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Die Erfindung betrifft eine Transport-Vorrichtung mit einer Aufnahme-Einrichtung, welche berührungslos mittels rotierender Magnetfelder transportiert wird, sowie ein Transport-Verfahren unter Verwendung eines berührungslosen Antriebs.
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In
DE 10 2009 009 076 A1 wird ein Antriebssystem für ein Fahrzeug beschrieben. Das Fahrzeug besitzt eine drehbar gelagerte Scheibe
1 und lässt sich entlang eines Schwertteils
2 einer Schiene bewegen, vgl. die Seitenansicht von
1 und die Schrägansicht von
2. Das Schwertteil
2 ist als ein Kamm mit vielen Zähnen ausgestattet. Jeder Zahn hat einen breiten Zahnkopf und einen schmaleren Zahnfuß. In einer Ausgestaltung befindet sich das Schwertteil
2 der Schiene zwischen zwei parallelen Scheiben
1, vgl.
3. Am Außenumfang der oder jeder Scheibe
1 sind Permanent-Magnete
20,
21 angeordnet. Ein Motor dreht die Scheiben
1 um eine Drehachse, die senkrecht auf der Längsachse des Schwertteils
2 steht. In einer Ausgestaltung sind der Motor und die oder jede Scheibe
1 stationär angeordnet, vgl. Abschnitt [0047]. Ein verfahrbares Anlagenteil umfasst das Schwertteil
2. In einer Ausgestaltung dreht sich die Scheibe so schnell, dass im Schwertteil
2 Wirbelströme erzeugt werden, vgl. Abschnitt [0054]. Diese Wirbelströme erzeugen eine Vortriebskraft.
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In
GB 2284105 A wird ein berührungsloser Antrieb für mehrere Rollen eines Förderbands („conveyor“) beschrieben. Auf der Welle
3a einer Rolle
3 sind eine Rolle
3b sowie ein „magnetic wheel
1“ montiert, vgl.
3. Viele parallele Rollen
3 sind unterhalb eines „conveyor body
5“ angeordnet, vgl.
1. Die Antriebskraft eines Antriebsmotors
4 wird mittels eines „driving magnetic wheel
2“ auf die parallelen Rollen
3 übertragen, vgl.
2. Der Motor
4 dreht das „magnetic wheel
2“ mit Hilfe einer Rolle
42 und eines Förderbands
43, vgl.
3. Zwischen dem „magnetic wheel
1“ einer zu drehenden Rolle
3 und dem angetriebenen „magnetic wheel
2“ tritt ein Spalt auf, vgl.
4. Die Drehachsen der Rollen
3 und
2 stehen senkrecht aufeinander. Das angetriebene „magnetic wheel
2“ ist als spiralförmiger Permanent-Magnet ausgestaltet, vgl.
4.
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Vorrichtungen, um Rollen berührungslos mittels Permanent-Magneten“ anzutreiben, werden auch beschrieben in
JP 2005 272102 A und
JP 2008 074505 A .
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Transport-Vorrichtung und ein Transport-Verfahren bereitzustellen, die eine Aufnahme-Einrichtung berührungslos entlang eines Transportpfads anzutreiben vermögen und dabei wenig Platz benötigen.
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Die Aufgabe wird durch eine Transport-Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Transport-Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Durch die lösungsgemäße Vorrichtung und durch das lösungsgemäße Verfahren lässt sich mindestens ein Gegenstand transportieren. Eine Aufnahme-Einrichtung der lösungsgemäßen Transport-Vorrichtung ist dazu ausgestaltet, den zu transportierenden Gegenstand aufzunehmen und mitsamt dem aufgenommenen Gegenstand berührungslos transportiert zu werden.
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Eine Führungs-Einrichtung führt die Aufnahme-Einrichtung mitsamt einem zu transportierenden Gegenstand entlang eines Transportpfads. Mit der Aufnahme-Einrichtung ist mindestens ein leitfähiger Körper mechanisch verbunden. „Leitfähig“ heißt: Der Körper vermag als Leiter für elektrischen Strom zu fungieren. Dieser leitfähige Körper wird mitsamt der Aufnahme-Einrichtung entlang des Transportpfads transportiert.
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Entlang des Transportpfads sind mehrere ortsfeste Magnetfeld-Erzeuger angeordnet. Jeweils ein Antrieb vermag jeden Magnetfeld-Erzeuger um eine Welle mit einer ortsfesten Drehachse zu drehen. Jeder Magnetfeld-Erzeuger ist dazu ausgestaltet, ein Magnetfeld zu erzeugen. Immer dann, wenn der Antrieb den Magnetfeld-Erzeuger um die Drehachse dreht, erzeugt der Magnetfeld-Erzeuger ein um diese Welle rotierendes Magnetfeld.
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Die Transport-Vorrichtung ist so ausgestaltet, dass der leitfähige Körper sich nacheinander durch diese rotierenden Magnetfelder bewegt, während die Aufnahme-Einrichtung mitsamt dem leitfähigen Körper entlang des Transportpfads geführt wird. Ein Aufenthalt des leitfähigen Körpers in einem rotierenden Magnetfeld bewirkt, dass eine Lorentz-Kraft erzeugt wird. Diese Lorentz-Kraft bewirkt eine vortreibende Kraft, welche auf den leitfähigen Körper wirkt. Dieser Wirkzusammenhang wird durch die Lentz’sche Regel beschrieben. Diese vortreibende Kraft bewirkt, dass auf den leitfähigen Körper und damit auf die mit dem leitfähigen Körper mechanisch verbundene Aufnahme-Einrichtung eine Kraft ausgeübt wird, die die Aufnahme-Einrichtung entlang des Transportpfads bewegt.
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Dank der Erfindung wird die Aufnahme-Einrichtung berührungslos angetrieben. Nicht erforderlich ist es, dass ein angetriebenes ortsfestes Teil die Aufnahme-Einrichtung berührt, um die Aufnahme-Einrichtung zu bewegen. An Bord der Aufnahme-Einrichtung braucht sich kein Antrieb zu befinden, welcher die Aufnahme-Einrichtung entlang der Transportbahn bewegt. Wegen des lösungsgemäß bewirkten berührungslosen Antriebs werden Geräusch-Emissionen vermieden, welche ansonsten durch einen reibschlüssigen oder formschlüssigen Kontakt zwischen einem Bestandteil der Aufnahme-Einrichtung und einem ortsfesten Bestandteil auftreten. Außerdem wird vermieden, dass die Berührung der Aufnahme-Einrichtung zu einer Abnutzung oder zu einem Verschleiß, z. B. zu einem Abrieb, des angetriebenen ortsfesten Teils führt. Diese Abnutzung würde ein regelmäßiges Nachjustieren erfordern, um zu vermeiden, dass die Reibkraft aufgrund der Abnutzung deutlich absinkt.
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Weiterhin ist es dank der Erfindung zwar möglich, aber nicht erforderlich, dass rotierende Zahnräder, welche verschleißen können, die Aufnahme-Einrichtung antreiben. Dank der Erfindung wird der Vortrieb vielmehr verschleißfrei erzeugt.
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Der Antrieb eines Magnetfeld-Erzeugers braucht nur den Magnetfeld-Erzeuger selber zu drehen und zu beschleunigen, aber nicht direkt die Aufnahme-Einrichtung vorwärts zu bewegen. Daher braucht der Antrieb keine sehr große Leistung zu liefern. Die vom Antrieb aufzubringende Leistung hängt von der Masse und von der gewünschten Drehzahl der in Rotation zu versetzenden Bestandteile eines Magnetfeld-Erzeugers ab, aber nicht direkt vom Gewicht eines zu transportierenden Gegenstands ab. Dieses Gewicht des Gegenstands ist bei der Auslegung der Transport-Vorrichtung oft noch nicht bekannt. Indem der Antrieb geregelt wird, lässt sich eine gewünschte Transportgeschwindigkeit der Aufnahme-Einrichtung automatisch bewirken, ohne dass das Gewicht eines Gegenstands auf der Aufnahme-Einrichtung bekannt zu sein braucht oder gemessen werden muss.
