[0001] Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinen- und Anlagenbaus sowie der Förder-
und Verarbeitungstechnik. Sie betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen
einer gesteuerten Hin- und Herbewegung eines beweglichen mechanischen Elements. Die
Erfindung ist insbesondere bei einer Vereinzelungsvorrichtung zum gesteuerten Separieren
von Gegenständen aus einem Stapel von Gegenständen einsetzbar. Die Gegenstände sind
beispielsweise Druckereiprodukte, die aus einem Stapel von Druckereiprodukten herausgeschoben
werden.
[0002] Aus der
DE-A 33 20491 ist ein Schiebeanleger für tafelförmiges Material bekannt. Der jeweils untere Gegenstand
eines Gegenstandsstapels wird durch ein Separierelement aus dem Stapel herausgeschoben,
so dass er von Förderbändern einer Wegtransportvorrichtung ergriffen und abtransportiert
werden kann. Das Separierelement ist linear verschiebbar gelagert und über ein Pleuelstangensystem
mit einer Antriebswelle gekoppelt. Die kontinuierliche Drehbewegung der Antriebswelle
wird somit in eine lineare Hin- und Herbewegung des mechanischen Elements zwischen
zwei Endlagen umgesetzt. Bei der bekannten Anlage wird pro Umdrehung der Antriebswelle
ein Gegenstand aus dem Stapel herausgeschoben. Möchte man die Abgabe von Gegenständen
unterbrechen, muss der Antrieb gestoppt werden.
[0003] Insbesondere in der Druckereitechnik, aber auch in anderen Anwendungsgebieten, ist
es notwendig, einzelne Gegenstände auf Anforderung hin sowie taktgenau zur Verfiigung
zu stellen. Im Bereich der Produktion von Zeitungen und Zeitschriften wird zunehmend
verlangt, dass die Hauptprodukte, z.B. die eigentliche Zeitung bzw. Zeitschrift, individuell
mit einer oder mehreren Beilagen versehen werden können. Die Beilagen sind z.B. Werbebroschüren,
Flyer, Warenproben, CDs und dergleichen. Sie können eine Dicke von 3 mm und mehr aufweisen
und steif sein, so dass bekannte Vereinzelungsvorrichtungen, die den Gegenstand beim
Separieren biegen, nicht eingesetzt werden können. Die Gegenstände werden als Stapel
zur Verfügung gestellt. Es ist daher notwendig, diese Gegenstände gezielt und taktgenau
aus dem Stapel zu separieren. Dabei soll der hohe Verarbeitungstakt von zur Zeit bis
zu 30'000 Produkten pro Stunde beibehalten werden. Ein An- und Abschalten des Antriebsmotors
der Vereinzelungsvorrichtung bzw. des Separierelements kommt bei diesen Taktzahlen
nicht in Frage.
[0004] Es ist daher ebenfalls bekannt, das Separierelement mittels einer steuerbaren Kupplung
an einen kontinuierlich betriebenen Antrieb zu koppeln, um auf Anforderung hin einen
Gegenstand zu separieren. Hierbei wird mittels eines Umsetzers, z.B. einer exzentrisch
gelagerten Pleuelstange, die Drehbewegung der Antriebswelle in eine Hin- und Herbewegung
eines Antriebselements, z.B. einer Pleuelscheibe, umgesetzt. Über die Kupplung kann
das Separierelement mit dem Antriebselement gekoppelt werden, so dass es im gekoppelten
Zustand mitgenommen wird und ebenfalls eine Hin- und Herbewegung vollzieht. Um schnellen
Verschleiss zu vermeiden, muss die Kupplung im lastfreien Zustand geschaltet werden.
Der lastfreie Zustand liegt nur in den Umkehrpunkten bzw. Umkehrpositionen der Hin-
und Herbewegung des Antriebselements vor. Das ideale Zeitfenster zum Schalten ist
daher sehr klein, so dass die Kupplung entweder unter Last geschaltet oder die Taktzahl
beschränkt werden muss.
[0005] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vereinzelungsvorrichtung an
sich bekannter Art derart weiterzuentwickeln, dass auch bei hohen Taktzahlen ein verschleissarmer
Betrieb der Kupplung gewährleistet ist. Allgemein soll ein Antriebssystem für ein
mechanisches Element zur Verfügung gestellt werden, mit welchem dieses gezielt zu
einer Hin- und Herbewegung in einem extern vorgegebenen Takt veranlasst werden kann.
[0006] Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie
ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 11. Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
[0007] Die erfindungsgemässe Vorrichtung dient zum Erzeugen einer gesteuerten Hin- und Herbewegung
eines beweglichen mechanischen Elements zwischen einer ersten Endlage und einer zweiten
Endlage in einem extern vorgegebenen Takt. Sie umfasst wenigstens ein kontinuierlich
zwischen zwei Umkehrpositionen hin- und herbewegtes Antriebselement. Das Antriebselement
ist beispielsweise mit der Antriebswelle eines Motors so gekoppelt, dass aus der kontinuierlich
gleichgerichteten Bewegung der Antriebswelle eine Bewegung mit wechselnder Richtung
zwischen zwei Endlagen/Umkehrpositionen gemacht wird. Ausserdem ist eine Kopplungsvorrichtung
mit einer steuerbaren Kupplung zum selektiven Ankoppeln des mechanischen Elements
an das Antriebselement vorhanden. Im aktiven (geschalteten) Zustand der Kupplung wird
das mechanische Element bewegt, im nicht aktiven Zustand der Kupplung soll es stehenbleiben.
[0008] Erfindungsgemäss umfasst die Kopplungsvorrichtung zusätzlich einen Freilauf und ist
derart eingerichtet, dass das mechanische Element im aktiven Zustand der Kupplung
während eines ersten Halbzyklus der Bewegung des wenigstens einen Antriebselements
mit dem Antriebselement gekoppelt ist und von der ersten Endlage in die zweite Endlage
bewegt wird. Während eines zweiten Halbzyklus der Bewegung des Antriebselements ist
das mechanische Element durch Wirken des Freilaufs vom Antriebselement im Wesentlichen
unbeeinflusst. Um das mechanische Element im aktiven Zustand der Kupplung wieder in
die Ausgangslage zurückzubringen, ist ein Rückführungselement vorhanden. Dieses wird
synchron mit dem wenigstens einen Antriebselement bewegt. Es kann wenigstens indirekt
auf das mechanische Element einwirken derart, dass das mechanische Element während
des zweiten Halbzyklus von der zweiten Endlage zurück in die erste Endlage bewegt
wird.
[0009] Im Folgenden wird der Einfachheit halber die Bewegung des mechanischen Elements zwischen
der ersten Endlage und der zweiten Endlage und die entsprechende Bewegung des Antriebelements
als Vorwärtsbewegung bezeichnet und die Bewegung in die andere Richtung als Rückwärtsbewegung.
