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Querverweis auf vorläufige Anmeldung
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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 20.07.2001 eingereichten
vorläufigen Anmeldung
mit dem amtlichen Aktenzeichen Nr. 60/306,782 und der Bezeichnung
Vorrichtung zum Zählen
und Ausgeben von Artikeln.
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist im Allgemeinen auf das Ausgeben von Gegenständen, und
im Besonderen auf das Ausgeben von vereinzelten Gegenständen gerichtet.
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Hintergrund der Erfindung
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Das
Problem des Zählens
und Ausgebens einer vorgegebenen Menge aus einem Massenvorrat von
kleinen Artikeln stellt sich bei einer Vielzahl von Gegenständen und
Vorgängen.
Beispielhafte Gegenstände
umfassen Essbares wie Süßigkeiten
und Minzdragees, Maschinenteile wie Schrauben, Muttern und andere
Befestigungseinrichtungen, Wertgegenstände wie Diamanten und andere
Edelsteine, Vitaminpräparate
und dergleichen.
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Das
Problem wurde mit vielfältigen
Lösungsansätzen angegangen.
Beispielsweise ist eine Vorrichtung zum Befüllen von Hohlräumen, deren
Größe für physische
Besonderheiten eines bestimmten Artikels bemessen ist, im US-Patent
Nr. 3,775,941 für Bross
beschrieben. Als ein weiteres Beispiel ist eine Vorrichtung, die
ein Gesamtgewicht unter Verwendung einer kalibrierten Stückgewichtsmessung
zählt, im
US-Patent Nr. 4,685,525 für
Knothe et al. beschrieben. Als ein zusätzliches Beispiel ist eine
Vorrichtung, die einen Vibrationsförderer zum Vereinzeln anwendet
(und dadurch ein Zählen
ermöglicht),
im US-Patent Nr. 6,182,718 für
Seaton beschrieben. Als ein wieder anderes Beispiel ist eine Vorrichtung,
die einen Unterdruck zum Trennen und Zählen einer festgelegten, aber
vorgegebenen Anzahl von Gegenständen
anwendet, im US-Patent Nr. 6,053,302 für Leu et al. beschrieben. Die
mehreren, obenstehend beispielhaft genannten Vorrichtungen und Vorgehensweisen
stellen jeweils für
sich unterschiedliche Leistungsfähigkeitsniveaus
bei grundlegenden Betriebsparametern wie Geschwindigkeit, Genauigkeit, Universalität (Anpassbarkeit),
Größe, Komplexität und Kosten
zur Verfügung.
Aber nur wenige, wenn überhaupt,
stellen ein hohes Niveau der Messung bei mehr als einem oder zweien
der oben genannten Parameter zur Verfügung. Hohlraum-Einfülleinrichtungen
von dem bei Bross beschriebenen Typ nehmen typischerweise viel Raum
ein und sind nur für
Artikel geeignet, die der Hohlraumgrösse eng entsprechen. Vibrationszähler wie
der bei Seaton offen gelegte nehmen für gewöhnlich viel Raum ein und können bei der
Feineinstellung (d.h. der Konfigurierung) schwierig sein. Gewichtszähler wie
der bei Knothe beschriebene können
aufgrund von variablen Stückgewichten ungenau
sein. Auf Unterdruck basierende Systeme wie etwa das bei Leu et
al. gezeigte sind typischerweise kompliziert, langsam, und schwierig
zu kalibrieren.
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Das
US-Patent Nr. 6,039,512 für
Chooi et al. beschreibt ein Fördersystem
und -verfahren zum Zuführen
von elektronischen Bauteilen zu einem Bestückungsautomaten. Luftstösse werden
in einen Einfüllbehälter eingeleitet,
um darin gespeicherte Bauteile in Bewegung zu versetzen. Die Bauteile
bewegen sich durch eine Passage, wonach sie von dem Bestückungsautomaten
aufgenommen werden. Luftstösse
werden auch in die Passage eingeleitet, um die darin befindlichen
Bauteile auszurichten.
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In
Anbetracht des oben Gesagten wäre
eine Vereinzelungsvorrichtung wünschenswert,
die schnell, genau, klein, leicht konfigurierbar, zuverlässig und
nahezu universell ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum schnellen und genauen Zählen
und Ausgeben einer vorgegebenen Menge von Artikeln aus einem Massenvorrat
solcher Artikel gemäss
den Patentansprüchen
1 bzw. 13 gerichtet. Die Vorrichtungen weisen ein Vorratsgehäuse zum
Speichern einer Vielzahl von im Wesentlichen identischen Artikeln
und einen Austrittskanal auf. Als einen ersten Aspekt weist eine
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ferner in dem Austrittskanal
eine in Vorwärtsrichtung
gerichtete Strahlöffnung
und eine in Rückwärtsrichtung
gerichtete Strahlöffnung
auf, von denen jede mit einer Überdruckquelle
in Fluidverbindung steht. Ein von der Überdruckquelle erzeugter, in Vorwärtsrichtung
gerichteter Strahl durch die vordere Strahlöffnung kann vereinzelte Artikeln
in dem Austrittskanal beschleunigen, wodurch der Zwischenraum zwischen
einzelnen Artikeln vergrößert wird,
so dass sie einfacher und genauer gezählt werden können. Ein
von der Überdruckquelle
erzeugter, hinterer Strahl durch die in Rückwärtsrichtung gerichtete Strahlöffnung kann
Artikel in dem Austrittskanal veranlassen, zu dem Gehäuse zurückzukehren.
