along a common circle. If the omnidirectional wheel is rotated around its central shaft rotation axis, this results in particularly smooth running.
  • a majority of the replacement rollers are identical in construction, in particular all of the replacement rollers are identical in construction.
  • a majority of the second set of roles, in particular all of the second set of roles are identical to one another and to the first set of roles. In particular, all roles are identical.
  • At least a majority of the rollers, in particular all rollers, are mounted on the bearing drum by means of a cage.
  • a cage is a device by which the rollers are mounted and which can be separated from the storage drum.
  • the cage itself is attached to the bearing drum. This allows the rollers to be easily mounted on the bearing drum from the axial outside (relative to the bearing drum).
  • the gap between the bearing drum and the roller is generally advantageously smaller than it would be if the roller were attached to the bearing drum from the axial outside without a cage.
  • the cage is preferably connected to the bearing drum by a snap connection, in particular reversibly.
  • a snap connection is understood to mean a connection in which a positive connection is created and during the creation of which a part, in the present case preferably the cage, is elastically deformed before the positive connection is reached.
  • the cage preferably has a snap hook.
  • the snap connection is preferably reversible, i.e. detachable.
  • the cage can be repeatedly detached from the bearing drum and one of these attached without damaging the cage or the bearing drum.
  • the cage contains a bearing for the corresponding roller.
  • the role is completely mounted on the cage. This means that the bearing seat for the roller is completely formed on the cage.
  • the cage is preferably made of plastic.
  • the cage can be designed as an injection molded part. It is advantageous if the cage is made of reinforced, in particular fiber-reinforced, plastic.
  • the cage can have an insert that is made of metal, for example. This strengthens the cage.
  • the cage can be an injection molded metal part.
  • the cage preferably has a bearing bush for storing the roller.
  • the roller is rotatably mounted by means of a shaft, in particular made of metal.
  • This shaft is accommodated in the bearing bush. It is advantageous, but not necessary, for the roller to rotate around the shaft. In other words, the shaft stands still or rotates slower than the roller. In this way, wear on the bearing bush is minimized.
  • exactly one roller is mounted on each cage and/or each roller is mounted on exactly one cage.
  • At least a majority of the rollers are mounted on the storage drum by means of a frame.
  • the frame together with the bearing drum, forms a bearing seat for the roll.
  • the frame is preferably connected to the bearing drum by a snap connection, in particular reversibly.
  • a frame differs from a cage in that the cage completely supports the roller, which means that the bearing seat is completely formed on the cage.
  • the bearing seat is only partially formed on the frame, the rest of the bearing seat is formed on the bearing drum.
  • the frame preferably has the further features mentioned above for the cage.
  • a slot between the roller on the one hand and the cage or frame on the other is a maximum of 1 mm. If the slot does not have a constant width, an average value of the width of the slot is at most 1 mm. In this way, the likelihood of an object to be conveyed being drawn into the slot is reduced. It is advantageous if, for at least a majority of the rollers, a tooth base of the rollers runs along a strip that runs spirally on the lateral surface of a cylinder. In particular, a majority of the tooth bases, in particular all of the tooth bases, run along a strip that runs spirally on the lateral surface of a cylinder. In particular, the bases of the teeth are wired. In particular, the strip, in particular each strip, runs helically. Such a role is particularly easy to produce.
  • an omnidirectional shaft and an omnidirectional matrix each of which has all the components of an omnidirectional wheel according to the invention and additionally has at least a third set of rollers, which (i) can be rotated on the bearing drum about a respective axis of rotation that runs transversely to the central shaft axis of rotation are mounted, (ii) are arranged angularly spaced from one another around the central shaft and (iii) each have an external thread and mesh with the drive worm.
  • the sets of rollers are arranged along the central shaft rotation axis.
  • the omnidirectional wheels are arranged in a regular pattern.
  • a regular pattern is a pattern with translational symmetry.
  • the omnidirectional wheel or the omnidirectional shaft preferably has (a) a bearing drum drive for rotating the bearing drum about the central shaft axis of rotation, (b) a central shaft drive for rotating the central shaft and (c) a control unit which is designed to automatically control the bearing drum drive and the central shaft drive.
  • the control unit has a digital memory or is connected to it, in which the associated rotational frequency of the bearing drum drive and the central shaft drive is stored for each speed. This can be done, for example, as a formula or in the form of a map.
  • Velocity is a vector and has a magnitude and a direction.
  • the bearing drum has a bearing web for each replacement roller, (b) each bearing web has two bearing points for one roller each, (c) the bearing webs are connected in the circumferential direction with two connecting webs each and (d) the Connecting webs have a radial and/or concave recess in the circumferential direction between two bearing points.
  • the connecting webs are preferably shaped the same. The depression increases the stability of the bearing drum while maintaining the same weight.
  • both the first set of rollers and the second set of rollers are mounted on the storage drum.
  • FIG. 1 in partial figure 1a an omnidirectional wheel according to the invention in a perspective view, in partial figure 1b the omnidirectional wheel according to FIG. 1a without the bearing drum and in partial figure 1c a view perpendicular to the central shaft axis of rotation,
  • Figure 3 in part 3a shows a bearing drum in a perspective view and in part 3b in a cross-sectional view.
  • Figure 4 in partial figure 4a an omnidirectional wheel unit according to the invention, which has a bearing drum drive and a central shaft drive and in partial figure 4b an omnidirectional shaft and
  • Figure 5 shows an omnidirectional matrix according to the invention made up of a large number of omnidirectional wheel units.
  • Figure 1 shows an omnidirectional wheel 10 according to the invention with a central shaft 12, which extends along a central shaft axis of rotation A12.
  • the angular offset can be smaller than 90° and is preferably in the interval e [43°, 90°].
  • Figure 1a shows that the omnidirectional wheel 10 also has three second set rollers 16.i, each of which is rotatably mounted about a second set roller axis of rotation Ai6.i (in Figure 1a: Aw.i).
  • the second set of rollers 16.i are arranged angularly spaced around the central shaft 12 by the same offset angle y.
  • the first set rollers 14.i each have a first set roller external thread 18.i (in Figure 1a: 18.1) and the second set rollers 16.i each have a second set roller external thread 20.i (in Figure 1a: 20.1).
  • the central shaft 12 has a drive worm 22 which meshes with both the first set roller external threads 18.i and the second set roller external threads 20.i and thus drives them.
  • Figure 1 shows that the first set of roles 1. i and the second set of rollers 16. i are attached to a bearing drum 24.
  • the bearing drum 24 has a bearing drum rotation axis A24 about which the bearing drum 24 can be rotatably mounted. To rotate the bearing drum 24, it can have a threaded section 26. By means of a second threaded section 28, the central shaft 12 can be rotated relative to the bearing drum 24. In this way, a speed v can be set, which is determined with respect to a reference plane E.
  • the reference plane E runs parallel to the central shaft axis of rotation A12 and at a distance from the central shaft axis of rotation A12, so that one of the rollers 14.i, 16.i touches the reference plane E. In order for such a reference plane E to exist, the rollers 14.i, 16.i partially protrude beyond the bearing drum 24.
  • Figure 2a shows that the first set rollers 14.i and the second set rollers 16.i have a spherical outer contour K.
  • Figure 2b shows that the first set roller external thread 18 is formed by depressions 3O.j, which are sunk into the outer contour K.
  • the number J of depressions is preferably between 5 and 50.
  • a tooth base G is concavely curved and has a tooth base curvature radius RG.
  • the tooth base curvature radius RG is the radius of the circle that optimally approximates the tooth base G.
  • Figure 2d shows that the outer contour K of the rollers 14.i, 16.i has an outer contour radius of curvature RK.
  • a ratio V RG / RK is preferably between 0.1 and 0.5.
  • the drive worm 22 has a drive worm outer radius RA.
  • the quotient Q RG / RA is between 2 and 0.5.
  • Figure 3 shows that the bearing drum 24 has a bearing drum radius of curvature Ri_ in the circumferential direction, which corresponds to the radius of the circumference.
  • the perimeter is the minimum radius circle that surrounds the bearing drum.