[0010] Durch den Freilauf wird realisiert, dass im geschalteten Zustand der Kupplung nur
die Vorwärtsbewegung des wenigstens einen Antriebselements auf das mechanische Element
übertragen wird und die Kupplung dabei unter Last steht. Die Rückwärtsbewegung des
Antriebselements wird vom mechanischen Element abgekoppelt, so dass die Kupplung bei
der Rückwärtsbewegung lastfrei ist. Die Kopplungsvorrichtung überträgt also selektiv
nur die Vorwärtsbewegung des Antriebselements auf das mechanische Element und dies
auch nur, wenn die Kupplung aktiv ist. Die Kupplung ist daher im zweiten Halbzyklus
lastfrei und kann somit lastfrei geschaltet (aktiviert bzw. deaktiviert) werden. Das
Rückführungselement ist grundsätzlich nicht über die steuerbare Kupplung mit dem Antriebselement
gekoppelt, sondern auf andere Weise, z.B. indem es am Antriebselement befestigt bzw.
mit diesem fest verbunden ist. Mit verbunden ist hier und an allen anderen Stellen
der Anmeldung gemeint, dass die Bewegungen von verbundenen Teilen mindestens zeitweise
gekoppelt sind. Das Rückfiihrungselement überträgt die Rückwärtsbewegung des Antriebselements
auf das mechanische Element. Damit wird dieses unabhängig vom Zustand der Kupplung
während des zweiten Halbzyklus von der zweiten Endlage in die erste Endlage verfahren,
falls es die erste Endlage im ersten Halbzyklus verlassen hat.
[0011] Durch die Erfindung gelingt es, die Zeit, die zum lastfreien Schalten der Kupplung
zur Verfügung steht, gegenüber dem herkömmlichen Fall signifikant zu verlängern, nämlich
auf die Hälfte der Taktdauer bzw. den ganzen zweiten Halbzyklus gegenüber einem Bruchteil
der Taktdauer beim Schalten in den Umkehrpunkten. Somit werden kürzere Taktdauern
bzw. grössere Taktzahlen als bei herkömmlichen Anlagen möglich.
[0012] Die Hin- und Herbewegung des Antriebselements kann eine Rotation um einen kleinen
Winkel sein oder auch eine lineare Bewegung. Auch Bewegungen entlang beliebigen Bahnkurven
zwischen zwei Endlagen können durch geeignete mechanische Umsetzung bzw. Führung des
Antriebselements oder des mechanisches Elements realisiert werden. Als Antriebselement
dient beispielsweise eine Pleuelscheibe, die über eine Pleuelstange exzentrisch mit
der Antriebswelle verbunden ist. Die Hin- und Her-Rotation der Pleuelscheibe kann
über Mittel zur Kraftübertragung, z.B. einen Zahnriemen, auf weitere Komponenten übertragen
werden; Zahnriemen und weitere Komponenten sind daher ebenfalls Antriebselemente im
Sinne der Erfindung, wenn sie mit wechselnder Richtung zwischen zwei Endlagen bewegt
werden. Das mechanische Element wird selektiv an eine der Komponenten, die sich hin
und her bewegen, angekoppelt.
[0013] Die Kopplungsvorrichtung kann auf verschiedene Arten mechanisch realisiert werden.
Die Kopplungsvorrichtung kann beispielsweise zusammen mit dem Separierelement an einem
verfahrbaren Schlitten angeordnet sein. Die Kopplungsvorrichtung kann auch räumlich
vom mechanischen Element getrennt sein, beispielsweise in eine Umlenkung für einen
Zahnriemen, der zur Kraftübertragung verwendet wird, integriert sein. In beiden Fällen
dient der Freilauf dazu, die Kraftübertragung vom Antriebselement auf das mechanische
Element während der Rückwärtsbewegung des Antriebselements zu unterbinden. Während
der Vorwärtsbewegung wird die Antriebskraft nur im aktiven Zustand der Kupplung übertragen.
Im inaktiven Zustand der Kupplung wird auf das mechanische Element auch keine Kraft
ausgeübt. Es wird also nicht in Bewegung gesetzt oder auf andere Art aktiviert.
[0014] Die Kopplungsvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Welle, die drehbar angeordnet
ist. Der Freilauf befindet sich zwischen der Welle und dem Antriebselement, so dass
eine Antriebskraft nur in einer Richtung bzw. nur im ersten Halbzyklus auf die Welle
übertragen wird. Die steuerbare Kupplung befindet sich zwischen dem Separierelement
und der Welle und koppelt das mechanische Element selektiv an die Welle an, so dass
die Welle die Antriebskraft auf das mechanische Element übertragen kann. Die Kopplung
ist direkt oder indirekt über Kraftübertragungsmittel. In der Gegenrichtung wird keine
Kraft auf die Welle übertragen. Diese bleibt in ihrer Drehlage am Ende des ersten
Halbzyklus stehen. Das mechanische Element wird gegebenenfalls durch das Rückfuhrungselement
zurück in die Ausgangsposition gebracht. Die Welle wird auch beim Zurückführen nicht
gedreht. Somit wirkt beim Zurückführen keine Kraft auf die Kupplung.
[0015] Zur Kraftübertragung werden vorzugsweise Zahnriemen eingesetzt. Es sind jedoch auch
andere Übertragungsmechanismen möglich, beispielsweise im Reibschluss oder mit starren
Kopplungselementen, z.B. gekoppelten Hebeln.
[0016] Das Rückführungselement ist beispielsweise ein Schieber, der das mechanische Element
durch Stossen bewegt. Es kann das mechanische Element aber auch in die Ausgangsposition
zurückziehen.
[0017] In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Kopplungsvorrichtung zusammen
mit dem mechanischen Element beweglich, insbesondere in einen gemeinsamen Schlitten
integriert. Die Kraftübertragung erfolgt über einen Zahnriemen, der über eine Zahnriemenscheibe
geführt ist. Die Zahnriemenscheibe ist wiederum mit einem äusseren Ring des Freilaufs
fest verbunden. Ein innerer Ring des Freilaufs ist mit der Welle starr gekoppelt.
Die Welle ist im Schlitten drehbar gelagert. Durch die Kupplung kann die freie Drehbarkeit
der Welle gegenüber dem Schlitten blockiert werden.
[0018] Für dieses Beispiel werden im Folgenden die Bewegungen der beteiligten Komponenten
im ersten Halbzyklus beschrieben: Das mechanische Element und der Schlitten befinden
sich in der ersten Endlage. Im ersten Halbzyklus wird das Antriebselement, hier der
Zahnriemen, in Vorwärtsrichtung bewegt. Mit dem Antriebselement bewegt sich auch das
Rückführungselement. Der Freilauf blockiert bei dieser Bewegung des Zahnriemens, d.h.
der äussere Ring nimmt den inneren Ring mit und überträgt somit auch Kraft auf die
Welle. Wenn die Kupplung nicht geschaltet ist, dreht die Welle frei im Schlitten.
Der Schlitten bleibt daher stehen. Wenn die Kupplung geschaltet ist, blockiert sie
die freie Drehbarkeit der Welle. Die Zahnriemenscheibe kann sich somit nicht mehr
frei im Schlitten drehen, so dass der Schlitten der Bewegung des Zahnriemens folgt,
in Vorwärtsrichtung bewegt wird und die zweite Endlage erreicht.
[0019] Im zweiten Halbzyklus bewegt sich der Zahnriemen in Rückwärtsrichtung. Im ungeschalteten
Zustand der Kupplung befindet sich der Schlitten noch immer in der ersten Endlage.
Bei einer Bewegung in Rückwärtsrichtung sind innerer und äusserer Ring des Freilaufs
entkoppelt. Der Zahnriemen kann daher während des ganzen zweiten Halbzyklus keine
Kraft auf die Welle übertragen. Im ungeschalteten Zustand der Kupplung befindet sich
der Schlitten zu Beginn des zweiten Halbzyklus an der ersten Endlage. Dort bleibt
er während des ganzen zweiten Halbzyklus stehen. Im geschalteten Zustand der Kupplung
befindet sich der Schlitten zu Beginn des zweiten Halbzyklus an der zweiten Endlage.