Eine mit der Druckquelle bzw. den Druckquellen betrieblich verbundene
Steuereinrichtung steuert selektiv die Aufbringung eines Überdrucks
auf die oben genannten Öffnungen,
um ein Vereinzeln der Artikel zu bewirken oder zu beenden; die Steuereinrichtung kann
einem Sensor, der durch den Austrittskanal hindurch tretende Artikel
erfasst und zählt,
betrieblich zugeordnet sein.
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Als
einen zweiten Aspekt der Erfindung weist eine Vereinzelungsvorrichtung
mit einem Vorratsgehäuse
und einem Austrittskanal eine Strahlöffnung auf, die gegenüber von
dem Austrittskanal am Vorratsgehäuse
angeordnet ist. Die Strahldüse
steht mit einer Überdruckquelle
in Fluidverbindung, welche wiederum mit einer Steuereinrichtung
verbunden ist, die die Aufbringung eines Überdrucks durch die Strahlöffnung selektiv
steuert. Diese Konfiguration kann einen Strahl erzeugen, der Artikel
in dem Gehäuse
veranlasst, sich auf den Austrittskanal hin zu bewegen.
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Bei
einer Ausführungsform,
die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, weist eine Vereinzelungsvorrichtung
mit einem Vorratsgehäuse
und einem Austrittskanal eine Artikel-Ausrichteinheit mit einem Paar
von Platten auf, die im Zusammenwirken mit einem stromaufwärtigen Bereich
des Austrittskanals einen Einlassraum definieren, der es ermöglicht, dass
ein länglicher
oder abgeflachter Artikel in den Austrittskanal nur in einer Längsausrichtung
eintritt, in der sich die längste
Abmessung des Artikels allgemein parallel zu einem stromabwärtigen Strömungspfad
befindet. Die stromaufwärtigen
Enden der Platten erstrecken sich stromaufwärts von dem Austrittskanal
weg und sind so beabstandet, dass ein länglicher oder abgeflachter
Artikel, der in den Einlassraum in einer Querausrichtung eintritt,
in der seine längste
Abmessung allgemein senkrecht zu dem stromabwärtigen Strömungspfad ist, auf den stromaufwärtigen Bereich
des Austrittskanals auftrifft und in die Längsausrichtung, in der ein
Durchtritt durch den Austrittskanal möglich ist, neu ausgerichtet
wird. Bei einer Ausführungsform
sind die Platten parallel zueinander, und die Artikel werden neu
ausgerichtet, wenn sie auf eine der frei liegenden Kanten des stromaufwärtigen Bereichs
des Austrittskanals auftreffen. Bei einer zweiten Ausführungsform
ist eine dritte, zu den beiden ersten Platten senkrechte Platte vorhanden,
so dass der Einlassraum allgemein rechteckig ist. Bei einer dritten
Ausführungsform
sind die Platten gelenkig aneinander befestigt und sind um eine
Schwenkachse verschwenkbar, die sich parallel zur Strömungsrichtung
erstreckt, so dass der (einstellbare) Einlassraum allgemein dreieckig
ist. Bei jeder dieser Ausführungsformen
ist es die Funktion der Platten, die Gegenstände in einer gewünschten Raumlage
für den
Eintritt in den Austrittskanal auszurichten.
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Bei
Vereinzelungsvorrichtungen mit diesen Aspekten der Erfindung können einzelne
Artikel aus dem Gehäuse
in den Austrittskanal eintreten und sich hinter einander und mit
einem ausreichenden Zwischenraum durch den Austrittskanal bewegen,
um eine genaue Erfassung und ein präzises Zählen der Artikel zu ermöglichen.
Die pneumatische, umschaltbare Beschaffenheit der Vorrichtung kann
die Behandlung eines weiten Bereichs von Größen und Formen mit einer einzigen
Vorrichtungskonfiguration ermöglichen.
Ferner ermöglicht
dieses gleiche Merkmal die Anwendung einfacher Einstellungen für die Behandlung
eines sogar noch weiteren Bereiches von Größen. Die Fähigkeit, die verschiedenen
Luftströme
zu steuern, ermöglicht
die Ausführung
des Mechanismus mit einem Volumen, das nicht bedeutend größer als
ein kleiner Bereich des Bodens einer Massenspeicherkammer ist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 ist
eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht der Vereinzelungs-
und Zählvorrichtung
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung von 1.
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3A ist
eine Seitenschnittansicht der Vorrichtung von 1,
welche sowohl das vordere Strahlventil als auch das hintere Strahlventil
geschlossen zeigt.
