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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme und Abgabe von Stück-/Schüttgut in und aus einem Speicherbehälter, in dem sich ein Boden befindet und dem Boden eine Trommel zugeordnet wird, sowie eine Vorrichtung hierfür.
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Stand der Technik
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Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik werden im Produktionsbereich beim sperrigen Stück-/Schüttgut, wie zum Beispiel Massenspritzgussteile, für die Lagerung und Beförderung zwischen den Prozessoperationen und oder Prozessstationen passive Gebinde, wie Gitterboxen, grosse Kartonschachteln, sogenannte Oktabin, Stoffsäcke od.dgl. verwendet. Oft kommen auch für die Beförderung starr verkettete Förderbänder zwischen den Stationen zum Einsatz.
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Die Problematik besteht bei solchen Gebinden einerseits darin, dass die Schüttgutentnahme, sei es teilweise oder ganz, aus allen diesen Passivgebinden nur sehr aufwendig und mit grossem Aufwand- an Einrichtungen und Platzbedarf möglich ist und somit eine dynamische Speicherung, respektive Pufferung für agile Prozesse eindeutig unwirtschaftlich ist und für die Praxis eine grosse Blindleistung verbunden mit hohen Kosten bedeutet.
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Anderseits sind die starr verketteten Förderbänder zwischen den Stationen für die Zwischenpufferung sehr beschränkt geeignet, und die flexible Intralogistik kann nur mit einem sehr grossen Aufwand realisiert werden.
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Das Hauptproblem bei allen diesen bekannten Vorrichtungen und Verfahren ist aber die Tatsache, dass die Entleerung/Schüttgutentnahme nur durch eine Kippbewegung des Gebindes über den Kopf und dann die dosierte Weitervergabe nur mittels einer Konfiguration von mehreren Vorrichtungen, wie Kipper/Bunker/Abgabe-Stationen, möglich ist.
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Ferner ist diese Praxis mit weiteren Nachteilen verbunden, die hier nur ergänzend aufgezählt werden:
- □ Aufwändige Konstruktion
- □ Grosser Platzbedarf, grosse Gewichte/Massen müssen bewegt werden
- □ Lärmemission beim Kippen
- □ Grosse Fallhöhen, Schüttgutverletzung
- □ Wenig schonende Schüttgut-/Preform-Behandlung bei der Entnahme mit Steigförderer
- □ Wenig flexibel
- □ Dosierung-/ Entnahme-Steuerung schwierig
- □ Statische Aufladung
- □ System ist ortsgebunden (Stationäre Anlagen), usw.
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Aufgabe
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese oben erwähnten Nachteile zu beseitigen, neue zusätzliche Funktionen zu ermöglichen und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung, insbesondere einen Speicherbehälter, der o.g. Art zu entwickeln, welche sich durch sehr hohe Dynamik, Flexibilität guter Leistungsfähigkeit und Einfachheit, sowie guter Wirtschaftlichkeit auszeichnen, insbesondere durch ein integriertes regulierendes Verhalten des Systems hervorstechen, die Funktionsparameter der Speicherbehälter sich dynamisch anpassen können, sich sehr leicht steuern/regeln lassen, stets dynamisch bleiben und den Schüttgutstrom aufnehmen und homogenisieren, speichern, rückspeisen, transportieren und eine automatisierte Intralogistik ermöglichen, was schlussendlich zur Realisierung in Richtung Industrie 4.0 führt.
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Lösung der Aufgabe
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Zur Lösung der Aufgabe führt, dass der Boden in der Trommel bei der Aufnahme und/oder Abgabe des Stück-/Schüttgutes entlang von der Mittelachse des Behälters bewegt wird.
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Mit diesem Verfahren wird ein Intralogistik-System für dynamische Speicherung, Pufferung, Dosierung und Beförderung vom sperrigen Stück/Schüttgut, wie z.B. insbesondere Preforms, geschaffen, indem für die Schüttgut-Gegenstände mittels Speicherbehälter alle diese Aufgaben innovativ mit einer Einheit erfüllt werden können. Es handelt sich um einen neuartiger Integralbehälter mit einer Befüll- und einer Selbst-Entleerungs-Funktion und gekennzeichnet durch die Mobilität sowie die Konfigurationsfähigkeit dieser Speicherbehälter zu einem Intralogistik-System.
