TANZ, Torsten (Staufenstr. 15, Hilzingen, 78247, DE)
KRECH, Dietmar (Menzelstrasse 10, Kaiserslautern, 67659, DE)
TANZ, Torsten (Staufenstr. 15, Hilzingen, 78247, DE)
| Patentansprüche
1. Sortiersystem zur Stückgutsortierung bei dem entlang einer horizontalen, vorzugsweise in sich geschlossenen Bahn eines stationären Fahrweges eine Vielzahl von in
Transportrichtung angetriebenen Sorterelementen geführt umlaufen, auf denen jeweils Stückgut komplett oder über mehrere Sorterelemente aufliegend von einer Beladestelle zu einer Entladestelle transportiert wird, wo es quer zu dessen Transportrichtung auf- oder abgeladen wird, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Antrieb als auch die Führung der Sorterelemente (1) berührungsfrei und die Lastabtragung des Sorterelementes (1) schwebend über einer entlang des Fahrweges verlegten Tragschiene (10) erfolgen.
2. Sortersystem zur Stückgutsortierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb, die Führung und die Lastabtragung der Sorterelemente (1) elektromagnetisch erfolgen.
3. Sortersystem zur Stückgutsortierung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass dass zum Führen und Lastabtragen Führungs- (11) und
Tragmagnete (9) an der Tragschiene (10) angeordnet sind, die durch ein elektronisches Regelsystem so steuerbar sind, dass ein gleichbleibender Abstand des Sorterelementes (1) von der Tragschiene (10) einhaltbar ist
4. Sortiersystem zur Stückgutsortierung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Führen und Lastabtragen Führungs- (11) und Tragmagnete (9) an den Sorterelementen (1) mitfahrend angeordnet sind, die durch ein elektronisches Regelsystem so steuerbar sind, dass ein gleichbleibender Abstand des Sorterelementes (1) von der Tragschiene (10) einhaltbar ist.
5. Sortiersystem zur Stückgutsortierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb der Sorterelemente (1) ein Linearmotor, vorzugsweise ein synchroner Stator-Linearmotor vorgesehen ist, der ein sich längs der Tragschiene (10) ausbreitendes magnetisches Wanderfeld erzeugt, das über die an den Sorterelementen (1) fest angeordneten Führungs- (11) und Tragmagnete (9) die Sorterelemente (1) mit schleppt.
6. Sortiersystem zur Stückgutsortierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beschleunigen und Bremsen der Sorterelemente (1) die Frequenz und/oder die Stärke des erzeugten Wanderfeldes verändert werden.
7. Sortiersystem zur Stückgutsortierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Tragschiene (10) der Sorterelemente (1) als Stator des Linearmotors ausgebildet ist, von dem nur die Statorspulen des Fahrweges eingeschaltet sind, an dem sich fortzubewegende Sorterelemente befinden.
8. Sortiersystem zur Stückgutsortierung nach einem der
Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an den Sorterelementen (1) Lineargeneratoren angeordnet sind, deren induktiv erzeugte Energie zum Antrieb elektrisch zu aktivierender und/oder elektromotorisch antreibbarer
Sorterelemente (1) einspeisbar ist.
9. Sortiersystem zur Stückgutsortierung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lineargeneratoren in den Führungs- (11) und/oder
Tragmagneten (9) der Sorterelementen (1) integriert sind.
10. Sortiersystem zur Stückgutsortierung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Lineargeneratoren erzeugte Energie in geeigneten Zwischenspeichern der Sorterelemente (1) speicherbar ist.
11. Sortersystem zur Stückgutsortierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lineargenerator zu seiner Energiegewinnung über elektromagnetische Induktion Oberwellen des Antriebsmagnetfeldes verwendet. |
Beschreibung
Sortiersystem zur Stückgutsortierung
Die Erfindung betrifft den Antrieb und die Lastabtragung in einem Sortiersystem zur Stückgutsortierung, bei dem entlang einer horizontalen, vorzugsweise in sich geschlossenen Bahn eine Vielzahl von in Transportrichtung angetriebenen Sorterelementen geführt umlaufen, auf denen jeweils Stückgut komplett oder über mehrere Sorterelemente aufliegend von einer Beladestelle zu einer Entladestelle transportiert wird, wo es quer zu dessen Transportrichtung auf- oder abgeladen wird.