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3B ist
eine Seitenschnittansicht der Vorrichtung von 1,
welche das vordere Strahlventil offen und das hintere Strahlventil
geschlossen zeigt.
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3C ist
eine Seitenschnittansicht der Vorrichtung von 1,
welche das vordere Strahlventil geschlossen und das hintere Strahlventil
offen zeigt.
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4A-4C sind
eine Vorderansicht, eine Draufsicht und Seitenansichten eines beispielhaften,
mit der Vorrichtung von 1 zu vereinzelnden Artikels.
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5A-5C sind
endseitige Schnittansichten einer Ausführungsform der Artikel-Ausrichteinheit der
Vorrichtung von 1, die nicht Teil der Erfindung
ist, welche zeigen, wie die Einheit den Durchtritt eines ordnungsgemäss in Längsrichtung ausgerichteten
Artikels zulässt
(5A), den Durchtritt eines horizontal in Querrichtung
ausgerichteten Artikels verhindert (5B), und
einen vertikal in Querrichtung ausgerichteten Artikel für einen
ordnungsgemässen
Eintritt in den Austrittskanal neu ausrichtet (5C).
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6A und 6B sind
endseitige Schnittansichten einer alternativen Ausführungsform
einer Artikel-Ausrichteinheit, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung
ist, welche es ermöglicht,
dass die Größe der Öffnung darin
eingestellt wird.
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7A und 7B sind
endseitige Schnittansichten einer weiteren Ausführungsform einer Artikel-Ausrichteinheit,
die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
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8 ist
ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Vereinzeln
von Artikeln gemäss
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wird nun im Nachfolgenden ausführlicher
beschrieben, wobei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
gezeigt werden. Diese Erfindung kann jedoch in verschiedenen Formen
ausgeführt
werden und sollte nicht als auf die vorliegend erläuterten
Ausführungsformen
beschränkt
ausgelegt werden. Statt dessen werden diese Ausführungsformen für eine gründliche
und vollständige
Offenbarung gegeben und vermitteln dem Fachmann den gesamten Umfang
der Erfindung. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Zahlen durchwegs
gleiche Bauteile. Die Dicke und die Abmessungen einiger Bauteile
können
zur Verdeutlichung übertrieben
sein.
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnung ist eine Vereinzelungsvorrichtung,
die allgemein unter 10 gezeigt ist, in den 1 und 2 dargestellt.
Die Vorrichtung 10 weist ein Artikelvorratsgehäuse 11 auf,
in dem eine Vielzahl von kleinen Artikeln A in fluidisierter Bewegung
suspendiert ist. Das Gehäuse 11 weist
eine umgebende Wand 12, einen Boden 13 und eine
Decke 14 auf. Die Wand 12 kann durchgängig oder
segmentiert sein (d.h. sie kann mehrere aneinanderstossende Wände aufweisen),
kann eine Tür 12a für einen
Zugriff auf die Artikel A aufweisen, und ist vorzugsweise transparent,
um einen Einblick auf die darin enthaltenen Artikeln A zu ermöglichen.
Auf ähnliche
Weise können
der Boden 13 und die Decke 14 übergangslos in die Wand 12 übergehen
oder mit dieser ausgeprägte
Ecken bilden. Für
den Fachmann dürfte
ersichtlich sein, dass Gehäuse
mit vielen Formgebungen und Konfigurationen für die Verwendung mit der vorliegenden
Erfindung geeignet sein können.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
weist der Boden 13 ein Gitter 15 oder ein anderes
Siebelement auf, das den Eintritt von Luft in das Gehäuse 11, aber
keinen Austritt der Artikel A ermöglicht. Auf ähnliche
Weise weist die Decke 14 ein Gitter 16 oder ein anderes
Siebelement auf, das die Funktion hat, die Artikel A im Inneren
zu halten, aber den Durchtritt von Luft zu ermöglichen, wobei die Luft im
vorliegenden Falle aus dem Gehäuse 11 ausströmt. Ein
Gebläse 17 oder
eine andere Vorrichtung zum Induzieren eines Luftstroms ist an eine
Niederdruckkammer 17a angeschlossen, die über dem
Gitter 16 montiert ist. Das Gebläse 17 ist dazu vorgesehen,
ein Unterdruckgefälle
relativ zum Umgebungsluftdruck zu erzeugen, indem Luft von ausserhalb
des Gehäuses durch
das Gitter 15 in den Innenraum des Gehäuses 11 und durch
das Gitter 16 hinaus gesaugt wird.
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Die
dargestellte Ausführungsform
weist auch eine Strahldüse 18 oder
eine andere Strahlöffnung auf,
die sich an der Wand 12 befindet. Die Strahldüse 18 ist
so ausgerichtet, dass sie einen Strahl in das Gehäuse 11 auf
einen Austrittskanal 20 hin richtet, der sich am Gehäuse gegenüber von
der Strahldüse 18 befindet.
Der Zugriff auf die Düse 18 wird
durch ein Ventil 18a gesteuert, das in Fluidverbindung
an eine Überdruckquelle 28 angeschlossen
ist (nachstehend ausführlich
beschrieben).
