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Die Erfindungen betreffen allgemein Regalbediengeräte, insbesondere Regalbediengeräte einer Bauhöhe bis ca. 20 m.
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Bekannt sind Regalbediengeräte in der Klasse bis ca. 18 m Bauhöhe, die sowohl am Mastfuß als auch an der Mastspitze Antriebe haben, die auf die jeweiligen Führungsschienen an Mastfuß und Mastspitze wirken. Beim Abbremsen können durch die Antriebe an beiden Enden des Masts Dämpfungen auf den Mast wirken zur Dämpfung entstehender Mastschwingung.
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DE 10 2005 039 643 B4 lehrt ein Regalbediengerät mit einem Mast, der an seinem unteren Mastende an einer Fahrschiene abgestützt und entlang der Fahrschiene von der Fahrschiene geführt verfahrbar ist. Eine im Bereich des oberen Mastendes angeordnete, parallel zur Fahrschiene verlaufende Führungsschiene ist vorgesehen. Am oberen Mastende sind drehgelagerte Führungsrollen, die zur Führung des Masts beidseitig an der Führungsschiene anliegen, wobei zumindest eine an der Führungsschiene abrollende und Kraft beaufschlagende Reibrolle vorgesehen ist.
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Allerdings treiben diese zwei Antriebe die Kosten von Regalbediengeräte nach oben. Andererseits führen mangelnde Koordination von Antrieb und Reibrolle zu Schwingungen des Regalbediengeräts besonders beim Abbremsen, was zur Verlängerung von – kurz zu haltenden – Positionierzeiten führt.
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Daher wäre es wünschenswert, ein preisgünstiges Regalbediengerät in der Klasse bis ca. 18 m oder 20 m Bauhöhe zu haben, insbesondere ohne einen zweiten Antrieb, der zur Abbremsung des Mastes an beiden Mastenden koordiniert Bremsmomente einleiten kann, um die Reduzierung der Positionierzeit zu erreichen.
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Darin kann die Problemstellung gesehen werden ...
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Ihr wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren jeweils mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 oder 14 Rechnung getragen. Ebenso löst Anspruch 18 das Problem. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche. Die Ansprüche 2 bis 13 beziehen sich dabei inhaltlich auch auf Anspruch 14.
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Gemäß einem ersten Aspekt (Anspruch 1) hat das Regalbediengerät zumindest einen Mast, der an seinem unteren Mastende durch einen Antrieb an eine Fahrschiene gekoppelt ist und entlang der Fahrschiene verfahrbar ist (von der Fahrschiene geführt). Gemäß einem zweiten Aspekt ist im Bereich des oberen Mastendes, parallel zur Fahrschiene verlaufend, eine Führungsschiene angeordnet. Gemäß einem weiteren Aspekt ist am Mast, im Bereich des oberen Mastendes, eine Führung angeordnet. Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Führung ein zuschaltbares Dämpfungselement. Eine Bewegung des Masts in der Führungsschiene ist so dämpfungsfähig. Gemäß einem weiteren Aspekt ist das zuschaltbare Dämpfungselement von einer Steuerung ansteuerbar. Gemäß einem weiteren Aspekt wirkt die Steuerung einer Schwingung des Mastes zumindest beim Abbremsen entgegen. Gemäß einem weiteren Aspekt erfolgt dies durch ein im Wesentlichen gleichzeitiges Ansteuern des Antriebs und des zuschaltbaren Dämpfungselements. Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Ansteuern praktisch gleichzeitig erfolgen, will heißen ”gleichzeitig” im Rahmen von bis zu 5% Abweichung.
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Bevorzugt ist das Dämpfungselement mitseinen zugeordneten Komponenten am oberen Mastende angebracht (Anspruch 9, 10). Zumindest aber hat das eine oder mehrere Dämpfungselemente einen Abstand von dem Antrieb an der (unteren) Fahrschiene (Anspruch 1).
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Vorteilhaft ist die Reduktion der Mastschwingung beim Abbremsvorgang, der zu einer kürzeren Positionierzeit führt.
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Optional kann die Ansteuerung des Antriebs und/oder des Dämpfungselementes unter Berücksichtigung einer Antipendelfunktion erfolgen. Hierdurch kann die Positionierzeit des Masts beim Abbremsvorgang weiter reduziert werden (Anspruch 2).