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Für Schüttgut im Allgemeinen und sperriges Schüttgut im Speziellen (primär Preforms) werden folgende Funktionen erfüllt:
- □ Dynamisch speichern:
- □ Stand-by-Speichern; Puffern; schonendes Befüllen/Entleeren; Dosieren; zeitgleiches Füllen/Entnehmen (im variablen Verhältnis) ermöglicht
- □ Transportieren: innerbetriebliche Logistik (Intralogistik) ermöglicht
- □ Material flexibel und variabel im Produktionsprozess bewegen
- □ Zusatzprozesse/Funktionen ermöglichen
- □ Daten/Schüttgutinformationen aufnehmen und weitergeben, Voraussetzung Richtung Industrie 4.0 ermöglichen.
- □ Kühlen, Temperieren des Schüttgut-Inhaltes usw.
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Für den Speicherbehälter ist folgender Konzeptansatz vorgegeben: Der Behälter wird klassisch von oben befüllt. Die Entleerung, resp. Schüttgutabgabe, findet ebenfalls oben statt, ohne den Behälter dabei neigen oder kippen zu müssen. Dies wird erreicht, indem sich in Inneren des Behälters umgeben von dem Trommel ein bewegbarer Boden befindet, der beim Befüllen gesenkt und bei der Entleerung/Schüttgutabgabe wieder gehoben wird.
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Bevorzugt wird bei der vorliegenden Erfindung aber nicht nur der Behälterboden gehoben und gesenkt, sondern der Trommel bzw. der ganze Behälter zugleich um eine zentrale Achse, synchronisiert mit dem Behälterboden, gedreht.
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Der Speicherbehälter ist rotationssymmetrisch und wird durch die nach oben offene Trommel bzw. einen Behältermantel gebildet. In der Trommel befindet sich der Boden, bevorzugt in Form eines Tellers. Dieser Teller ist bevorzugt kegelförmig ausgeführt, um eine vollständige Schüttgutentleerung zu begünstigen.
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Im Zentrum des Bodens befindet sich als Hubelement bevorzugt eine Spindel, vorteilhafterweise eine Kugelumlaufspindel. Bei dieser Grund- Ausführung ist die Spindel ortsfest fix eingespannt, sie dreht sich nicht, sondern der Boden dreht sich um die Spindel.
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In der Mitte des Tellers ist eine Mutter eingebaut und mit dem Teller fest verbunden.
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In der Trommel befinden sich mehrere am Umfang verteilte vertikale Mitnehmerleisten. Diese sind mit der Trommelinnenwand fest verbunden. Sie reichen in der Regel von dem Trommelboden bis zum oberen Trommelrand und sind mit dem Teller durch entsprechende, in Gegennuten eingreifende Gleitsteine drehmomentübertragend gekoppelt. Prinzip der Umkehrung ist ebenfalls denkbar und anwendbar.
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Die Trommel ist unten mit einem Wälzlager gelagert und mit einem Zahnkranz ausgestattet. Der Zahnkranz ist mit einer Trommelbodenunterseite fest verbunden. Im unteren Bereich befindet sich ein Getriebemotor mit einem Zahnritzel, der den Zahnkranz antreibt. Dieser Antrieb gehört in der Regel nicht zu der Speicherbehälter-Speichereinheit, sondern zu der externen Einheit, Antriebsstation genannt, dessen Beschreibung noch später folgt. Dieser Antrieb gehört in der Regel nicht zu der Speicherbehälter-Speichereinheit, sondern zu einer externen Einheit, Antriebsstation genannt, deren Beschreibung später folgt.
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Eine obere Lagerung bilden mehrere am Umfang verteilte Rollen, vorteilhaft Kunststoff- oder Gummirollen.
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Oberhalb des Trommelrandes befindet sich ein wichtiges Element, nämlich der ortsfest befestigte Abgabetrichter, auch Trichtereinheit genannt.