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Immer
noch unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erstreckt
sich im unteren Bereich der Wand 12 der Austrittskanal 20 gegenüber der Strahldüse 18 von
dem Gehäuse 11 weg.
Eine Artikel-Ausrichteinheit 30 ist an der Mündung des
Austrittskanals 20 angeordnet, um in den Austrittskanal 20 eintretende
Artikel A zu vereinzeln. Diese Bauteile sind im Nachfolgenden ausführlich beschrieben.
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Unter
Bezugnahme auf 3A-3C weist
der Austrittskanal 20 einen primären Innenhohlraum 21 auf,
der sich stromabwärts
von der Artikel-Ausrichteinheit 30 erstreckt und an einem
Auslass 22 endet. Der Innenhohlraum 21 definiert
darin einen stromabwärtigen
Strömungspfad
P. Vorliegend bezeichnet der Ausdruck "stromabwärtig" die Richtung, in der sich Artikel A
von dem Gehäuse 11 zu dem
Auslass 22 bewegen. Umgekehrt bezeichnet der Ausdruck "stromaufwärtig" die zu der stromabwärtigen Richtung
entgegengesetzte Richtung. Es ist anzumerken, dass diese Richtungen
in Bezug auf ein absolutes x-y-z-Koordinatenachsensystem veränderlich
sein können,
wenn sich Artikel A in dem Austrittskanal 20 bewegen (z.B.
bewegen sich die Artikel A bei der dargestellten Ausführungsform
unmittelbar von dem Gehäuse 11 weg
und wenden sich dann abwärts).
Die "Längs"-Dimension eines
Aufbaus bzw. eines Bauteils soll parallel zur stromabwärtigen Richtung
sein, und die "Quer"-Dimension eines
Aufbaus bzw. eines Bauteils soll senkrecht zur stromabwärtigen Richtung
sein.
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Bei
der dargestellen Ausführungsform
besitzt der Innenhohlraum 21 einen Querschnitt, der den
Durchtritt von jeweils nur einem Artikel gestattet; d.h., zwei oder
mehr Artikel können
sich nicht neben einander in dem Innenhohlraum 21 bewegen.
Bevorzugt besitzt der Innenhohlraum einen Querschnitt, der allgemein
dem Querschnitt eines sich in dem Innenhohlraum 21 bewegenden
Artikels A ähnlich
ist, jedoch etwas grösser
als dieser ist. Beispielsweise kann der Innenhohlraum 21 des
Kanals 20 so bemessen sein, dass sein Querschnitt allgemein
rechteckig ist, mit einer Höhen-
oder Breitendimension, die geringfügig kleiner als zwei minimale
Abmessungen α der
Artikel A (s. 4A und 4C) ist,
um den gleichzeitigen Durchtritt von zwei Artikeln A zu verhindern.
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Eine
vordere Strahldruckkammer 24 und eine hintere Druckstrahlkammer 25 sind
am Austrittskanal 20 angebracht. Die vordere Strahldruckkammer 24 steht
mit dem Innenhohlraum 21 über ein Paar von vorderen Strahlöffnungen 26a, 26b in
Fluidverbindung, von denen jede in einem Winkel (vorzugsweise zwischen
ca. 1° und
89°, und
noch mehr bevorzugt zwischen 5° und
50°) zur
Längsachse
des Innenhohlraums 21 ausgerichtet ist, so dass ein Strahl,
der aus den vorderen Strahlöffnungen 26a, 26b austritt,
die Strömung
im Innenhohlraum 21 auf den Auslass 22 hin verstärkt. Die
hintere Druckstrahlkammer 25 steht mit dem Innenhohlraum 21 über eine
hintere Strahlöffnung 27 in
Fluidverbindung, die in einem Winkel (vorzugsweise zwischen ca.
1° und 89°, und noch
mehr bevorzugt zwischen 5° und
50°) zur
Längsachse
des Innenhohlraums 21 ausgerichtet ist, so dass ein aus
der hinteren Strahlöffnung 27 austretender
Strahl die Strömung
im Innenhohlraum 21 auf den Auslass 22 hin behindert.
Bei einigen Ausführungsformen
können
beliebige oder alle der in Vorwärts-
und Rückwärtsrichtung
gerichteten Öffnungen
in Kombinationen einer jeweils beliebigen Anzahl angeordnet sein.
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Eine
gemeinsame Druckquelle 28 ist an jede der vorderen und
der hinteren Druckstrahlkammern 24, 25 und, wie
oben erwähnt,
an die Strahldüse 18 angeschlossen.
Der Druck in jeder Kammer 24, 25, 18 wird
jeweils von einem Ventil 29a, 29b, 18a reguliert.
Für den
Fachmann ist ersichtlich, dass der Druck in jeder Kammer 24, 25, 18,
oder tatsächlich jede
Strahlöffnung 26a, 26b, 27, 18,
von einer separaten Druckquelle gesteuert sein kann. Es sollte daher
verstanden sein, wenn eine separate "erste", "zweite", "dritte" oder sogar "vierte" Druckquelle beschrieben
wird, dass diese Druckquellen gemeinsame (d.h. zusammen fallende)
Quellen sein können, oder
beliebige oder alle von ihnen separate Quellen sein können.