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Außerdem können die Gewichte von mehreren Gegenständen, die nacheinander mittels derselben Aufnahme-Einrichtung transportiert werden, sich voneinander unterscheiden. Dank der Erfindung wird ermöglicht, dass diese Gegenstände nacheinander mit Hilfe derselben Aufnahme-Einrichtung transportiert werden, ohne einen Antrieb eines Magnetfeld-Erzeugers an unterschiedliche Gegenstands-Gewichte anpassen zu müssen.
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Dank der Erfindung lässt sich eine Transport-Vorrichtung realisieren, die – gesehen in eine Richtung senkrecht zur Transportrichtung, in welche die Aufnahme-Einrichtung transportiert wird – eine geringere Abmessung hat als andere berührungslos arbeitende Transport-Vorrichtungen. Die Magnetfeld-Erzeuger lassen sich schmal ausgestalten. Dies wird insbesondere dadurch bewirkt, dass der oder jeder Antrieb zum Drehen eines Magnetfeld-Erzeugers räumlich getrennt vom Magnetfeld-Erzeuger selber angeordnet werden kann. Die Drehgeschwindigkeit, mit der ein Magnetfeld durch den jeweiligen Magnetfeld-Erzeuger gedreht wird, lässt sich regeln. Eine gewünschte Transportgeschwindigkeit der Aufnahme-Einrichtung mit dem Gegenstand fungiert als die Führungsgröße, die Drehgeschwindigkeit des Magnetfeld-Erzeugers als Stellgröße. Die dabei erzeugte Vortriebskraft ist in erster Näherung proportional zur Differenz zwischen einer Tangential-Geschwindigkeit des rotierenden Magnetfelds und der Transportgeschwindigkeit der Aufnahme-Einrichtung. Das Gewicht der beladenen Aufnahme-Einrichtung beeinflusst als Störgröße die Regelung. Dieses Gewicht hängt vom Gewicht eines zu transportierenden Gegenstands auf oder an der Aufnahme-Einrichtung ab, und dieses Gewicht ist oft nicht bekannt. Wegen des annähernd linearen Zusammenhangs lässt sich eine einfache Regelung realisieren.
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Durch eine Regelung der Drehgeschwindigkeit lässt sich eine gewünschte Transportgeschwindigkeit der Aufnahme-Einrichtung herstellen. Ermöglicht wird eine kaskadierte Regelung:
- – Ein übergeordneter Regelkreis mit einer Soll-Transportgeschwindigkeit als Führungsgröße führt zu einer Soll-Drehgeschwindigkeit des Magnetfelds als Stellgröße.
- – Ein untergeordneter Regelkreis erhält diese Soll-Drehgeschwindigkeit des Magnetfelds als Führungsgröße und liefert Stellbefehle an einen Antrieb eines Magnetfeld-Erzeugers als Stellgröße.
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Bei der Konstruktion der Transport-Vorrichtung lassen sich insbesondere folgende Konstruktions-Parameter auslegen und verändern, um die Transport-Vorrichtung an vorgegebene oder gewünschte Leistungswerte anzupassen:
- – die Abmessungen und der Werkstoff des leitfähigen Körpers,
- – die Abmessungen der Bestandteile jedes Magnetfeld-Erzeugers,
- – die Positionierung der Führungs-Einrichtung relativ zur jeweiligen Drehachse jedes Magnetfeld-Erzeugers.
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Vorab oder auch nach Inbetriebnahme einer lösungsgemäßen Transport-Vorrichtung lassen sich folgende Parameter verändern, ohne eine mechanische Umkonstruktion vornehmen zu müssen, oder mit lediglich geringen mechanischen Eingriffen:
- – die Eindringtiefe oder die Eindringhöhe, mit welcher der mechanische Körper von unten, von der Seite oder von oben in ein erzeugtes Magnetfeld eindringt – dieser Parameter lässt sich durch ein Anheben oder Absenken oder Verschieben des leitfähigen Körpers oder auch des jeweiligen Magnetfeld-Erzeugers relativ zur Führungs-Einrichtung bewirken,
- – die jeweilige Soll-Drehgeschwindigkeit, mit der ein Magnetfeld-Erzeuger um seine Drehachse gedreht wird,
- – in einer Ausgestaltung die Stärke des erzeugten Magnetfelds.
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Die Erfindung ermöglicht es, zwei Magnetfeld-Erzeuger, die hintereinander entlang des Transportpfads angeordnet sind, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu drehen, um in verschiedenen Abschnitten des Transportpfades unterschiedliche vortreibende Kräfte zu erzeugen, welche nacheinander auf den leitfähigen Körper an der Aufnahme-Einrichtung wirken, während die Aufnahme-Einrichtung entlang des Transportpfads geführt und bewegt wird. Hierdurch lässt sich die Transport-Geschwindigkeit der Aufnahme-Einrichtung gezielt verändern. Diese beiden Drehgeschwindigkeiten der erzeugten Magnetfelder lassen sich unabhängig voneinander verändern.
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Der leitfähige Körper ist bevorzugt metallisch und in einer bevorzugten Ausgestaltung nicht magnetisierbar. Der leitfähige Körper ist vorzugsweise aus einem einzigen nicht-magnetisierbaren Werkstoff, z. B. aus Kupfer oder Aluminium, hergestellt oder aus mehreren nicht-magnetisierbaren Werkstoffen oder aus einer Legierung mehrerer nicht-magnetisierbarer Werkstoffe. Durch diese Ausgestaltung wird verhindert, dass Magnetkräfte, die in einem erzeugten Magnetfeld auftreten, eine Normalkraft, also eine Kraft senkrecht zur Transportrichtung, erzeugen. Dadurch wiederum wird die Gefahr verringert, dass eine Normalkraft den leitfähigen Körper und damit die Aufnahme-Einrichtung seitlich verschiebt und daher die bewegte Aufnahme-Einrichtung gegen einen ortsfesten Bestandteil der Transport-Vorrichtung stößt oder die Aufnahme-Einrichtung unerwünscht von der Führungs-Einrichtung getrennt wird.
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Die lösungsgemäße Transport-Vorrichtung führt insbesondere bei Verwendung eines leitfähigen Körpers aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff zu geringeren Normalkräften auf den leitfähigen Körper und damit zu geringeren Normalkräften auf die Aufnahme-Einrichtung als andere berührungslose Antriebe. Eine Normalkraft wirkt senkrecht zur Transportrichtung und kann daher bewirken, dass die Aufnahme-Einrichtung unerwünscht zur Seite verschoben wird. Weil ein nicht magnetisierbarer leitfähiger Körper zu geringeren Normalkräften führt, ermöglicht diese Ausgestaltung es, bei der Herstellung und dem Zusammenbau der Transport-Vorrichtung eine größere Toleranz zuzulassen, und zwar sowohl eine Abmessungs-Toleranz als auch eine Lage-Toleranz eines Bestandteils. Darüber hinaus sind die aufgrund der Normalkraft hervorgerufenen Querkräfte entsprechend geringer und können daher mit einfacheren technischen Mitteln abgetragen werden. Dies wiederum vermag die Herstellkosten zu reduzieren und die Wartungsintervalle zu verlängern.
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Die Magnetfeld-Erzeuger erzeugen die Magnetfelder vorzugsweise dergestalt, dass alle vortreibenden Kräfte die Aufnahme-Einrichtung in die gleiche Transportrichtung entlang des Transportpfads bewegen. Möglich ist auch, dass die Aufnahme-Einrichtung zunächst mittels eines ersten Magnetfeldes in die eine Richtung dann mittels eines nachfolgenden zweiten Magnetfeldes in die entgegengesetze Richtung transportiert wird.
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Vorzugsweise ist der leitfähige Körper als topologisch zusammenhängender und homogener Körper ausgestaltet, hat also keine Aussparungen und keine Zähne und ähnliches. Wenn der leitfähige Körper topologisch zusammenhängend und homogen aufgebaut ist, lässt er sich besonders einfach fertigen, z. B. besonders einfach gießen, ohne dass eine aufwendige Nachbearbeitung erforderlich ist, insbesondere kein oder nur wenig Zerspanen oder Bohren. Diese Ausgestaltung führt zu geringeren Herstellkosten und erleichtert es, vorgegebene Form-Toleranzen einzuhalten. In einer Fortbildung dieser Ausgestaltung ist der leitfähige Körper als Quader mit abgerundeten Kanten ausgestaltet.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist mindestens ein leitfähiger Körper – gesehen in die Transportrichtung – annähernd genau so lang wie die Aufnahme-Einrichtung. Dies führt zu einer vortreibenden Kraft, die möglichst lange auftritt.