Sortiersysteme zur Stückgutsortierung sind allgemein bekannt, sie bestehen gewöhnlich aus einer horizontal oder vertikal umlaufenden Aneinanderreihung von Sorterelementen, die das zu sortierende Stückgut zum Bestimmungsort (Sorterziel) tragen. Die einzelnen Sorterelemente können dabei sowohl einzeln in der Art schienengeführter Wagen umlaufen oder zur Bildung eines Zuges aneinandergekoppelt sein. Bei vielen Sortern laufen die Sorterelemente auf einer in sich geschlossenen Bahn um und sind zu einer endlos umlaufenden Kette zusammengeschlossen.
Bei den gattungsgemäßen Sortern werden prinzipiell zwei Sortertypen unterschieden, nämlich Quergurtsorter und Kippschalensorter, die in 2D und/oder 3D Konfiguration anwendbar sind. Bei den Kippschalensortern wird das Stückgut auf schalenförmigen Auflagen transportiert, die an dem Rahmen der Sorterelemente kippbar gelagert sind. Die während des Transports waagerecht gehaltenen Auflageschalen werden in der Entladeposition durch Aktivieren eines Antriebes in Schrägstellung gebracht, und zwar um eine in
Transportrichtung ausgerichtete horizontale Achse, so dass das aufliegende Stückgut in Folge der Neigung der Auflageschalen seitlich vom Sorter auf eine schräge Ebene
oder Rutsche gelangt. Von dort wird das Stückgut in Folge der Schwerkraft oder mit angetriebenen Förderern zu einer Zielposition verbracht.
Quergutsorter bestehen aus einem auf dem Rahmen des
Sorterelementes angeordneten Fördergurt, der endlos um zwei voneinander beabstandete, hinsichtlich ihrer Drehachsen, parallel beidseitig zur Transportrichtung ausgerichtete Transportrollen geführt ist und durch Antrieb mindestens einer der Transportrollen oder durch reibschlüssige
Verbindung eines Antriebs mit dem Fördergurt quer zur Transportrichtung des Sorters bewegbar ist. Das Stückgut liegt auf dem Obertrum des Fördergurtes auf, der während des Transportes still steht. In der Entladeposition wird über den Antrieb der Transportrollen der Fördergurt in Bewegung gesetzt und transportiert das Stückgut von dem Quergurt auf eine seitliche angeordnete geneigte Rutsche, von wo aus es zu der Zielposition gelangt. In beiden Fällen ist ein Antrieb zum Aktivieren sowohl der der Umlenkwalzen, wie auch der Kippvorrichtung erforderlich. Die Antriebe werden entweder elektrisch oder mechanisch aktiviert, wozu entsprechende Vorrichtungen in den Entladepositionen vorgesehen sind. Die vorliegende Erfindung befasst sich sowohl mit dem Antrieb der Sorterelemente in Transportrichtung wie auch mit dem zu aktivierenden Antrieben zum Entladen der Sorterelemente in den Entladepositionen.
Zum Vorschub der Sorterelemente werden überwiegend mechanische Antriebe verwendet, wobei die Sorterelemente mit Laufrollen versehen sind, über die die Last auf die in
Transportrichtung verlegten Schienen abgetragen wird. Die bekannten Lösungen sind nachteilig, weil sie hohem Verschleiß unterliegen, anfällig gegen Staub und andere Ablagen sind und zudem bei Umlaufen starken Lärm entwickeln.
Die Versorgung der umlaufenden Sorterelemente mit elektrischer Antriebsenergie bereitet derzeit Zuverlässigkeits- und/oder Kostenprobleme. Betrachtet man
beispielsweise einen Antrieb nach dem Stand der Technik, bei dem durch eine geschlossene Aneinanderreihung von Sorterelementen eine sog. Wagenkette gebildet wird, so erfolgt dort der Antrieb mechanisch mittels Formschluss, z.B. bei Kettenrad-Schleppketten und Schneckenwellenantrieben oder durch Kraftschluss (durch Reibradantriebe) . Es sind aber auch bereits elektrodynamische Antriebe mittels stationärer, vertikal oder horizontal angeordneter Linearantriebe zum Einsatz gekommen. Gleichgültig welche Art Antrieb verwendet wird, es sind stets vertikale und horizontale Lastabtragungen über Laufräder erforderlich, die auf planen oder zirkulären Oberflächen (Schienen) abrollen.