Die Rückwärtsbewegung des Zahnriemens wird unabhängig vom Zustand der Kupplung durch
den Freilauf von der Welle abgekoppelt, so dass der Zahnriemen den Schlitten nicht
direkt zur ersten Endlage zurückzieht. Der Schlitten wird in diesem Fall durch das
Rückführungselement in die erste Endlage zurückgeschoben. Unabhängig vom Zustand der
Kupplung ist die Kupplung daher bei der Rückwärtsbewegung lastfrei. Der ganze zweite
Halbzyklus kann zum lastfreien Schalten der Kupplung genutzt werden. Die Steuereinrichtung
der Anlage übermittelt der Kupplung Schaltsignale, die während des zweiten Halbzyklus
wirksam werden.
[0020] In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Kopplungsvorrichtung ortsfest,
insbesondere in Gehäuse integriert, in dem auch das mechanische Element gelagert ist.
Die Kraftübertragung erfolgt ebenfalls über einen Zahnriemen, der mit dem mechanischen
Element fest verbunden und über eine Zahnriemenscheibe geführt ist. Die Zahnriemenscheibe
ist auf einer Welle drehbar gelagert. Die Welle ist im Gehäuse drehbar gelagert. Durch
die Kupplung kann die freie Drehbarkeit der Zahnriemenscheibe relativ zur Welle blockiert
werden. Als Antriebselement dient hier eine Pleuelscheibe, die in Hin- und Herbewegung
versetzt wird. Sie ist über den Freilauf ebenfalls auf der Welle angeordnet. Der innere
Ring des Freilaufs ist mit der Welle verbunden, und der äussere Ring des Freilaufs
ist mit der Pleuelscheibe verbunden.
[0021] Für dieses Beispiel werden im Folgenden die Bewegungen der beteiligten Komponenten
im ersten Halbzyklus beschrieben: Das mechanische Element und der Zahnriemen befinden
sich in der ersten Endlage. Das Antriebselement - hier die Pleuelscheibe - wird in
Vorwärtsrichtung gedreht. In dieser Richtung blockiert der Freilauf, d.h. es nimmt
bei seiner Bewegung die Welle mit. Wenn die Kupplung nicht aktiv ist, kann sich die
Welle relativ zur Zahnriemenscheibe drehen, im aktiven Zustand der Kupplung ist diese
Drehung blockiert. Die Zahnriemenscheibe wird daher durch das Antriebselement nur
mitbewegt, wenn die Kupplung geschaltet ist, so dass das mechanische Element in die
zweite Endlage bewegt wird. Bei inaktiver Kupplung bleiben der Zahnriemen und damit
auch das mechanische Element an der ersten Endlage stehen. Im zweiten Halbzyklus entkoppelt
der Freilauf die Pleuelscheibe von der Welle, so dass die Welle von der Rückwärtsbewegung
der Pleuelscheibe unbeeinflusst bleibt. Durch ein Rückführungselement wird die Welle
jedoch wieder zurück in die Ausgangslage gedreht, wenn es diese zuvor verlassen hat.
Auch bei dieser Ausführungsform ist die Kupplung daher unabhängig von ihrem Zustand
bei der Rückwärtsbewegung lastfrei. Der ganze zweite Halbzyklus kann zum lastfreien
Schalten der Kupplung genutzt werden. Die Steuereinrichtung der Anlage übermittelt
der Kupplung Schaltsignale, die während des zweiten Halbzyklus wirksam werden.
[0022] Zur Vermeidung von Unwucht beim Betätigen des mechanischen Elements ist vorzugsweise
eine Ausgleichsmasse vorhanden, die wenigstens dann mitbewegt wird, wenn auch das
mechanische Element bewegt wird. Bei einer Kraftübertragung mittels Zahnriemen ist
sie vorzugsweise am inaktiven Trum des Zahnriemens angebracht. Lösungen, bei denen
der Zahnriemen nicht ständig mitbewegt wird, wie z.B. das oben beschriebene zweite
Ausführungsbeispiel, haben bei einem solchen Aufbau Vorteile, da ansonsten die Ausgleichsmasse
auch bei stillstehendem mechanischen Element hin und her schwingt.
[0023] Die Kupplung, beispielsweise eine steuerbare Magnetkupplung, empfängt Steuersignale
von einer Steuereinrichtung. Das Zeitfenster, innerhalb dessen die Steuersignale die
Kupplung erreichen müssen, wird durch die Erfindung deutlich vergrössert. Die Steuereinrichtung
ist so eingerichtet, dass ihre Steuersignale von der Kupplung im zweiten Halbzyklus
empfangen werden.
[0024] Um die Rückwärtsbewegung des mechanischen Elements zu stoppen bzw. Schläge abzudämpfen,
ist vorzugsweise ein Stossdämpfer vorhanden, der in der ersten Endlage auf das mechanische
Element bzw. eine damit starr verbundene Komponente, wie z.B. einen Schlitten, wirkt.
Es kann aber auch ein Energiespeichermechanismus vorgesehen sein, welcher Energie
der bewegten Teile und insbesondere des mechanischen Elements aufnehmen und wieder
an dieselben Teile direkt oder indirekt abgeben kann. Insbesondere muss der Energiespeichermechanismus
die Energie nicht unmittelbar nach dem Aufnehmen wieder abgeben, sondern kann diese
für eine bestimmte Zeit speichern.
[0025] Optional kann der Energiespeichermechanismus unterschiedliche Energieformen aufnehmen,
abgeben und insbesondere speichern.
[0026] Als weitere Option kann der Energiespeichermechanismus Energieformen mindestens einmal
umwandeln, insbesondere zweimal. Beispielsweise wird beim Aufnehmen der Energie in
den Energiespeichermechanismus eine erste Energieform in eine zweite Energieform umgewandelt,
in der zweiten Energieform gespeichert und beim Abgeben wieder in die erste Energieform
umgewandelt.
[0027] Insbesondere handelt es sich bei der ersten Energieform um kinetische Energie und
bei der zweiten Energieform um potentielle Energie. Die kinetische Energie der bewegten
Teile kann beispielsweise auch zuerst in eine andere Energieform umgewandelt und erst
danach dem Energiespeichermechanismus zugeführt werden und umgekehrt. Verschiedene
Energieformen sind beispielsweise kinetische, potentielle, chemische, thermische und
elektrische Energie.
[0028] Der Energiespeichermechanismus kann beispielsweise Federn und/oder Federpakete umfassen,
insbesondere Spiralfedern, Schraubenfedern, Spiraldruckfedern, Torsionsfedern, Blattfedern,
Gasdruckfedern und/oder andere Biege-, Zug- und Gasfedern. Der Energiespeichermechanismus
kann beispielsweise auch Kreisel, Schwungräder und/oder andere Drehmassenspeicher
umfassen. Der Energiespeichermechanismus kann aber beispielsweise auch Batterien,
Akkumulatoren, Kondensatoren und/oder andere Speicher für elektrische Energie umfassen,
insbesondere in Verbindung mit mindestens einem elektromechanischen Wandler. Der Energiespeichermechanismus
kann die Energie der Rückwärts- und/oder Vorwärtsbewegung des mechanischen Elements
aufnehmen und wieder abgeben. Das Aufnehmen, Abgeben und insbesondere Speichern der
Energie im Energiespeichermechanismus erfolgt insbesondere dann, wenn das mechanische
Element sich nahe und/oder an mindestens einer der Endlagen befindet. Mit nahe einer
Endlage befinden ist gemeint, dass sich das mechanische Element in einem Wirkungsbereich
gegebener Länge um die Endlage befindet.
