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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bewegungsausführungsvorrichtung.
Im Besonderen betrifft die Erfindung eine Bewegungsausführungsvorrichtung
zur steuerbaren Bewegung eines Bewegungsausführungsmittels entlang einem
gewünschten
Verlauf.
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Es
ist oft erwünscht,
Gegenstände
oder Maschinenteile zu bestimmten Positionen hin zu bewegen, wobei
diese Position auch räumlich
zuverlässig erreicht
werden sollen. Im Besonderen ist es manchmal erwünscht, Maschinenteile auf zuverlässige Weise
zwischen bestimmten Positionen zyklisch hin- und herzubewegen. Dies
ist beispielsweise ein Fall, bei dem die Notwendigkeit besteht,
einen bestimmten Verlauf wiederholt zu auszuführen.
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Ein
Beispiel für
das Ausführen
eines Verlaufs unter Verwendung von Maschinen findet sich in der Lebensmittelherstellungs-
und -verarbeitungsindustrie. Lebensmittel, wie beispielsweise Kekse,
weisen oft einen Zierguss von bestimmter Form auf. Aus Gründen der
Effizienz, des Durchsatzes und der Gleichheit des Musters werden
zur Ausbildung solcher Ziergüsse
mechanische Abgabesysteme eingesetzt.
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Derartige
mechanische Abgabesysteme umfassen gegebenenfalls ein bewegliches
Abgabeverteilerstück,
das auf einem Fließband
angeordnet ist. Das Abgabeverteilerstück ist insofern beweglich,
als es zur Beschreibung eines bestimmten Verlaufs in Bezug auf die
sich entlang dem Fließband
bewegenden Lebensmittel veranlasst werden kann. Typischerweise ist
das Abgabeverteilerstück
unabhängig vom
Fließband
bewegbar. Die Bewegung des Verteilerstücks wird von geeigneten Linearantriebsanordnungen,
beispielsweise geeigneten Anordnungen von Kugelumlaufspindeln und
Riemenscheiben, angetrieben und gesteuert.
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Allgemeiner
noch ist es oft erwünscht,
eine Reihe von Gegenständen
einer wiederholten Bearbeitung zu unterziehen. Typischerweise werden
Gegenstände
unter Verwendung eines Fließbands
oder dergleichen in der Produktionsstätte umhertransportiert. Bei
relativ kleinen Gegenständen
oder bei einer Fertigungsstraße
mit hohem Ausstoß können die
Gegenstände
in Reihen auf dem Förderband
angeordnet sein.
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Zahlreiche
in der Fertigungsstraße
ausgeführte
Verfahren setzen voraus, dass die Position der zu bearbeitenden
Gegenstände
mit einem gewissen Maß an
räumlicher
Zuverlässigkeit
bekannt ist. Typischerweise sind Gegenstände auf einem Fließband dafür anfällig, sich
durch Schwingungen usw. ein wenig zu bewegen. Eine Bewegungsvorrichtung
kann dafür
verwendet werden, die Gegenstände
zu einer vorbestimmten Position auf dem Förderband zu bewegen, sodass
sie für
den folgenden Bearbeitungsschritt bereit sind. Die Bewegungsvorrichtung
wird so wie das obige Abgabeverteilerstück typischerweise durch geeignete
Linearantriebsanordnungen angetrieben und gesteuert.
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Diese
Linearantriebsanordnungen sind üblicherweise
klobig und in bestehenden Fertigungsstraßen schwierig zu installieren
und nachzurüsten.
Zudem ist es unter Verwendung derartiger Anordnungen, schwierig,
die Bewegung des Verteilerstücks
mit einer für
Großserienproduktionen
notwendigen Geschwindigkeit auszuführen.
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Die
Schrift WO 97/16625 beschreibt einen adaptiven Motormechanismus,
der gleichzeitig mit der kontinuierlichen Anpassung des Hubs zur
Umwandlung einer Hin- und Herbewegung in eine Drehbewegung und umgekehrt
fähig ist.
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Um
die oben aufgeführten
Probleme zu lösen,
stellt die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt eine Bewegungsausführungsvorrichtung
zur steuerbaren Bewegung eines Bewegungsausführungsmittels in zumindest
zwei räumlichen
Dimensionen bereit, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
ein
Zahnradmittel mit einem ersten Durchmesser;
einen Ring mit
einer an einer inneren Oberfläche
des Rings ausgebildeten Bahnspur, wobei die Bahnspur einen zweiten
Durchmesser aufweist, der größer als der
erste Durchmesser ist;
dadurch gekennzeichnet, dass
das
Zahnradmittel durch ein erstes Antriebsmittel drehbar ist;
der
Ring durch ein zweites Antriebsmittel drehbar ist;
das Zahnradmittel
angeordnet ist, um sich bei der Verwendung entlang der Bahnspur
zu bewegen; und
das Bewegungsausführungsmittel am Zahnradmittel befestigt
ist, wodurch bei der Verwendung die Bewegung des Zahnradmittels
die Bewegung des Bewegungsausführungsmittels
veranlasst, und die Bewegung des Bewegungsausführungsmittels durch die Steuerung
des ersten und des zweiten Antriebsmittels steuerbar ist, um eine
im Wesentlichen lineare Bewegung des Bewegungsausführungsmittels
innerhalb der zumindest zwei räumlichen
Dimensionen zu erzeugen.