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Die technische Umsetzung der Konzeption ist dank des einfachen Funktionsprinzips nicht sehr aufwendig und somit ist die Speicherbehälter sehr kostengünstig zu realisieren. Dank den einfachen und wenigen Komponenten ist sie funktional sehr zuverlässig und auch als Massenspeicherelement für die Intralogistik wirtschaftlich geeignet. Die oben dargestellten Funktionselemente, benötigen für die technische Umsetzung noch weitere passive Elemente, wie zum Beispiel das tragende Gestell, die Schutzverkleidung, Adapterkomponenten für die diversen Schnittstellen. Zu erwähnen ist, dass die Speicherbehälter eingesetzt als Massen-Speicherbehälter so konzipiert sind, dass sie selbst keine aktiven Elemente, wie Sensoren, Leuchten oder Antriebe besitzen und somit keine Energiequelle mitführen müssen oder eine Ankopplung an ein Energienetz benötigt. Der Antrieb und die Überwachung erfolgen von aussen.
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Eine wesentliche Bedeutung bei der Umsetzung der gestellten Aufgabe kommt der Befüll- und Abgabetrichtereinheit (nachfolgend Trichtereinheit genannt) zu und entbehrt nicht einer gewissen Erfindungshöhe, denn erst durch sie ist die orts- und mengenmässige Abgabe des Schüttguts wählbar und steuerbar, besonders auch beim sperrigen Schüttgut.
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Diese Einheit ist wie ein Hut konzipiert und wird eng über der Trommeloberkante an einem tragenden Gestell befestigt und kann je 90 Grad am Umfang positioniert werden. Somit kann die Abgabestelle im Feld auch noch nachträglich bestimmt werden, was erheblich zur Systemflexibilität beiträgt.
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Diese Trichtereinheit besteht aus einem zylindrischen Teil mit bestimmter Höhe, ist im Durchmesser etwas grösser als die Trommeleinheit, hat oben einen trichterartigen Einlauf und ist in einem Quadrant offen. Sie mündet zu derjenigen Stelle, wo sich eine kleine Rutschfläche befindet. Dies ist die Abgabestelle und an diesem Ort wird der Speicherbehälter an die Schnittstelle zu der nächsten Prozesseinheit angekoppelt.
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Bei klassischen Behältern gemäss des Standes der Technik, wie zum Beispiel beim Behälter Oktabin, fallen die Schüttgutteile (Preforms) beim Befüllen von sehr grossen Höhe und je nach Einzelteil-Gewicht mit einer grossen kinetischen Energie auf den Behälterboden oder aufeinander. Dabei sind häufig grössere Beschädigungen üblich. Mit spezialgesteuerten Liftkörben wird hier Abhilfe geleistet. Diese Lösungen sind nicht billig und auch nicht energiefreundlich.
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Die Lösung für diesen Teil der Aufgabe ist ein weiteres bedeutendes Merkmal der vorliegenden Erfindung und ist ein integraler Bestandteil der Grund-Funktionalität der Speicherbehälter.
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Wird eine leere Speicherbehälter an eine Prozessstation angedockt, wird der Tellerboden in die oberste Position gefahren, sofern er sich nicht schon dort befindet. Dadurch ist die Fallhöhe zwischen dem Infeedpunkt und dem Behälterboden sehr klein und die Schüttgutteile fallen schonend hinein. Beim Befüllen senkt sich der Boden prinzipiell, so dass die Fallhöhe praktisch während des ganzen Befüllens konstant klein bleibt.
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Weiteres vorteilhaftes Merkmal des Speicherbehälter-Funktionsprinzips ist, dass sich die ganze Trommeleinheit auch beim Befüllen gleichzeitig zum senkenden oder aufsteigenden Boden dreht. Dies ermöglicht ein homogenes Befüllen des Behälters auf der ganzen Grundfläche und auf dem ganzen Umfang, was bei den Oktabinbehältern nur mit einem zusätzlichen Rüttler möglich ist.
