用于分离片材的设备的制作方法

用于分离片材的通用类型的设备具有：驱动器；以及，耦合到该驱动器的片材拾取装置(Blattgutaufnehmer)。驱动器被设计成使片材拾取装置处于预定的状态(versetzt)，例如使片材拾取装置处于进行平移运动或旋转运动的状态。例如，一种已知的片材拾取装置是按照轧辊(Walze)的方式构造的。此处，片材拾取装置被设计成用于从片材堆(Blattgutstapel)拾取单个片材件(Blattgutstück)，其中，在片材堆中有多个以彼此层叠(schichtartig)的方式沿着垂线方向(Lotrichtung)放置的片材件。

对于片材而言，其例如可为纸张、纸板或者是安全文件(例如银行票据、纸币、支票)或类似物。相应的片材堆也就包括例如安全文件堆、纸张堆或纸板堆。

用于分离片材的通用类型的设备例如在WO 2014/005715 A1中有所描述。此处，片材拾取装置按照振荡式传送带的形式来设计，通过该片材拾取装置可从片材堆取得单个片材件。然而，传送带并不接合片材堆的最顶层片材件，而是接合片材堆的最底层片材件。因此，片材件通过振荡式传送带从片材堆的下侧提取。

本发明的目标是提出一种允许安全且可靠地分离片材的方式。

该技术目标通过独立权利要求1和15的主题之一来实现。有利实施方式的技术特征在从属权利要求中有所公开。

根据本发明提出的是，将驱动器设计成，使片材拾取装置处于围绕旋转轴(该旋转轴实质上平行于垂线方向)进行振荡式旋转运动(oszillierende Rotationsbewegung)的状态，以便从片材堆拾取单个片材件。对于所述单个片材件而言，其优选为片材堆的最顶层片材件或最底层片材件。

所述片材例如为纸张、纸板、安全文件(例如银行票据、纸币、支票)或类似物。片材堆优选具有多个相同类型的片材件。这方便了驱动器的控制。片材堆的片材件被设计成例如为长方形，并且每个片材件均具有同一长度、同一宽度和同一高度，其中相应片材件的高度为其长度和宽度极小的一部分，例如纸币的情况。

驱动器例如包括可致动的电机装置，以便使片材拾取装置处于所述围绕旋转轴进行振荡式旋转运动的状态。驱动器的具体设计方案将在下面更详细地讨论。

例如，围绕旋转轴的振荡式旋转运动沿着小于10°的角度范围进行。所述角度范围例如为大约1°。因此，驱动器例如被设计成围绕旋转轴将片材拾取装置旋转大约1°，并随后在相反方向上进行旋转运动。

振荡式旋转运动的频率优选为大于1kHz。振荡式旋转运动的频率例如为大约40kHz。振荡式旋转运动的频率优选根据单个片材件的高度来确定。该频率例如与高度的倒数值(Kehrwert)成正比。

在所述设备的另一个实施方式中，驱动器被设计成使片材拾取装置处于沿着垂线方向进行平移运动的状态，从而以特定的力将用于拾取单个片材件的片材拾取装置压到单个片材件的表面上。例如，驱动器将片材拾取装置定位到片材堆上方，以便将片材拾取装置压到最顶层片材件的中心位置(例如中点)处。

片材拾取装置被优选设计成——由于其围绕旋转轴的振荡式旋转运动并且由于通过驱动器所施加的、用于将片材拾取装置压到单个片材件表面上的力——引起在片材拾取装置与单个片材件之间的吸引力，以便将单个片材件从片材堆移除。例如，在片材件与待拾取和移除的单个片材件之间引起接触，例如所谓的表面-柔性表面的接触(Surface-to-flexible-Surface-Kontakt)，该接触引起吸引力的产生。通过所引起的吸引力，有可能将单个片材件从片材堆移除。为此目的，驱动器被优选设计成，使片材拾取装置处于沿着实质上垂直于垂线方向的第一方向进行平移运动的状态，以便将所拾取的单个片材件从片材堆移除，其中该第一方向优选实质上垂直于单个片材件的长边(Langsseite)。可供选择地或额外地，驱动器被优选设计成，使片材拾取装置处于沿着实质上垂直于垂线方向的第二方向进行平移运动的状态，从而将所拾取的片材件从片材堆移除，其中第二方向优选实质上平行于单个片材件的长边。