  • the bearing drum radius of curvature RL corresponds to the outer contour radius of curvature RK, which means that both should be as similar to one another as possible, but can, for example, differ from one another by a maximum of 20%, in particular a maximum of 10%.
  • Figure 3a shows that storage drum 24 has a bearing web 32.i for each first set of rollers 14.i.
  • Each bearing web 32.i has two bearing points 34a. i, 34b. i for one role each.
  • the first replacement roll 14.1 is stored at the bearing points 34a.1 and 34b.1.
  • the bearing web 32.1 is connected to the bearing web 32.2 by means of the connecting webs 36a.1, 36b.1.
  • the connecting webs 36a.i, 36b. i can have a radial depression 38a in the circumferential direction U between two bearing webs. i, 38b. i have.
  • the connecting webs are preferably shaped the same.
  • the depressions 38a. i, 38b. i increase the stability of the storage drum 24 with the same weight.
  • Figure 4a shows an omnidirectional wheel unit 40 according to the invention, which, in addition to the features according to claim 1, has a bearing drum drive 44 for rotating the bearing drum 24 about the central shaft axis of rotation A12 and a central shaft drive. Drive 42 for rotating the central shaft 12.
  • the omnidirectional wheel unit 40 can also have a control unit 46 for controlling the bearing drum drive 42 and the central shaft drive 44.
  • Figure 4b shows an omnidirectional shaft 48 according to the invention, which has the central shaft 12 and sets 50 m of rollers.
  • the first set 50.1 of roles contains the first set roles 14.
  • the second set 50.2 of roles contains the second set roles 16.
  • FIG. 5 shows a conveyor system 52 according to the invention with a plurality of omnidirectional wheel units 40. n, which are arranged in a regular pattern, in the present case like a checkerboard, and form a matrix 54.
  • the conveyor system 52 includes a feed conveyor 56, by means of which a package 58 to be sorted is conveyed to an upper side of the matrix 54.
  • a detection device 60 for example a camera or an RFID reader, the package 58 is identified and assigned by a computing unit 62 to one of several conveyors 64.
  • the computing unit 62 captures images from the camera 60 and uses them to calculate the position and location of the package 58. From this, the computing unit 62 determines those omnidirectional wheel units 40.i' that are located below the package 58 and controls them so that the package 58 is conveyed to the assigned conveyor 64. p'. It is possible for the computing unit 62 to control the corresponding control units 46.i' in such a way that the package 58 is conveyed into a predetermined position, for example with its longitudinal axis in the conveyor direction of the corresponding discharge conveyor 64.p'.
  • Figure 6 shows in subfigures 6a-6g a bearing drum 24 for a two-row omnidirectional wheel.
  • FIG. 7 shows in the partial figures 7a-7c a first set roller or second set roller of an omnidirectional wheel 10 according to the invention, which has a first material region 66 and a second material region 68.
  • the roll in the first material area 66 consists of a first plastic, for example polyoxymethylene, and in the second material area 68 of a second plastic, which has a greater coefficient of static friction with respect to cardboard as a friction partner than the plastic in the first material area 66, for example silicone, rubber and /or thermoplastic urethane.
  • FIG. 8a shows a partial exploded view of an omnidirectional wheel 10 according to the invention in the form of an omnidirectional shaft 48, in which the rollers are each mounted by means of a cage 70.
  • the cage 70 surrounds the role, in Figure 8a the role 14.3, like a frame.
  • the role is rotatably mounted by means of a shaft 72.
  • the shaft 72 can be accommodated in bearing bushes 74.1, 74.2, but this is not necessary.
  • the cage 70 forms a snap connection with the bearing drum 24.
  • the cage 70 can have at least one snap hook 76.
  • a bearing seat 78 of the shaft 72 is completely formed on the cage 70.
  • the omnidirectional shaft 48 can have third-set rollers 80.i, which are constructed and arranged like the first-set rollers 14.i.
  • An axial height H is shown. It can be seen that the first set rollers 14.i are arranged at the same axial height, the first set height Hu.
  • the second set rollers 16.i are arranged at the second set height H, which differs from the first set height Hu.
  • rollers can be attached to the bearing drum 24 from the axial outside (as shown in Figure 8a).
  • a gap S between the roller and the cage is so small that it is very unlikely that objects to be conveyed will be drawn into the gap.
  • Figure 8b shows the cage 70 in a perspective view.
  • FIG. 9 a shows a partial exploded view of an omnidirectional wheel 10 according to the invention in the form of an omnidirectional shaft 48, in which the rollers are mounted by means of a frame 82.
  • a first bearing seat part 78 a is formed on the frame 82.
  • a second bearing seat part 78 b is formed on the bearing drum 20.
  • the bearing drum 24 could also be referred to as a bearing tube or bearing shaft.
  • the frame 82 is connected to the frame by means of a snap connection Bearing drum 24 connected.
  • the frame 82 can have a snap hook 76.
  • Figure 9 b shows the frame 82 in a perspective view.
  • the cage 70 ( Figure 8 b) and the frame 82 ( Figure 9 b) can each have actuation holes 84 which are designed to insert a tool W, by means of which the snap hook 76 can be brought from its closed position into an open position. To do this, the tool W presses, for example, on the snap hook 76. In its closed position, there is a positive connection between the cage 70 or the frame 72 and the bearing drum 24.
  • Figure 10a shows a role according to a preferred embodiment.
  • the tooth base G runs along a flat strip that runs spirally on the lateral surface of a cylinder.
  • Figure 10b shows a roller 14.1, which is made up of three components, namely a central part 86 and two caps 88.1, 88.2.
  • the 88.1, 88.2 are made of a material that has a lower hardness than the material of the central part 86.
  • the caps 88.1, 88.2 2 generally have a higher level of wear, but the grip improves in relation to those to be conveyed Objects.
  • Figure 10c shows the central part 86, which is a plastic injection molded part.
  • Figure 10d shows the cap 88.1, which is also a plastic injection molded part and is designed to be positively connectable to the central part 86.
  • the central part 86 consists, for example, of POM (polyoxymethylene).
  • the caps 88.1, 88.2 are made of polyurethane, for example.
  • Figure 11 shows an alternative embodiment of a roller 14 for an omnidirectional wheel according to the invention, an omnidirectional shaft according to the invention and a Omnidirectional matrix according to the invention.
  • the caps 88.1, 88.2 are molded onto the central part 86.
  • the caps are preferably molded in one piece onto the central part 86.
  • the central part 86 is first manufactured by plastic injection molding.
  • the caps 88.1, 88.2 are then injected onto the central part 86 in the same injection mold or - which is preferred, but not necessary - in a different injection mold.
  • the central part 86 is - which represents a preferred embodiment even without the other features of the described embodiment - axially so liquid-permeable that plastic can and does get from one side along the axis of rotation of the roller 14 to the other side when the caps 88.1, 88.2 are sprayed .
  • the caps 88.1, 88.2 are connected to one another in one piece, that is, without joints, directly (i.e. not via an intermediate element).
  • caps 88.1, 88.2 are molded on from one side of the central part 86, for example from the side of the cap 88.1.
  • the open tooth valleys are preferably sealed using slides. These sliders can each create a circumferential channel 94.1, 94.2.