[0029] Soll das mechanische Element für eine gewisse Zeit nicht aktiviert werden, kann vorzugsweise
ein Rückhalteelement zugeschaltet werden. Das Rückhalteelement übt in der ersten Endlage
eine Kraft auf das mechanische Element aus, die der Antriebskraft entgegenwirkt. Es
hält das mechanische Element dadurch in der ersten Endlage zurück und verhindert,
dass es allein aufgrund der Vibrationen der Gesamtanlage die Endlage verlässt. Das
Rückhalteelement ist beispielsweise durch einen Elektromagneten oder durch einen beweglichen
Dauermagneten realisiert, der wahlweise zugeschaltet werden kann. Das Rückhalteelement
kann beispielsweise auch eine weitere schaltbare Kupplung umfassen. Auch etwa ein
Energiespeichermechanismus kann mindestens teilweise eine Funktion des Rückhalteelements
erfüllen.
[0030] Das erfindungsgemässe Antriebssystem, also selektives Ankoppeln an die Hinbewegung
eines hin- und herbewegten Antriebselements mittels einer Kupplung, grundsätzliches
Abkoppeln von der Rückwärtsbewegung mittels eines Freilaufs sowie Zurückschieben mittels
eines mit dem Antriebselement mitbewegten Schiebers, lässt sich bei allen Vorgängen
verwenden, in denen Bewegungen eines mechanischen Elements schnell und im vorgegebenen
Takt ausgelöst werden müssen. Das mechanische Element kann Teil einer übergeordneten
Anlage sein. Das erfindungsgemässe Antriebssystem kann zusätzlich noch Komponenten
umfassen, die eine gleichgerichtete Bewegung ausführen, z.B. eine Antriebswelle und/oder
einen Motor, wobei das Antriebselement durch geeignete Kopplung mit diesen Komponenten
eine kontinuierliche Hin- und Herbewegung im gewünschten Takt ausführt. Die Kopplungsvorrichtung
mit der steuerbaren Kupplung und dem Freilauf wirkt zwischen dem nur auf Anforderung
zu bewegenden mechanischen Element und dem wenigstens einen kontinuierlich hin- und
herbewegten Antriebselement.
[0031] Die Antriebsvorrichtung wird bevorzugt für den Antrieb eines Separierelements einer
Vereinzelungsvorrichtung für Gegenstände eingesetzt. Das Separierelement ist zwischen
der ersten Endlage und einer zweiten Endlage verfahrbar und kann dabei auf einen Gegenstand
eines Stapels einwirken, um diesen vom Stapel zu separieren. Das Separierelement ist
beispielsweise ein Schieber und/oder ein Sauger und/oder wirkt mittels Reibung.
[0032] Um das Handling zu vereinfachen und/oder um Produkteströme zusammenzuführen, können
auch zwei oder mehr Vereinzelungsvorrichtungen parallel vorgesehen werden, die auf
Anforderung alternierend Gegenstände vereinzeln (Splittbetrieb). Dies ist beispielsweise
von Vorteil, wenn Gegenstände von einem Stapel vereinzelt werden sollen, die so dick
sind, dass der Stapelschacht bei einem normalen 1:1-Betrieb schnell entleert würde.
[0033] Beispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend beschrieben.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine dreidimensionale Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Vereinzelungsvorrichtung,
bei der die Kopplungsvorrichtung in einen Schlitten für das Separierelement integriert
ist;
- Fig. 2
- die Vereinzelungsvorrichtung aus Fig. 1 in Seitenansicht, wobei sich das Separierelement
in einer zweiten bzw. vorderen Endlage befindet;
- Fig. 3
- die Vereinzelungsvorrichtung aus Fig. 1 in Seitenansicht, wobei sich das Separierelement
in einer ersten bzw. hinteren Endlage befindet;
- Fig. 4a+b
- Schnittansichten der in Fig. 1-3 verwendeten Kopplungsvorrichtung;
- Fig. 5
- eine dreidimensionale Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Vereinzelungsvorrichtung,
bei der die Kopplungsvorrichtung in eine Umlenkung für einen Zahnriemen integriert
ist;
- Fig. 6
- die Vereinzelungsvorrichtung aus Fig. 5 in Seitenansicht;
- Fig. 7
- eine dreidimensionale Ansicht der in Fig. 5 und 6 verwendeten Kopplungsvorrichtung;
- Fig. 8
- eine Seitenansicht des Antriebssystems der Vereinzelungsvorrichtung aus Fig. 5;
- Fig. 9
- eine Schnittansichten der in Fig. 5-8 verwendeten Kopplungsvornchtung;
- Fig. 10
- eine dreidimensionale Ansicht einer dritten Ausführungsform einer Vereinzelungsvorrichtung,
bei der ein Energiespeichermechanismus integriert ist;
- Fig. 11
- eine dreidimensionale Ansicht der Vereinzelungsvorrichtung aus Fig. 10 von einer anderen
Seite;
- Fig. 12
- eine dreidimensionale Ansicht eines ersten Teils des in Fig. 10 und 11 verwendeten
Energiespeichermechanismus (von derselben Seite betrachtet wie in Fig. 11);
- Fig. 13
- eine dreidimensionale Ansicht eines zweiten Teils des in Fig. 10 und 11 verwendeten
Energiespeichermechanismus (von derselben Seite betrachtet wie in Fig. 12).
[0034] Die Figuren zeigen einen Schiebeanleger, also eine Vereinzelungsvorrichtung, in die
das erfindungsgemässe Antriebssystem integriert ist und zum Antrieb eines Separierelements
genutzt wird. Das Separierelement ist ein kombiniertes Schiebe-und Saugelement, mit
welchem flache Gegenstände, z.B. Druckereiprodukte, von unten aus einem Stapel hinausgeschoben
werden. Das im Folgenden beschriebene Antriebs- und Kopplungsprinzip für das Separierelement
ist jedoch nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt, sondern grundsätzlich bei allen
schnell auszulösenden Bewegungen, die in einem vorgegebenen Takt erfolgen müssen,
einsetzbar.
[0035] Fig. 1 bis 3 zeigen eine erste Ausführungsform der Vereinzelungsvorrichtung 1 in
Gesamtansicht. Sie umfasst ein hier nicht detailliert dargestelltes Gehäuse 2, an
bzw. in dem das Separierelement 10 sowie das Antriebssystem gelagert sind. Ausserdem
sind eine Stapelaufnahme 30 für Gegenstände 90 sowie eine Wegtransportvorrichtung
60 für die separierten Gegenstände 90 vorhanden. Das Separierelement 10 ist auf einem
Schlitten 20 angeordnet und mit dem Schlitten 20 starr verbunden. Der Schlitten 20
umfasst ausserdem die Kopplungsvorrichtung 100. Der Schlitten 20 ist in horizontal
angeordneten Führungsschienen 22 innerhalb des Gehäuses 2 beweglich angeordnet. Durch
Hin- und Herbewegung des Schlittens 20 wird das Separierelement 10 mit einem Hub A
zwischen einer ersten bzw. hinteren Endlage P1 (Fig. 3) und einer zweiten bzw. vorderen
Endlage P2 (Fig. 2) verfahren.
[0036] Das Antriebssystem umfasst einerseits einen ersten Teil 40, dessen Komponenten eine
gleichgerichtete Bewegung durchführen: Ein Motor 41 dreht eine Antriebswelle 42 kontinuierlich.