驱动器例如被设计成用于首先将片材拾取装置定位到片材堆上方，以便随后将片材拾取装置压到最顶层片材件的表面上。在此之前、期间或之后，驱动器使片材拾取装置处于进行所述振荡式旋转运动的状态。由此，在片材拾取装置的(置于片材件的表面上的)远端与单个片材件的表面之间引起吸引力。片材堆的最顶层片材件因此附着到片材拾取装置的远端上。在维持振荡式旋转运动的同时，沿着所述第一方向和/或沿着第二方向和/或沿着垂线方向执行平移运动，从而将片材堆的最顶层片材件从片材堆移除，且例如送至片材收集容器或者送至片材输入设备和/或片材输出设备。

片材拾取装置优选在其远端(该远端在将片材拾取装置定位到片材堆上方期间指向最顶层片材件的表面)上具有拾取头(Aufnahmekopf)。此外，优选在片材拾取装置的近端上设置有用于耦合到驱动器的耦合单元(Kopplungselement)。该耦合单元优选以如下方式构造，即驱动器被设计成使片材拾取装置处于进行所述振荡式旋转运动的状态。

例如，考虑到其重量分布和/或其尺寸，片材拾取装置被设计成相对于旋转轴是旋转对称的，例如是实质上呈圆柱形的。由于片材拾取装置的这种旋转对称的设计，使得在振荡式旋转运动期间，不会产生不平衡力或者至多会产生很小的不平衡力(Unwuchtkraft)。

设置在片材拾取装置的远端上的拾取头可具有凸面的、平面的或凹面的圆周轮廓(Umfangsverlauf)。例如，片材拾取装置在其远端处被倒圆(abgerundet)，也就是说形成凸面或凹面，例如使得拾取头被设计成相对于处在旋转轴上的参考点呈近似球对称。由于片材拾取装置的凸面拾取头的这种近似球对称的设计，在片材堆的最顶层片材件的表面与片材拾取装置之间的接触面相对较小。

在另一个优选实施方式中，用于接触单个片材件的片材拾取装置具有弹性材料。该弹性材料例如是硅，或是其他橡胶类材料，例如合成橡胶(Elastomer)。例如，该弹性材料所具有的硬度大约为30至95邵氏A型硬度(Shore A)，比如大约40邵氏A型硬度。

在一个示例性实施方式中，片材拾取装置具有以第一材料制成的主体，以及，被施加到该主体上的以第二材料制成的涂层，其中第二材料包含弹性材料。所述涂层例如被设置在拾取头上，并且例如被构造为表面涂层。例如，主体被构造成实质上是圆柱形的，具有大约10mm的长度和大约5mm的半径，其中涂层的厚度例如为大约0.5mm。

片材拾取装置优选通过固定轴承(Festlager)耦合到驱动器。该驱动器例如具有旋转元件和平移元件。平移元件被设计成使片材拾取装置处于进行所述振荡式旋转运动的状态。优选通过驱动器的平移元件实现了使片材拾取装置处于沿着垂线方向进行移动的状态。片材拾取装置的耦合单元优选被耦合到驱动器的旋转元件。驱动器的平移元件和旋转元件优选通过回转节(Drehgelenk)彼此耦合。

为了控制驱动器，该设备例如具有控制单元。该控制单元例如被设计成，根据控制程序来生成控制信号，并且将控制信号送至驱动器，所述驱动器将所述控制信号转化为机械运动并因此使片材拾取装置处于进行所述振荡式旋转运动和/或平移运动的状态。