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Vorzugsweise ist die Transport-Vorrichtung so ausgestaltet, dass der leitfähige Körper unten an der Aufnahme-Einrichtung hängt, während die Aufnahme-Einrichtung entlang des Transportpfads geführt wird. Der leitfähige Körper hängt an der Aufnahme-Einrichtung so, wie ein Kiel unten am Rumpf eines Schiffs hängt. Bevorzugt besitzt die Aufnahme-Einrichtung zusätzlich ein Fahrwerk, welches es der Aufnahme-Einrichtung ermöglicht, über Schienen der Führungs-Einrichtung zu rollen. Dank der Magnetfeld-Erzeuger und des leitfähigen Körpers braucht die Aufnahme-Einrichtung keinen eigenen Antrieb zu besitzen, welcher die oder einige Räder des Fahrwerks dreht. Dank der Ausgestaltung, dass der leitfähige Körper unten an der Aufnahme-Einrichtung hängt, wird es ermöglicht, den Raum oberhalb der Aufnahme-Einrichtung frei von Bestandteilen der Transport-Vorrichtung zu halten. Dies wiederum erleichtert es, einen zu transportierenden Gegenstand auf die Aufnahme-Einrichtung zu verbringen und wieder von der Aufnahme-Einrichtung zu entnehmen, egal wie hoch der Gegenstand ist. Ausgeschlossen ist, dass der Gegenstand beim Transport auf der Aufnahme-Einrichtung gegen den leitfähigen Körper oder gegen einen sonstigen Bestandteil der Transport-Vorrichtung stößt.
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In einer Ausgestaltung treibt ein zentraler Antrieb alle Magnetfeld-Erzeuger an. Alle Magnetfeld-Erzeuger drehen sich stets mit gleicher Geschwindigkeit.
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In einer anderen Ausgestaltung besitzt jeder Magnetfeld-Erzeuger einen eigenen Antrieb, z. B. einen elektrischen Synchronmotor. Jeder Antrieb lässt sich unabhängig von jedem anderen Antrieb steuern oder regeln. Dies bewirkt, dass sich die Drehgeschwindigkeit jedes Magnetfeld-Erzeugers unabhängig von den Drehgeschwindigkeiten aller anderen Magnetfeld-Erzeuger auf einen Wert einstellen und auch verändern lässt. Dadurch wird ermöglicht, die Aufnahme-Einrichtung zu bestimmten Zeitpunkten oder in bestimmten Abschnitten des Transportpfads gezielt zu beschleunigen oder auch weniger zu beschleunigen. Ein aktuell nicht benötigter Antrieb lässt sich mit geringerer Geschwindigkeit betreiben oder ganz abschalten.
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In einer Ausgestaltung werden die Drehgeschwindigkeiten aller Magnetfeld-Erzeuger auf etwa dieselbe Geschwindigkeit von einer zentralen Regelvorrichtung geregelt. Dabei ist es nicht erforderlich, dass alle Drehgeschwindigkeiten präzise denselben Wert haben. Dies vereinfacht die praktische Realisierung und verringert somit die Kosten.
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In einer Ausgestaltung ist die Aufnahme-Einrichtung mit dem leitfähigen Körper und mit einem weiteren leitfähigen Körper mechanisch verbunden. Gesehen in die Transportrichtung, in welche die Aufnahme-Einrichtung bewegt wird, sind diese beiden leitfähigen Körper seitlich versetzt angeordnet, z. B. nebeneinander auf gleicher Höhe oder schräg nebeneinander.
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In einer Ausgestaltung bewegen sich die beiden leitfähigen Körper mindestens einmal nacheinander oder gleichzeitig durch dasselbe Magnetfeld, welches von einem Magnetfeld-Erzeuger generiert wird. In einer anderen Ausgestaltung vermag mindestens ein Magnetfeld-Erzeuger der Transport-Vorrichtung sowohl das Magnetfeld als auch ein weiteres Magnetfeld zu erzeugen, also insgesamt zwei Magnetfelder. Der Magnetfeld-Erzeuger ist dabei so gestaltet, dass er für jeden leitfähigen Körper ein eigenes rotierendes Magnetfeld erzeugt. Diese beiden Magnetfelder sind aufgrund der mechanischen Kopplung zueinander synchron. Beim Transport entlang des Transportpfads bewegt sich der leitfähige Körper durch das erzeugte Magnetfeld. Der weitere leitfähige Körper bewegt sich durch das weitere erzeugte Magnetfeld. Dadurch wird auf beide leitfähigen Körper jeweils eine Lorentz-Kraft ausgeübt. Diese beiden Lorentz-Kräfte wirken beide vortreibend auf dieselbe Aufnahme-Einrichtung.
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Vorzugsweise hängen beide leitfähige Körper unten an der Aufnahme-Einrichtung, während die Aufnahme-Einrichtung entlang des Transportpfads transportiert wird. Dadurch wird wiederum der Vorteil erzielt, dass die leitfähigen Körper den Vorgang nicht behindern, einen Gegenstand auf die Aufnahme-Einrichtung zu verbringen und von der Aufnahme-Einrichtung herunterzunehmen.
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Die Ausgestaltung mit den beiden leitfähigen Körpern an derselben Aufnahme-Einrichtung führt dazu, dass zwei leitfähige Körper jeweils eine Vortriebskraft auf die Aufnahme-Einrichtung ausüben. Ermöglicht wird, dass beide Vortriebskräfte stets gleich groß sind und parallel wirken. Die Ausgestaltung mit zwei leitfähigen Körpern führt bei gleicher Drehgeschwindigkeit des erzeugten Magnetfelds zu einer größeren Gesamt-Vortriebskraft als bei Verwendung nur eines einzigen leitfähigen Körpers. Zugleich wird kein zusätzlicher Antrieb für den Magnetfeld-Erzeuger benötigt, weil ein einziger Magnetfeld-Erzeuger mit einem einzigen Antrieb gleichzeitig zwei Magnetfelder erzeugt. Diese Ausgestaltung führt zu einer erhöhten Vortriebskraft, ohne dass mehr Platz benötigt wird.
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Vorzugsweise umfasst mindestens ein Magnetfeld-Erzeuger mindestens einen Permanent-Magneten. Dieser Permanent-Magnet wird vom Antrieb um die Welle mit der ortsfesten Drehachse gedreht. Diese Drehung des Permanent-Magneten um die Welle trägt dazu bei, dass das Magnetfeld erzeugt wird, durch welches hindurch der leitfähige Körper bewegt wird. Möglich ist, dass das Magnetfeld ausschließlich vom Permanent-Magneten erzeugt wird. Die Ausgestaltung mit mindestens einem Permanent-Magneten spart die Notwendigkeit ein, mindestens eine von Strom durchflossene Spule in Rotation zu versetzen und mittels der rotierenden Spule das rotierende Magnetfeld zu erzeugen. Vielmehr braucht der Magnetfeld-Erzeuger nicht mit Energie versorgt zu werden, sondern lediglich der Antrieb. Möglich ist, dass der Magnetfeld-Erzeuger mehrere Permanent-Magneten aufweist, die bevorzugt alle in gleichem Abstand von der ortsfesten Achse des Magnetfeld-Erzeugers angeordnet sind.
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Vorzugsweise umfasst der Magnetfeld-Erzeuger zwei Scheiben. Zwischen diesen beiden Scheiben wird ein freier Raum gebildet. Die beiden Scheiben des Magnetfeld-Erzeugers werden um die Welle mit der ortsfesten Drehachse gedreht. Die beiden Scheiben tragen jeweils mehrere Permanent-Magneten oder tragen mehrere elektrische Spulen, die beide von Strom durchflossen werden und damit Magnetfelder erzeugen. Durch die Rotation dieser beiden Scheiben um die Welle wird ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, welches im Regelfalle an den meisten Stellen im freien Raum zwischen den beiden Scheiben stärker ist als außerhalb. Vorzugsweise sind jeweils zwei Permanent-Magneten oder zwei stromdurchflossene Spulen auf den beiden Scheiben einander gegenüber angeordnet, so dass eine gedachte Linie, welche die beiden Permanent-Magneten bzw. die beiden Spulen verbindet, senkrecht auf den beiden Scheiben steht. Dies bewirkt, dass zwischen den beiden gegenüberliegenden Permanent-Magneten bzw. Spulen ein maximaler magnetischer Fluss hervorgerufen wird.