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Bei
der Verwendung der Vorrichtung kann die Bewegung des Bewegungsausführungsmittels
so gesteuert werden, dass es durch die passende Steuerung des ersten
und des zweiten Antriebsmittels einen bestimmten zweidimensionalen
Verlauf beschreibt.
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Vorzugsweise
definiert der Ring eine Rotationsebene, und das Zahnradmittel ist
vorzugsweise durch das erste Antriebsmittel um eine erste Achse, die
im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsebene steht, drehbar.
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Vorzugsweise
ist der Ring durch das zweite Antriebsmittel um eine zweite Achse,
die im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsebene steht, drehbar.
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Vorzugsweise
ist das Zahnradmittel in Bezug auf die Bahnspur um eine dritte Achse,
die im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsebene steht, drehbar.
Diese Drehung des Zahnradmittels um die dritte Achse wird typischerweise
durch eine Wechselwirkung zwischen dem Zahnradmittel und der Bahnspur herbeigeführt.
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Vorzugsweise
steht die dritte Achse im Wesentlichen parallel zur zweiten Achse,
verläuft
jedoch typischerweise im Wesentlichen nicht kolinear mit dieser.
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Typischerweise
weisen das Zahnradmittel und die Bahnspur jeweils Zähne auf,
die ineinander eingreifen können.
Vorzugsweise weist zumindest eines aus dem Zahnradmittel und der
Bahnspur eine im Wesentlichen runde Konfiguration auf. Noch bevorzugter
weist sowohl das Zahnradmittel als auch die Bahnspur eine im Wesentlichen
runde Konfiguration auf.
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In
einigen Ausführungsformen
kann der Ring durch einen Teilring ersetzt werden. Bei der Verwendung
einer derartigen Konfiguration ist die Bahnspur vorzugsweise eine
nicht durchgehende bogenförmige
Bahnspur.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung ist die Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten
Durchmesser so gewählt,
dass die Drehung des Zahnradmittels gegebenenfalls (und wenn möglich gemeinsam
mit der Drehung des Rings) einen Punkt am Zahnrad (üblicherweise
einen Punkt am Umfang des Zahnrads) zur Beschreibung einer im Wesentlichen
geraden Linie veranlasst. Vorzugsweise beträgt der erste Durchmesser in
etwa die Hälfte
des zweiten Durchmessers. Bei der Verwendung einer derartigen Zahnradanordnung
kann das Bewegungsausführungsmittel
in Bezug auf das Zahnradmittel so angeordnet werden, dass das Bewegungsausführungsmittel
im Wesentlichen jeden beliebigen zweidimensionalen Verlauf innerhalb
eines Bereichs einer gewissen Größe ausführen kann.
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Vorzugsweise
ist die Bewegung des Bewegungsausführungsmittels zur Erzeugung
einer linearen Bewegung entlang einer oder entlang beider der zwei
zueinander senkrecht stehenden Achsen fähig. Noch bevorzugter ist,
dass die beiden Achsen bei der Verwendung im Wesentlichen horizontal
bzw. im Wesentlichen vertikal verlaufen.
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Das
Bewegungsausführungsmittel
(das z.B. ein Nockenstößel sein
kann), ist gegebenenfalls so am Zahnradmittel befestigt, dass der
Mittelpunkt des Bewegungsaus führungsmittels
in einem Abstand zur Drehachse des Zahnradmittels liegt, der im
Wesentlichen dem ersten Durchmesser entspricht. In einer Ausführungsform
ist das Bewegungsausführungsmittel
im Wesentlichen zylindrisch, seine Mittelachse steht im Wesentlichen
parallel zur Drehachse des Zahnradmittels und seine Mittelachse
liegt in einem Abstand zur Drehachse des Zahnradmittels, der im Wesentlichen
dem ersten Durchmesser entspricht.
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Vorzugsweise
ist das Zahnradmittel drehbar an einer ersten Welle angebracht.