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Ein
Artikelsensor 23 ist nahe dem Auslass 22 angeordnet
und dazu konfiguriert, die hindurch tretenden Artikel A zu zählen, während sie
sich durch den Innenhohlraum 21 bewegen. Beispielhafte
Sensoren umfassen ein gegenüberliegendes
LED/Fototransistorpaar und reflexive, kapazitive oder mechanische
Schalter. Eine Steuereinrichtung 40 ist betrieblich mit
den Ventilen 29a, 29b, 18a und mit dem Sensor 23 verbunden.
Die Steuereinrichtung 40 veranlasst die Ventile 29a, 29b, 18a,
sich je nach der Anzahl von Artikeln A, die zu einem beliebigen
Zeitpunkt von dem Sensor 23 gezählt wurden, zu öffnen oder zu
schliessen. Die Steuereinrichtung 40 kann eine beliebige
Anzahl von Steuereinrichtungseinheiten sein, die dem Fachmann auf
diesem Gebiet als geeignet zum Empfangen von Signalen von dem Sensor 23 und
zum Übertragen
von Betätigungssignalen an
die Ventile 29a, 29b, 18a bekannt ist;
eine beispielhafte Steuereinrichtung ist die von Intel erhältliche
87518Bit-Mikrosteuereinrichtung. Es dürfte ersichtlich sein, dass
die Steuereinrichtung 40 direkt mit der Druckquelle 28 (oder
jeglichen anderen Druckquellen bei Ausführungsformen, bei denen mehrere
Druckquellen verwendet werden) verbunden sein kann, um sie direkt
zu aktivieren, anstatt die Ventile zu betätigen.
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Unter
Bezugnahme auf 5A-5C weist
die Artikel-Ausrichteinheit 30 ein Paar von allgemein parallelen,
von einander beabstandeten Platten 31a, 31b auf,
sowie eine dritte Platte 32, die allgemein senkrecht zu
den Platten 31a, 31b ist. Die stromabwärtigen Enden
dieser Platten 31a, 31b, 32 stoßen an die
Mündung
des Austrittskanals 20, und ihre stromaufwärtigen Enden
erstrecken sich geringfügig
stromaufwärts
in das Gehäuse 11.
Für den Fachmann
dürfte
ersichtlich sein, dass sich die stromabwärtigen Enden einer oder aller
der genannten Platten über
den Großteil
oder die gesamte Länge
des Innenhohlraums 21 erstrecken können, wodurch sicher gestellt
wird, dass jeweils nur ein Artikel A eintreten kann. Die Platten 31a, 31b sind
um eine Distanz a von einander beabstandet, und die Platte 32 ist
von einem stromaufwärtigen
Bereich 20a des Austrittskanals 20 um eine Distanz
b beabstandet, wodurch ein Einlassraum E mit den Abmessungen a×b für die Artikel
A definiert wird. Die Artikel-Ausrichteinheit 30 ist insbesondere
für das
Vereinzeln von länglichen
oder abgeflachten Artikeln A geeignet, mit einer grössten Längenabmessung β, einer kürzesten
Querabmessung α,
und einer dazwischen liegenden Querabmessung δ, die grösser als α, aber kleiner als oder gleich β ist (s. 4A-4C).
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Bei
einer Ausführungsform
ist die Strecke a grösser
als α, aber
geringer als die kleinere von δ und dem
Zweifachen von α.
Bei dieser Ausführungsform ist
die Strecke b grösser
als δ, aber
geringer als die kleinere von β und
dem Zweifachen von δ.
Bei dieser Konfiguration können
die Artikel A nur in einer Ausrichtung in den Einlassraum E passen
(und zwar der in in 5A gezeigten, bei der die Abmessung α allgemein
parallel zu der Strecke a ist). Bei einer anderen Ausführungsform
ist die Strecke a grösser
als α und δ, aber geringer
als das Zweifache von α.
Bei dieser zweiten Ausführungsform
ist die Strecke b grösser
als δ, aber
geringer als die kleinere von β und dem
Zweifachen von α.
Bei dieser Konfiguration kann der Artikel A in jeglicher Ausrichtung,
bei der P senkrecht zu den Strecken a, b des Einlassraums E ist,
in den Einlassraum E passen.
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Für den Fachmann
dürfte
ersichtlich sein, dass andere Konfigurationen zum Vereinzeln von
Artikeln geeignet sein können.