Ihre Drehbewegung wird mittels entsprechender Übertragungselemente, hier Riemen 44,
auf eine Scheibe 45 übertragen. Ein Umsetzer 43, hier Pleuelstange, überträgt die
Bewegung auf einen zweiten Teil 50 des Antriebssystems. Die Komponenten des zweiten
Teils 50 des Antriebssystems führen eine Hin- und Herbewegung durch: Eine Pleuelscheibe
53 wird durch die Pleuelstange 43 zu einer Drehbewegung mit wechselnder Richtung um
einen Winkel veranlasst. Die Pleuelscheibe 53 ist als Zahnriemenscheibe ausgebildet,
über die ein Zahnriemen 51 zur Kraftübertragung unter anderem auf den Schlitten 20
bzw. die Kopplungsvorrichtung 100 geführt ist. Der Zahnriemen 51 führt daher ebenfalls
eine Hin- und Herbewegung durch. Ein Rückführungselement 70 und eine Ausgleichsmasse
80 sind fest mit dem Zahnriemen 51 verbunden. Das Rückführungselemeni 70 befindet
sich am aktiven Trum des Zahnriemens 51, d.h. auf der Seite des Schlittens 20, während
sich die Ausgleichsmasse 80 am inaktiven Trum befindet.
[0037] Ein dritter Teil des Antriebssystems für das Separierelement besteht aus den Komponenten,
die nur bei geschalteter Kupplung eine Bewegung ausführen. Dieser Teil umfasst hier
den Schlitten 20 und das damit verbundene Separierelement 10. Zwischen dem zweiten
und dritten Teil wirkt die Kopplungsvorrichtung 100.
[0038] Das Separierelement 10 umfasst einen Schieber 11, der sich etwa in der Ebene E der
Stapelauflage bewegen und dabei den untersten Gegenstand 90 im Stapel 92 aus dem Stapel
92 hinausschieben kann. Ausserdem ist ein Saugelement 12 vorhanden, das mit dem Schieber
11 mitbewegt wird und die Unterseite der Gegenstände 90 ansaugen kann. Der Anschluss
an die Vakuumquelle kann gesteuert unterbrochen bzw. hergestellt werden. Etwa in der
gleichen Ebene E wie der unterste Gegenstand 90 befindet sich ein Förderspalt 61 der
Wegtransportvorrichtung 60, der hier durch zwei oder mehrere gegenläufig angetriebene
Förderbänder 62 gebildet ist.
[0039] Die Bewegung des Schlittens 20 zurück zur hinteren Endlage P1 wird durch einen Stossdämpfer
82 gedämpft. Der Schlitten 20 kann durch ein aktivierbares Rückhalteelement 84 in
dieser Position gehalten werden. Das Rückhalteelement 84 ist beispielsweise ein Dauermagnet,
der vorzugsweise durch einen geeigneten Antrieb automatisch zwischen einer aktiven
und einer inaktiven Position verschiebbar ist, d.h. mittels eines Steuersignals zuschaltbar
bzw. wegschaltbar ist. Im Folgenden wird der Aufbau der Kopplungsvorrichtung 100 unter
weiterer Bezugnahme auf Fig. 4a+b beschrieben: Die Kopplungsvorrichtung 100 umfasst
einen Freilauf 104 sowie eine steuerbare Kupplung 106, z.B. eine Magnetkupplung, mit
Kupplungsbuchse 106a und Kupplungsscheibe 106b. Freilauf 104 und Kupplung 106 sind
auf einer gemeinsamen Welle 102 angeordnet, die drehbar im Schlitten 20 gelagert ist.
Fig. 4a zeigt einen Schnitt entlang der Achse der Welle 102. In Fig. 4b ist ein Schnitt
durch den Freilauf 104 senkrecht zur Achse der Welle 102 gezeigt. Der innere Ring
104a des Freilaufs 104 und die Kupplungsbuchse 106a sind mit der Welle 102 fest verbunden.
Die Kupplungsscheibe 106b ist mit den Schlitten 20 verbunden, aber im ungeschalteten
Zustand der Kupplung 106 gegenüber der Welle 102 frei drehbar. Der in radialer Richtung
äussere Ring 104b des Freilaufs 104 trägt eine Zahnriemenscheibe 105, über die der
Zahnriemen 51 geführt ist.
[0040] Im Folgenden werden die Bewegungen der beteiligten Komponenten im ersten Halbzyklus
(Bewegung des Zahnriemens 51 im Uhrzeigersinn) beschrieben: Der Schlitten befindet
sich in der hinteren Endlage P1 (Fig. 3). Im ersten Halbzyklus führt der Zahnriemen
51 eine Bewegung um den Hub A aus, in der Ansicht in Fig. 1-3 und Fig. 4b im Uhrzeigersinn
(siehe Pfeilrichtung in Fig. 4b). Mit dem Zahnriemen 51 bewegt sich auch das Rückschiebeelement
70 um den Hub A. Der Freilauf 104 blockiert bei einer Bewegung im Uhrzeigersinn, d.h.
der äussere Ring 104b bewegt im ersten Halbzyklus den inneren Ring 104a mit und überträgt
somit auch Kraft auf die Welle 102. Wenn die Kupplung 106 nicht geschaltet ist, dreht
die Welle 102 im ersten Halbzyklus frei im Schlitten 20. Der Schlitten 20 bleibt daher
an P1 stehen. Wenn die Kupplung 106 geschaltet ist, blockiert sie die freie Drehbarkeit
der Welle 102. Die Zahnriemenscheibe 105 kann sich somit im ersten Halbzyklus nicht
mehr frei im Schlitten 20 drehen, so dass der Schlitten 20 der Bewegung des Zahnriemens
51 folgt. Der Schlitten 20 wird daher nach rechts gezogen, und das Separierelement
10 bewegt sich von der hinteren Endlage P1 in die vordere Endlage P2. In der vorderen
Endlage P1 stösst der Schlitten 20 an das Rückführungselement 70 an.
[0041] Im Folgenden werden die Bewegungen der beteiligten Komponenten im zweiten Halbzyklus
(Bewegung des Zahnriemens 51 entgegen des Uhrzeigersinns) beschrieben: Der Zahnriemen
51 führt einen Hub A entgegen des Uhrzeigersinns aus. Im ungeschalteten Zustand der
Kupplung 106 befindet sich der Schlitten 20 noch immer an P1. Bei einer Bewegung entgegen
des Uhrzeigersinns bzw. entgegen der Pfeilrichtung in Fig. 4b sind innerer und äusserer
Ring 104a, 104b des Freilaufs 104 entkoppelt. Der äussere Ring 104b rollt auf dem
inneren Ring 104a ab. Der Zahnriemen 51 kann daher keine Kraft auf die Welle 102 übertragen.
Der Schlitten bleibt im ungeschalteten Zustand an P1 stehen. Da keine Kraft auf die
Welle übertragen wird, kann der ganze zweite Halbzyklus zum Schalten der Kupplung
genutzt werden. Im geschalteten Zustand der Kupplung befindet sich der Schlitten zu
Beginn des zweiten Halbzyklus an der vorderen Endlage P2. Die Rückwärtsbewegung des
Zahnriemens 51 wird wie im ungeschalteten Zustand durch den Freilauf 104 von der Welle
102 abgekoppelt, so dass der Zahnriemen 51 den Schlitten 20 nicht direkt zur hinteren
Endlage P1 zurückzieht. Der Schlitten 20 wird in diesem Fall durch das Rückführungselement
70, der ebenfalls den Hub A des Zahnriemens 51 mitmacht, in die hintere Endlage P1
zurückgeschoben. Auch beim geschalteten Zustand ist daher die Kupplung 106 bei der
Rückwärtsbewegung lastfrei, und der ganze zweite Halbzyklus kann zum Schalten der
Kupplung 106 genutzt werden.