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Wird die Aufnahme-Einrichtung entlang des Transportpfads bewegt, so wird der leitfähige Körper – oder wenigstens ein Bereich des leitfähigen Körpers – durch den freien Raum zwischen den beiden rotierenden Scheiben hindurch bewegt, ohne eine rotierende Scheibe zu berühren. Vorzugsweise ist die ortsfeste Drehachse der Welle zugleich die Symmetrieachse jeder Scheibe, so dass keine Unwucht auftritt.
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Die Ausgestaltung mit den Scheiben führt zu einem Magnetfeld, das zur ortsfesten Drehachse der Welle rotationssymmetrisch ist. Das Magnetfeld ist auch spiegelsymmetrisch zu einer gedachten senkrechten Ebene, in der die Transportrichtung liegt. Dies reduziert die Gefahr, dass die Lorentz-Kraft eine unerwünschte Normalkraft senkrecht zur Transportrichtung auf den leitfähigen Körper ausübt.
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In einer Ausgestaltung besitzt die Aufnahme-Einrichtung eine Förder-Einrichtung, welche mitsamt der Aufnahme-Einrichtung und dem leitfähigen Körper entlang des Transportpfads bewegt wird. Ein zu transportierender Gegenstand befindet sich wenigstens zeitweise auf dieser Förder-Einrichtung, während die Aufnahme-Einrichtung entlang des Transportpfads transportiert wird. Die Förder-Einrichtung vermag einen Gegenstand senkrecht zur Transportrichtung zu fördern und dadurch den Gegenstand von der Aufnahme-Einrichtung zu schieben. In einer Ausgestaltung vermag die Förder-Einrichtung auch einen Gegenstand auf die Aufnahme-Einrichtung zu fördern. Die Förder-Einrichtung umfasst z. B. ein Endlos-Förderband, welches um mehrere Rollen herum geführt ist. Dieses Endlos-Förderband ist z. B. als Quergurt („cross belt“) ausgelegt.
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In einer Ausgestaltung wird die Förder-Einrichtung von einem elektrischen Antrieb angetrieben. Dieser Antrieb wird in einer Fortbildung dieser Ausgestaltung drahtlos von außen mit Energie versorgt, während die Aufnahme-Einrichtung entlang des Transportpfads transportiert wird. In einer anderen Fortbildung befindet sich am Bord der Aufnahme-Einrichtung ein Energiespeicher. In einer anderen Ausgestaltung bewirkt die von der Lorentz-Kraft bewirkte vortreibende Kraft, dass mindestens ein Laufrad („idler roller“) der Aufnahme-Einrichtung gedreht wird und dadurch die Aufnahme-Einrichtung bewegt wird oder im Energiespeicher aufgeladen wird.
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In einer Ausgestaltung besitzt die Aufnahme-Einrichtung einen Auflage-Körper, auf den sich ein zu transportierender Gegenstand legen lässt. Dieser Auflage-Körper kann als eine Fläche ausgestaltet sein oder z. B. als eine Schale, welche eine seitliche Bewegung eines aufgenommenen Gegenstands begrenzt. In einer anderen Ausgestaltung lässt sich ein zu transportierender Gegenstand an die Aufnahme-Einrichtung hängen und zeitweise mit der Aufnahme-Einrichtung verbinden, z. B. mechanisch oder magnetisch.
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In einer Ausgestaltung beschreibt der Transportpfad eine geschlossene Kurve. Die Aufnahme-Einrichtung wird wiederholt entlang dieser geschlossenen Kurve transportiert und transportiert nacheinander jeweils mindestens einen Gegenstand entlang eines Abschnitts des Transportpfads.
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Die Erfindung lässt sich in einer Transport-Anordnung verwenden, welche gleichzeitig mehrere Gegenstände zu transportieren vermag. Diese Transport-Anordnung umfasst
- – mehrere lösungsgemäße Aufnahme-Einrichtungen,
- – mehrere leitfähige Körper,
- – eine Führungs-Einrichtung für die lösungsgemäßen Aufnahme-Einrichtungen,
- – mehrere lösungsgemäße Magnetfeld-Erzeuger, die entlang der Führungseinrichtung angeordnet sind, und
- – für jeden Magnetfeld-Erzeuger jeweils einen Antrieb.
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Jede Aufnahme-Einrichtung dieser Transport-Anordnung vermag jeweils mindestens einen zu transportierenden Gegenstand aufzunehmen und ist mit jeweils mindestens einem leitfähigen Körper verbunden. Vorzugsweise sind zwei verschiedene Aufnahme-Einrichtungen mit zwei unterschiedlichen leitfähigen Körpern verbunden. Vorzugsweise hängt unten an jeder Aufnahme-Einrichtung jeweils ein leitfähiger Körper. Möglich ist auch, dass derselbe leitfähige Körper an zwei verschiedenen Aufnahme-Einrichtungen hängt. Vorzugsweise ist jeder leitfähige Körper – gesehen in die Transportrichtung – annähernd genau so lang wie diejenige Aufnahme-Einrichtung, mit welcher dieser leitfähige Körper verbunden ist. Dies führt zu möglichst geringen Lücken zwischen zwei aufeinander folgenden leitfähigen Körpern, ohne die Fähigkeit der Transport-Anordnung zu reduzieren, um eine Kurve herum geführt zu werden.
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Alle leitfähigen Körper können gleichartig aufgebaut sein. Auch alle Aufnahme-Einrichtungen können gleichartig aufgebaut sein. Möglich ist, dass mindestens eine Aufnahme-Einrichtung mit mehreren leitfähigen Körpern verbunden ist.
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Die Aufnahme-Einrichtungen sind auch miteinander mechanisch verbunden und dadurch zu einem Zug gekoppelt. Die Verbindung zwischen zwei aufeinander folgenden Aufnahme-Einrichtungen in diesem Zug kann starr sein, so dass der Abstand zwischen den beiden Aufnahme-Einrichtungen stets gleich bleibt. Die Verbindung kann auch flexibel sein, so dass der Abstand variieren kann. Die Führungs-Einrichtung vermag diesen Zug mit den Aufnahme-Einrichtungen und den leitfähigen Körpern entlang des Transportpfads zu führen. Jeder leitfähige Körper bewegt sich nacheinander durch die erzeugten Magnetfelder. In jedem Magnetfeld wird eine Lorentz-Kraft erzeugt. Dadurch werden gleichgerichtete vortreibende Kräfte erzeugt.
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Während eine Aufnahme-Einrichtung mit einem leitfähigen Körper nacheinander durch die erzeugten Magnetfelder bewegt wird, variiert zwangsläufig die Vortriebskraft, welcher auf den leitfähigen Körper und damit auf die Aufnahme-Einrichtung ausgeübt wird, im Verlaufe der Bewegung. Weil aber die Aufnahme-Einrichtungen zu einem Zug gekoppelt sind, zieht eine Aufnahme-Einrichtung, auf die aktuell eine starke Vortriebskraft ausgeübt wird, nachfolgende Aufnahme-Einrichtungen des Zuges mit oder schiebt die vorige Aufnahme-Einrichtung des Zugs. Die Koppelung zu einem Zug führt daher zu einer Überlagerung der Vortriebskräfte und damit zu einer Bewegung jeder Aufnahme-Einrichtung mit einer zeitlich annähernd gleichbleibenden Transportgeschwindigkeit. Starke Beschleunigungen und Verzögerungen der Aufnahme-Einrichtungen des Zugs werden vermieden. Bei genügend vielen Magnetfeld-Erzeugern reicht es aus, die oder wenigstens einige Magnetfeld-Erzeuger in Rotation zu versetzen, um den Zug mit Aufnahme-Einrichtungen in Bewegung zu versetzen.