  • Detection device cp Angular offset Calculation unit y Offset angle of conveyor A Roller axis of rotation first material area A12 Central shaft axis of rotation second material area Ai4.i First set roller axis of rotation Cage E Reference plane Shaft G Tooth base

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rollers For Roller Conveyors For Transfer (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Omnidirektionalrad (10) mit einer Zentralwelle (12) die sich entlang einer Zentralwellen-Drehachse (A12) erstreckt und einer Lagertrommel (24), die um eine Lagertrommel-Drehachse drehbar ist, zumindest drei Erstsatz-Rollen (14.i), die um eine jeweilige Erstsatzrollen-Drehachse (A14.i), die quer zur Zentralwellen-Drehachse (A12) verläuft, drehbar an der Lagertrommel (24) gelagert sind, voneinander winkelbeabstandet um die Zentralwelle (12) angeordnet sind und jeweils ein schrägverzahntes Erstsatzrollen-Außengewinde (18) haben zumindest drei Zweitsatz-Rollen (16.i), die um eine jeweilige Zweitsatzrollen-Drehachse, die quer zur Zentralwellen-Drehachse (A12) verläuft, drehbar an der Lagertrommel (24) gelagert sind, voneinander winkelbeabstandet, insbesondere mit einem jeweiligen Winkelversatz (φ)zu den Erstsatz-Rollen (14.i), um die Zentralwelle (12) angeordnet sind und jeweils ein schrägverzahntes Zweitsatzrollen-Außengewinde (20) haben wobei die Rollen zumindest teilweise über die Lagertrommel (24) überstehen und wobei das Omnidirektionalrad (10) so ausgebildet ist, dass eine Drehung der Zentralwelle (12) um die Zentralwellen-Drehachse (A12) relativ zur Lagertrommel (24) eine Drehbewegung der Rollen um ihre jeweilige Drehachse in jeweils gleicher Drehrichtung bewirkt, wobei die Zentralwelle (12) eine Antriebsschnecke (22) aufweist, die mit den Außengewinden kämmt.

Description

Omnidirektionalrad und Förderanlage
Die Erfindung betrifft ein Omnidirektionalrad und eine Förderanlage mit einem solchen Omnidirektionalrad.
Omnidirektionalräder werden verwendet, um eine vorgebbare Geschwindigkeit zu erzeugen, ohne dass das Omnidirektionalrad verschwenkt werden muss. Omnidirektionalräder werden beispielsweise in Förderanlagen eingesetzt, um Stückgut, insbesondere Pakete, in eine vorgegebene Richtung zu fördern und/oder zu drehen.
Aus der DE 20 2016 006 843 U1 ist ein Omnidirektionalrad bekannt, bei dem ballig ausgebildete Rollen im Bereich ihres maximalen Durchmessers ein Außengewinde aufweist, das mit jeweils einem zugeordneten Antriebszahnrad angetrieben wird. Das Antriebszahnrad wird seinerseits von einer Schneckenwelle angetrieben.
Die US 8752696 B2 beschreibt einen Omnidirektionalradantrieb, bei dem die ballig ausgebildeten Rollen im Bereich ihres maximalen Durchmessers ein Schräggewinde besitzen, das mit einem schräg verzahnten Zahnrad angetrieben wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Omnidirektionalrad anzugeben.
Die Erfindung löst das Problem durch ein Omnidirektionalrad mit den Merkmalen von Anspruch 1 . Es ist vorteilhaft, nicht aber notwendig, wenn die Erstsatz-Rollen und/oder die zweite Satz-Rollen jeweils den gleichen Abstand zur Zentralwelle haben.
Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass ein derartiges Omnidirektionalrad in der Regel besonders kompakt gebaut werden kann. Dadurch, dass die Rollen direkt von der Antriebsschnecke angetrieben werden, wird kein zusätzlicher Bauraum zwischen Zentralwelle und Rollen benötigt.
Vorteilhaft ist zudem, dass das Omnidirektionalrad meist einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad besitzt. In anderen Worten ist der Verlust zwischen der Antriebsleistung und der Leistung, die über die Rollen übertragen werden kann, gering. Der Grund hierfür ist die günstige Kombination aus Schneckenantrieb und Schrägverzahnung.
Ein Vorteil ist zudem, dass zwischen den Rollen und dem zu fördernden Gut eine hohe Kontaktfläche besteht. Insbesondere kann auch der Bereich der Rollen, in dem das Außengewinde ausgebildet ist, das zu fördernden Gut kontaktieren und bewegen.
Günstig ist es insbesondere, wenn die Erstsatz-Rollen und die Zweitsatz-Rollen unmittelbar mit der Antriebsschnecke kämmen. In anderen Worten wird das Drehmoment direkt und ohne zwischengeschaltete Übertragungseinheit von der Antriebsschnecke auf die Erstsatz-Rollen und die Zweitsatz-Rollen übertragen.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Merkmal, dass die Rollen zumindest teilweise über die Lagertrommel überstehen, insbesondere verstanden, dass die Rollen mit einem externen Objekt, beispielsweise einem Paket in Kontakt kommen können.
Unter dem Merkmal, dass die Erstsatzrollen-Drehachse quer zur Zentralwellen- Drehachse verläuft, wird insbesondere verstanden, dass ein Winkelversatz zwischen der Erstsatzrollen-Drehachse und der Zentralwellen-Drehachse zumindest 42°, insbesondere zumindest 45° und höchstens 90° beträgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Winkelversatz 85° bis 90°. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt der Winkelversatz 45° ± 3°. Vorzugsweise sind die Erstsatz-Rollen und die Zweitsatz-Rollen winkeläquidistant angeordnet. Handelt es sich - wie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen - um genau drei Erstsatz-Rollen, so sind diese jeweils um einen Versatzwinkel von 120° versetzt zueinander angeordnet. Handelt es sich - wie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen - um genau vier Erstsatz-Rollen, so sind diese um den Versatzwinkel von 90° versetzt zueinander angeordnet.
Vorzugsweise sind die Erstsatz-Rollen auf einer gleichen axialen Erstsatz-Höhe bezüglich der Zentralwelle angeordnet. In anderen Worten liegen die Projektionen der Massenschwerpunkte der Erstsatz-Rollen auf die Zentralwellen-Drehachse aufeinander oder zumindest so dicht beieinander, dass sie in guter Näherung als aufeinander liegend betrachtet werden können. Alternativ können die Erstsatz-Rollen aber auch auf unterschiedlichen axialen Höhen angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Zweitsatz-Rollen auf einer gleichen axialen zweiten Satz-Höhe bezüglich der Zentralwelle angeordnet, wobei sich die Erstsatz-Höhe von der zweite Satz-Höhe unterscheidet.
Günstig ist es, wenn die Zweitsatz-Rollen unter einem Winkelversatz relativ zu den Erstsatz-Rollen angeordnet sind, die dem halben Versatzwinkel entsprechen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat das Außengewinde einen Schrägungswinkel von zumindest 3°, insbesondere zumindest 6°. Alternativ oder zusätzlich beträgt der Schrägungswinkel höchstens 65°. Insbesondere hat die Antriebsschnecke ein Steilgewinde.
Vorzugsweise haben die Erstsatz-Rollen und die Zweitsatz-Rollen zumindest im Bereich des jeweiligen Außengewindes eine fassförmige Außenkontur. Das Außengewinde ist vorzugsweise durch in die Außenkontur eingesenkte Vertiefungen gebildet. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Außenkontur ohne die Vertiefungen in Umfangsrichtung und Längsrichtung streng konvex ausgebildet wäre.
Günstig ist es, wenn der Zahngrund des Außengewindes konkav gekrümmt ist. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders kurzer Bereich, in dem das Außengewinde ausgebildet ist, wobei gleichzeitig ein guter Übertrag des Drehmoments von der Antriebsschnecke auf das Außengewinde ermöglicht wird. Insbesondere ist es günstig, wenn der Zahngrund stärker gekrümmt ist als eine Außenkontur der Erstsatz-Rolle im Bereich des Außengewindes bezüglich der Richtung der entsprechenden Rollen-Drehachse.
Der Zahngrund hat vorzugsweise einen Zahngrund-Krümmungsradius und die Antriebsschnecke besitzt einen Antriebsschnecke-Außenradius. Der Quotient aus dem Zahngrund-Krümmungsradius als Zähler und dem Antriebsschnecken-Außenradius als Nenner liegt vorzugsweise zwischen 2 und 0, 5. Auf diese Weise wird ein kleiner Bauraum ermöglicht und dennoch ist ein hinreichend großes Drehmoment von der Antriebsschnecke auf die Rollen übertragbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist zumindest eine Rolle, insbesondere eine Mehrzahl an Rollen, vorzugsweise alle Rollen, (a) einen ersten Materialbereich, Verzahnungsbereich genannt, in dem das Außengewinde ausgebildet ist, und (b) einen zweiten Materialbereich, Förderbereich genannt, der sich hinsichtlich seiner Härte, seinem Haftreibungskoeffizienten gegenüber Karton und/oder Kunststoff (beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer), vom ersten Materialbereich unterscheidet, aufweist. In anderen Worten sind die Rollen im Förderbereich tribologisch so optimiert, sodass die Rollen gegenüber Kartons und/oder Kunststoffgebinde eine gute Griffigkeit haben. Vorzugsweise ist das Material im Verzahnungsbereich härter als das Material im Rollenwellenbereich.