[0042] Zur Vermeidung von Unwucht beim Bewegen des Schlittens 20 ist am inaktiven Trum des
Zahnriemens 51 eine Ausgleichsmasse 80 angebracht. Diese wird ständig mit den Zahnriemen
51 hin und her bewegt.
[0043] Fig. 5-9 zeigen die zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der die Kopplungsvorrichtung
100 räumlich vom Separierelement 10 getrennt ist. Das Separierelement 10 ist wiederum
auf einem Schlitten 20 angeordnet und in einer Führung verfahrbar. Der grundsätzliche
Aufbau des Antriebssystems ist ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform. Die kontinuierliche
gleichgerichtete Bewegung einer Antriebswelle 42 wird mittels einer Pleuelstange 43
in eine Hin- und Herbewegung einer Pleuelscheibe 53 umgesetzt. Ein Zahnriemen 51 dient
zur Kraftübertragung auf den Schlitten 20. Er ist bei dieser Ausführungsform fest
mit dem Schlitten 20 verbunden. Der Zahnriemen ist über Umlenkungen geführt. Die Kopplungsvorrichtung
100 ist in eine der Umlenkungen integriert. Sie ist daher ortsfest und wird nicht
mit dem Schlitten 20 mitbewegt.
[0044] Das Antriebssystem umfasst wie bei der ersten Ausführungsform einen ersten Teil,
dessen Komponenten eine gleichgerichtete Bewegung ausführen, einen zweiten Teil, dessen
Komponenten eine kontinuierliche Hin- und Herbewegung ausführen, sowie einen dritten
Teil, dessen Komponenten nur bei geschalteter Kupplung hin- und herbewegt werden.
Zwischen dem zweiten und dritten Teil wirkt die Kopplungsvorrichtung. Der erste Teil
umfasst Motor (hier nicht gezeigt), Antriebswelle 42 und eine Scheibe 45, an der die
Pleuelstange 43 gelagert ist. Der zweite Teil umfasst hier nur die Pleuelscheibe 53
sowie das daran angeordnete Rückführungselement 70, der hier als Mitnehmernocken ausgebildet
ist. Der dritte Teil des Antriebssystems umfasst unter anderem den Schlitten 20 und
den Zahnriemen 51.
[0045] Der Aufbau der Kopplungsvorrichtung 100 wird im Folgenden mit Bezug auf Fig. 7-9
beschrieben: Die Pleuelscheibe 53 ist auf einer Welle 102 angeordnet, die im Gehäuse
2 drehbar gelagert ist. In die Pleuelscheibe 53 ist ein Freilauf 104 integriert, dessen
innerer Teil 104a fest mit der Welle 102 verbunden ist. Am äusseren Teil 104b des
Freilaufs 104 ist die Pleuelstange 43 festgemacht. Koaxial zum Freilauf 104 befindet
sich eine Zahnriemenscheibe 105 sowie eine Kupplung 106 mit Kupplungsbuchse 106a und
Kupplungsscheibe 106b. Die Kupplungsbuchse 106a ist fest mit der Welle 102 verbunden.
Die Zahnriemenscheibe 105 ist auf der Welle 102 an sich frei drehbar. Durch die Kupplung
106 kann die freie Drehbarkeit der Zahnriemenscheibe 105 blockiert werden.
[0046] Das Rückführungselement 70 ist fest mit der Pleuelscheibe 53 verbunden. Die Zahnriemenscheibe
105 weist ein geeignet gestaltetes Gegenelement 72 auf, das mit dem Rückführungselement
70 zusammenwirken kann. Das Gegenelement 72 ist im Fall von Fig. 8 und 9 eine Seitenwandung
einer Nut und im Fall von Fig. 7 ein axial vorstehender Zapfen.
[0047] Im Folgenden werden die Bewegungen der beteiligten Komponenten im ersten Halbzyklus
(Bewegung der Pleuelscheibe 53 im Uhrzeigersinn) beschrieben: Der Schlitten befindet
sich in der hinteren Endlage P1 (Fig. 8). Die Pleuelscheibe 53 wird vom Antrieb um
einen bestimmten Winkel im Uhrzeigersinn gedreht. Der Freilauf 104, der wie in Fig.
4b aufgebaut ist, blockiert bei Bewegung im Uhrzeigersinn, so dass die Welle 102 ebenfalls
gedreht wird. Wenn die Kupplung 106 nicht aktiv ist, bleibt die Zahnriemenscheibe
105 stehen. Der Zahnriemen 51 wird daher nicht bewegt, und das Separierelement 10
bleibt an P1. Wenn die Kupplung 106 aktiv ist, dreht die Zahnriemenscheibe 105 mit
der Welle 102 mit und bewegt den Zahnriemen 51 um den Hub A. Das aktive Trum des Zahnriemens
51 wird also um den Betrag A nach rechts bewegt. Da das Separierelement 10 fest mit
dem Zahnriemen 51 gekoppelt ist, wird dieses ebenfalls nach rechts bewegt und erreicht
die vordere Endlage P2.
[0048] Im zweiten Halbzyklus (Bewegung der Pleuelscheibe 53 entgegen des Uhrzeigersinns)
entkoppelt der Freilauf 104 die Pleuelscheibe 53 von der Welle 102. Falls die Kupplung
106 zuvor nicht geschaltet war, bleibt das Separierelement 10 an P1. Falls die Kupplung
106 zuvor geschaltet war, wird die Zahnriemenscheibe 105 durch den Mitnehmernocken
70, der mit einem Gegenelement 72 an der Zahnriemenscheibe 105 zusammenwirkt, wieder
in ihre Ausgangslage zurückgedreht. Mit ihr dreht sich der Zahnriemen 51 und bewegt
das Separierelement 10 von der vorderen Endlage P2 wieder an die hintere Endlage P1.
[0049] Zur Vermeidung von Unwucht ist am inaktiven Trum des Zahnriemens 51 eine Ausgleichsmasse
80 angebracht. Wie bei der ersten Ausführungsform können Stossdämpfer 82 und/oder
Rückhalteelemente 84 vorhanden sein.
[0050] Bei der zweiten Ausführungsform sind die Massen derjenigen Komponenten, die kontinuierlich
hin- und herbewegt werden, reduziert. Im Prinzip handelt es sich nur um die Pleuelscheibe,
die eine Hin- und Herbewegung ausführt. Die bewegten Massen sind weitgehend symmetrisch
verteilt, denn die Ausgleichsmasse wird nur bewegt, wenn auch der Schlitten bewegt
wird. Dies hat Vorteile, da die Unwucht reduziert wird.
[0051] Eine dritte Ausführungsform ist in den Fig. 10-13 dargestellt. Fig. 10 und 11 zeigen
die dritte Ausführungsform von zwei verschiedenen Seiten. Der grundsätzliche Aufbau
des Antriebssystems ist ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform. In der dritten
Ausführungsform ist das Separierelement 10 fest mit dem Zahnriemen 51 verbunden. Der
Zahnriemen 51 ist analog zur zweiten Ausführungsform über die Kupplung 106 und den
(nicht sichtbaren) Freilauf mit der Pleuelscheibe 53 verbunden. Ebenso ist die Pleuelscheibe
53 fest mit zwei Rückführungselementen 70 verbunden, welche mit zwei Gegenelementen
72 zusammenwirken können. Die Pleuelscheibe 53 ist über die Pleuelstange 43 mit der
Antriebsscheibe 45 verbunden. Der Zahnriemen 51 der dritten Ausführungsform wird analog
zum Zahnriemen 51 der zweiten Ausführungsform angetrieben, gesteuert und bewegt.
[0052] Die dritte Ausführungsform verfügt über einen in Fig. 12 und 13 dargestellten Energiespeichermechanismus.