Zur Energieversorgung von elektrisch zu aktivierenden bzw. elektromotorisch angetriebenen Sorterelementen werden prinzipiell zwei Lösungen verwendet, die erste ist dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragung an die Sorterelemente über entlang der Bahn angeordnete Schleifkontakte erfolgt, die an jedem Punkt des Sorterumlaufes mit der stationären Energiequelle Verbindung halten. Wesentlicher Nachteil dieser Lösung ist der mechanische Verschleiß sowie die Anfälligkeit gegenüber Verschmutzungen. Aber auch die hohen Kosten wirken sich nachteilig aus, da die Schleifleitungen über die gesamte Sorter-Umlauflänge installiert werden müssen und dadurch ein hoher Aufwand an Material und lange Montagezeiten zu erwarten sind.
Bei einer zweiten bekannten Lösung ist auf der gesamten Umlauffläche der Sorterelemente eine Sendevorrichtung vorgesehen, der mehrere oder auf allen Sorterelementen angeordnete Empfangsvorrichtungen zugeordnet sind. über diese Sende- und Empfangsvorrichtung wird eine kontaktlose Energieübertragung realisiert, die über elektrische Felder verschiedenster Ausprägungen erfolgt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Sortiersystem zu schaffen, das
unempfindlicher gegen Staub und Ablagerungen ist, das geringere Schallemissionen aufweist und hinsichtlich Zuverlässigkeit und Wartungskosten gegenüber den bekannten Lösungen verbessert ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass sowohl der Antrieb als auch die Führung der Sorterelemente berührungsfrei und die Lastabtragung der Sorterelemente schwebend über einer entlang des Fahrweges verlegten Tragschiene erfolgen. Die vorliegende Erfindung verzichtet damit bewusst auf die bisher verwendete Laufrollenführung und benutzt die in der Technik an sich bekannte Schwebebahntechnik für die gattungsgemäßen StückgutSortiereinrichtungen .
Nach einem ausgestalteten Merkmal der Erfindung erfolgen der Antrieb, die Führung und die Lastabtragung der Sorterelemente elektromechanisch . Die Erfindung bringt somit das Prinzip der gegenseitigen Anziehung bzw. Abstoßung von Magnetfeldern, je nach ihrer Pollage, zur Anwendung. Mit den ausgeübten Kräften können Objekte mit magnetischen Eigenschaften gegen die Schwerkraft und andere wirkende Kräfte bewegt werden, solange die Kraft des Magnetfeldes größer ist als die entgegenwirkenden Kräfte.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Führen und Lastabtragen Führungs- und Tragmagnete an der Tragschiene angeordnet sind, die durch ein elektronisches Regelsystem so steuerbar sind, dass ein gleichbleibender Abstand des Sorterelementes von der Tragschiene einhaltbar ist, wobei in
Alternativ wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zum Führen und Lastabtragen Führungs- und Tragmagnete an den Sorterelementen mitfahrend angeordnet sind, die durch ein elektronisches Regelsystem so steuerbar sind, dass ein gleichbleibender Abstand des Sorterelementes von der Tragschiene einhaltbar ist. Dadurch ermöglicht die Erfindung
ein dauerhaftes, freies "Schweben" und eine gleichzeitige Fahrbewegung mit statischen und ungeregelten Magnetfeldern, was letztlich durch die hinreichend schnelle und effiziente dynamische Regelung ermöglicht wird.