Vorzugsweise ist die erste Welle in bezug auf die Ausführungsdrehachse
des ersten Antriebsmittels exzentrisch befestigt. Deshalb versetzt
der Betrieb des ersten Antriebsmittels die erste Welle typischerweise
exzentrisch in Rotation. In der Folge wird das Zahnrad zu einer
drehenden Bewegung um die Bahnspur gezwungen.
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Vorzugsweise
bilden der Ring und die Bahnspur gemeinsam ein Innenzahnrad.
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Vorzugsweise
ist das Bewegungsausführungsmittel
mit einem Bewegungsübertragungsmittel verbunden.
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Vorzugsweise
umfasst die Vorrichtung zudem ein Steuermittel zur Steuerung des
zweiten Antriebsmittels, wobei das Steuermittel einem vorbestimmten
Satz an Befehlen entsprechend arbeitet. Typischerweise umfasst das
Steuermittel einen passend programmierten Computer. Vorzugsweise
steuert das Steuermittel das erste Antriebsmittel.
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Vorzugsweise
sind das Zahnradmittel und/oder der Ring durch ein Zahnradmittel
und/oder einen Ring mit anderen Maßen austauschbar, sodass das
Bewegungsausführungsmittel
steuerbar einen Verlauf in einem unterschiedlichen Größenbereich
beschreiben kann.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
umfasst die Vorrichtung weiters eine steuerbare Gegengewichtsanordnung.
Typischerweise umfasst eine derartige Anordnung eine Anordnung von
Gewichten, die über
ein oder mehrere Antriebsmittel bewegbar sind.
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Vorzugsweise
ist die Anordnung von Gewichten so bewegbar, dass durch Bewegungen
von anderen der Teilen der Vorrichtung ausgelöste Schwingungen in der Vorrichtung
wesentlich reduziert werden. Vorzugsweise wird die Bewegung der Anordnung
durch das Steuermittel gesteuert. Die Bewegung der Anordnung kann
so angepasst werden, dass sie ein Spiegelbild der Bewegung jener
Teile der Vorrichtung ist, die bei der Verwendung die unerwünschten
Schwingungen verursachen.
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In
einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein wiederholendes
Bearbeitungsgerät bereit,
das eine Bewegungsausführungsvorrichtung nach
dem ersten Aspekt sowie eine wiederholende Bearbeitungsvorrichtung
zur wiederholten Durchführung
eines bestimmten Vorgangs umfasst, worin die wiederholende Bearbeitungsvorrichtung
mit dem Bewegungsausführungsmittel
verbunden ist und bei der Verwendung die Position der wiederholenden
Bearbeitungsvorrichtung durch Steuern der Position des Bewegungsausführungsmittels
steuerbar ist.
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Vorzugsweise
umfasst das Gerät
außerdem ein
bewegliches Fördermittel,
durch welches Gegenstände,
die einem bestimmten Bearbeitungsvorgang zu unterziehen sind, in
Bezug auf das Gerät
bewegt werden können.
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In
einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Abgabevorrichtung
bereit, die eine Vorrichtung oder ein Gerät nach dem ersten oder dem
zweiten Aspekt umfasst.
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In
einem vierten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Lebensmittelverarbeitungsgerät bereit, das
beliebige Merkmale des zweiten Aspekts und typischerweise beliebige
Merkmale des dritten Aspekts umfasst, worin die wiederholende Bearbeitungsvorrichtung
ein Lebensmittelabgabe-Verteilerstück ist, wobei das Verteilerstück bei der
Verwendung zur Abgabe von Lebensmitteln nach einem vorprogrammierten
Verlauf steuerbar ist.
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Vorzugsweise
ist das Lebensmittelabgabe-Verteilerstück zur Ausführung von zumindest etwa 40
Zyklen pro Minute imstande. Noch bevorzugter ist es zur Ausführung von
bis zu etwa 100 Zyklen pro Minute oder mehr und insbesondere von
bis zu etwa 400 Zyklen pro Minute oder mehr fähig.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden ausschließlich
zu Beispielzwecken anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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1 einen
schematischen Querschnitt einer Lebensmittelbearbeitungsanordnung
zeigt, die eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst;
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2 eine
vergrößerte Ansicht
des in 1 mit "A" gekennzeichneten
Bereichs ist;
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3 eine
schematische Ansicht der Zahnradanordnung entlang der Hauptachse
der Welle 72 aus 1 ist;
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4 einen
schematischen Querschnitt einer horizontalen Antriebsvorrichtung
für die
Anordnung aus 1 entlang derselben Richtung
wie in 3 zeigt;
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5 einen
schematischen Querschnitt eines vertikalen Antriebs für die Anordnung
aus 1 entlang derselben Richtung wie in 2 zeigt;
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6 vier
schematische Ansichten der Zahnradanordnung entlang der Hauptachse
der Welle 72 aus 1 zeigt,
von denen jede das Zahnrad in einer in Bezug auf den Ring anderen
Position darstellt;
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7 eine
schematische Explosionsansicht der Antriebswelle, des Zahnrads,
des Rings und des Nockenstößels aus 1 zeigt;
und
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8 eine
schematische Ansicht einer Gegengewichtanordnung zur Unterdrückung von Schwingungen
in der Hauptvorrichtung ist;
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In 1 wird
die Position des Abgabeverteilerstücks 20 in Bezug auf
ein Förderband
durch eine Steuervorrichtung 24 gesteuert.