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Möglich ist, dass die Führungs-Einrichtung diesen Zug entlang einer geschlossenen Förderbahn führt. Der Zug kann kürzer sein als die Förderbahn und daher – gesehen in die Transportrichtung des Zugs – eine erste Aufnahme-Einrichtung und eine letzte Aufnahme-Einrichtung aufweisen. Der Zug kann auch genauso lang wie die geschlossene Förderbahn sein, so dass jede Aufnahme-Einrichtung mit einer vorausfahrenden Aufnahme-Einrichtung und einer nachfolgenden Aufnahme-Einrichtung verbunden ist.
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Entlang dieser geschlossenen Fördebahn befindet sich in einer Ausgestaltung mindestens eine Einspeisestation, welche Gegenstände auf die Aufnahme-Einrichtungen verbringt oder auf andere Weise temporär mit jeweils einer Aufnahme-Einrichtung verbindet, und mehrere Ausgabestationen. Abhängig von einer gemessenen Eigenschaft eines Gegenstands wird für diesen Gegenstand eine Ausgabestation ausgewählt, und der Gegenstand wird von der Aufnahme-Einrichtung getrennt und in diese ausgewählte Ausgabestation verbracht und dadurch ausgeschleust.
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Vorzugsweise hat die Transport-Anordnung deutlich weniger Magnetfeld-Erzeuger als Aufnahme-Einrichtungen, z. B. nur halb so viele oder nur ein Zehntel so viele Magnetfeld-Erzeuger als Aufnahme-Einrichtungen. Diese Ausgestaltung spart also Antriebe ein gegenüber einer Anordnung, bei der jede Aufnahme-Einrichtung einen eigenen Antrieb aufweist.
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Die Erfindung lässt sich z. B. dazu verwenden, um Gepäckstücke von Reisenden, Postpakete, Frachtstücke oder auch Werkstücke in einer Fertigungsanlage zu transportieren und in einer Ausgestaltung auch zu sortieren.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine lösungsgemäße Transport-Vorrichtung mit einer Aufnahme-Einrichtung und einem Magnetfeld-Erzeuger von der Seite;
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2 die Transport-Vorrichtung von 1 von vorne;
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3 eine Ausführungsform der Transport-Vorrichtung mit zwei seitlich versetzten Antriebsschwertern und zwei seitlich versetzten Magnetfeld-Erzeugern von unten;
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4 eine Abwandlung der Transport-Vorrichtung von 3 mit zwei Magnetfeld-Erzeugern auf derselben Welle;
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5 einen Zug mit drei lösungsgemäßen Aufnahme-Einrichtungen in Draufsicht.
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Im Ausführungsbeispiel wird die Erfindung in einer Transport-Anordnung eingesetzt. Diese Transport-Anordnung wird dafür verwendet, um Stückgüter zu transportieren und dabei zu sortieren, z. B. Postpakete oder Frachtstücke oder Gepäckstücke von Reisenden. Die Stückgüter sind gemäß eines vorgegebenen Sortiermerkmals auf mehrere Ausgabestationen zu verteilen. Das Sortiermerkmal ist z. B. eine Zustelladresse oder ein sonstiger Bestimmungsort eines Stückguts.
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Die Transport-Anordnung umfasst eine Abfolge von Aufnahme-Einrichtungen („carriers“). Auf jede Aufnahme-Einrichtung lässt sich ein Gegenstand legen und wieder von der Aufnahme-Einrichtung herunter nehmen. Jede Aufnahme-Einrichtung umfasst ein Gestell und in einer Ausgestaltung vier drehbar gelagerte Räder. In einer anderen Ausgestaltung hat jedes Gestell nur zwei Räder, und zwei aufeinander folgende Gestelle sind miteinander gekoppelt. Vorzugsweise sitzt jedes Rad auf einer eigenen drehbar gelagerten Achse.
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Jede Aufnahme-Einrichtung lässt sich dank der Räder am Gestell entlang einer Führungs-Einrichtung bewegen. Jeweils zwei Räder einer Aufnahme-Einrichtung rollen hintereinander auf einer oder über eine Führungsschiene. Die Führungs-Einrichtung begrenzt eine seitliche Bewegung einer Aufnahme-Einrichtung quer zur Förderbahn.
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Die Drehachsen für die Räder sind drehbar an dem Gestell der Aufnahme-Einrichtung montiert. Dieses Gestell wird oben von einer Auflagefläche begrenzt, auf welche sich ein zu transportierender Gegenstand legen lässt. Beispielsweise wird der Gegenstand von der Seite durch eine horizontale Linearbewegung auf die Auflagefläche geschoben und durch eine weitere horizontale Linearbewegung in die gleiche Richtung oder in die entgegengesetzte Richtung wieder von der Auflagefläche gezogen und in eine Ausgabestation verbracht.
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1 zeigt eine lösungsgemäße Transport-Vorrichtung mit einer Aufnahme-Einrichtung AE und einem Magnetfeld-Erzeuger von der Seite. Die Transportrichtung liegt in der Zeichenebene von 1 und dort von links nach rechts. 2 zeigt die Transport-Vorrichtung von 1 von vorne. Die Transportrichtung zeigt in 2 auf den Betrachter zu.
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In 1 und 2 ist ein Gestell Ge zu sehen, an dem vier Achsen Ach.1.1, Ach.1.2, Ach.2.1, Ach.2.2 drehbar montiert sind. Auf jeweils einer Achse Ach.1.1, Ach.1.2, ... sitzt ein Rad Ra.1.1, Ra.1.2, Ra.2.1, Ra.2.2. Die Aufnahme-Einrichtung AE von 1 und 2 transportiert ein quaderförmiges Postpaket P.
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Mehrere Aufnahme-Einrichtungen dieser Transport-Anordnung, die im Ausführungsbeispiel so wie in 1 und 2 gezeigt aufgebaut sind, sind zu einem Zug zusammengekoppelt. Dieser Zug rollt in eine Transportrichtung und Fahrtrichtung entlang der geschlossenen Förderbahn. In einer Ausgestaltung ist der Zug mit den Aufnahme-Einrichtungen kürzer als die geschlossene Förderbahn, so dass der Zug – gesehen in die Fahrtrichtung des Zugs – eine erste Aufnahme-Einrichtung und eine letzte Aufnahme-Einrichtung aufweist. In einer anderen Ausgestaltung ist der Zug genau so lang wie die Förderbahn, und jede Aufnahme-Einrichtung ist mit einer vorausfahrenden und mit einer nachfolgenden Aufnahme-Einrichtung verbunden. In dieser Ausgestaltung wird also ein geschlossener Transportzug realisiert.
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Zur Transport-Anordnung des Ausführungsbeispiels gehört eine Führungs-Einrichtung, welche zwei parallele Schienen umfasst. Die Führungs-Einrichtung führt jede Aufnahme-Einrichtung entlang einer geschlossenen Förderbahn. Diese Förderbahn führt an mindestens einer Beladestation („Einspeisestation“) und an mehreren Entladestationen („Ausgabestationen“) vorbei. An jeder Beladestation werden zu transportierende Gegenstände auf Aufnahme-Einrichtungen verbracht und dadurch in die Förderbahn eingeschleust, während diese Aufnahme-Einrichtungen an der Beladestation vorbei transportiert werden. An jeder Entladestation werden zu transportierende Gegenstände von der Aufnahme-Einrichtung herunter geschoben und dadurch aus der Förderbahn ausgeschleust. Die Transport-Anordnung verteilt also die gemäß den gemessenen Sortiermerkmals-Werten Gegenstände auf die Entladestationen.
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5 zeigt beispielhaft einen Zug mit drei Aufnahme-Einrichtungen AE.1, AE.2, AE.3. Gegenstände P.1, P.2, P.3 werden von links auf eine Aufnahme-Einrichtung AE.1, AE.2, AE.3 verbracht und nach rechts wieder von dieser Aufnahme-Einrichtung AE.1, AE.2, AE.3 entfernt, was in 5 durch zwei Pfeile angedeutet wird. Im Ausführungsbeispiel sind die Gegenstände drei Postpakete P.1, P.2, P.3 mit unterschiedlichen Abmessungen. Die Aufnahme-Einrichtungen AE.1, AE.2, AE.3 des Zugs laufen auf zwei parallelen Gleisen Gl.1, Gl.2 und sind durch zwei Ketten Ke.1.2, Ke.2.3 miteinander verbunden. In der Draufsicht von 5 werden die Aufnahme-Einrichtungen von unten nach oben transportiert.