Zum Antrieb der Sorterelemente in Transportrichtung wird ein Linearmotor verwendet, vorzugsweise ein synchroner Stator- Linearmotor, der ein sich längs der Tragschiene ausbreitendes magnetisches Wanderfeld erzeugt, das über die an den Sorterelementen fest angeordneten Führungs- und/oder Tragmagnete die Sorterelemente mitschleppt. Dieser Linearmotor ist im Fahrweg installiert und funktioniert prinzipiell wie ein herkömmlicher Elektromotor, dessen Stator aufgeschnitten und unterhalb des Fahrweges gestreckt ist. Der Strom des Linearmotors erzeugt in den Kabelwicklungen ein magnetisches Wanderfeld, von dem die geschlossene Wagenkette berührungslos mitgezogen wird. Die Tragmagnete wirken dabei als Erregerteil (Rotor) , wobei sich die Transportgeschwindigkeit der Sorterelemente durch Veränderung der Frequenz des Motors stufenlos regeln lässt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zum Beschleunigen und Bremsen der Sorterelemente die Frequenz und/oder die Stärke des erzeugten Wanderfeldes verändert werden. Durch Veränderung der Frequenz des Drehstromes lässt sich die Geschwindigkeit der Sorterelemente stufenlos regeln. ändert man die Kraftrichtung des Wanderfeldes, wird der Motor zum Generator und bremst die Wagenkette berührungsfrei. Die dabei entstehende Bremsenergie kann wieder genutzt werden und als elektrische Energie zurückgespeist werden.
Vorzugsweise ist der gesamte Fahrweg der Sorterelemente als Stator des Linearmotors ausgebildet, von dem aber nur die Statorspulen desjenigen Fahrweges eingeschaltet sind, an dem denen sich fortzubewegende Sorterelemente befinden. Auf diese Weise lässt sich Energie einsparen, da sich auf denjenigen
Teil des Förderers antriebsmäßig beschränkt wird, der tatsächlich zum Antrieb eines Förderelementes benötigt wird.
In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an den Sorterelementen Lineargeneratoren angeordnet sind, deren induktiv erzeugte Energie zum Antrieb elektrisch zu aktivierender und/oder elektromotorisch antreibbarer Sorterelemente einspeisbar ist. Lineargeneratoren wirken praktisch umgekehrt, wie ein Linearmotor, sie sind geeignet, durch Induktion während der
Fahrbewegung Strom zu erzeugen. Dieser Strom kann dann in das System, d.h. in die Sorterelemente, eingespeist werden, wenn die Lineargeneratoren, wie ein Merkmal der Erfindung vorsieht, in den Führungs- und/oder Tragmagneten der Sorterelemente integriert sind.
Besonders günstig ist es, wenn nach einem anderen Merkmal der Erfindung vorgeschlagen wird, dass die in den Lineargeneratoren erzeugte Energie in geeigneten Zwischenspeichern der Sorterelemente speicherbar ist. Die
Zwischenspeicher (Akkus oder dergl . ) sind geeignet, Energie vorübergehend aufzunehmen und kurzfristig abzugeben, beispielsweise in den Endladestationen, wo die Energie zum Aktivieren der Antriebe für die Kippschalen oder Quergurte verwendet werden kann.
Günstiger Weise verwendet der Lineargenerator zu seiner Energiegewinnung über elektromagnetische Induktion Oberwellen des Antriebsmagnetfeldes. Diese ergeben sich aufgrund der Nuten des Langstators, in welchem die Statorkabel eingelegt sind und der dadurch, von der Wagenkette aus gesehen, zeitlichen Veränderungen in der magnetischen Leitfähigkeit der beteiligten magnetischen Kreise. Die Energieerzeugung des Lineargenerators erfolgt somit nicht über das magnetische Nutzfeld, sondern über Nebeneffekte, welche durch die Nuten des Langstators entstehen.
Die Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Durch den berührungsfreien Antrieb und das schwebende Fortbewegen der Sorterelemente entsteht kein Verschleiß durch Reibung. Durch Reibung entstehende Feinstaubbelastung wird dadurch vermieden, ein Fahrwegschleifen bzw. Fräsen ist nicht mehr erforderlich. Die Antriebsleistung ist geringer als bei bekannten Systemen, da keine Rollreibungskräfte mehr überwunden werden müssen. überhaupt ist das System unempfindlich gegenüber Staub und anderen Ablagerungen, was der höheren Zuverlässigkeit und den geringeren Wartungskosten zugute kommt. Besonders hervorzuheben ist die geringe Schallemission gegenüber herkömmlicher Rad/Schienen-Technik. Darüber hinaus wirkt das Gewicht der Sorterelemente nicht über Punktlasten, wie beim Rad, auf die Schiene, sondern über die ganze Wagenkastenlänge verteilt als Streckenlast auf den Fahrweg .