此外，该设备能够包括被可移动地安装的耦合件，该耦合件将驱动器耦合至以位置固定的方式安装的基体。例如，耦合件被安装成在(垂直于垂线方向的)所述第一和/或第二方向上是可移动的，并且有可能通过控制单元来致动。在该实施例中，片材拾取装置在片材堆的最顶层片材件上方的定位可借助于耦合件来实现，其中，驱动器和片材拾取装置在这种情况下并不相对于耦合件发生移动。仅在将片材拾取装置压到最顶层片材件的表面上以及使片材拾取装置处于进行所述振荡式旋转运动的状态时，驱动器和片材拾取装置会相对于耦合件发生移动。

如独立权利要求15所述的方法形成了本发明的另一方面。根据本发明的、用于分离片材的方法相应地具有根据本发明的、用于分离片材的设备的优点，并且具有与根据本发明的第一方面的设备的上述优选实施方式(特别是如从属权利要求中所限定的实施方式)相对应的优选实施方式。因此可参考以上所讨论的内容。

特别优选的是，所述方法包括：将片材拾取装置定位到片材堆上方，以及将片材拾取装置压到片材堆的最顶层片材件的表面上，并且使片材拾取装置处于围绕实质上平行于垂线方向的旋转轴进行振荡式旋转运动的状态，以便从片材堆拾取和移除单个片材件。在这种情况下，实现了在将片材拾取装置压到最顶层片材件上之前、期间或之后，使片材拾取装置处于进行振荡式旋转运动的状态。

本发明的主题适用于分离任何类型的片材。特别地，本发明的主题可被用来分离安全文件，比如纸币或银行票据。

本发明的一个优势特别在于能够以一种安全且可靠的方式使用少量部件实现片材的分离。特别地，可实现片材的分离而无需在所述设备上设置摩擦副(Reibpartner)，该摩擦副用于防止在最顶层片材件由片材拾取装置拾取时位于最顶层片材件以下的那些片材件被连带着移除。

在上面对用于分离片材的设备和方法进行说明时，一直是假设片材拾取装置接合片材堆的最顶层片材件。然而还有可能的是，片材拾取装置接合片材堆的最底层片材件。在该实施方式变体中，将片材拾取装置压到最底层片材件的下侧，并且同样使其处于进行所述振荡式旋转运动的状态。因此，该实施方式变体具有与本发明的上述优选实施方式(特别是如从属权利要求中所定义的实施方式)相对应的优选实施方式。因此可参考以上所讨论的内容。

下面将根据在附图中所示的示例性实施方式来更加详细地说明本发明的基本思想。在附图中示出的是：

图1显示了三个片材件的示意性截面图；

图2显示了用于分离片材的设备的整体说明性视图；

图3显示了图2中所示的设备的示意性截面图；

图4显示了图2中所示的设备的另一个示意性截面图；以及

图5A-C显示了图2中所示的设备的片材拾取装置的示意性截面图。

图2至图4显示了用于分离片材的设备1的说明性视图。图2以整体视图显示了设备1，而图3和图4以截面视图显示了该设备。

设备1被构造为用于分离片材。具体地，应当用于分离(以彼此层叠的方式沿着垂线方向y放置并因此形成片材堆5的)单个片材件5-1至5-n。因此，设备1包括片材拾取装置12，该片材拾取装置12受到设备1的驱动器11的驱动。因此，驱动器11使片材拾取装置12处于进行特定运动的状态，这在下面将进行更加详细的说明。在图5中显示了该片材拾取装置12的示意性截面图。

为了对用于分离片材的设备1的设计和用于分离片材的方法进行说明，下面将参考所有的附图2至5。接下来将根据图1来示例性地说明如何计算用于操作设备1的特定控制参数。

驱动器11具有平移元件111以及旋转元件112。驱动器11例如受到设备1的控制单元(附图中未示出)致动。

平移元件111被设计成使片材拾取装置12处于沿着垂线方向y进行移动的状态，并且通过驱动器11的旋转元件112实现了使片材拾取装置处于围绕与垂线方向y平行的旋转轴r进行振荡式旋转运动的状态。

然而，具有平移元件111以及旋转元件112的驱动器11被设置成，能够沿着与实质上垂直于垂线方向y的第一方向x和/或第二方向z移动，从而使得所拾取的片材件5-1可在x方向和z方向上从片材堆5移除。