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Sehr vorteilhaft ist beim Entleeren der Speicherbehälter auch die hoch über dem Boden gelegene Abgabestelle (Outfeed). Dadurch kann in sehr vielen Fällen die nachfolgende Prozesseinrichtung direkt befüllt werden, ohne einen zusätzlichen Steigförderer zu benötigen, wie das in der Praxis meist der Fall ist.
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Das ganze Dynamic Storage Box-System ist modular aufgebaut, wobei es folgende Modulelemente gibt:
- - Speicherbehälter als Speicherelement
- - Antriebseinheit
- - Trichtereinheit
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Die Antriebskonzeption Funktion Drehen/Heben ist je nach Anwendung und Bedarf mit Doppelmotoren für die Überlagerung erweiterbar und gem. Schema sind neue Bewegungskombinationen möglich, die wiederum neue/weitere Funktionalität bieten.
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Die Speicherbehälter-Behälter sind bewusst so konzipiert, dass sie keinen eigenen Antrieb besitzen, womit diese als noch wirtschaftliche Massenspeicherbehälter für mittelfristige Zwischenspeicherung/Lagerung und/oder die generelle Intralogistik auch in grösseren Stückzahlen eingesetzt werden können. Dies ist sinnvoll und wirtschaftlich, da der Antrieb nur dort benötigt wird, wo eine Prozessaktion/Prozessstation ist, bei welcher ein Befüllen oder Entleeren erwünscht respektive notwendig ist. Deshalb können die Antriebseinheiten an den Bedarfsstellen ortsfest angeordnet sein. Der Speicherbehälter wird an diese Stellen mit den oben beschriebenen Transportmöglichkeiten herangeführt und durch den Abstellvorgang mit der Antriebseinheit gleichzeitig gekoppelt. Eine einfache ausgeklügelte Mechanik gewährleistet, dass die Zahnräder stets miteinander in Eingriff kommen. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt ausgeführt und niedrig gebaut und findet praktisch unter dem Speicherbehälter Platz.
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Unabhängig davon ist es natürlich auch möglich, die Antriebseinheit verfahrbar auszugestalten. Mit einem entsprechenden Flurförderfahrzeug kann dann die Antriebseinheit direkt zum Speicherbehälter gebracht werden.
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Eigenschaften, Einsatzgebiete und Anwendungen für das erfindungsgemässe Speicherbehälter-System sind besonders:
- • Kompakt □ Platzsparend, kleine Footprints sind realisierbar
- • Flexibel □ Stand-by-Speicher; Puffer-Speicher; autonomes Befüllen/ Entleeren; Dosieren; zeitgleiches Befüllen/Entnehmen
- • Modular □ Bedarfs- Aufgaben- und Branchengerechte Module
- • Mobil □ Viele realisierte Schnittstelle zu Standard Transportmitteln
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Alle diese Merkmale und Eigenschaften sind für die dynamische Speicherung und Logistik generell geeignet, wie zum Beispiel für Bereiche:
- • Produktion; Inspektion; Montage, Fertigung, Abfüllung
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Dies zeigt sich insbesondere in Anwendungs-Layout-Beispielen mit Speicherbehälter-System für konkrete Anwendungen mit sehr grossen Einsparungspotentialen an Platz und Kosten und mit Gewinn von grosser Flexibilität im Bereich der Kunststoffteilefertigung, speziell Preformfertigung.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
- 1 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch eine Vorrichtung zur Aufnahme und Abgabe von Stück-/Schüttgut;
- 2 den Längsschnitt gemäss 1 in einer weiteren Gebrauchslage;
- 3 verschiedene Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Speicherbehälters;
- 4 perspektivische isometrische Ansichten des Ausführungsbeispiels eines Speicherbehälters nach 3;
- 5 schematische Darstellungen von verschiedenen Funktionen einer erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss 1;
- 6 schematische bzw. fotographische Darstellungen von verschiedenen Beispielen von Einbauten in eine Trichtereinheit der erfindungsgemässen Vorrichtung nach 1;
- 7 einen Längsschnitt durch ein weiteres, schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung;
- 8 verschiedene Ausstattungen für den Speicherbehälter;
- 9 eine fotografische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Speicherbehälter-Antriebseinheit;
- 10 fotografische Darstellungen des Einsatzes der Antriebseinheit gemäss 9;
- 11 fotografische Darstellungen einer Entwicklung in Richtung Industrie 4.0;
- 12 ein Layout einer Anordnung von Speicherbehältern gemäss 1 im Zusammenwirken mit Flurförderanlagen gemäss 11 in einem Produktionsprozess;
- 13 eine schematische Darstellung von Datenverbindungen/ Datenübertragungen zu und von Speicherbehältern;
- 14 eine schematische und perspektivische Darstellung einer Produktionsanlage mit zwei erfindungsgemässen Speicherbehältern;
- 15 eine weitere Darstellung eines Anlagen - Layouts.