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In einer Ausgestaltung ist jede Aufnahme-Einrichtung als Querband-Sortierer („cross belt sorter“) ausgestaltet. Die Auflagefläche für einen zu transportierenden Gegenstand wird von der oberen Oberfläche eines horizontalen Endlos-Förderbands gebildet, welches um zwei Rollen herum geführt ist. Diese beiden Rollen sind drehbar mit dem Gestell verbunden. Die beiden zueinander parallelen Drehachsen der Rollen sind parallel zur Transportrichtung, in welche die Aufnahme-Einrichtung transportiert wird, angeordnet. Eine Drehung einer angetriebenen Rolle bewirkt, dass das Endlos-Förderband senkrecht zur Transportrichtung bewegt wird.
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Das Endlos-Förderband wird in einer Ausgestaltung von einem lokalen elektrischen Antrieb der Aufnahme-Einrichtung angetrieben, der z. B. von einem Energiespeicher an Bord der Aufnahme-Einrichtung oder berührungslos von außen mit Energie versorgt wird. Dieser lokale Antrieb bewegt aber ausschließlich das Endlos-Förderband, um einen Gegenstand senkrecht zur Transportrichtung zu bewegen, aber nicht die Aufnahme-Einrichtung entlang der Führungs-Einrichtung. In einer anderen Ausgestaltung bewegt ein mechanischer ortsfester Antrieb von außen diese angetriebene Rolle.
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Am Gestell Ge der Aufnahme-Einrichtung von 1 und 2 sind zwei parallele Rollen Ro.1, Ro.2 montiert. Vorzugsweise sind beide Rollen Ro.1, Ro.2 angetrieben. Oder wenigstens die in Fahrtrichtung rechte Rolle Ro.2 ist angetrieben, weil im Ausführungsbeispiel Gegenstände von links nach rechts verbracht werden. Die parallelen Drehachsen der beiden Rollen Ro.1, Ro.2 laufen parallel zur Transportrichtung, in welche die Aufnahme-Einrichtung transportiert wird. Um die beiden Rollen Ro.1, Ro.2 herum ist ein Quergurt in Form eines Endlos-Förderbands Fb geführt. Das Postpaket P liegt auf diesem Quergurt Fb.
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In einer anderen Ausgestaltung, die in den Figuren nicht gezeigt wird, ist jede Aufnahme-Einrichtung als Einrichtung mit einer Kippschale („tilting tray“) ausgestaltet. Die Seitenwände dieser Kippschale verhindern, dass ein Gegenstand von der Aufnahme-Einrichtung fällt. Um einen Gegenstand aus der Kippschale zu entfernen, wird die Kippschale gekippt, und zwar um eine Drehachse, die parallel zur Transportrichtung verläuft.
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Unter dem Gestell der Aufnahme-Einrichtung hängt mindestens ein leitfähiger Körper in Form eines senkrechten Antriebsschwerts. Dieses Antriebsschwert hat die Form einer Platte und ist mechanisch mit dem Gestell Ge verbunden. In einer Ausgestaltung ist das Antriebsschwert starr mit dem Gestell Ge verbunden. In einer anderen Ausgestaltung lässt sich das Antriebsschwert in verschiedenen Höhen arretieren, z. B. mittels eines mechanischen Eingriffs.
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Die Platte erstreckt sich in einer Gegenstands-Ebene, die sich bevorzugt mittig zwischen den beiden Führungsschienen erstreckt. Die aktuelle Transportrichtung liegt stets in dieser Gegenstands-Ebene. Die untere Begrenzungslinie des Antriebsschwerts liegt tiefer als die Führungsschienen. Um dies zu ermöglichen, befindet sich zwischen den Führungsschienen ein Schacht, durch den das Antriebsschwert hindurch gleitet, oder die Führungsschienen ruhen auf Stelzen oder auf einer ähnlichen Haltevorrichtung.
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In 1 und 2 ist ein leitfähiger Körper in Form eines Antriebsschwerts AS zu sehen, das unten am Gestell Ge hängt. Im Ausführungsbeispiel ist der leitfähige Körper aus einem nichtmagnetisierbaren Werkstoff oder aus einer Legierung von mehreren nichtmagnetisierbaren Werkstoffen aufgebaut. Daher wird der leitfähige Körper AS nicht selber zum Magneten, während er durch die Magnetfelder hindurch transportiert wird.
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In einer Ausgestaltung hängen am Gestell Ge zwei plattenförmige leitfähige Körper, die sich in zwei parallelen und zueinander beabstandeten Gegenstands-Ebenen erstrecken. Beide Gegenstands-Ebenen liegen zwischen den Führungsschienen. Die beiden leitfähigen Körper können – gesehen in die Transportrichtung der Führungsschienen – auf gleicher Höhe unter dem Gestell angeordnet sein oder auch zueinander versetzt angeordnet sein, d. h. der eine leitfähige Körper befindet sich schräg vor dem anderen leitfähigen Körper.
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3 und 4 zeigen zwei Ausführungsformen mit zwei seitlich versetzten bzw. zwei nebeneinander angeordneten Antriebsschwertern AS.1, AS.2 unter dem Gestell Ge. Die Betrachtungsrichtung von 3 und 4 ist senkrecht nach oben. Zu sehen sind weiterhin die vier Räder Ra.1.1, Ra.1.2, Ra.2.1, Ra.2.2, die mittels vier Achsen Ach.1.1, Ach.1.2, Ach.2.1, Ach.2.2 am Gestell Ge montiert sind.
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In 4 ist eine Ausgestaltung zu sehen, in der vier Polradscheiben PRS.1.1, PRS.1.2, PRS.2.1, PRS.2.2 auf einer einzigen Welle We montiert sind. Die Welle We und damit die vier Polradscheiben PRS.1.1, PRS.1.2, PRS.2.1, PRS.2.2 werden von demselben Antrieb An gedreht. Im gezeigten Beispiel sind auch die beiden Antriebsschwerter AS.1, AS.2 nebeneinander montiert. Möglich ist auch eine Kombination, bei der die Polradscheiben PRS.1.1, PRS.1.2, PRS.2.1, PRS.2.2 so wie in 4 gezeigt auf derselben Welle We montiert sind und die beiden Antriebsschwerter AS.1, AS.2 so wie in 3 gezeigt seitlich zueinander versetzt sind.
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Entlang der beiden Führungsschienen ist eine Abfolge von stationären Magnetfeld-Erzeugern angeordnet. Jeder Magnetfeld-Erzeuger erzeugt jeweils ein Magnetfeld, welches um eine horizontale Drehachse senkrecht zur Transportrichtung der Aufnahme-Einrichtung rotiert. Wenn eine Aufnahme-Einrichtung über die beiden parallelen Führungsschienen rollt, so wird das oder jedes leitfähige Antriebsschwert der Aufnahme-Einrichtung nacheinander durch eine Abfolge von rotierenden Magnetfeldern hindurch transportiert. Hierdurch wird eine vortreibende Lorentz-Kraft auf das oder auf jedes Antriebsschwert ausgeübt, also eine Kraft parallel zu den Führungsschienen. Das Antriebsschwert überträgt diese vortreibende Kraft auf das Gestell. Diese antreibende Kraft ist ausreichend, um eine stillstehende Aufnahme-Einrichtung in Bewegung zu versetzen, falls sich das oder wenigstens ein Antriebsschwert in einem rotierenden Magnetfeld befindet. Die Aufnahme-Einrichtung nimmt Fahrt auf, und das oder jedes Antriebsschwert wird durch eine Abfolge von rotierenden Magnetfeldern hindurch transportiert, wodurch eine zusätzliche vortreibende Kraft auf die Aufnahme-Einrichtung ausgeübt wird.