Ein erster Teil des Energiespeichermechanismus ist in Fig. 12 dargestellt und umfasst
Federpakete 120, welche kinetische Energie aufnehmen, speichern und wieder abgeben.
Die kinetische Energie wird beim Aufnehmen in potentielle Energie umgewandelt, als
potentielle Energie gespeichert und beim Abgeben wieder in kinetische Energie umgewandelt.
Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass die kinetische Energie mindestens
teilweise als thermische Energie an die Umgebung abgegeben wird, d.h. dass Dissipation
stattfindet.
[0053] Dissipation von mindestens Teilen der pro Zyklus aufzunehmenden kinetischen Energie
kann insbesondere langsam, also beispielsweise über mehrere Sekunden oder Minuten
dauern. Insbesondere kann Dissipation dazu beitragen, Vibrationen der mechanischen
Teile zu minimieren bzw. zu verhindern.
[0054] In Fig. 13 ist ein zweiter Teil des Energiespeichermechanismus dargestellt, welcher
eine zweite Kupplung 130, eine Riemenscheibe 131 und ein Zahnrad 133 mit Freilauf
umfasst. Der zweite Teil des Energiespeichermechanismus kann durch die zweite Kupplung
130 Änderungen der Ausdehnung der Federpakete 120 erlauben oder unterbinden. Dadurch
können die Federpakete 120 nach einer Aufnahme von kinetischer Energie diese als potentielle
Energie speichern und bei Bedarf wahlweise schaltbar wieder als kinetische Energie
abgeben. Der zweite Teil des Energiespeichermechanismus dient dabei auch gleichzeitig
als Rückhalteelement, welches das Separierelement 10 wahlweise schaltbar in der hinteren
Endlage P1 arretiert.
[0055] Im ersten Teil des Energiespeichermechanismus sind die Gegenelemente 72 derart ausgebildet,
dass sie mindestens zeitweise kraftschlüssig mit ersten Enden der Federpakete 120
in Kontakt sind. Die Federpakete 120 sind an ihren zweiten Enden kraftschlüssig mit
dem Gehäuse 2 verbunden. Die Federpakete 120 sind am Gehäuse befestigt und können
über Vorspanner 121 relativ zum Gehäuse 2 variabel mit einer gewünschten Kraft vorgespannt
werden. Befinden sich die Gegenelemente 72 in einer hinteren Endposition, in welcher
sich das über den Zahnriemen 51 mit ihnen verbundene Separierelement 10 in seiner
hinteren Endlage P1 befinden muss, dann drücken die Gegenelemente 72 die Federpakete
120 zusammen.
[0056] Bei einer Bewegung hin zu dieser hinteren Endposition (also im zweiten Halbzyklus)
drücken die Gegenelemente 72 die Federpakete 120 zunehmend zusammen, wodurch die Federpakete
120 dieser Bewegung zunehmend entgegenwirken. Bei einer Bewegung der Gegenelemente
72 von dieser hinteren Endposition weg (also im ersten Halbzyklus) wirkt die Kraft
der Federpakete 120 auf die Gegenelemente 72 und unterstützt die Bewegung von der
hinteren Endposition weg. Auf diese Weise wird kinetische Energie der Gegenelemente
72 im zweiten Halbzyklus in der hinteren Endposition in potentielle Energie umgewandelt
und gespeichert und im nachfolgenden ersten Halbzyklus wieder in kinetische Energie
umgewandelt und an die Gegenelemente 72 abgegeben. Durch den zweiten Teil des Energiespeichermechanismus
können die Gegenelemente 72 und dadurch auch die Federpakete 120 wahlweise in ihrer
Position fixiert oder frei bewegt werden. Auf diese Weise kann die von den Federpaketen
120 aufgenommene Energie aufgenommen, gespeichert und auch wieder abgegeben werden.
[0057] Der zweite Teil des Energiespeichermechanismus umfasst die zweite Kupplung 130. Die
zweite Kupplung 130 umfasst eine Kupplungsbuchse 130a, welche fest mit dem Gehäuse
2 verbunden ist. Eine Kupplungsscheibe 130b der zweiten Kupplung 130 ist fest mit
einer Riemenscheibe 131 verbunden, welche mit einem Zahnriemen 132 verbunden ist.
Der Zahnriemen 132 ist mit einem Zahnrad 133 mit Freilauf verbunden. Das Zahnrad 133
mit Freilauf ist mit einer Umlenkwelle 134 verbunden. Die Umlenkwelle 134 ist fest
mit einem Umlenkzahnrad 135 verbunden, welches den Zahnriemen 51 umlenkt. Der Freilauf
des Zahnrads 133 ist derart ausgebildet, dass eine gegebenenfalls vorhandene Rotation
der Umlenkwelle 134 im zweiten Halbzyklus frei gegenüber dem Zahnrad 133 läuft. In
der anderen Richtung, also einer gegebenenfalls vorhandenen Rotation der Umlenkwelle
134 im ersten Halbzyklus, greifen Zahnrad 133 und Umlenkwelle 134 fest ineinander,
so dass ein in seiner Position fixiertes Zahnrad 133 die Umlenkwelle 134 an einer
Rotation hindert und dadurch fixiert.
[0058] Beide Kupplungen 106, 130 werden, falls sie geschaltet werden, jeweils nur während
dem zweiten Halbzyklus geschaltet. Durch die beiden entsprechenden Freiläufe liegen
im zweiten Halbzyklus keine Kräfte an den beiden Kupplungen 106, 130 an. Wenn die
beiden entsprechenden Freiläufe im darauf folgenden ersten Halbzyklus wieder fest
greifen, entscheiden die Schaltzustände der beiden Kupplungen 106, 130 darüber, ob
das Separierelement 10 bewegt wird oder nicht.
[0059] Im ersten Halbzyklus wir das Separierelement 10 von der hinteren Endlage P1 in die
vordere Endlage P2 bewegt, wenn die Kupplung 106 aktiviert (d.h. eingekuppelt) und
die zweite Kupplung 130 deaktiviert (d.h. ausgekuppelt) ist. Bei entsprechend zeitlich
abgestimmter Deaktivierung der zweiten Kupplung 130 geben die Federpakete 120 im ersten
Halbzyklus ab Beginn der Bewegung des Separierelements 10 die gespeicherte Energie
an die Rückführungselemente 70 und damit an das Separierelement 10 in dessen Bewegungsrichtung
ab und unterstützen dadurch die Bewegung des Separierelements 10. Ist hingegen die
Kupplung 106 nicht aktiviert und ist die zweite Kupplung 130 aktiviert, dann bewegt
sich das Separierelement 10 nicht und verbleibt in der hinteren Endlage P1. Die von
den Federpaketen 120 aufgenommene kinetische Energie bleibt dabei in Form von potentieller
Energie gespeichert.
[0060] Im zweiten Halbzyklus bewegt die Pleuelscheibe 53 durch Rückführungselemente 70 die
Gegenelemente 72, sofern das Separierelement 10 im vorgängigen ersten Halbzyklus in
die vordere Endlage P2 bewegt worden ist. Dadurch wird das Separierelement 10 von
der vorderen Endlage P2 in die hintere Endlage P 1 bewegt. Gegen Ende dieser Bewegung
treten die Gegenelemente 72 kraftschlüssig mit den Federpaketen 120 in Kontakt und
drücken diese bis zum Endes des zweiten Halbzyklus zunehmend zusammen. Wurde das Separierelement
10 im vorgängigen ersten Halbzyklus nicht in die vordere Endlage P2 bewegt, so befindet
sich das Separierelement 10 immer noch in der hinteren Endlage P1 und lediglich die
Pleuelscheibe 53 und die Rückführungselemente 70 werden bewegt, nicht aber die Gegenelemente
72.