Der Entwurf und die Abmessungen einer alternativen Artikel-Ausrichteinheit sollten
so gewählt
sein, dass der Eintritt von mehr als jeweils einem Artikel A in
den Austrittskanal 20 verhindert wird. Des Weiteren treten
auch Gegenstände, deren
drei Dimensionen im Wesentlichen gleich sind (d.h. Kugeln), durch
die Ausrichtvorrichtung hindurch, welche die gewünschte Vereinzelung bewirkt. Beispielhafte
Artikel umfassen Essbares wie etwa Süßigkeiten und Minzdragees,
Maschinenteile wie etwa Schrauben, Muttern und andere Befestigungseinrichtungen,
Wertgegenstände
wie etwa Diamanten und andere Edelsteine, Vitaminpräparate,
und dergleichen. Es dürfte
auch ersichtlich sein, dass eine Artikel-Ausrichtvorrichtung am
Auslass 22 angebracht sein kann, mit dem Ergebnis, dass
die Vorrichtung 10 in beide Richtungen vereinzeln kann.
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Im
Betrieb beginnt die Vorrichtung 10, indem die Ventile 29a, 29b der
vorderen und der hinteren Strahlkammer 24, 25 geschlossen
sind (gemäss
Anweisung durch die Steuereinrichtung 40), so dass die Druckquelle 28 keine
Strahlen durch die Strahlöffnungen 26a, 26b, 27 oder
durch die Strahlöffnung 18a liefert
(s. 3A und Block 200 von 8).
Das Gebläse 17 wird
angeschaltet und erzeugt einen schwachen Unterdruck bezogen auf
den Umgebungsluftdruck, wodurch Umgebungsluft durch das untere Gitter 15 in
das Gehäuse 11 und
auf die Artikel A eingesaugt wird, und diese suspendiert (verwirbelt bzw.
fluidisiert) werden. Die Luft tritt daraufhin durch das obere Gitter 16 und
an dem Gebläse 17 vorbei aus.
Diese Verwirbelung verleiht den Artikeln A Fluidströmungscharakteristiken
innerhalb des Gehäuses 11 (Block 210).
Die einzelnen Artikel A führen
Zufallsbewegungen im Inneren des Gehäuses 11 aus oder können dazu
veranlasst werden, bestimmten Fluidströmungsmustern zu folgen, falls
dies gewünscht wird.
Zusätzlich
wird ein Luftstrom von ausserhalb der Vorrichtung 10 rückwärts durch
den Austrittskanal 20, nach innen auf das Gehäuse 11 zu,
und aus dem oberen Gitter 16 auf das Gebläse 17 hin
hergestellt. Dieses Luftströmungsmuster
verhindert, dass Artikel A aus dem Gehäuse 11 in den Austrittskanal 20 übertreten.
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Für den Fachmann
dürfte
ersichtlich sein, dass bei der vorliegenden Erfindung auch andere Vorgehensweisen
zum Vorbereiten von Artikeln für eine
Vereinzelung angewendet werden können.
Beispielsweise können
Artikel in dem Gehäuse
durch bekannte Vorgehensweisen mechanisch in Bewegung versetzt werden.
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Wenn
die Steuereinrichtung 40 das Ausgeben und Zählen von
Artikeln anfordert, weist die Steuereinrichtung 40 das
vordere Strahlkammerventil 29a an, sich zu öffnen, und
ein in Vorwärtsrichtung gerichteter
Luftstrahl wird durch die vorderen Strahlöffnungen 26a, 26b erzeugt
(s. 3B und Block 220 von 8).
Diese Aktivität
erzeugt eine merkliche, auswärts
gerichtete Luftströmung
aus dem Gehäuse 11 durch
den Austrittskanal 20. Vorzugsweise bringen die Strahlen
einen Druck von zwischen ca. 6,9 kPa und 3447,4 kPa (zwischen 1
und 500 Pfund pro Quadratzoll) in den Austrittskanal 20 ein.
Für den Fachmann
dürfte
ersichtlich sein, dass in Abhängigkeit
von dem gewünschten
Effekt (z.B. für
die Anpassung an den Widerstand des Gegenstandes im Kanal) eine
Anzahl von verschiedenen variablen Drucksteuerverfahren für einen
gegebenen Druckimpuls durch einen Strahl angewendet werden kann,
einschließlich
einfacher Rechteckwellen, sägezahn-,
sinusförmiger,
oder komplexer Druckwellenformen. Zusätzlich kann die Steuereinrichtung 40 das
Ventil 18a anweisen, sich zu öffnen, so dass die Strahldüse 18 einen
Strahl (vorzugsweise von ca. 6,9 kPa bis 3447,4 kPa (1 bis 500 psi))
ausgibt, der Artikel auf den Austrittskanal 20 hin und
durch ihn hindurch schiebt (Block 230 von 8).
In einem Fall, in dem nur 26 und 27 verwendet
werden, wird ein Unterdruck am Einlassraum E induziert, mit dem
Ergebnis, dass die Artikel A innerhalb des Einflusses dieses induzierten
Luftstroms auf die Artikel-Ausrichteinheit 30 hin gezogen
werden. In einem Fall, in dem nur die Strahldüse 18 verwendet wird,
treibt die mit hoher Geschwindigkeit auf den Gegenstand auftreffende
Luft diesen auf den Austrittskanal hin und durch ihn hindurch. Natürlich ist
für den
Fachmann ersichtlich, dass die Strahlen 26 und 18 im
Zusammenwirken verwendet werden können.