Der Förderbereich ist vorzugsweise derjenige Bereich, in dem die Rollen im Betrieb des Omnidirektionalrads, insbesondere der Förderanlage, in Kontakt mit dem Fördergut, also den zu fördernden Objekten, kommt.
Vorzugsweise ist zumindest eine Rolle, insbesondere eine Mehrzahl an Rollen, vorzugsweise alle Rollen, additiv hergestellt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine Rolle, insbesondere eine Mehrzahl an Rollen, vorzugsweise alle Rollen, beschichtet, und/oder durch Anspritzen hergestellt. Beispielsweise kann das Omnidirektionalrad im Förderbereich aus Gummi oder Silikon aufgebaut sein oder ein Gummi- oder Silikonobjekt aufweisen. Die Lagertrommel weist vorzugsweise eine zylinderförmige Außenkontur auf, die in Umfangsrichtung eine Lagertrommel-Krümmung hat. Die Rollen haben in Längsrichtung, also bezüglich eines Schnitts in Längsachsenrichtung, eine Rad-Krümmung, die vorzugsweise der Lagertrommel-Krümmung entspricht, also um insbesondere höchstens 20 % von dieser abweicht.
Günstig ist es, wenn die eine Rollen-Außenkontur der Rollen so ausgebildet ist, dass sich die Rad-Außenkonturen der Erstsatz-Rollen entlang eines gemeinsamen Kreises erstrecken. Wird das Omnidirektionalrad um seine Zentralwellen-Drehachse gedreht, ergibt sich so ein besonders ruhiger Lauf.
Vorzugsweise ist eine Mehrzahl der Ersatz-Rollen baugleich, insbesondere sind alle Erstsatz-Rollen baugleich. Vorzugsweise sind zudem ist eine Mehrzahl der Zweitsatz-Rollen, insbesondere sind alle Zweitsatz-Rollen, baugleich untereinander und zu den Erstsatz-Rollen. Insbesondere sind alle Rollen baugleich.
Vorzugsweise ist zumindest eine Mehrheit der Rollen, insbesondere sind alle Rollen, mittels eines Käfigs an der Lagertrommel gelagert. Unter einem Käfig wird eine Vorrichtung verstanden, mittels der die Rollen gelagert sind und die von der Lagertrommel trennbar ist. Der Käfig selbst ist an der Lagertrommel befestigt. Das erlaubt eine einfache Montage der Rollen an der Lagertrommel von (bezüglich der Lagertrommel) axial außen. Zudem ist der Spalt zwischen der Lagertrommel und der Rolle so in der Regel vorteilhafter Weise kleiner als er es wären, wenn die Rolle ohne Käfig von axial außen an der Lagertrommel befestigt werden.
Vorzugsweise ist der Käfig per Schnappverbindung, insbesondere reversibel, mit der Lagertrommel verbunden. Unter einer Schnappverbindung wird eine Verbindung verstanden, bei der eine formschlüssige Verbindung entsteht und bei deren Entstehen sich ein Teil, im vorliegenden Fall vorzugsweise der Käfig, vor dem Erreichen der formschlüssigen Verbindung elastisch verformt. Vorzugsweise besitzt der Käfig einen Schnapphaken.
Vorzugsweise ist die Schnappverbindung reversibel, also lösbar. Auf diese Weise kann der Käfig wiederholt von der Lagertrommel gelöst und eine dieser befestigt werden, ohne den Käfig oder die Lagertrommel zu beschädigen. Vorzugsweise enthält der Käfig ein Lager für die entsprechende Rolle. Insbesondere ist die Rolle vollständig am Käfig gelagert. Das bedeutet, dass der Lagersitz für die Rolle vollständig am Käfig ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist der Käfig aus Kunststoff gefertigt. Beispielsweise kann der Käfig als Spritzgussteil ausgebildet sein. Vorteilhaft ist, wenn der Käfig aus verstärktem, insbesondere faserverstärktem, Kunststoff aufgebaut ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Käfig ein Einlegeteil aufweisen, das beispielsweise aus Metall besteht. Das verstärkt den Käfig. Alternativ kann der Käfig ein Metallspritzgussteil sein.
Vorzugsweise besitzt der Käfig eine Lagerbüchse zum Lagern der Rolle. Beispielsweise ist die Rolle mittels einer Welle, insbesondere aus Metall, drehbar gelagert. Diese Welle ist in der Lagerbüchse aufgenommen. Es ist vorteilhaft, nicht aber notwendig, dass die Rolle um die Welle dreht. In anderen Worten steht die Welle still oder dreht langsamer als die Rolle. Auf diese Weise wird ein Verschleiß der Lagerbüchse minimiert. Vorzugsweise ist an jedem Käfig genau eine Rolle gelagert und/oder jede Rolle an genau einem Käfig gelagert.
Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest eine Mehrheit der Rollen mittels eines Rahmens an der Lagertrommel gelagert. Der Rahmen bildet zusammen mit der Lagertrommel einen Lagersitz für die Rolle. Vorzugsweise ist der Rahmen per Schnappverbindung, insbesondere reversibel, mit der Lagertrommel verbunden. Ein Rahmen unterscheidet sich von einem Käfig dadurch, dass der Käfig die Rolle komplett lagert, das heißt, dass der Lagersitz vollständig am Käfig ausgebildet ist. Hingegen ist der Lagersitz nur teilweise am Rahmen ausgebildet, der Rest des Lagersitzes ist an der Lagertrommel ausgebildet. Der Rahmen hat vorzugsweise die oben für den Käfig genannten weiteren Merkmale.
Günstig ist es, wenn ein Schlitz zwischen der Rolle einerseits und dem Käfig oder dem Rahmen andererseits höchstens 1 mm beträgt. Hat der Schlitz keine konstante Breite, beträgt ein Mittelwert der Breite des Schlitzes höchstens 1 mm. Auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeit vermindert, dass ein zu förderndes Objekt in den Schlitz eingezogen wird. Günstig ist es, wenn für zumindest eine Mehrheit der Rollen ein Zahngrund der Rollen entlang eines Streifens verläuft, der spiralförmig auf der Mantelfläche eines Zylinders verläuft. Insbesondere verläuft eine Mehrzahl der Zahngründe, insbesondere alle Zahngründe, entlang jeweils eines Streifens, der spiralförmig auf der Mantelfläche eines Zylinders verläuft. Insbesondere sind die Zahngründe verdraht. Insbesondere verläuft der, insbesondere jeder, Streifen helikal. Eine derartige Rolle ist besonders einfach herstellbar.
Erfindungsgemäß sind zudem eine Omnidirektionalwelle und eine Omnidirektional- matrix, die jeweils alle Bestandteile eines erfindungsgemäßen Omnidirektionalrads aufweisen und zusätzlich zumindest einen dritten Satz an Rollen aufweisen, die (i) um eine jeweilige Drehachse, die quer zur Zentralwellen-Drehachse verläuft, drehbar an der Lagertrommel gelagert sind, (ii) voneinander winkelbeabstandet um die Zentralwelle angeordnet sind und (iii) jeweils ein Außengewinde haben und mit der Antriebsschnecke kämmen.
Bei der Omnidirektionalwelle sind die Sätze an Rollen entlang der Zentralwellen- Drehachse angeordnet. Bei der Omnidirektionalmatrix sind die Omnidirektionalräder in einem regelmäßigen Muster angeordnet. Ein regelmäßiges Muster ist ein Muster mit einer Translationssymmetrie.
Mit einer solchen Omnidirektionalwelle können große Objekte, die auf einer Mehrzahl an Rollen gleichzeitig aufliegen, in eine vorgebbare Richtung bewegt werden.