[0061] Sollen grosse und/oder schwere Gegenstände aus einem Stapel separiert werden, kann
auch die Auflagefläche für den Stapel mit dem Separierelement gekoppelt und hin und
her verfahren werden. Die bewegten Massen sind dann zwar grösser, aber die Gegenstände
sind zu allen Zeitpunkten gut gestützt.
1. Vorrichtung zum Erzeugen einer gesteuerten Hin- und Herbewegung eines beweglichen
mechanischen Elements (10, 20) zwischen einer ersten Endlage (P1) und einer zweiten
Endlage (P2), wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:
- wenigstens ein kontinuierlich zwischen zwei Umkehrpositionen hin- und herbewegtes
Antriebselement (53);
- eine Kopplungsvorrichtung (100) mit einer steuerbaren Kupplung (106) zum selektiven
Ankoppeln des mechanischen Elements (10, 20) an das Antriebselement (53);
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- die Kopplungsvorrichtung umfasst zusätzlich einen Freilauf (104) und ist derart
eingerichtet, dass das mechanische Element (10, 20) im aktivierten Zustand der Kupplung
(106) während eines ersten Halbzyklus der Bewegung des wenigstens einen Antriebselements
(53) mit dem Antriebselement (53) gekoppelt ist und von der ersten Endlage (P1) in
die zweite Endlage (P2) bewegt wird und während eines zweiten Halbzyklus der Bewegung
des Antriebselements (53) durch Wirken des Freilaufs (104) vom Antriebselement (53) im Wesentlichen unbeeinflusst
ist;
- ein Rückführungselement (70), das synchron mit dem wenigstens einen Antriebselement
(53) bewegt wird und das wenigstens indirekt auf das mechanische Element (10, 20)
einzuwirken imstande ist derart, dass das mechanische Element (10, 20) während des
zweiten Halbzyklus von der zweiten Endlage (P2) in die erste Endlage (P1) bewegt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückführungselement (70) mit dem Antriebselement (53) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kopplungsvorrichtung (100) folgende
Merkmale aufweist:
- eine Welle (102), die drehbar angeordnet ist;
- der Freilauf (104) befindet sich zwischen der Welle (102) und dem Antriebselement
(53), so dass eine Antriebskraft nur in einer Richtung auf die Welle (102) übertragen
wird;
- die steuerbare Kupplung (106) koppelt das mechanische Element (10, 20) selektiv
an die Welle (102) an.
4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsvorrichtung (100) mit dem mechanischen Element (10, 20) mitbeweglich
angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Element ein verfahrbarer Schlitten (20) ist und dass das hin und
her bewegte Antriebselement ein Zahnriemen (51) ist, der über eine Zahnriemenscheibe
(105) geführt ist, die über einen Freilauf (104) drehbar am Schlitten (20) gelagert
ist, wobei durch die steuerbare Kupplung (106) die freie Drehbarkeit der Zahnriemenscheibe
(105) relativ zum Schlitten (20) blockiert werden kann, so dass der Schlitten im aktiven
Zustand der Kupplung (106) durch den Zahnriemen (51) bewegt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückführungselement (70) mit dem Zahnriemen (51) fest verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsvorrichtung (100) ortsfest ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das hin und her bewegte Antriebselement eine Pleuelscheibe (53) ist, die über den
Freilauf (104) drehbar an einem ortsfesten Element (2) gelagert ist, dass die Pleuelscheibe
(53) koaxial zu einer Zahnriemenscheibe (105) angeordnet ist, wobei über die Zahnriemenscheibe
(105) ein Zahnriemen (51) geführt ist, der mit dem mechanischen Element (10, 20) fest
gekoppelt ist, und wobei durch die steuerbare Kupplung (106) die freie Drehbarkeit
der Zahnriemenscheibe (105) relativ zur Pleuelscheibe (53) blockiert werden kann,
so dass der Zahnriemen (51) und damit das mechanische Element (10, 20) im aktiven
Zustand der Kupplung (106) durch die Pleuelscheibe (53) bewegt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückführungselement (70) mit der Pleuelscheibe (53) fest verbunden ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Energiespeichermechanismus vorliegt, welcher Energie von bewegten Teilen der
Vorrichtung aufnimmt und an dieselben Teile wieder abgibt und insbesondere auch zeitweise
speichern und/oder in andere Energieformen umwandeln kann, wobei der Energiespeichermechanismus
insbesondere dann Energie aufnimmt, abgibt und insbesondere speichert und/oder in
andere Energieformen umwandelt, wenn das mechanische Element (10, 20) sich nahe und/oder
an mindestens einer der Endlagen (P1, P2) befindet.
11. Vereinzelungsvorrichtung zum gesteuerten Vereinzeln von Gegenständen (90) aus einem
Stapel (92) von Gegenständen (90), mit einer Vorrichtung zum Erzeugen einer gesteuerten
Hin- und Herbewegung eines mechanischen Elements (10, 20) nach einem der vorangegangenen
Ansprüche sowie einer Stapelaufnahme (30), wobei das mechanische Element als Separierelement
(10) ausgebildet ist, welches auf einen Gegenstand (90) des in der Stapelaufnahme
(30) aufgenommenen Stapels (92) einzuwirken imstande ist, um diesen durch Bewegung
zwischen der ersten Endlage (P1) und der zweiten Endlage (P2) vom Stapel (92) zu separieren.
12. Verfahren zum Erzeugen einer gesteuerten Hin- und Herbewegung eines beweglichen mechanischen
Elements (10, 20) zwischen einer ersten Endlage (P1) und einer zweiten Endlage (P2),
mit den folgenden Schritten:
- kontinuierliches Hin- und Herbewegen wenigstens eines Antriebselements (53) in einem
ersten Halbzyklus zwischen einer ersten und einer zweiten Umkehrposition sowie in
einem zweiten Halbzyklus von der zweiten zur ersten Umkehrposition;
- selektives Ankoppeln des mechanischen Elements (10, 20) an das Antriebselement (53)
durch eine steuerbare Kupplung (106), wobei das mechanische Element (10, 20) im aktivierten
Zustand der Kupplung (106) im ersten Halbzyklus vom Antriebselement (53) mitgenommen
und von der ersten Endlage (P1) in die zweite Endlage (P2) bewegt wird;
- grundsätzliches Abkoppeln des mechanischen Elements (10, 20) vom Antriebselement
(53) im zweiten Halbzyklus durch einen Freilauf (104), so dass die Kupplung (106)
während des zweiten Halbzyklus lastfrei ist;
- Zurückbewegen des mechanischen Elements (10, 20).
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (106) nur während des zweiten Halbzyklus aktiviert bzw. deaktiviert
wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass Energie der Bewegung des mechanischen Elements (10, 20) aufgenommen und insbesondere
zeitweise gespeichert und/oder in andere Energieformen umgewandelt wird, wobei dies
insbesondere beim Annähern an eine der Umkehrpositionen und/oder in einer der Umkehrpositionen
erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zeitweise gespeicherte Energie der Bewegung des mechanischen Elements (10, 20) mindestens
teilweise wieder an das mechanischen Elements (10, 20) abgegeben und/oder in andere
Energieformen umgewandelt wird, und insbesondere wieder als Bewegung and das mechanische
Element (10, 20) abgegeben wird, wobei dies insbesondere bei einer Bewegung von einer
Umkehrposition weg und/oder in einer der Umkehrpositionen erfolgt.