片材堆5例如为纸张堆、纸板堆、安全文件(例如银行票据、纸币或支票)堆或类似片状介质的堆。这些介质以彼此层叠的方式沿着垂线方向y放置，由此形成片材堆5。在所示实施例中，片材件5-1至5-n中的每一个都具有相同的长度L、相同的宽度B和相同的高度H。然而，本发明的主题并不要求所有的片材件5-1至5-n都具有相同的尺寸。

为了拾取单个片材件，即最顶层片材件5-1，具有耦合到其上的片材拾取装置12的驱动器11首先被定位到片材堆5上方。随后，驱动器11将片材拾取装置12压到最顶层片材件5-1的表面51上，例如压到最顶层片材件5-1的中点上，如图2中示意性示出的。随后，驱动器11借助于平移元件111以特定的力将片材拾取装置12压到最顶层片材件5-1的表面51上。在将片材拾取装置12压到表面51上之前、期间或之后，驱动器11借助于旋转元件112使片材拾取装置12处于围绕旋转轴r进行振荡式旋转运动的状态。

围绕旋转轴r的振荡式旋转运动在小于10°的角度范围上进行。例如，驱动器11将片材拾取装置12沿着旋转方向rr围绕旋转轴r旋转角度该角度为1°。随后，驱动器11将片材拾取装置12沿着旋转方向rr的反方向旋转1°，并且以特定的频率重复这一过程。该振荡式旋转运动例如以大于1kHz的频率来实现。所述频率例如为大约20至40kHz。该频率例如依赖于单个片材件5-1的高度H确定。例如，该频率正比于单个片材件5-1的高度H的倒数值。这将在下面参考附图1更加详细地说明。

参考附图5A-C，首先更详细地讨论片材拾取装置12示例性的可能设计方案。片材拾取装置12在其近端处包括耦合单元121，该耦合单元121在图5中仅以说明性的方式示出。片材拾取装置12借助于耦合单元121耦合到驱动器11的旋转元件112。

片材拾取装置12被构造成实质上呈圆柱形，特别还应相对于旋转轴r旋转对称。片材拾取装置12在其远端处具有拾取头122。

在图5A中所示的实施例中，拾取头122被构造成相对位于旋转轴r上的参考点P是球对称的并且是凸面的。换言之，拾取头122——并因此片材拾取装置12的远端——具有凸面的圆周轮廓。拾取头122的表面可因此被构造为，使得位于该表面上的每一个点相对于参考点P具有相同的半径R，因此该半径R对应于一球半径。该球半径R根据应用或者根据片材的类型来确定。

在对应于图5A的实施例中，片材拾取装置12具有：由第一材料形成的主体12-1；以及，由不同于第一材料的第二材料形成的涂层12-2。涂层12-2的第二材料包括弹性材料，例如硅或者其他橡胶类材料。片材拾取装置12的主体12-1的第一材料具有的弹性低于涂层12-2材料的弹性。在所示的实施例中，涂层12-2仅设置在拾取头122上，并且具有一毫米或小于一毫米(例如0.5mm)的较小厚度。

然而，片材拾取装置12在其远端处不必一定要具有凸面的圆周轮廓和/或所述涂层12-2。在根据图5B的实施方式变体中，拾取头122——并因此片材拾取装置12的远端——具有实质上平面的圆周轮廓；并且，在根据图5C的实施方式变体中，拾取头122——并因此片材拾取装置12的远端——具有实质上凹面的圆周轮廓。

根据待拾取的片材件5-1…5-n的类型，拾取头122的某种特定圆周轮廓相比于其他圆周轮廓可能更加适用。尽管片材拾取装置12在图3和图4中被显示为包括具有凸面的圆周轮廓的拾取头122，但此处的示例性实施方式并不限于此类拾取头122。相反，在根据图3和图4的实施例中，拾取头122也可具有实质上平面的或者凹面的圆周轮廓。