Vorzugsweise besitzt das Omnidirektionalrad oder die Omnidirektionalwelle (a) einen Lagertrommel-Antrieb zum Drehantreiben der Lagertrommel um die Zentralwellen- Drehachse, (b) einen Zentralwellen-Antrieb zum Drehantreiben der Zentralwelle und (c) eine Steuereinheit, die ausgebildet ist zum automatischen Ansteuern des Lagertrommel-Antriebs und des Zentralwellen-Antriebs. Je höher die Drehfrequenz des Lagertrommel-Antriebs und des Zentralwellen-Antriebs, desto schneller wird ein mit den Rollen in Kontakt stehendes Objekt gefördert. Je größer die Drehfrequenzdifferenz zwischen dem Lagertrommel-Antrieb und dem Zentralwellen-Antrieb, desto stärker wird das Objekt in axialer Richtung bezüglich der Zentralwellen- Drehachse gefördert. Die Steuereinheit besitzt einen digitalen Speicher oder steht mit diesem in Verbindung, in dem für jede Geschwindigkeit die zugehörige Drehfrequenz des Lagertrommel-Antriebs und des Zentralwellen-Antriebs gespeichert ist. Das kann beispielsweise als Formel oder in Form eines Kennfelds erfolgen. Die Geschwindigkeit ist ein Vektor und hat einen Betrag und eine Richtung.
Günstig ist es, wenn (a) die Lagertrommel für jede Erstsatz-Rolle einen Lagersteg aufweist, (b) jeder Lagersteg zwei Lagerstellen für jeweils eine Rolle aufweist, (c) die Lagerstege in Umfangsrichtung mit je zwei Verbindungstegen verbunden sind und (d) die Verbindungsstege in Umfangsrichtung zwischen zwei Lagerstellen eine radiale und/oder konkave Einsenkung aufweisen. Die Verbindungsstege sind vorzugsweise gleich geformt. Die Einsenkung erhöht die Stabilität der Lagertrommel bei gleichem Gewicht.
Besonders günstig ist es, wenn sowohl die Erstsatz-Rollen als auch die Zweitsatz- Rollen an der Lagertrommel gelagert sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 in Teilfigur 1a ein erfindungsgemäßes Omnidirektionalrad in einer perspektivischen Ansicht, in Teilfigur 1 b das Omnidirektionalrad gemäß Figur 1a ohne die Lagertrommel und in Teilfigur 1c eine Ansicht senkrecht auf die Zentralwellen-Drehachse,
Figur 2 in Teilfigur 2a eine Erstsatz-Rolle in einer perspektivischen Ansicht, in Teilfigur 2b die Erstsatz-Rolle in einer Ansicht senkrecht zur Rollendrehachse oder axial zur Zentralwelle und in Teilfigur 2c die Erstsatz-Rolle in einer Schnittansicht, in der Teilfigur 2d die Erstsatz-Rollen und die Zweitsatz-Rollen in einer Draufsicht in axialer Richtung,
Figur 3 in Teilfigur 3a eine Lagertrommel in einer perspektivischen Ansicht und in Teilfigur 3b in einer Querschnittsansicht. Figur 4 in Teilfigur 4a eine erfindungsgemäße Omnidirektionalradeinheit, die einen Lagertrommel-Antrieb und einen Zentralwellen-Antrieb aufweist und in Teilfigur 4b eine Omnidirektionalwelle und
Figur 5 eine erfindungsgemäße Omnidirektionalmatrix aus einer Vielzahl an Omni- direktionalradeinheiten.
Figur 6 in den Teilfiguren 6a-6g eine Lagertrommel für ein zweireihiges Omni- direktionalrad,
Figur 7 in den Teilfiguren 7a-7c eine (Erstsatz- oder Zweitsatz-)Rolle eines erfindungsgemäßen Omnidirektionalrad,
Figur 8 in Teilfigur 8a ein erfindungsgemäßes Omnidirektionalrad und eine erfindungsgemäße Omnidirektionalwelle, mit mittels eines Käfigs befestigten Rollen und in Teilfigur 8 b eine perspektivische Ansicht des Käfigs,
Figur 9 in Teilfigur 9a ein erfindungsgemäßes Omnidirektionalrad und eine erfindungsgemäße Omnidirektionalwelle, mit mittels eines Rahmens befestigten Rollen und in Teilfigur 9b eine perspektivische Ansicht des Rahmens und
Figur 10 in den Teilfiguren 10a-1 Od eine (Erstsatz- oder Zweitsatz-)Rollen eines erfindungsgemäßen Omnidirektionalrads.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Omnidirektionalrad 10 mit einer Zentralwelle 12, die sich entlang einer Zentralwellen-Drehachse A12 erstreckt. Das Omnidirektionalrad 10 besitzt drei Erstsatz-Rollen 14.i (i=1 , 2, 3) die um eine jeweilige Erstsatzrollen- Drehachse Ai 4.i drehbar gelagert sind. Zwischen der Zentralwellen-Drehachse und der jeweiligen Erstsatz-Drehachse ist ein Winkelversatz gebildet, für den, wie im vorliegenden Fall, = 90° gelten kann, nicht aber muss. Insbesondere kann der Winkelversatz kleiner als 90° sein und liegt vorzugsweise im Intervall e [43°, 90°]. Figur 2d zeigt, dass die Erstsatz-Rollen 14. i um einen Versatzwinkel y winkelbeab- standet um die Zentralwelle 12 angeordnet sind. Im vorliegenden Fall gilt y = 120°.
Die Figur 1a zeigt, dass das Omnidirektionalrad 10 zudem drei Zweitsatz-Rollen 16. i aufweist, die jeweils um eine Zweitsatzrollen-Drehachse Ai6.i (in Figur 1a: Aw.i) drehbar gelagert sind. Die Zweitsatz-Rollen 16. i sind um den gleichen Versatzwinkel y winkelbeabstandet um die Zentralwelle 12 angeordnet.
Die Erstsatz-Rollen 14.i besitzen jeweils ein Erstsatzrollen-Außengewinde 18.i (in Figur 1a: 18.1 ) und die Zweitsatz-Rollen 16.i besitzen jeweils ein Zweitsatzrollen- Außengewinde 20. i (in Figur 1a: 20.1 ). Die Zentralwelle 12 besitzt eine Antriebsschnecke 22, die sowohl mit den Erstsatzrollen-Außengewinden 18. i als auch mit den Zweitsatzrollen-Außengewinden 20. i kämmt und sie so antreibt.
Figur 1 zeigt, dass die Erstsatz-Rollen 1 . i und die Zweitsatz-Rollen 16. i an einer Lagertrommel 24 befestigt sind. Die Lagertrommel 24 besitzt eine Lagertrommel-Drehachse A24, um die die Lagertrommel 24 drehbar gelagert werden kann. Zum Drehen der Lagertrommel 24 kann diese einen Gewindeabschnitt 26 aufweisen. Mittels eines zweiten Gewindeabschnitts 28 kann die Zentralwelle 12 relativ zur Lagertrommel 24 gedreht werden. Auf diese Weise kann eine Geschwindigkeit v eingestellt werden, die bezüglich einer Bezugsebene E bestimmt wird. Die Bezugsebene E verläuft parallel zur Zentralwellen-Drehachse A12 und in einem Abstand von der Zentralwellen-Drehachse A12, sodass eine der Rollen 14. i, 16. i die Bezugsebene E berührt. Damit eine solche Bezugsebene E existiert, stehen die Rollen 14. i, 16. i teilweise über die Lagertrommel 24 über.
Figur 2a zeigt, dass die Erstsatz-Rollen 14. i und die Zweitsatz-Rollen 16. i eine ballige Außenkontur K haben.
Figur 2b zeigt, dass das Erstsatz-Rollen-Außengewinde 18 durch Vertiefungen 3O.j gebildet ist, die in die Außenkontur K ein gesenkt sind. Vorzugsweise beträgt die Anzahl J der Vertiefungen zwischen 5 und 50.