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In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Antipendelfunktion auf der Funktion eines Input Shapers basieren (Anspruch 3). Diese ist besonders geeignet zur Reduktion von Vibrationen bei numerisch gesteuerten Maschinen. Entsprechend ist bei Anwendung dieser Funktion eine weitere Reduktion der Positionierzeit des Masts beim Abbremsvorgang erreichbar.
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Bei einigen Ausführungsformen kann die Antipendelfunktion beim Einfahren in eine Zielposition des Regalbediengerätes berücksichtigt werden (Anspruch 4). Somit lassen sich die übrigen Bewegungen des Regalbediengerätes einfacher gestalten.
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Optional kann die Dämpfung beim Einfahren in eine Zielposition des Regalbediengerätes aktiviert werden (Anspruch 5) und kann in weiteren Ausführungsbeispielen während der restlichen Fahrzeit deaktiviert sein oder bleiben. Entsprechend ergeben sich Energieersparnis und Zeitgewinn bei den übrigen Bewegungen des Regalbediengerätes.
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In Ausführungsbeispielen kann die Ansteuerung unabhängig von einer aktuellen Schwingungsfrequenz des Regalbediengeräts ausgeführt sein (Anspruch 6). Vorteilhaft sind so Beladungszustand des Masts und Position der Last bei der Steuerung unbeachtlich, was zur Vereinfachung der Steuerung beiträgt.
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Bei einigen Ausführungsformen kann die Dämpfung des Dämpfungselements elektrisch erfolgen. Ebenso mechanisch. Oder als eine Kombination. Durch eine Auswahl möglicher Dämpfungen sowie durch deren Kombination lässt sich die unter den gegebenen Umständen jeweils preiswerteste Lösung realisieren (Anspruch 7).
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Optional hat die elektrische Dämpfung eine Wirbelstrombremse. Somit können für den laufenden Betreib kostengünstige Elektromotoren mit geringem Verschleiß zum Einsatz kommen.
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Sind mehrere Dämpfungselemente vorgesehen, können sie an verschiedenen Höhen angeordnet sein. Jeweils eine zugeordnete Führungsschiene ist dann vorgesehen. Eine Einflussnahmen ist auf die Höhe des Dämpfungselements abgestimmt. Z. B: im Wege der jeweiligen Antipendelfunktion (Dämpfungselemente 12).
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Eine Lösung ist auch das Regalbediengerät, bei dem die Führung ein zuschaltbares und gesteuertes Dämpfungselement umfasst, zur Dämpfung einer schwingenden Bewegung des oberen Mastendes des Masts in der Führungsschiene, die schwingende Bewegung relativ zum Antrieb (Anspruch 18).
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Gemäß einem Verfahrensaspekt (Anspruch 14) schafft ein Verfahren die Verkürzung der Positionierzeit eines Regalbediengerätes, das einen Mast aufweist. Gemäß einem weiteren Verfahrensaspekt ist eine Ansteuerung eines Antriebs vorgesehen, der das untere Mastende an eine Fahrschiene koppelt. Dadurch verfährt der Mast entlang der Fahrschiene. Gemäß einem weiteren Verfahrensaspekt erfolgt die Ansteuerung eines Dämpfungselements in einem Abstand von dem unteren Mastende hin zum oberen Mastende in einer am Mast angeordneten Führung, die mit einer parallel zur Fahrschiene verlaufenden Führungsschiene gekoppelt ist. Gemäß einem weiteren Verfahrensaspekt erfolgt die Ansteuerung des Antriebs und des Dämpfungselementes beim Einfahren in eine Zielposition des Regalbediengerätes gleichzeitig. Das Maß der Gleichzeitigkeit hat einen gewissen Spielraum und soll nicht μsec-genau verstanden werden. Z. B bietet sich die Zeitspanne des Abbremsens bis zum Erreichen der Zielposition (des Einfahrens in diese Lage) als Vergleichsgröße an. Bis zu 5% dieser Zeitspanne kann als noch immer ”gleichzeitig” angesehen werden. Mit anderen Worten, wenn die Ansteuerung des Antriebs und des Dämpfungselements beim Einfahren in eine Zielposition des Regalbediengerätes nicht genau gleichzeitig erfolgt, aber die Abweichung nicht mehr als 5% der Einfahrzeitspanne ist, soll es vom Anspruch 10 mit seinem Begriff ”praktisch gleichzeitig” erfasst sein.