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Gemäss den 1 und 2 weist eine erfindungsgemässe Vorrichtung einen Speicherbehälter 1 auf, der aus einer Trommel 2 und einem Trommelboden 3 besteht. Auf der Unterseite des Trommelbodens 3 ist ein Zahnkranz 4 drehfest mit dem Trommelboden 3 verbunden und umfasst mit einem Wälzlager 5 eine Spindel 6.
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Dem Zahnkranz 4 ist ein Zahnritzel 7 zugeordnet, welches von einem Getriebemotor 8 angetrieben wird.
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Im Inneren der Trommel 2 befindet sich ein Teller 9, der bevorzugt kegelförmig ausgestaltet ist und sich nach unten zu dem Trommelboden 3 hin über Federn 10 abstützt.
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Seitlich sind dem Teller 9 Gleitsteine 11 angeformt, welche in nicht näher gezeigte Nuten von gestrichelt angedeuteten Vertikalführungen 12 eingreifen, wobei sich die Vertikalführungen 12 vom Trommelboden 3 bis zu einer Öffnung 13 der Trommel 2 hin erstrecken.
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Mit 14.1 und 14.2 sind Trommellagerungen gekennzeichnet, welche die Trommel 1 nach aussen hin abstützen.
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Auf die Öffnung 13 der Trommel 2 ist eine Trichtereinheit 15 aufgesetzt.
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In 2 ist erkennbar, dass beim Drehen der Trommel 2 der Teller 9 durch die Vertikalführung 12 und die darin eingreifenden Gleitsteine 11 ebenfalls synchron gedreht wird. Dabei bewegt sich der Teller 9 entlang der ortsfesten Spindel 6 je nach Drehrichtung nach oben oder nach unten.
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Ähnliches ist in 3 in einer weiteren Ausführungsform eines Speicherbehälters erkennbar.
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Die 4 zeigt isometrische Ansichten eines Ausführungsbeispiels eines Speicherbehälters, wobei die linke Darstellung mit Trommel-Verkleidung, die mittige Darstellung ohne eine Trommel-Verkleidung und die rechte Darstellung mit abgesenktem Teller ist.
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5 befasst sich mit der Funktion der Trichtereinheit im Zusammenspiel mit dem Teller in der Trommel des Speicherbehälters. Die Speicherbehälter wird über die Trichtereinheit befüllt und auch entleert. Dabei gibt es mehrere Funktionen, die die vorliegende Erfindung gemäss der Aufgabenstellung erfüllen kann:
- □ Dynamisch Speichern;
- □ Stand-by-Speichern; Puffern; schonendes Befüllen/Entleeren; Dosieren; zeitgleiches Befüllen/Entnehmen (im variablen Verhältnis)
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In 6 sind verschiedene Einbauten in der Trichtereinheit zu erkennen, welche eine Befüllung bzw. Entleerung des Speicherbehälters begünstigen und homogenisieren. Dies gilt vor allem für schüttungünstige Produktteile (sperriges Schüttgut).
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Bei dem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss 7 wird die Spindel 6 mittels des Getriebemotors 8 und dessen Zahnritzel 7 angetrieben. Dieses Zahnritzel 7 greift in einen Zahnkranz 16 ein, welcher drehfest mit der Spindel 6 verbunden ist.
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Separat davon wird die Trommel 2 von einem eigenen Antrieb 17 angetrieben, der mit einem Zahnritzel 18 den Zahnkranz 4 kämmt, welche drehfest dem Trommelboden 3 angeformt ist.