Zwischen der jeweiligen Rollen-Drehachse A und der Richtung des Zahngrunds existiert ein Schrägungswinkel a. Dieser beträgt beispielsweise a = 5°. Figur 2c zeigt die Vertiefungen 30.1 , 30.8. Ein Zahngrund G ist konkav gekrümmt und hat einen Zahngrund-Krümmungsradius RG. Der Zahngrund-Krümmungsradius RG ist der Radius desjenigen Kreises, der den Zahngrund G optimal approximiert.
Figur 2d zeigt, dass die Außenkontur K der Rollen 14. i, 16. i einen Außenkontur- Krümmungsradius RK hat. Ein Verhältnis V = RG / RK liegt vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,5. Die Antriebsschnecke 22 hat einen Antriebsschnecken-Außenradius RA. Der Quotient Q = RG / RA liegt zwischen 2 und 0,5.
Figur 3 zeigt, dass die Lagertrommel 24 in Umfangsrichtung einen Lagertrommel- Krümmungsradius Ri_ hat, der dem Radius des Umkreises entspricht. Der Umkreis ist der Kreis mit minimalem Radius, der die Lagertrommel umgibt. Der Lagertrommel- Krümmungsradius RL entspricht dem Außenkontur-Krümmungsradius RK, was bedeutet, dass beide einander möglichst ähnlich sein sollten, aber beispielsweise um höchstens 20 %, insbesondere höchstens 10 %, voneinander abweichen können.
Figur 3a zeigt, dass Lagertrommel 24 für jede Erstsatz-Rolle 14. i einen Lagersteg 32. i aufweist. Jeder Lagersteg 32. i besitzt je zwei Lagerstellen 34a. i, 34b. i für jeweils eine Rolle. So ist die erste Erstsatz-Rolle 14.1 an den Lagerstellen 34a.1 und 34b.1 gelagert.
Jeder Lagersteg 32. i ist mit jeweils zwei Verbindungsstegen 36a. i, 36b. i mit dem benachbarten Lagersteg 32.(i+1 )mod3 verbunden, (mod bezeichnet die Modulofunk- tion, es gilt mod(3+1 )=1 ). So ist der Lagersteg 32.1 mittels der Verbindungsstege 36a.1 , 36b.1 mit dem Lagersteg 32.2 verbunden. Die Verbindungsstege 36a.i, 36b. i können in Umfangsrichtung U zwischen zwei Lagerstegen jeweils eine radiale Einsenkung 38a. i, 38b. i aufweisen. Die Verbindungsstege sind vorzugsweise gleich geformt. Die Einsenkungen 38a. i, 38b. i erhöhen die Stabilität der Lagertrommel 24 bei gleichem Gewicht.
Figur 4a zeigt eine erfindungsgemäße Omnidirektionalradeinheit 40, die neben den Merkmalen gemäß Anspruch 1 einen Lagertrommel-Antrieb 44 zum Drehantreiben der Lagertrommel 24 um die Zentralwellen-Drehachse A12 und einen Zentralwellen- Antrieb 42 zum Drehantreiben der Zentralwelle 12 aufweist. Die Omnidirektionalrad- einheit 40 kann zudem eine Steuereinheit 46 zum Ansteuern von Lagertrommel- Antrieb 42 und Zentralwellen-Antrieb 44 aufweisen.
Figur 4b zeigt eine erfindungsgemäße Omnidirektionalwelle 48, die die Zentralwelle 12, sowie Sätze 50. m an Rollen aufweist. Der erste Satz 50.1 an Rollen enthält die Erstsatz-Rollen 14. i, der zweite Satz 50.2 an Rollen enthält die Zweitsatz-Rollen 16. i. Die Gesamtzahl M an Sätzen an Rollen beträgt vorzugsweise zumindest K = 4 und höchstens K = 500. Alle Rollen werden über die Zentralwelle 12 angetrieben.
Figur 5 zeigt eine erfindungsgemäße Förderanlage 52 mit einer Mehrzahl an Omni- direktionalradeinheiten 40. n, die in einem regelmäßigen Muster, im vorliegenden Fall schachbrettartig, angeordnet sind und eine Matrix 54 bilden.
Die Förderanlage 52 umfasst einen Zuförderer 56, mittels dem ein zu sortierendes Paket 58 auf eine Oberseite der Matrix 54 gefördert wird. Mittels einer Erfassungsvorrichtung 60, beispielsweise einer Kamera oder einem RFID-Leser, wird das Paket 58 identifiziert und von einer Recheneinheit 62 einem von mehreren Abförderern 64. p (p = 1 , ... P; hier: P = 9) zugeordnet.
Die Recheneinheit 62 erfasst Bilder von der Kamera 60 und berechnet daraus die Position und die Lage des Pakets 58. Daraus bestimmt die Recheneinheit 62 diejenigen Omnidirektionalradeinheiten 40. i‘, die sich unterhalb des Pakets 58 befinden und steuert diese so an, dass das Paket 58 zum zugewiesenen Abförderer 64. p‘ gefördert wird. Es ist dabei möglich, dass die Recheneinheit 62 die entsprechenden Steuereinheiten 46. i‘ so ansteuert, dass das Paket 58 in eine vorgegebene Lage, beispielsweise mit seiner Längsachse in Fördererrichtung des entsprechenden Abförderers 64. p’ gefördert wird.
Figur 6 zeigt in den Teilfiguren 6a-6g eine Lagertrommel 24 für ein zweireihiges Omnidirektionalrad.
Figur 7 zeigt in den Teilfiguren 7a-7c einer Erstsatz-Rolle oder Zweitsatz-Rolle eines erfindungsgemäßen Omnidirektionalrad 10,, die einen ersten Materialbereich 66 und eine einen zweiten Materialbereich 68 aufweist. Im vorliegenden Fall besteht die Rolle im ersten Materialbereich 66 aus einem ersten Kunststoff, beispielsweise Polyoxymethylen, und im zweiten Materialbereich 68 aus einem zweiten Kunststoff, der bezüglich Karton als Reibpartner einen größeren Haftreibungskoeffizienten aufweist als der Kunststoff im ersten Materialbereich 66, beispielsweise Silikon, Gummi und/oder thermoplastischem Urethan.
Figur 8a zeigt in einer teilweisen Explosionsansicht ein erfindungsgemäßes Omni- direktionalrad 10 in einer Ausbildung als Omnidirektionalwelle 48, bei der die Rollen jeweils mittels eines Käfigs 70 gelagert sind. Der Käfigs 70 umgibt die Rolle, in Figur 8a die Rolle 14.3, rahmenartig. Die Rolle ist mittels einer Welle 72 drehbar gelagert. Die Welle 72 kann in Lagerbüchsen 74.1 , 74.2 aufgenommen sein, das ist aber nicht notwendig. Der Käfig 70 bildet mit der Lagertrommel 24 eine Schnappverbindung. Dazu kann der Käfig 70 zumindest einen Schnapphaken 76 aufweisen. Ein Lagersitz 78 der Welle 72 ist vollständig am Käfig 70 gebildet.
Die Omnidirektionalwelle 48 kann Drittsatz-Rollen 80. i aufweisen, die wie die Erstsatz-Rollen 14. i aufgebaut und angeordnet sind. Eingezeichnet ist eine axiale Höhe H. Es ist zu erkennen, dass die Erstsatz-Rollen 14. i auf gleicher axialer Höhe, der Erstsatz-Höhe Hu, angeordnet sind. Die Zweitsatz-Rollen 16. i sind auf der Zweitsatz- Höhe H angeordnet, die sich von der Erstsatz-Höhe Hu, unterscheidet.
Mithilfe des Käfigs 70 können die Rollen von axial außen (wie in Figur 8 a zeigt) an der Lagertrommel 24 befestigt werden. Ein Spalt S zwischen der Rolle und dem Käfig ist so klein, dass ein Einziehen von zu fördernden Objekten in den Spalt sehr unwahrscheinlich ist.
Figur 8b zeigt den Käfig 70 in einer perspektivischen Ansicht.