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So wird mit dem beanspruchten Verfahren die Verkürzung der Positionierzeit des Regalbediengerätes erreicht.
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Optional kann die Ansteuerung des Antriebs und/oder des Dämpfungselementes unter Berücksichtigung einer Antipendelfunktion erfolgt. Vorteilhaft wird so eine weitere Verkürzung der Positionierzeit erreicht.
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Bevorzugt entspricht der Abstand von dem unteren Mastende der Masthöhe, so dass die Führung (als Führungseinrichtung) und die Führungsschiene in dieser Höhe angebracht sind. Sind mehrere Dämpfungselemente vorgesehen sind sie auf unterschiedlichen Höhen des Masts des Regalbediengeräts angebracht.
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Das zuschaltbare Dämpfungselement kann von einer Steuerung so ansteuerbar sein, dass die Steuerung einer Schwingung des Masts beim Abbremsen des Regalbediengeräts entgegenwirkt. Dies durch eine im Wesentlichen, bevorzugt gleichzeitige Ansteuerung von Antrieb und zuschaltbarem Dämpfungselement (Anspruch 19).
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Einige Ausführungsbeispiele der beanspruchten Erfindung werden nachfolgend mit Blick auf die Figuren näher erläutert.
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1 zeigt einen ersten Aufbau eines Regalbediengeräts gemäß einer Ausführungsform.
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2 zeigt ein mechanisches Ersatzschaltbild einer Ausführungsform eines Regalbediengeräts.
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3 zeigt eine Schwingung am oberen Mastende des Regalbediengeräts (RBG) ohne Dämpfung (Amplitude der Schwingung über der Zeit).
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4 zeigt die Schwingung (heller) am oberen Mastende des Regalbediengeräts ohne Dämpfung und zusätzliche eine Schwingung (dunkler) am oberen Mastende mit einer Dämpfung (Amplitude der Schwingung über der Zeit).
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5 zeigt ein Verfahren nach einem Ausführungsbeispiel.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Dickenabmessungen von Linien, Schichten und/oder Regionen um der Deutlichkeit Willen übertrieben dargestellt sein.
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Man beachte, dass ein Element, das als mit einem anderen Element ”verbunden” oder ”verkoppelt” bezeichnet wird, mit dem anderen Element direkt verbunden oder verkoppelt sein kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als ”direkt verbunden” oder ”direkt verkoppelt” mit einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Andere Begriffe, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten auf ähnliche Weise interpretiert werden (z. B. ”zwischen” gegenüber ”direkt dazwischen”, ”angrenzend” gegenüber ”direkt angrenzend” usw.).
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Die Terminologie, die hier verwendet wird, dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll die Ausführungsbeispiele nicht beschränken. Wie hier verwendet, sollen die Singularformen ”einer”, ”eine”, ”eines” und ”der, die, das” auch die Pluralformen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt.
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Solange nichts anderes definiert ist, haben sämtliche hier verwendeten Begriffe (einschließlich von technischen und wissenschaftlichen Begriffen) die gleiche Bedeutung, die ihnen ein verständige Fachmann auf dem Gebiet, zu dem die Ausführungsbeispiele gehören, beimisst. Ferner sei klargestellt, dass Ausdrücke, z. B. diejenigen, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so zu interpretieren sind, als hätten sie die Bedeutung, die mit ihrer Bedeutung im Kontext der einschlägigen Technik konsistent ist, und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinn zu interpretieren sind, solange dies hier nicht ausdrücklich gesagt wird.
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1 zeigt ein Regalbediengerät 1 eines Ausführungsbeispiels. Das Regalbediengerät 1 hat einen beweglichen Masten 10, der mit einer Lastaufnahme versehen ist (nicht gezeigt). Mit Hilfe dieser Lastaufnahme ist das Gerät in der Lage, automatisch Lasten in ein Regal, insbesondere in ein Hochregal bis 20 m, insbesondere ca. 18 m Höhe abzulegen oder aus dem Regal zu entnehmen.