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Während die
Artikel A auf den Einlassraum E am Eintritt in den Austrittskanal 20 hin
gezogen werden, bestimmt ihre Ausrichtung, ob sie sich durch die Artikel-Ausrichteinheit 30 bewegen
können.
Falls ein Artikel A allgemein parallel zum Luftströmungspfad ausgerichtet
ist, mit seiner kürzesten
Abmessung α allgemein
parallel zu einer Abmessung des Einlassraums E (s. 5A),
kann er zwischen die Platten 31a, 31b, die Platte 32 und
die Kanalwand 20a eintreten und sich somit frei in den
Austrittskanal 20 bewegen. Falls ein Artikel A senkrecht
zum Luftströmungspfad
und allgemein parallel zur Platte 32 ausgerichtet ist (s. 5B),
trifft er auf die stromaufwärtigen
Enden der Platten 31a, 31b auf (and kann daher
nicht in den Austrittskanal 20 eintreten) und prallt zurück in das
Gehäuse 11,
wo er weiter in Bewegung versetzt wird. Falls ein Artikel A senkrecht
zum Luftströmungspfad
und parallel zu den Platten 31a, 31b ausgerichtet
ist (s. 5C), kann ein Ende des Artikels
A entweder auf die Platte 32 oder die Wand 20a des
Austrittskanals 20 auftreffen (wie in 5C dargestellt
ist). Ein Kontakt mit der Platte 32 oder der Wand 20a veranlasst
den Artikel A, sich um 90° in eine
Position parallel zum Luftströmungspfad
zu drehen, wodurch die Artikel A automatisch ausgerichtet werden,
so dass sie in den Austrittskanal 20 eintreten können.
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Insbesondere
ist die Artikel-Ausrichteinheit 30 so bemessen und konfiguriert,
dass jeweils nur ein Artikel A durch die Artikel-Ausrichteinheit 30 hindurch treten
kann. Daher treten die Artikel A mit dem Ende voraus (oder entlang
ihrer Kanten) als Einzelabfolge in den Austrittskanal ein.
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Unter
Bezugnahme auf 3B, sobald ein Artikel A in
den Austrittskanal 20 eintritt (Block 240 von 8),
erhöht
sich die Luftströmungsgeschwindigkeit,
die durch den aus der vorderen Strahlöffnung 26a austretenden
Strahl induziert wird, so dass der Artikel A dazu tendiert, mit
diesem Luftstrom zu beschleunigen (Block 250 von 8).
Ferner trifft der Artikel A entlang des Austrittskanals 20 unmittelbar auf
diesen Strahl und erfährt
somit eine stärkere
Beschleunigung. Noch weiter stromabwärts in dem Austrittskanal 20 trifft
der Artikel A auf den zweiten Strahl, der aus der vorderen Strahlöffnung 26b austritt,
und erfährt
eine noch stärkere
Beschleunigung. Über jede
dieser einzelnen Phasen vergrößert sich
der Zwischenraum zwischen aufeinander folgenden Artikeln A. Für den Fachmann
ist ersichtlich, daß ein
Betrieb mit nur einem vorderen Strahl adäquate Resultate erzielen kann.
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Während sich
die Artikel A weiter durch den Austrittskanal 20 bewegen,
laufen sie an dem Sensor 23 vorbei, wo die Artikel A erfasst
und gezählt
werden (Block 260 von 8). Der
durch die mehreren Beschleunigungsphasen vergrößerte Zwischenraum fördert ein
genaues Zählen
der Artikel A. Zusätzlich unterstützt die
Unfähigkeit
des Austrittskanals 20, den Durchtritt von mehr als jeweils
einem Artikel A an einer beliebigen Stelle in dem Austrittskanal 20 zuzulassen
(d.h. die Artikel A können
nicht "neben einander" durch den Austrittskanal 20 treten),
den Sensor 23 dabei, einen Artikel A von dem nächsten zu
unterscheiden. Der Sensor 23 zeigt der Steuereinrichtung 40 den
Durchtritt eines jeden Artikels A an, so dass die Steuereinrichtung 40 die
Anzahl von Artikeln A, die hindurchgetreten sind, zählen kann
und diese Anzahl mit einer vorgegebenen Anzahl vergleichen kann
(Block 270 von 8). Für den Fachmann dürfte ersichtlich
sein, dass – obgleich
es bevorzugt ist, wenn der Sensor 23 stromabwärts von
den in Vorwärtsrichtung
gerichteten Strahlöffnungen 26a, 26b angeordnet
ist – andere
Orte für
den Sensor 23 an dem Austrittskanal 20 auch zur
Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet sein können, und dass
mehr als ein Sensor verwendet werden kann.
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Nachdem
die Artikel A den Auslass 22 passiert haben, erreichen
sie schliesslich einen Punkt, an dem sie dem Einfluss der Strahlströmungen oder der
Unterdruckströmung
nicht länger
unterliegen. Sie können
sich dann frei in einen Aufnahmebehälter (nicht gezeigt) bewegen.