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Die
Steuervorrichtung 24 besitzt ein Gehäuse 26. Bewegungsstäbe 28, 30 verbinden
die Steuervorrichtung 24 mit dem Abgabeverteilerstück 20.
Das Abgabeverteilerstück 20 kann
auch als Abgabeverteiler 20 bezeichnet werden.
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Bei
einer typischen Verwendung trägt
das Förderband
eine Vielzahl von Lebensmittel, beispielsweise einzelne Kekse, am
Abgabeverteilerstück 20 vorbei.
Die Aufgabe des Abgabeverteilerstücks 20 besteht in
diesem Beispiel darin, einen Lebensmittelüberzug (beispielsweise Creme,
Schokolade oder Marmelade) auf jeden Keks aufzubringen. Das Abgabeverteilerstück 20 kann
je nach Bedarf ein Druckverteiler oder ein volumetrischer Verteiler
sein.
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Typischerweise
sind die Kekse in hintereinanderliegenden Reihen auf dem Förderband 22 angeordnet.
Jeder Keks einer Reihe erreicht das Verteilerstück zum gleichen Zeitpunkt.
An der Unterseite des Verteilers ist eine Anordnung von Abgabedüsen (z.B.
Düsen 33, 35),
und zwar eine Düse
pro Keks einer Reihe, ausgebildet.
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Die
Höhe der
Düse oberhalb
des Kekses muss sorgfältig
eingestellt werden, um den Lebensmittelüberzug mit der richtigen Form
auszubilden. Zudem hängt
die Form des Lebensmittelüberzugs auf
dem Keks von der horizontalen Position der Düse während der Abgabe ab. Außerdem muss
die horizontale Position der Düse
bei der Abgabe gegebenenfalls (zumindest ungefähr) mit der Förderbandgeschwindigkeit
mithalten.
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Eine
sorgfältige
Einstellung der Höhe
und der horizontalen Position des Verteilerstücks kann zu einer größeren Gleichmäßigkeit
der Form des Überzugs
auf jedem der Kekse führen.
Zudem gehen so gegebenenfalls weniger Überzug und weniger Kekse verloren.
Typischerweise gilt, je schneller der Abgabevorgang, desto größer der
Durchsatz an Keksen.
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Nach
einem Abgabezyklus (d.h. nachdem der Verteiler einen Lebensmittelüberzug auf
eine Reihe Kekse aufgebracht hat), wird der Verteiler zurückbewegt,
um mit dem Abgabevorgang für
die nächste Keksreihe
zu beginnen.
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Die
Position des Verteilerstücks 20 wird durch
die Steuervorrichtung 24 über die Bewegungsstäbe 28, 30 eingestellt.
Beispielsweise kann der Stab 28 durch zwei vertikale lineare
Lager 32, 34 eine in Bezug auf das Gehäuse 26 vertikale
Bewegung ausführen.
Die vertikalen linearen Lager 32, 34 sind in einem
Lagerträger 36 untergebracht.
Der Stab 28 und der Lagerträger 36 können durch
zwei horizontale lineare Lager 38, 40 eine in
Bezug auf das Gehäuse 26 horizontale
Bewegung ausführen.
Somit ist der Stab 28 (und durch analoge Mittel auch der
Stab 30) innerhalb vorbestimmter Bereiche in bezug auf
das Gehäuse 26 sowohl
horizontal als auch vertikal bewegbar.
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Wie
in 2 deutlicher dargestellt ist, weist der Stab 28 eine
Nockenaufnahmehalterung 50 auf. Die Halterung 50 ist
in Bezug auf den Stab 28 feststehend. Die Halterung 50 nimmt
z.B. eine zylindrische Nocke 52 auf. Die Bewegung der Nocke 52 bewegt den
Stab 28.