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Der Mast 10 stützt sich am unteren Ende 10c auf eine Fahrschiene 20, auf der er mit Hilfe eines Antriebs 50 verfahrbar ist. Solche Antriebe 50 können beispielsweise mit Laufrädern ausgestattet sein, die auf der Kopfseite der Schiene abrollen. Zumindest eines dieser Laufräder wird von einem Motor angetrieben, so dass das Regalbediengerät 1 entlang der Fahrschiene 20 bewegbar ist, die gleichzeitig für die Führung des Regalbediengerätes 1 sorgt. Parallel zur Fahrschiene 20 verläuft im Abstand in Richtung zum oberen Mastende eine Führungsschiene 30, die zum Beispiel im Deckenbereich angeordnet ist.
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Die Führungsschiene 30 kann auch im oberen Regalbereich oder an anderer Stelle angeordnet sein. Eine am Mast 10 befestigte Führungseinrichtung 40 führt dabei den Mast 10 durch Kopplung mit der Führungsschiene. Die Führung 40 kann über frei drehende Führungsrollen (nicht gezeigt) an den Seitenflächen der Führungsschiene 30 abrollen.
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Der Abstand der Führungsschiene 30 ist mit 10b symbolisiert. Entspricht der Abstand der Masthöhe ist die Führung am oberen Ende 10a des Masts 10 angeordnet.
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Die Führung ist mit zumindest einem zuschaltbaren Element 70 zum Dämpfen ausgestattet.
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Dieses kann als Reibrolle ausgebildet sein und so die Bewegung des Mastes 10 in Längsrichtung der Führungsschiene 30 hemmen. Die Hemmung kann per Wirbelstrombremse oder auch als Reibungsbremse ausgeführt sein. Es ist auch eine Kombination von Wirbelstrombremse und Reibungsbremse möglich.
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Eine Zuschaltung der Dämpfung erfolgt durch eine Steuerung 60, die auch den Antrieb 50 (an)steuert. Durch eine abgestimmte gleichzeitige Ansteuerung des Antriebs 50 und des Dämpfungselements 70 kann der Schwingungen des Masts 10 besonders beim Abbremsen entgegengetreten werden. ”Gleichzeitig” kann eine mit Toleranz von bis zu ±5% versehene zeitgleiche Ansteuerung sein, wobei die Bezugszeit die Dauer des Einfahrens in die Zielposition ist. Beträgt diese 15 sec, ist eine Ansteuerung des Antriebs 50 und des Dämpfungselements 70 mit einem zeitlichen Versatz von 1,5 sec (absolut) noch immer ”gleichzeitig”.
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Werden mehrere zuschaltbaren Element 70 zum Dämpfen vorgesehen (nicht gezeigt) werden sie auf verschiedenen Höhen angeordnet, symbolisch der Höhe 10b, die im Abstand vom unteren Ende 10c des Masts 10 liegt. Jedem Element 70 zum Dämpfen ist dann eine eigene parallele Führungsschiene 30 zugeordnet und eine eigene Führung 40.
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Geeignete Ansteuerungen Dämpfungselemente 70 sind Antipendelfunktionen, die auch als Input-Shaper ausgeführt sein können. Solche Input-Shaper reduzieren Vibrationen in numerisch gesteuerten Anlagen. Sie generieren Kommandos zum Dämpfen der selbst ausgelösten Vibrationen. Dem zu Folge wird eine durch ein erstes Kommando ausgelöste Vibration durch ein zugehöriges zweites Kommando wieder aufgehoben. Solche Systeme sind verfügbar.
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Durch zusammenhängende Ansteuerung von Antrieb 50 und Dämpfungselement(en) 70 kann eine gute Systemdämpfung des RBG erreicht werden, die eine Positionierzeit erlaubt, die sonst nur mit einem RBG mit zwei Antrieben vergleichbar ist (am unteren und oberen Mastende je ein Antrieb), ist indes deutlich aufwandsbewusster ausgeführt werden kann.
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2 zeigt ein mechanisches Ersatzschaltbild des Regalbediengerätes. Es zeigt den Mast 110 zerlegt in seine Basis 150 und die Mastspitze 160. Dazwischen befindet sich ein Feder/Dämpfer-System 180 als Nachbildung der Schwingfähigkeit des Masts 110. Die Mastspitze 160 ist über einen zuschaltbaren Dämpfer 170 an die obere Führungsschiene 130 gekoppelt, die beispielsweise als Deckenschiene ausführbar ist. Der Mast 110 schwingt gegenüber der Basis 150. Die Schwingung der Mastspitze kann über den zuschaltbaren Dämpfer 170 gedämpft werden.