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Weil die Aufnahme-Einrichtungen zu einem Zug gekoppelt sind, wird zu Beginn eines Transportvorgangs auf mindestens eine Aufnahme-Einrichtung des stillstehenden Zugs eine vortreibende Kraft ausgeübt, wenn die Transport-Anordnung eingeschaltet wird und die Magnetfeld-Erzeuger sich drehen. Die mindestens eine angetriebene Aufnahme-Einrichtung zieht und schiebt andere Aufnahme-Einrichtungen. Dadurch setzt sich der Zug in Bewegung, und weitere Antriebsschwerter werden durch die rotierenden Magnetfelder hindurch transportiert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jeder Magnetfeld-Erzeuger jeweils zwei Polradscheiben. Die beiden Polradscheiben sind konzentrisch auf dieselbe Welle montiert. Indem diese Welle gedreht wird, werden beide Polradscheiben mit gleicher Geschwindigkeit gedreht. Weil jede Polradscheibe konzentrisch montiert ist, tritt bei der Rotation keine Unwucht auf. Ein ortsfester Antrieb dreht die Welle und dadurch die beiden Polradscheiben. Diese gedrehte Welle ist ortsfest in dem Sinne, dass die Drehachse der Welle ortsfest ist und ihre Position relativ zu den ortsfesten Führungsschienen beibehält.
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In der Vorderansicht von 2 sind zwei Polradscheiben PRS.1, PRS.2 zu sehen, die beide auf derselben Welle We montiert sind, und zwar in zentrischer Position. Ein Antrieb An dreht diese Welle We und damit die beiden Polradscheiben PRS.1, PRS.2 um eine ortsfeste Drehachse, die in der Zeichenebene von 2 liegt. Das Antriebsschwert AS am Gestell Ge gleitet an einer Richtung senkrecht zum Betrachter und auf den Betrachter zu durch den Raum zwischen den beiden Polradscheiben PRS.1, PRS.2 hindurch. In der Seitenansicht von 1 sind die – gesehen in die Transportrichtung – rechte Polradscheiben PRS.2 sowie die Welle We zu sehen. Die Welle We steht senkrecht auf der Zeichenebene von 1. Die ortsfeste Drehachse der Welle We steht im Ausführungsbeispiel senkrecht auf der Transportrichtung, in welche die Aufnahme-Einrichtung AE transportiert wird, und ist waagerecht angeordnet.
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Im Beispiel von 1 und 2 sitzen zwei Polradscheiben PRS.1, PRS.2 auf derselben Welle We. Diese Welle We durchdringt dann auch den Raum zwischen den beiden Polradscheiben PRS.1, PRS.2. Möglich ist auch eine abweichende Ausgestaltung, bei der jede Polradscheibe PRS.1, PRS.2 eines Magnetfeld-Erzeugers auf einer eigenen angetriebenen Welle sitzt. In dieser Ausgestaltung bleibt der Raum zwischen den Polradscheiben PRS.1, PRS.2 frei von einer Welle und kann vollständig von einem Antriebsschwert durchdrungen werden.
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In einer Ausgestaltung sind auf dieselbe Welle vier Polradscheiben montiert. Zwischen jeweils zwei benachbarten Polradscheiben tritt ein freier scheibenförmiger Raum auf. Jedes Paar benachbarter Polradscheiben bildet jeweils einen Magnetfeld-Erzeuger. Ein Antrieb dreht die Welle mit den vier Polradscheiben und damit gleichzeitig zwei Magnetfeld-Erzeuger mit gleicher Geschwindigkeit. 4 zeigt diese Ausgestaltung.
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Der elektrische Antrieb für die Welle wird von außen angesteuert. Beispielsweise wird an den Antrieb des Magnetfeld-Erzeugers ein Signal übermittelt, welches eine Soll-Drehgeschwindigkeit für die Welle vorgibt. Der Antrieb stellt die geforderte Soll-Drehgeschwindigkeit des Magnetfeld-Erzeugers her.
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Jede Polradscheibe ist im Ausführungsbeispiel mit Permanent-Magneten bestückt. Die Permanent-Magneten sind an der oder nahe der äußeren Umfangsfläche einer Polradscheibe angeordnet. Jeweils zwei Permanent-Magneten in den beiden Polradscheiben liegen in einer Ausführungsform einander gegenüber. Eine gedachte Linie zwischen den beiden Permanent-Magneten steht senkrecht auf der Ebene jeder Polradscheibe und auch senkrecht auf der Vortriebskraft, welche die erzeugten Magnetfelder generieren. Die Permanent-Magneten in den Polradscheiben erfordern keine Energieversorgung von außen.
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Möglich ist auch, stattdessen jede Polradscheibe mit Wicklungen zu versehen, welche von einem Strom durchflossen werden. In beiden Ausgestaltungen, also sowohl bei Verwendung von Permanent-Magneten als auch von stromdurchflossenen Spulen, erzeugen die beiden Polradscheiben ein rotierendes Magnetfeld. Dieses Magnetfeld ist vorzugsweise rotationssymmetrisch zur Drehachse der angetriebenen Welle.
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Immer dann, wenn der ortsfeste Antrieb die beiden Polradscheiben eines Magnetfeld-Erzeugers dreht, wird das erzeugte Magnetfeld um die ortsfeste Drehachse derjenigen Welle gedreht, auf der die Polradscheiben montiert sind. Befindet sich ein leitfähiges Antriebsschwert in diesem Magnetfeld, so induziert das rotierende Magnetfeld Wirbelströme im leitfähigen Antriebsschwert. Diese Wirbelströme generieren eine Lorentz-Kraft. Das Prinzip der Lorentz-Kraft wird z. B. in
- – „Dubbel: Taschenbuch für den Maschinenbau", 18. Aufl., Kapitel V, insbes. Abschnitt 1.2.7, sowie in
- – „Gerthsen, Kneser, Vogel: Physik", 15. Aufl., Abschnitte 6.1.2, 7.1 und 15.3.3
erläutert.
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Die erzeugte Lorentz-Kraft wiederum bewirkt eine Antriebskraft in Richtung der Führungsschienen. Diese Antriebskraft wirkt auf das Antriebsschwert, und das Antriebsschwert überträgt diese Kraft auf das Gestell und damit auf die Aufnahme-Einrichtung. Diese Kraft bewegt die Aufnahme-Einrichtung entlang der Führungsschienen.
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Das Antriebsschwert ist schmaler, als der Raum zwischen den beiden Polradscheiben breit ist. Die Führungsschienen, das Antriebsschwert und die Polradscheiben sind so angeordnet, dass das Antriebsschwert durch den Raum zwischen den beiden parallelen Polradscheiben hindurch gleitet, ohne eine Polradscheibe zu berühren. Dank der Führungsschienen können die Aufnahme-Einrichtung und damit das Antriebsschwert sich nur innerhalb einer Toleranz seitlich, also in einer Richtung senkrecht zur Transportrichtung, bewegen.
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Der unterste Punkt des Antriebsschwerts beschreibt bei der Fahrt der Aufnahme-Einrichtung eine Bewegungsbahn parallel zu den beiden Führungsschienen. Diese Bewegungsbahn hat einen Abstand zu der angetriebenen Welle jedes Magnetfeld-Erzeugers, damit das Antriebsschwert bei der Fahrt nicht gegen die Welle We mit der ortsfesten Drehachse stößt. Dieser Abstand lässt sich vorab oder auch in Betrieb verändern, z. B. indem das Antriebsschwert relativ zum Gestell angehoben oder abgesenkt wird oder indem die Drehachse der Räder relativ zum Gestell angehoben oder abgesenkt werden. Dieses Anheben oder Absenken lässt sich manuell bei der Auslegung oder auch bei der Inbetriebnahme der Transport-Vorrichtung durchführen, ohne die Führungsschienen verändern zu müssen. Falls die beiden Polradscheiben PRS.1, PRS.2 auf zwei getrennten Wellen sitzen, durchdringt kein Abschnitt der Welle den Raum zwischen den beiden Polradscheiben.
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Die Aufnahme-Einrichtung hat vorzugsweise – außer den Rädern und den Drehachsen und in einer Ausgestaltung außer dem Endlos-Förderband quer zur Transportrichtung – keine Teile, die relativ zum Gestell rotieren oder sich auf andere Weise relativ zum Gestell bewegen.
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Der Abstand zwischen der Bewegungsbahn des Antriebsschwerts AS und der ortsfesten Drehachse, um die herum das Magnetfeld gedreht wird, sowie der Durchmesser der Polradscheiben legen die Eintauchtiefe des Antriebsschwerts AS fest, also wie tief das Antriebsschwert AS in das erzeugte Magnetfeld eintaucht.