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Die
Nocke 52 ist an einem Zahnrad 54 angebracht. Das
Zahnrad 54 ist über
Lager 58 drehbar an der Welle 56 angebracht. Die
Bewegung des Zahnrads 54 bewegt die Nocke 52 und
somit auch die den Stab 28. Das Zahnrad 54 weist
eine senkrecht zu seiner Hauptebene stehende Drehebene auf. Bei
der Verwendung ist das Zahnrad 54 im Wesentlichen auf eine
Bewegung entlang dieser Ebene eingeschränkt. Deshalb verbleibt die
Nocke 52 im Wesentlichen auf einer Ebene. Der Stab 28 verfügt über horizontale und
vertikale Lager und kann sich demnach in zwei orthogonale Richtungen
bewegen, d.h. der Stab 28 ist auch im Wesentlichen auf
die Bewegung entlang einer Ebene in Bezug auf das Gehäuse 26, 60 der Vorrichtung
eingeschränkt.
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Das
Zahnrad 54 ist angepasst, um in eine runde Bahnspur hineinzupassen,
die an der inneren Oberfläche
eines Rings 62 ausgebildet ist. Gemeinsam bilden die runde
Bahnspur und der Ring 62 ein Innenzahnrad. Das Zahnrad 54 verfügt, so wie
gemeinhin üblich, über Zähne. Die
Bahnspur weist Zähne
von ähnlicher
Größe auf.
Die Zahnsätze
können ineinander
eingreifen, sodass eine Bewegung des Zahnrads 54 in Bezug
auf die Bahnspur zu einer Drehung des Zahnrads 54 in Bezug
auf die Bahnspur führt.
Die Zahnradanordnung wird nachstehend noch detaillierter beschrieben.
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3 zeigt
schematisch die Zahnradanordnung einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung. Zum Zwecke der Klarheit sind die Zähne des Zahnrads 54 nicht
dargestellt. Das Zahnrad 54 ist so angeordnet, dass es
sich rund um die Bahnspur 70 bewegen kann. Die äußeren Dimensionen
des Rings 62 und die Zähne
der Bahnspur 70 sind ebenfalls zum Zwecke der Klarheit
nicht abgebildet.
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Durch
den Eingriff der jeweiligen Zähne
des Zahnrads 54 und der Bahnspur 70 bewegt sich
das Zahnrad 54 um die Ritzelwelle 56. Somit dreht
sich das Zahnrad 54 in Bezug auf die Bahnspur 70.
Wie nachstehend detaillierter erläutert wird, ist das Zahnrad 54 auf
die Bewegung entlang eines runden Wegs rund um die Bahnspur 70 eingeschränkt, sodass
bei der Verwendung zumindest ein Zahn des Zahnrads 54 einen
Zahn der Bahnspur 70 kontaktiert.
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In
dieser bevorzugten Ausführungsform weist
das Zahnrad 54 einen Durchmesser B auf, der halb so groß wie der
innere Durchmesser C der Bahnspur 70 ist. Es versteht sich,
dass ein gegebener Punkt an der Oberfläche des Zahnrads 54,
z.B. Punkt D, eine Ortskurve aufweist, bei der es sich um eine gerade
Linie (in 3 als gestrichelte Linie dargestellt)
handelt, die durch den Mittelpunkt der runden Bahnspur 70 verläuft. Mit
anderen Worten beschreibt Punkt D, wenn sich das Zahnrad 54 um
die Bahnspur 70 herum dreht, einen Weg innerhalb des Rings 62,
bei dem es sich um eine gerade und (zumindest ungefähr) durch
den Mittelpunkt des Rings 62 verlaufende Linie handelt.
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Das
Zahnrad 54 ist durch die Bewegung der Ritzelwelle gezwungen,
um die Bahnspur 70 herum zu rollen. Die Welle 56 ist
in Bezug auf die Antriebswelle 72 exzentrisch angeordnet.
Die Drehung der Welle 72 zwingt die Welle 56 zur
Beschreibung eines runden Wegs. Auf diese Weise ist das Zahnrad 54 gezwungen,
sich in Bezug auf die Bahnspur 70 zu drehen.
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Der
Mittelpunkt der Nocke 52 ist typischerweise auf der gleichen
Ebene wie der Umfang des Zahnrads 54, d.h. auf gleicher
Ebene mit Punkt D, angeordnet. Deshalb beschreibt die Nocke einen ähnlichen
Weg wie Punkt D. Wie zuvor bereits beschrieben wurde, wird diese
Bewegung auf den Stab 28 übertragen. Gemäß der obigen
Beschreibung führt
somit die Drehung der Antriebswelle 72 zu einer eindimensionalen
Bewegung des Stabs 28 in eine parallel zur Bewegung von
Punkt D verlaufenden Richtung.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 3 kann der Weg des Punkts D
im Raum durch die Bewegung der Bahnspur 70 geändert werden.