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In 8 ist erkennbar, dass die Speicherbehälter 1 in Speicherbehälter-Behälter angeordnet sind und diese mit Füssen ausgestattet sein können und dann auch stapelbar sind. Sie können mit Paletten-/Hand-und/oder Hubstaplern transportiert werden. Weitere Zusatzprozesse/Funktionen sind mit dem Speicherbehälter-Behälter denkbar, nämlich Kühlen und Temperieren des Schüttgut-Inhaltes dank des „Doppelmantels“ des Speicherbehälter- Behälters und weitere.
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Ebenfalls ist denkbar, dass die Speicherbehälter mit Rollen ausgestattet werden. Sie sind dann direkt durch die Bediener von Hand auf dem Boden verschiebbar.
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Die Speicherbehälter-Behälter sind bewusst so konzipiert, dass sie keinen eigenen Antrieb besitzen, womit diese als noch wirtschaftliche Massenspeicherbehälter für mittelfristige Zwischenspeicherung/Lagerung und/oder die generelle Intralogistik auch in grösseren Stückzahlen eingesetzt werden können. Dies ist sinnvoll und wirtschaftlich, da der Antrieb nur dort benötigt wird, wo eine Prozessaktion/Prozessstation ist, bei welcher ein Befüllen oder Entleeren erwünscht respektive notwendig ist. Deshalb können die Antriebseinheiten an den Bedarfsstellen ortsfest angeordnet sein. Der Speicherbehälter wird an diese Stellen mit den oben beschriebenen Transportmöglichkeiten herangeführt und durch den Abstellvorgang mit der Antriebseinheit gleichzeitig gekoppelt. Eine einfache ausgeklügelte Mechanik gewährleistet, dass die Zahnräder stets miteinander in Eingriff kommen. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt ausgeführt und niedrig gebaut und findet praktisch unter dem Speicherbehälter Platz. Eine derartige Dockingstation ist beispielsweise in 9 gezeigt.
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Unabhängig davon ist es natürlich auch möglich, die Antriebseinheit verfahrbar auszugestalten. Mit einem entsprechenden Flurförderfahrzeug kann dann die Antriebseinheit direkt zum Speicherbehälter gebracht werden. Dies wird in 10 dargestellt.
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Es wird eine innerbetriebliche Logistik (Intralogistik) ermöglicht. Das Material wird flexibel und variabel im Produktionsprozess bewegen =>> Intralogistik. Hier die maximale Ausbaustufe des Speicherbehälter-Systems mit Transport mittels FTS-Fahrzeugen (FTS =Fahrerlose Transport Systeme), wie in 11 und 12 angedeutet.
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Gemäss 13 sind alle möglichen Datenbindungen und Datenübertragungen zu und vom Behälter möglich. Es sollen auch Zusatzprozesse/Funktionen ermöglicht werden, wie beispielsweise Daten/Schüttgutinformationen aufnehmen und weitergeben. Auch hier wird die Voraussetzung in Richtung Industrie 4.0 ermöglicht.
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Die in den 14 und 15 gezeigten Beispiele zeigt Anlagen-Layouts mit Inline geschalteten Spritzgiessmaschinen, einer Hochleistung-Prüfmaschine PWWIII und zwei Speicherbehälter-Behälter. 1.ter Speicher als dynamischer Bypass-Speicher (im Hintergrund), 2.ter Speicher im Vordergrund als Zusatzinfeed-Funktion.
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Der benötigte Footprint für diese Anlagekonfiguration ist nur 35% so gross wie ein klassischer mit gleicher Funktionalität.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Speicherbehälter
- 2
- Trommel
- 3
- Trommelboden
- 4
- Zahnkranz
- 5
- Wälzlager
- 6
- Spindel
- 7
- Zahnritzel
- 8
- Getriebemotor
- 9
- Boden/Teller
- 10
- Feder
- 11
- Gleitstein
- 12
- Vertikalführung
- 13
- Öffnung
- 14
- Trommellagerung
- 15
- Trichtereinheit
- 16
- Zahnkranz
- 17
- Antrieb