Figur 9 a zeigt in einer teilweisen Explosionsansicht ein erfindungsgemäßes Omni- direktionalrad 10 in einer Ausbildung als Omnidirektionalwelle 48, bei der die Rollen mittels eines Rahmens 82 gelagert sind. Ein erster Lagersitz Teil 78 a ist am Rahmen 82 ausgebildet. Ein zweiter Lagersitz Teil 78 b hingegen ist an der Lagertrommel 20 ausgebildet. Die Lagertrommel 24 könnte auch als Lagerrohr oder Lagerwelle bezeichnet werden. Der Rahmen 82 ist mittels einer Schnappverbindung mit der Lagertrommel 24 verbunden. Dazu kann der Rahmen 82 einen Schnapphaken 76 aufweisen.
Figur 9 b zeigt den Rahmen 82 in einer perspektivischen Ansicht.
Der Käfig 70 (Figur 8 b) und der Rahmen 82 (Figur 9 b) können jeweils Betätigungslöcher 84 aufweisen, die ausgebildet sind zum Einführen eines Werkzeugs W, mittels dem der Schnapphaken 76 aus seiner Schließstellung in eine Öffnungsstellung gebracht werden kann. Das Werkzeug W drückt dazu beispielsweise auf den Schnapphaken 76. In seiner Schließstellung besteht die formschlüssige Verbindung zwischen dem Käfig 70 bzw. dem Rahmen 72 und der Lagertrommel 24.
Figur 10a zeigt eine Rolle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Der Zahngrund G verläuft entlang eines ebenen Streifens, der spiralförmig auf der Mantelfläche eines Zylinders verläuft.
Figur 10b zeigt eine Rolle 14.1 , die aus drei Komponenten aufgebaut ist, nämlich einem Zentralteil 86 und zwei Kappen 88.1 , 88.2. Die 88.1 , 88.2 sind aus einem Material aufgebaut, dass eine geringere Härte hat als das Material des Zentralteils 86. Auf diese Weise haben die Kappen 88.1 , 88.2 2 in der Regel einen höheren Verschleiß, dafür verbessert sich die Griffigkeit in Bezug auf die zu fördernden Objekte.
Figur 10c zeigt den Zentralteil 86, der ein Kunststoff-Spritzgussteil ist. Figur 10d zeigt die Kappe 88.1 , die ebenfalls ein Kunststoff-Spritzgussteil ist und mit dem formschlüssig verbindbar zum Form schlüssigen Verbinden mit dem Zentralteil 86 ausgebildet ist.
Der Zentralteil 86 besteht beispielsweise aus POM (Polyoxymethylen). Die Kappen 88.1 , 88.2 bestehen beispielsweise aus Polyurethan. Der Zentralteil 86 kann mehrere Streben 9O.j (zB j = 1 , 2, ... 6) aufweisen, die formschlüssig mit Ausnehmungen 92.j in den Kappen Zusammenwirken.
Figur 11 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Rolle 14 für ein erfindungsgemäßes Omnidirektionalrad, eine erfindungsgemäße Omnidirektionalwelle und eine erfindungsgemäße Omnidirektionalmatix. Die Kappen 88.1 , 88.2 sind an das Zentralteil 86 angespritzt. Vorzugsweise sind die Kappen einteilig an das Zentralteil 86 angespritzt. Zur Herstellung der Rolle 14 wird zunächst das Zentralteil 86 durch Kunststoff-Spritzguss hergestellt.
Danach werden die Kappen 88.1 , 88.2 in der gleichen Spritzgussform oder - was bevorzugt, nicht aber notwendig ist - in einer anderen Spritzgussform an das Zentralteil 86 angespritzt. Das Zentralteil 86 ist - was auch ohne die anderen Merkmale der beschrieben Ausführungsform eine bevorzugte Ausführung vom darstellt - axial so flüssigkeitsdurchlässig, sodass Kunststoff beim Spritzen der Kappen 88.1 , 88.2 von einer Seite entlang der Drehachse der Rolle 14 auf die andere Seite gelangen kann und gelangt. In anderen Worten sind die Kappen 88.1 , 88.2 einstückig, das heißt fügestellenfrei, direkt (also nicht über eine Zwischenelement) miteinander verbunden. Günstig ist es, wenn das Anspritzen der Kappen 88.1 , 88.2 von einer Seite des Zentralteil 86 aus erfolgt, beispielsweise von der Seite der Kappe 88.1 . Das Material, das die andere Kappe, im Beispiel die Kappe 88.2, bildet, fließt durch das Zentralteil 86 hindurch.
Vorzugsweise werden beim Spritzen der Kappen 88.1 , 88.2 die offenen Zahntälern mittels Schiebern abgedichtet. Diese Schieber können je eine umlaufende Rinne 94.1 , 94.2 erzeugen.
Bezugszeichenliste 30 Vertiefung
32 Lagersteg
10 Omnidirektionalrad 34a, 34b Lagerstelle
12 Zentralwelle 36 Verbindungssteg
14 Erstsatz-Rollen 38a, 38b Einsenkung
16 Zweitsatz-Rollen 40 Omnidirektionalradeinheit
18 Erstsatzrollen-Außengewinde 42 Zentralwellen-Antrieb
20 Zweitsatzrollen-Außengewinde 44 Lagertrommel-Antrieb
22 Antriebsschnecke 46 Steuereinheit
24 Lagertrommel 48 Omnidirektionalwelle
26 erster Gewindeabschnitt 50 Satz
28 zweiter Gewindeabschnitt 52 Förderanlage Matrix 92 Ausnehmung
Zuförderer Paket a Schrägungswinkel
Erfassungsvorrichtung cp Winkelversatz Recheneinheit y Versatzwinkel Abförderer A Rollen-Drehachse erster Materialbereich A12 Zentralwellen-Drehachse zweiter Materialbereich Ai4.i Erstsatzrollen-Drehachse Käfig E Bezugsebene Welle G Zahngrund
Lagerbüchse K Außenkontur Schnapphaken M Gesamtzahl an Sätzen an Rollen Lagersitz RG Zahngrund-Krümmungsradius Drittsatz-Rolle RK Außenkontur-Krümmungsradius Rahmen RL Lagertrommel-Krümmungsradius Befestigungsloch U Umfangsrichtung Zentralteil v Geschwindigkeit Kappe W Werkzeug Strebe

Claims

Patentansprüche
1. Omnidirektionalrad (10) mit
(a) einer Zentralwelle (12) die sich entlang einer Zentralwellen-Drehachse (A12) erstreckt und
(b) einer Lagertrommel (24), die um eine Lagertrommel-Drehachse drehbar ist,
(c) zumindest drei Erstsatz-Rollen (14. i), die
(i) um eine jeweilige Erstsatzrollen-Drehachse (Au.i), die quer zur Zentralwellen-Drehachse (A12) verläuft, drehbar an der Lagertrommel (24) gelagert sind,
(ii) voneinander winkelbeabstandet um die Zentralwelle (12) angeordnet sind und
(iii) jeweils ein schrägverzahntes Erstsatzrollen-Außengewinde (18) haben
(d) zumindest drei Zweitsatz-Rollen (16. i), die
(i) um eine jeweilige Zweitsatzrollen-Drehachse, die quer zur Zentralwellen-Drehachse (A12) verläuft, drehbar an der Lagertrommel (24) gelagert sind,
(ii) voneinander winkelbeabstandet, insbesondere mit einem jeweiligen Winkelversatz (q>) zu den Erstsatz-Rollen (14. i), um die Zentralwelle (12) angeordnet sind und
(iii) jeweils ein schrägverzahntes Zweitsatzrollen-Außengewinde (20) haben
(e) wobei die Rollen zumindest teilweise über die Lagertrommel (24) überstehen und
(f) wobei das Omnidirektionalrad (10) so ausgebildet ist, dass eine Drehung der Zentralwelle (12) um die Zentralwellen-Drehachse (A12) relativ zur Lagertrommel (24) eine Drehbewegung der Rollen um ihre jeweilige Drehachse in jeweils gleicher Drehrichtung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass
(g) die Zentralwelle (12) eine Antriebsschnecke (22) aufweist, die mit den Außengewinden kämmt. Omnidirektionalrad (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest drei Erstsatz-Rollen (14. i) in gleichem Abstand zur Zentralwelle angeordnet sind und die zumindest drei Zweitsatz-Rollen (16. i) in gleichem Abstand zur Zentralwelle angeordnet sind. Omnidirektionalrad (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
(a) die Erstsatz-Rollen (14. i) und die Zweitsatz-Rollen(16.i) zumindest im Bereich des jeweiligen Außengewindes eine fassförmige Außenkontur (K) haben und