Der Weg des Punkts D ist in Bezug auf die Bahnspur 70 festgelegt. Wird
jedoch die Bahnspur selbst gedreht, bewegt sich der Weg des Punkts
D gemeinsam mit der Bahnspur. Klarerweise kann so mit einer geeigneten
Kombination aus der Bewegung der Bahnspur 70 und des Zahnrads 54 Punkt
D an jedem beliebigen Punkt innerhalb des von der Bahnspur 80 definierten
Kreises angeordnet werden. Ähnlich
kann auch mit einer geeigneten Kombination aus der Bewegung der
Bahnspur und des Zahnrads Punkt D jeden gewünschten Weg oder Verlauf innerhalb
des von der Bahnspur 70 definierten Kreises nachvollziehen.
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Mit
Bezug auf 6 ist die Bewegung des Zahnrads 54 rund
um die Bahnspur 70 (Innenzahnrad) in vier Stadien dargestellt.
Das Zahnrad 54 ist auf dem Bewegungsübertragungsblock 55 angebracht.
Die Nocke 52 ist auf dem Bewegungsübertragungsblock 55 angebracht.
Der Mittelpunkt der Nocke 52 liegt auf gleicher Ebene wie
der Umfang des Zahnrads 54, jedoch ist die Nocke 52 axial
vom Zahnrad 54 versetzt, um nicht störend in die Bewegung des Zahnrads 54 um
die Bahnspur 70 einzugreifen.
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Die
in 6 in vier Stadien dargestellte Bewegung des Zahnrads 54 um
die Bahnspur 70 veranlasst die Nocke zu einer Bewegung
entlang einer geraden, parallel zu einer Umfangslinie der Bahnspur 70 verlaufenden
Linie. Natürlich
kann die Drehung des Rings 62 eine Verformung des Wegs
der Nocke 52 auslösen.
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Die
Anordnung des Zahnrads und des Innenzahnrads sowie der zugeordneten
Antriebswellen und Lager ist der schematischen Explosionsansicht aus 7 besser
zu erkennen.
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In
dieser bevorzugten Ausführungsform
ist die Bahnspur 70 über
ein Befestigungsblockmittel 76 an der hohlen Antriebswelle 74 angebracht.
Die Antriebswelle 74 ist durch die Lager 78 in
Bezug auf das Gehäuse 60 drehbar
angebracht. Die Lager 78 werden von Lagerhülsen 79 festgehalten. Ähnlich ist auch
die Antriebswelle 72 über
Lager 80 in Bezug auf die Antriebswelle 74 drehbar
angebracht.
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Durch
die passende Drehung der Antriebswelle 74 kann der Ring 62 (und
somit auch die Bahnspur 70) um die Hauptachse gedreht werden,
die der Antriebswelle 74 und dem Ring 62 sowie
der Antriebswelle 72 gemeinsam ist. Der Ring 62 und
das Zahnrad 54 drehen sich auf derselben Drehebene, die
senkrecht zur Hauptachse steht.
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Da
die Drehung des Zahnrads 54 und der Bahnspur 70 die
Steuerung der Bewegung von Punkt D ermöglichen, erlaubt eine passende
Steuerung der Antriebswellen 72 und 74 die Steuerung
der Position der Nocke 52 in zwei Dimensionen. Diese Bewegung wird
an den Stab 28 übertragen,
der sich durch die Lager 32, 34, 38, 30 in
zwei Dimensionen bewegen kann. Somit ist die Steuerung des Verteilerstücks 20 in
zwei Dimensionen möglich.
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Die
Größe des Verlaufs,
den Punkt D beschreiben kann, ist durch den Durchmesser C beschränkt. Die
Vorrichtung ist typischerweise so angeordnet, dass der Ring 62 und
das Zahnrad durch eine andere Kombination aus Ring und Zahnrad mit
anderen Maßen
ausgetauscht werden können.
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Mit
erneutem Bezug auf 1 weist die Vorrichtung dieser
Ausführungsform
einen zweiten Stab 30 auf, sodass die Position des Verteilerstücks 20 mit größerer Genauigkeit
gesteuert werden kann. Die Position des Stabs 30 wird mit ähnlichen
Mitteln, die die Position des Stabs 28 steuern, eingestellt.
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Die
Welle 74 wird über
einen Riemen 90 von der Riemenscheibe 82 zur Riemenscheibe 84 angetrieben.
Die Drehung der Riemenscheibe 82 wird durch einen Servomotor
gesteuert. Diese Anordnung bildet den vertikalen Antrieb.
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Die
Welle 72 wird über
einen Riemen 80 von der Riemenscheibe 86 zur Riemenscheibe 88 angetrieben.