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Der
oben beschriebene Vorgang setzt sich fort, bis die Steuereinrichtung 40 bestimmt,
dass eine vorgegebene Anzahl von Artikeln an dem Sensor 23 vorbei
gelaufen ist, wobei dann die Steuereinrichtung 40 das Ventil 29a anweist,
sich zu schliessen, wodurch die vorderen Strahlen abgeschaltet werden (Block 280 von 8),
und das Ventil 29b anweist, sich zu öffnen, um einen entgegengesetzt
gerichteten Strahl aus der hinteren Strahlöffnung 27 zu erzeugen
(s. 3C und Block 290 von 8).
Die Steuereinrichtung 40 weist ferner das Ventil 18a an, falls
dies vorhanden ist, sich zu schliessen, um die Erzeugung des Strahls
aus der Düse 18 zu
beenden. Die Bewegungsenergie der Artikel A, die an dem Sensor 23 vorbei
gelaufen sind, befördert
sie aus dem Austrittskanal 20 und in den Aufnahmebehälter. Diejenigen
Artikel A jedoch, die den Sensor 23 noch nicht erreicht
haben, kehren in Folge des von sowohl dem rückwärts gerichteten Strahl als
auch dem von dem Gebläse 17 erzeugten
Unterdrucks ihre Richtung um. Daher kehren sie durch die Artikel-Ausrichteinheit 30 in
das Gehäuse 11 zurück (worin
sie durch den Umstand unterstützt
werden, dass der Querschnitt des Innenhohlraums 21 des
Austrittskanals 20 die Artikel A an einer erneuten Ausrichtung
hindert). Diese Richtungsumkehr der Artikel A wird auch durch den
Zwischenraum unterstützt,
der durch die vorausgehend beschriebenen, mehrfachen Beschleunigungsphasen
hervorgerufen wird. Bei einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 11 sogar durch
den Auslass 22 mittels des von dem Gebläse 17 und dem hinteren
Strahl 27 zur Verfügung
gestellten Saugdrucks mit Artikeln A gefüllt werden.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, dass sie in einigen
Fällen
auch ohne die Ausrichtvorrichtung vollwertig arbeiten kann. In diesem
Fall kann die Steuereinrichtung 40 dazu verwendet werden,
Stockungen am Eintritt in den Austrittskanal zu entdecken (in Folge
der fehlenden Vorbeilaufsignale am Sensor 23), so dass
der vordere und der hintere Strahl pulsierend an- und ausgeschaltet werden
können, um
die Stockung aufzulösen.
Typischerweise setzt dies die Gesamtgeschwindigkeit des Systems
herab, kann aber bei einigen Anwendungen ein annehmbarer Kompromiss
sein.
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Für den Fachmann
dürfte
ersichtlich sein, dass andere Bauformen für Bauteile der Vorrichtung 10 zur
Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet sein können. Beispielsweise
kann die Artikel-Ausrichteinheit 30' eine Konfiguration gemäss der Darstellung
in den 7A und 7B besitzen, bei
der die Platte 32 nicht vorhanden ist. Ebenfalls geeignet
ist die Konfiguration einer Artikel-Ausrichteinheit 100,
die in den 6A und 6B gezeigt ist.
Die Artikel-Ausrichteinheit 100 weist ein Paar von gelenkig
angebrachten Platten 110 auf, die um eine Schwenkachse 111 verschwenkbar
sind, welche sich parallel zur Strömungsachse des Austrittskanals 20 erstreckt.
Die gelenkig angebrachten Platten 110 und die Wand 20a des
Austrittskanals 20 definieren einen allgemein keilförmigen Einlassraum
E' , der je nach der
Form der Artikel A den Durchtritt von jeweils nur einem einzigen
Artikel A durch ihn hindurch ermöglichen
kann, und zwar in einer bevorzugten Ausrichtung. Für den Fachmann
dürfte
ersichtlich sein, dass sich die stromabwärtigen Enden der Platten 110 über einen
Großteil
oder die gesamte Länge
des Innenhohlraums 21 erstrecken können. Ein Vorteil dieser Konfiguration
ist es, dass eine oder beide der Platten 110 relativ zu
der jeweils anderen verschwenkbar ist, um die Größe des für die Artikel A verfügbaren Einlassraums
einzustellen, wodurch die Vorrichtung 100 auf Chargen von
Artikeln angewendet werden kann, deren Größe von Charge zu Charge verschieden
ist.
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Das
oben Stehende dient zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung
und sollte nicht als Einschränkung
ausgelegt werden. Obgleich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschrieben wurden, ist für den Fachmann leicht ersichtlich,
dass viele Modifikationen in den beispielhaften Ausführungsformen
möglich
sind, ohne wesentlich von den neuartigen Lehren und den Vorteilen der
Erfindung abzuweichen. Folglich sollen alle solchen Modifikationen
vom Schutzumfang der Erfindung gemäss der Definition in den Patentansprüchen umfasst
sein. Die Erfindung ist durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert,
wobei Äquivalentformen
der Patentansprüche
mit umfasst sind.