在驱动器11已将片材拾取装置12压到最顶层片材件5-1的表面51上并且已使片材拾取装置12处于进行所述振荡式旋转运动的状态之后，最顶层片材件5-1在x方向上移动第一距离Δ1，而位于片材件5-1以下的片材件5-2移动第二距离Δ2。在图4中能够清楚地看出第一距离Δ1明显大于第二距离Δ2。

最后，片材拾取装置12的接触压力和片材拾取装置12的振荡式旋转运动使得能够将最顶层片材件5-1从片材堆5移除。驱动器11——在维持片材拾取装置12进行振荡式旋转运动的同时——可将最顶层片材件5-1从片材堆5移走，并且将该最顶层片材件5-1例如传送至片材输出设备(未在附图中示出)。在放下了被传送的片材件5-1之后，驱动器11返回至片材堆5并且以相同的方式处理下一个片材件5-2。

片材拾取装置12还被设计成——由于其围绕旋转轴r的振荡式旋转运动并且由于通过驱动器11所施加的、用于将片材拾取装置12压到最顶层片材件5-1的表面51上的力——引起在片材拾取装置12与单个片材件5-1之间的吸引力，从而使得单个片材件5-1可从片材堆5移除。

为了确定片材拾取装置12的振荡式旋转运动的频率，例如可按照以下过程：将片材堆5建模为具有矩形截面的整体式的条状物(monolithischer Balken)。该条状物包括n个假想元素，其中n相应于单个片材件5-1至5-n的数量，每个元素对应于一个片材件。在图1中显示了这n个元素中的元素i-1、i和i+1，这三个元素例如代表了三个彼此相叠的片材件5-1、5-2和5-3。

随后根据公式1：

确定该条状物的本征模(Eigenformen)。在公式(1)中

M代表质量矩阵，

K代表刚度矩阵，

代表围绕旋转轴r的元素(片材件)的扭转角，以及

代表的二次时间导数。

为了确定质量矩阵M和刚度矩阵K建立运动方程。在n个假想元素中的每个单个假想元素之间的相应连接被调制为具有刚度c的扭簧(Torsionsfeder)。刚度c根据以下关于发生扭转的元素的扭转角的公式2得到：

在公式(2)中

T代表扭矩(Torsionsmoment)

G代表剪切模量(Schubmodul)

I_t代表面积惯性矩

d代表条状物的长度

对于第i个元素(片材件)而言，得到运动方程3：

其中J代表转动惯量，并且关于第n个运动方程得到以下方程4：

对于具有三个片材件(n＝3)的片材堆，得到质量矩阵M和刚度矩阵K如下：

和

根据通过两个矩阵M和K对条状物的完整描述，可确定固有频率以及通过本征向量描述的相应本征模。例如，使用以下在表格中给出的变量来进行计算：

根据这些数据，例如通过方程(2)和表格中的数值，可以确定振荡式旋转运动的频率例如为40.595kHz，以便将最顶层片材件5-1从片材堆5移除，而不会连带着将其余的片材件5-2至5-n从片材堆5移除。特别地，还有可能不依赖于片材件5-1至5-n的数量n确定振荡式旋转运动的频率。当然，上述的数值和计算方法应理解为仅仅是示例性的。

对于上面所说明的用于分离片材的设备和方法而言，一直是假设片材拾取装置12接合片材堆5的最顶层片材件5-1。然而还有可能的是，片材拾取装置12接合片材堆5的最底层片材件5-n。在该实施方式变体中，片材拾取装置12被压到最底层片材件5-n的下侧上，并且同样使其处于围绕旋转轴r进行所述振荡式旋转运动的状态。

附图标记列表/所使用的缩写

1 用于分离片材的设备

11 驱动器

12 片材拾取装置

12-1 主体

12-2 涂层

121 耦合单元

122 拾取头

5 片材堆

5-1…5-n 片材件

51 最顶层片材件5-1的表面

B 单个片材件的宽度

L 单个片材件的长度

H 单个片材件的高度

r 旋转轴

rr 振荡式旋转运动的方向(旋转方向)

R 球半径

P 旋转轴r上的参考点

x x轴/第一方向

y y轴/垂线方向

z z轴/第二方向

Δ1 第一距离

Δ2 第二距离