Die Drehung der Riemenscheibe 86 wird durch einen Servomotor
gesteuert. Diese Anordnung bildet den horizontalen Antrieb. Die
Drehung der Welle 72 wird über eine lösbare Kupplung 94 an
eine entsprechende Welle 92 übertragen.
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4 zeigt
den horizontalen Antrieb in einer Ansicht entlang der Hauptachse
der Welle 72. Die Riemenscheibe 86 wird von einem
Servomotor angetrieben.
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5 zeigt
den vertikalen Antrieb in einer Ansicht entlang der Hauptachse der
Welle 74. Die Riemenscheibe 100 wird von einem
Servomotor angetrieben. Dadurch treibt die Riemenscheibe 100 einen
Riemen 102 an, der wiederum die Riemenscheibe 82 antreibt.
Im Gegenzug treibt die Riemenscheibe 82 über den
Riemen 90 die Riemenscheibe 84 an.
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Typischerweise
kann der vertikale Antrieb bei der Verwendung kontinuierlich verwendet
werden, um dem Verteilerstück
einen beständigen,
vertikalen Hub zu übermitteln.
Dann kann eine präzise horizontale
Bewegung über
den vertikalen Hub gelegt werden, um die Kraft des Verteilerstücks während des
vertikalen Hubs präzise
zu steuern.
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Die
präzise
Steuerung der Position des Verteilerstücks 20 erfordert die
sorgfältige
Steuerung der Ausgangsleistungen der Servomotoren.
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Der
Spannungseingang in einen Servomotor und die auf ihn wirkende Belastung
bestimmen die Servoausgangsgeschwindigkeit. Es ist somit möglich, die
Ausgangsleistung eines jeden Servomotors äußerst präzise zu steuern. Die koordinierte
Steuerung des Spannungseingangs in den Servomotor zum Erhalt einer
bestimmten Aus gangsleistung zur Ausführung eines bestimmten Verlaufs
ist ein komplexer Vorgang. Typischerweise wird der Spannungseingang
in die Servomotoren durch passend programmierte Computer gesteuert.
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Der
Computer sollte über
eine Schnittstelle verfügen,
mit der die Servomotoren gesteuert werden. Zudem sollte der Computer
eine Benutzerschnittstelle aufweisen, durch welche ein Benutzer den
Computer steuern kann, z.B. indem er einen gewünschten Weg eingibt, den das
Verteilerstück
mit einer bestimmten Zyklusrate und Geschwindigkeit nachvollziehen
soll.
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Der
Computer läuft
typischerweise unter Verwendung einer modifizierten Robotersoftware.
Ein solche Software ermöglicht
die präzise
und koordinierte Steuerung von Elektromotoren als Reaktion auf vorprogrammierte
oder benutzerdefinierte Parameter. Die Software verwendet inverse
Kinematik und Vorwärtskinematik.
Auf die Software wird hier nicht näher eingegangen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
verfügt
die Vorrichtung typischerwiese über
eine steuerbare Gegengewichtsanordnung. Diese wird eingesetzt, um
Schwingungen in der Hauptvorrichtung zu unterdrücken, die sich aus der raschen
Bewegung der beweglichen Teile der Anordnung ergeben. Aufgrund ihres
exzentrischen Wegs können
das Zahnrad 54 und die zugeordnete Kolbenwelle 56 bei der
Verwendung Schwingungen in der Vorrichtung auslösen. Die in einer geeigneten
Weise angeordneten Gewichte können
sich in der Vorrichtung bewegen, um diese Schwingungen im Wesentlichen
aufzuheben. Typischerweise sind die Gewichte so angeordnet, dass
sie sich spiegelbildlich zur Bewegung der die Schwingungen verursachenden
Teile bewegen. Die Minimierung der Schwingungen trägt dazu bei,
die Geschwindigkeit, mit der die Vorrichtung ihre Bewegung ausführen kann,
und die Gleichmäßigkeit der
Bewegung zu optimieren. Bei der Verwendung der Vorrichtung sind
Geschwindigkeiten der zyklischen Bewegung von etwa 100 Zyklen pro
Minute möglich.
Die Optimierung der Geschwindigkeit kann Geschwindigkeiten der zyklischen
Bewegung von bis zu 400 Zyklen pro Minute und mehr ermöglichen.
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Die
Querverstrebung einer steuerbaren Gegengewichtsanordnung 140 ist
in 8 schematisch dargestellt. Die Anordnung ist an
der Hauptvorrichtung mechanisch angebracht. Die Anordnung 140 verfügt über eine
Welle 142, die über
Lager 144, 146 in Bezug auf die Hauptvorrichtung
drehbar angebracht ist. Auf der Welle 142 sind Gewichte 148, 150 angebracht.