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3 zeigt das Einschwingverhalten eines Regalbediengeräte-Masts 10, wobei die Abszisse die Zeit in Sekunden und die Ordinate die Schwingungsamplitude eines am Mast befestigten Messgebers, z. B. eines Weg- oder Dehnungssensor wiedergibt.
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4 zeigt zusätzlich eine Prinzip-Darstellung des in 3 gezeigten Schwingverhaltens mit zuschaltbarere Qulomb'scher Reibung. Durch das Zuschalten dieser Dämpfung 70 ändert sich die ursprüngliche Schwingung auf den in der Amplitude stark herabgesetzten Verlauf (in dunkler Farbe). Die Amplitude nimmt schneller ab und die Frequenz wird geringfügig verändert.
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5 zeigt ein Verfahren gemäß dem Beispiel der 1. Dabei skizziert der Vorgang 410 die Ansteuerung eines Antriebs eines Regalbediengerätes und der Vorgang 420 die Ansteuerung eines Dämpfungselements. Beide Ansteuerungen erfolgen praktisch gleichzeitig beim Einfahren in eine Zielposition des Regalbediengerätes 1 und verkürzen so die Positionierzeit.
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Der Begriff ”praktisch gleichzeitig” ist mit ±5% Toleranz so zu verstehen, wie oben dargelegt.
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Das Regalbediengerät bis zu 20 m Mastlänge kann ohne Antrieb in der Mastspitze realisiert werden. Der wegfallende Antrieb an der Mastspitze braucht in der oder in die Führungsschiene kein Drehmoment mehr einzuleiten, zur deutlichen Reduzierung der Schwingungen im Mast oder des Masts.
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Effektiv wird der Antrieb in der Mastspitze durch eine passive Führung ”mit einer Bremse” ersetzt. Die Führung wird auch ein (laterales) Kippen des Mastes senkrecht zur Fahrtrichtung (Z-Richtung) verhindern.
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Masten der beschriebenen Art werden in einer Gassenrichtung (X-Richtung) durch Beschleunigen des Antriebs 50 zu einer Schwingung angeregt. Durch Einsatz einer schaltbaren Bremse im Abstand vom Antrieb, insb. an/in der Mastspitze, in Kombination mit einer Steuerfunktion als Input-Shaper, die am Antrieb und/oder an der Bremse wirken kann, wird jede Mastschwingung zumindest reduziert. Die Steuerfunktion kann als Software ausgeführt sein, die auf einem (nicht gezeigten) Prozessor in der Steuerung 60 abläuft.
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Die Schwingungen werden durch eine geregelte oder gesteuerte Dämpfung (z. B. in Form einer Bremse) reduziert. Die Bremse wird insbesondere bei der Zieleinfahrt aktiviert.
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Die zuschaltbare Dämpfung beruhigt das Regalbediengerät schneller und verbessert so die Positionierzeit (Spielzeit).
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Zusammenfassen lassen sich die Vorteile wie folgt:
Gegenüber der Lösung mit dem Antrieb in der Mastspitze ist die Lösung mit der aktiven Dämpfung deutlich günstiger
Die Beispiele der Erfindung sind sehr fehlertolerant. Entsprechend muss die Frequenz der Schwingung des Systems nicht bekannt sein.
Die Beispiele der Erfindung sind eine gute Ergänzung zum Software Verfahren des Input-Shapers. Restschwingungen können passiv gedämpft werden.
Die Beispiele der Erfindung umfassen die Optimierung der zeitlichen Ansteuerung der Bremse, so dass eine Schwingung gut, wenngleich nicht zwingend ”optimal” gedämpft wird. Die Bremse kann bereits bei der Zieleinfahrt wirken.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.
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Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, so dass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist.
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Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung oder Funktion dar.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele bilden eine Veranschaulichung (Erläuterung und Ergänzung) der (beanspruchten) Erfindung. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hier beschriebenen Anordnungen, Verfahren und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hier präsentiert wurden, beschränkt sei (Art. 69 EPC, PatG §14).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005039643 B4 [0003]