(b) die Außengewinde durch in die Außenkontur (K) eingesenkte Vertiefungen (30. i) gebildet ist und
(c) das Außengewinde über höchstens die Hälfte, insbesondere höchstens das 0,4-fache der Höhe der Rollen erstreckt. Omnidirektionalrad (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass der Zahngrund (G) des Außengewindes konkav gekrümmt ist und/oder ein Schrägungswinkel a der Außengewinde zwischen 3° und 65° liegt. Omnidirektionalrad (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahngrund (G) stärker gekrümmt ist als eine Außenkontur (K) der Erstsatz- Rolle (14) im Bereich des Außengewindes bezüglich der Richtung der Rad- Drehachse. Omnidirektionalrad (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
(a) der Zahngrund (G) einen Zahngrund-Krümmungsradius (Rc)hat,
(b) die Antriebsschnecke (22) einen Antriebsschnecken-Außenradius hat und
(c) ein Quotient aus dem Zahngrund-Krümmungsradius (Rc)als Zähler und dem Antriebsschnecken-Außenradius als Nenner zwischen 2 und 0,5 liegt. Omnidirektionalrad (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen dritten Satz (50) an Rollen, die
(i) um eine jeweilige Drehachse, die quer zur Zentralwellen-Drehachse (A12) verläuft, drehbar an der Lagertrommel (24) gelagert sind,
(ii) voneinander winkelbeabstandet um die Zentralwelle (12) angeordnet sind und
(iii) jeweils ein Außengewinde haben und mit der Antriebsschnecke (22) kämmen. Omnidirektionalrad (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
(a) einen Lagertrommel-Antrieb (44) zum Drehantreiben der Lagertrommel
(24) um die Zentralwellen-Drehachse (A12),
(b) einen Zentralwellen-Antrieb (42) zum Drehantreiben der Zentralwelle (12) und
(c) einer Steuereinheit (46), die ausgebildet ist zum automatischen Ansteuern des Lagertrommel-Antriebs (44) und des Zentralwellen-Antriebs (42).
9. Omnidirektionalrad (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
(a) die Lagertrommel (24) für jede Erstsatz-Rolle (14) einen Lagersteg (32) aufweist,
(b) jeder Lagersteg (32) zwei Lagerstellen (34a, 34b) für jeweils eine Rolle aufweist,
(c) die Lagerstege (32. i) in Umfangsrichtung (U) mit je zwei Verbindungstegen verbunden sind und
(d) und die Verbindungsstege (36. i) in Umfangsrichtung (U) zwischen zwei Lagerstellen (34a, 34b) eine radiale Einsenkung (38a, 38b) aufweisen.
10. Omnidirektionalrad (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Rolle
(a) einen ersten Materialbereich (66) hat, in dem das Außengewinde (18, 20) ausgebildet ist, und
(b) einen zweiten Materialbereich (68), der sich hinsichtlich seiner Härte, seinem Haftreibungskoeffizienten gegenüber Karton und/oder Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer, vom ersten Materialbereich unterscheidet, aufweist.
11. Omnidirektionalrad (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
(a) zumindest eine Mehrheit der Rollen mittels eines Käfigs an der Lagertrommel gelagert sind,
(b) der Käfig per Schnappverbindung reversibel mit der Lagertrommel verbunden ist.
12. Omnidirektionalrad (10) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig
(a) aus Kunststoff gefertigt ist und
(b) eine Lagerbüchse zum Lagern der Rolle aufweist.
13. Omnidirektionalrad (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen mittels einer Welle drehbar gelagert sind, wobei die Rolle relativ zur Welle drehbar ist.
14. Omnidirektionalrad (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
(a) zumindest eine Mehrheit der Rollen mittels eines Rahmens an der Lagertrommel gelagert sind,
(b) der Rahmen zusammen mit der Lagertrommel einen Lagersitz für die Rolle bildet und dass
(c) der Rahmen per Schnappverbindung reversibel mit der Lagertrommel verbunden ist.
15. Omnidirektionalrad (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schlitz zwischen der Rolle einerseits und dem Käfig oder dem Rahmen andererseits höchstens 1 mm beträgt.
16. Omnidirektionalrad (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest eine Mehrheit der Rollen ein Zahngrund der Rollen entlang eines Streifens verläuft, der spiralförmig auf der Mantelfläche eines Zylinders verläuft.
17. Omnidirektionalwelle (48) mit
(a) einer Zentralwelle (12) die sich entlang einer Zentralwellen-Drehachse (A12) erstreckt und
(b) einer Lagertrommel (24), die um eine Lagertrommel-Drehachse drehbar ist,
(c) zumindest drei Erstsatz-Rollen (14. i), die
(iv) um eine jeweilige Erstsatzrollen-Drehachse (Aui), die quer zur Zentralwellen-Drehachse (A12) verläuft, drehbar an der Lagertrommel (24) gelagert sind,
(v) in gleichem Abstand und voneinander winkelbeabstandet um die Zentralwelle (12) angeordnet sind und (vi) jeweils ein schrägverzahntes Erstsatzrollen-Außengewinde (18) haben
(d) zumindest drei Zweitsatz-Rollen (16. i), die
(iv) um eine jeweilige Zweitsatzrollen-Drehachse, die quer zur Zentral- wellen-Drehachse (A12) verläuft, drehbar an der Lagertrommel (24) gelagert sind,
(v) in gleichem Abstand und voneinander winkelbeabstandet und mit einem jeweiligen Winkelversatz (q>) zu den Erstsatz-Rollen (14. i) um die Zentralwelle (12) angeordnet sind und
(vi) jeweils ein schrägverzahntes Zweitsatzrollen-Außengewinde (20) haben
(e) wobei die Rollen zumindest teilweise über die Lagertrommel (24) überstehen,
(f) wobei die Omnidirektionalwelle (48) so ausgebildet ist, dass eine Drehung der Zentralwelle (12) um die Zentralwellen-Drehachse (A12) relativ zur Lagertrommel (24) eine Drehbewegung der Rollen um ihre jeweilige Drehachse in jeweils gleicher Drehrichtung bewirkt,
(g) wobei die Zentralwelle (12) eine Antriebsschnecke (22) aufweist, die mit den Außengewinden kämmt und
(h) zumindest einem dritten Satz an Rollen, die
- um eine jeweilige Drehachse, die quer zur Zentralwellen-Drehachse verläuft, drehbar an der Lagertrommel gelagert sind,
- voneinander winkelbeabstandet um die Zentralwelle angeordnet sind und
- jeweils ein Außengewinde haben und mit der Antriebsschnecke kämmen.
Förderanlage (52) mit
(a) einer Mehrzahl an Omnidirektionalrädern (10) oder Omnidirektionalwellen (48) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die entlang einer Förderebene angeordnet sind, und (b) einer Steuerung, die ausgebildet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens mit den Schritten
(i) Erfassen einer Soll-Fördergeschwindigkeit für zumindest ein Omnidirektionalrad (10) oder eine Omnidirektionalwelle (48) und
(ii) Ansteuern des Lagertrommel-Antriebs (44) und des Zentralwellen- Antriebs (42) dieses Omnidirektionalrad (10) oder dieser
Omnidirektionalwelle (48), sodass eine Kontaktpunkt-Geschwindigkeit der Punkte des zumindest einen Omnidirektionalrads (10) oder der Omnidirektionalwelle (48), der über die Förderebene am weitesten übersteht, der Soll-Fördergeschwindigkeit entspricht.
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NL8701460A (nl) * 1987-06-23 1989-01-16 Cematec B V Rolelement.
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