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend beschrieben. Gezeigt ist in vereinfachter Darstellung ein Querschnitt durch ein
Sorterelement, das im vorliegenden Fall als Quergurtsorter ausgebildet ist. Das Sorterelement 1 ist in
Magnetschwebetechnik ausgeführt und entlang des Fahrweges 2 bewegbar. Dieser wird aus einer Tragschiene 10 gebildet, die auf einem Fundament 10a am Boden befestigt ist. Das
Sorterelement 1 umgreift diese im oberen Bereich T-förmig gestaltete Tragschiene 10 beidseitig von unten mit nach innen gerichteten Rahmenteilen Ia, in denen Magnete zum Tragen und Führen der Sorterelemente 1 angeordnet sind. Die Tragmagnete 9 sind so angeordnet, dass ihre Magnetkraft nach oben gerichtet ist und ein Anziehen der Sorterelemente 1 gegen den an der Tragschiene 10 nach unten gerichteten Tragmagneten 9 bewirkt. Durch entsprechende Steuerung wird sichergestellt, dass der Abstand zwischen dem Tragmagneten 9 und seiner Führungsbahn gleichbleibend ist.
Wie in der Zeichnung dargestellt, ist auf der Oberseite des Rahmens des Sorterelementes 1 ein Quergurt 3 angeordnet, der
um beidseitig des Sorterelementes 1 gelagerte und antreibbare Umlenkrollen 4 geschlungen ist. Die Drehachsen 4a der Umlenkrollen verlaufen parallel (senkrecht zur Zeichnungsebene) zur Transportrichtung, so dass also der Quergurt 3 quer zur Transportrichtung umläuft. Auf dem Obertrum des Quergurtes 3 liegt, wie dargestellt ein Stückgutteil 5 auf, das dort während des Transports gehalten wird. In der gezeigten Entladeposition wird durch Starten des symbolisierten Motors 6 die Umlenkrolle 4 in Drehung versetzt und bewirkt ein Umlaufen des Quergurtes 3 in Pfeilrichtung 7. Dadurch bewegt sich das Stückgut 5 (in der Zeichnung nach rechts) auf die schräge Ebene 8, die als Rutsche so ausgebildet ist, dass das Stückgut vom Sorterelement 1 abgetragen und einem Zielort zugeführt wird.
Während des Transportes bewirken die Tragmagneten 9 ein Schweben des Sorterelementes 1 knapp über dem Fahrweg 2 der Tragschiene 10, ohne dass es zu einer Berührung mit dieser kommt. Um Kurvenfahrten ebenfalls ohne Berührungen zwischen der Tragschiene 10 und dem Sorterelement 1 ausführen zu können und um ein Pendeln des Sorterelementes 1 auf der Tragschiene 10 zu verhindern, sind seitlich an der Tragschiene 10 und am Rahmen des Sortierelementes 1 Führungsmagnete 11 vorgesehen, die ebenfalls so geregelt sind, dass ein gleichbleibender Abstand zwischen den Magneten 11 und der Führungsschiene 12 an der Tragschiene 10 sichergestellt ist. Zusätzlich zu den Trag- und Führungsmagneten 9, 11 können (nicht dargestellte) Lineargeneratoren durch zusätzlich in die Tragmagnet 9 integrierte Kabelwicklungen gebildet werden, in denen während der Fahrt berührungsfrei Strom induziert wird, der in der Entladestation zum Aktivieren der Antriebe für die Umlenkwalzen 4 verwendet wird. Eine Zwischenspeicherung des generatorisch erzeugten Stromes ist zu empfehlen, damit die Energie kurzfristig zum Entladen der Quergurte 3 abgegriffen werden kann.
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