Die Gewichte 148, 150 sind in Bezug auf die Welle 142 exzentrisch
angebracht.
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Die
Welle 142 ist durch eine Riemenscheibe 152 und
einen Riemen 154 drehbar, die von einem Servomotor 156 angetrieben
werden.
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Die
Vorrichtung verfügt über einen
Beschleunigungsmesser (nicht dargestellt), der an ihrem Rahmen angebracht
ist. Dieser detektiert Schwingungen des Rahmens. Typischerweise
besitzt der Rahmen einen vertikalen Beschleunigungsmesser und einen horizontalen
Beschleunigungsmesser, um die horizontalen bzw. die vertikalen Schwingungskomponenten
zu messen. Der Steuercomputer analysiert die Daten des Beschleunigungsmessers.
Als Reaktion darauf kann der Computer die Gegengewichtsanordnung 140 in
Betrieb nehmen, um die Schwingungen zu mindern. Der Computer steuert
die Eingangsspannung in den Servomotor 156, um die Frequenz der
von der Gegengewichtsanordnung 140 ausgegebenen Schwingungen
zu steuern. Es versteht sich, dass die Steuerung der Geschwindigkeit
des Servomotors die Frequenz der Schwingungsausgabe steuert.
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Die
Größe und die
Masse der verwendeten Gewichte 148, 150 und das
Ausmaß der
Exzentrizität ihrer
Befestigung in Bezug auf die Welle 142 bestimmt die Arten
von Schwingungen, die durch die Anordnung 140 aufgehoben
werden können.
Eine Änderung
dieser Parameter kann durchgeführt
werden, um die Anordnung zur Aufhebung verschiedener Schwingungen
einzustellen.
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Die
Gleichmäßigkeit
der Bewegung kann zudem durch die passende Steuerung der Servomotoren,
die die Bewegung antreiben, gesteuert werden. Im Besonderen kann
der durch den Computer bestimmte Anstieg der Steuerspannung für die Motoren zur
Optimierung der Gleichmäßigkeit
gesteuert werden.
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Die
vorliegende Erfindung findet in zahlreichen Bereichen der Technik
Anwendung. Im Besonderen ist sie dann geeignet, wenn eine geregelte
zyklische Positionsbewegung benötigt
wird. Weiters ist sie für
wiederholte Bearbeitungsvorgänge
geeignet, beispielsweise wenn eine Abfolge von Gegenständen einem ähnlichen
Vorgang unterzogen werden muss. Typischerweise werden Gegenstände in einer Produktionsstätte durch
Förderbänder von
einer Bearbeitungsstelle zur nächsten
transportiert. In Großserienproduktionsstätten werden
die Gegenstände gegebenenfalls
in hintereinander liegenden Reihen auf dem Förderband transportiert. Es
ist oft notwendig, die Gegenstände
zu "indizieren", beispielsweise wenn
die Anordnung der Gegenstände
auf dem Förderband
verschoben ist. Die beschriebene Bewegungsausführungsvorrichtung kann zur
Repositionierung der Gegenstände
auf dem Förderband
verwendet werden. Dies kann durch eine passende Schiebebewegung
einer Schubplatte mit vorstehenden Fingern durchgeführt werden.
So kann eine Reihe von Gegenständen
weiter vorn oder seitlich auf dem Förderband positioniert werden.
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Natürlich kann
die Vorrichtung in Bezug auf das Förderband in mehreren unterschiedlichen
Positionen installiert werden, z.B. oberhalb, unterhalb und/oder
im rechten Winkel oder in versetzten Winkeln/Positionen zum Förderband.
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Die
in ihren Einzelheiten beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich
auf die Bearbeitung von Lebensmitteln, doch ist die Erfindung auch
in anderen Gebieten der Technik einsetzbar, beispielsweise in der
maschinellen Bearbeitung, bei der die präzise Steuerung eines von einem
beweglichen Teil (beispielsweise einer Werkzeugmaschine) beschriebenen
Verlaufs gegebenenfalls notwendig ist. Als Beispiel hierfür kann die
Massenbearbeitung von Holzartikeln angeführt werden. Andere Fertigungsbereiche,
in denen die Erfindung anwendbar ist, sind die Spielzeugindustrie
und andere Zweige der Großserien-
und Kleinwarenherstellungs- oder -bearbeitungsindustrie.
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Die
vorliegende Erfindung wurde ausschließlich zu Beispielzwecken beschrieben.
Modifikationen der beschriebenen Ausführungsformen sowie weitere
Ausführungs formen
und Modifikationen dieser sind für
Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung offensichtlich und fallen
als solche in den Schutzumfang der Erfindung.