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Diese Eintauchtiefe ist ein Parameter, der die erzeugte Vortriebskraft und somit den erzielten Wirkungsgrad beeinflusst. In Versuchen lässt sich eine gute oder sogar optimale Eintauchtiefe ermitteln. In Versuchen lässt sich auch der richtige Wert dafür ermitteln, welchen Abstand die Bewegungsbahn des unteren Abschluss des Antriebsschwerts relativ zu den Wellen der Polradscheiben hat.
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Wie gerade dargelegt, erzeugt das rotierende Magnetfeld eine vortreibende Lorentz-Kraft, welche das Antriebsschwert AS und damit die Aufnahme-Einrichtung AE entlang der Führungsschienen vorwärtstreibt und damit eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit der Aufnahme-Einrichtung bewirkt. Die Antriebs-Drehzahl, mit der diejenige Welle gedreht wird, auf der die Polradscheiben sitzen, ist größer als eine gedachte Synchron-Drehzahl der Polradscheiben. Diese Synchron-Drehzahl ist diejenige Drehzahl, welche eine gedachte antriebslose Scheibe mit dem effektiven Durchmesser der beiden gleich großen Polradscheiben dann erreicht, wenn die antriebslose Scheibe mit der Aufnahme-Einrichtung verbunden ist und die Aufnahme-Einrichtung mit der tatsächlich erzielten Fahrgeschwindigkeit entlang der Führungsschienen fährt und die gedachte antriebslose Scheibe mit ihrer dem effektiven Durchmesser entsprechenden Umfangsfläche eine Führungsschiene berührt und aufgrund der Fahrt der Aufnahme-Einrichtung ohne Schlupf gedreht und dabei gerollt wird. Die Synchron-Drehzahl beträgt also v/(Π·d_eff), wobei v die erzielte Fahrgeschwindigkeit und d_eff der effektive Durchmesser der Polradscheibe ist. Die Antriebs-Drehzahl und damit die Rotationsgeschwindigkeit des Magnetfelds sind größer als diese Synchron-Drehzahl. Die Schlupf-Drehzahl, das ist die Differenz aus Antriebs-Drehzahl und Synchron-Drehzahl, beeinflusst ebenfalls die Vortriebskraft. Bei der Fahrt der Aufnahme-Einrichtung aufgrund des rotierenden Magnetfelds tritt stets eine Schlupf-Drehzahl größer als Null auf.
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Auch der Parameter Antriebs-Drehzahl für die Welle eines Magnetfeld-Erzeugers lässt sich bei der Auslegung und/oder Inbetriebnahme der Transport-Anordnung verändern und optimieren, um eine gewünschte Fahrgeschwindigkeit und/oder einen akzeptablen Energieverbrauch des Magnetfeld-Erzeugers zu bewirken. Bei der Fahrt der Aufnahme-Einrichtung lassen sich die Antriebs-Drehzahlen der aufeinander folgenden Magnetfeld-Erzeuger gezielt regeln und verändern. Vorzugsweise lässt sich die jeweilige Antriebs-Drehzahl eines Magnetfeld-Erzeugers unabhängig von der Drehzahl jedes anderen Magnetfeld-Erzeugers regeln – außer wenn zwei Magnetfeld-Erzeuger von demselben Antrieb gedreht werden. Weil sich die Drehzahlen unabhängig voneinander regeln lassen und wegen des oben erwähnten linearen Zusammenhangs lässt sich ein einfacher Regler, z. B. ein PI-Regler, dafür einsetzen, um die gesamte Transport-Anordnung auf eine vorgegebene Soll-Transportgeschwindigkeit zu regeln.
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In einer Ausgestaltung besitzt eine Aufnahme-Einrichtung zwei Antriebsschwerte, die beide am Gestell Ge hängen und – gesehen in eine Richtung senkrecht zur Fahrtrichtung – einen Abstand voneinander haben, vgl. 3 und 4. In der Ausgestaltung von 4 sind auf derselben angetriebenen Welle zwei Paare mit jeweils zwei Polradscheiben montiert. Diese insgesamt vier Polradscheiben werden daher mit gleicher Drehgeschwindigkeit gedreht, weil sie alle auf derselben Welle sitzen. In der Ausgestaltung von 3 sind zwei Paare von Polradscheiben seitlich versetzt montiert. Die beiden Paare von Polradscheiben erzeugen in beiden Ausgestaltungen zwei rotierende Magnetfelder. Die beiden beabstandeten Antriebsschwerte bewegen sich gleichzeitig oder nacheinander durch die beiden Räume zwischen jeweils zwei Polradscheiben. Diese Ausgestaltung erzeugt einen größeren Vortrieb bei gleicher Anzahl von angetriebenen Wellen und gleicher Anzahl von Antrieben für die Wellen.
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Vorzugsweise sind diese vier Polradscheiben gleich aufgebaut und aus gleichem Werkstoff. Oder wenigstens sind die beiden Paare von Polradscheiben spiegelsymmetrisch. In beiden Ausgestaltungen werden die beiden erzeugten rotierenden Magnetfelder gleich stark und sind spiegelsymmetrisch. Dadurch wird verhindert, dass eine Scherkraft auf die Aufnahme-Einrichtung mit den beiden Antriebsschwertern ausgeübt wird. Bezugszeichenliste
| Bezugszeichen | Bedeutung |
| Ach.1.1 | Achse mit dem Rad Ra.1.1 |
| Ach.1.2 | Achse mit dem Rad Ra.1.2 |
| Ach.2.1 | Achse mit dem Rad Ra.2.1 |
| Ach.2.2 | Achse mit dem Rad Ra.2.2 |
| AE | Aufnahme-Einrichtung mit dem Gestell Ge, dem Quergurt Fw und dem Antriebsschwert AS |
| AE.1, AE.2, AE.3 | drei lösungsgemäße Aufnahme-Einrichtungen, die zu einem Zug zusammengekoppelt sind |
| An | Antrieb für die Welle We mit den Polradscheiben PRS.1, PRS.2 |
| An.1, An.2 | Antriebe für die Wellen We.1, We.2 |
| AS | Leitfähiger Körper in Form eines Antriebsschwerts |
| Bel.1 | Beladestation |
| Ent.1 | Entladestation |
| Fb | Querband („cross belt“) in Form eines Endlos-Förderbands |
| Ge | Gestell, hält die Achsen Ach.1.1, Ach.1.2, Ach.2.1, Ach.2.2 sowie die Rollen Ro.1, Ro.2 |
| Gl.1, Gl.2 | Gleise der Führungs-Einrichtung |
| P | Postpaket, welches von der Aufnahme-Einrichtung transportiert wird |
| P.1, P.2, ... | Postpakete, welche vom Zug mit drei Aufnahme-Einrichtungen transportiert werden |
| PM.1, PM.2, ... | Permanent-Magneten auf der Polradscheibe PRS.1 |
| PRS.1, PRS.2 | Polradscheiben auf der Welle We |
| PRS.1.1, PRS.1.2 | Polradscheiben auf der Welle We bzw. auf der Welle We.1 |
| PRS.2.1, PRS.2.2 | Polradscheiben auf der Welle We.2 |
| Ra.1.1, Ra.1.2, Ra.2.1, Ra.2.2 | Räder, die auf den Achsen Ach.1.1, Ach.1.2, Ach.2.1, Ach.2.2 am Gestell Ge sitzen |
| Ro.1, Ro.2 | Rollen, um die herum der Quergurt Fb der Aufnahme-Einrichtung AE geführt ist |
| Ro.1, Ro.2 | Rollen am Gestell Ge, um die herum das Endlos-Förderband Fb geführt ist |
| We | Welle, welche die Polradscheiben PRS.1, PRS.2 dreht |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009009076 A1 [0002]
- GB 2284105 A [0003]
- JP 2005272102 A [0004]
- JP 2008074505 A [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Dubbel: Taschenbuch für den Maschinenbau“, 18. Aufl., Kapitel V, insbes. Abschnitt 1.2.7 [0084]
- „Gerthsen, Kneser, Vogel: Physik“, 15. Aufl., Abschnitte 6.1.2, 7.1 und 15.3.3 [0084]