CN107921627A - 具有直线驱动装置的高速龙门系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于龙门系统(50)的十字行走架(1)以及一种用于移动工件、重物和类似之物的龙门系统，所述十字行走架由数个布置在相邻平行平面中的结构板(10、11、12)构成，其中在所述结构板(10、11、12)中的至少两个之间设有纵向延伸和/或横向延伸的空心型材(30、31)，且其中，数个或所有结构板(10、11、12)和/或空心型材(30、31)占优势地由塑料材料构成，优选由CFK(碳纤维增强塑料)材料构成。

Description

具有直线驱动装置的高速龙门系统

技术领域

本发明涉及一种用于龙门系统的十字行走架(Kreuzlaufwagen)，所述龙门系统用于高速移动工件、重物和类似之物，还涉及一种相应的、配置有十字行走架的龙门系统。

背景技术

具有十字行走架的双轴龙门系统是已知的现有技术。这样的龙门系统用于导引和驱动配置有Z轴的十字行走架。现有技术中已知的驱动装置选择性地以电的方式或气动方式起作用。一般而言，十字行走架以能够例如沿着齿条在一运动方向上来回运动的方式支承在端部止挡之间。考虑到固有稳定性和形状稳定性，已知的十字行走架通常由稳定但却笨重的金属结构构成，因而具有较高的惯性质量，这在运行时会带来不利影响。

这样的龙门系统普遍应用于需要较快且精确地实施运动的领域，例如搬运装置、机器装料装置、组装系统、料斗送料装置、自动码垛机、货架存取设备、龙门式装料机、模块化机器人以及具有特殊任务的定位系统。

随着龙门系统尺寸的渐增，特别是在用于移动较大质量且待走距离较大(例如10米及以上)的系统中，出现了诸多技术问题。现有技术中已知的重结构解决方案无法以足够高的速度和相应的精度移动质量较大的活动部件并使其再度停止，特别是无法从静止状态加速。

人们希望也能提高大型龙门系统(如生产车间中的车间龙门系统)的工具移行速度。

已知的大尺寸龙门系统(即尺寸达到几米及以上的系统)达不到例如10m/s左右的速度和20m/s²以上(优选26m/s²)的较大加速度。另一个限制因素则是这类龙门系统的已知驱动系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服上述不足并提供一种经改善的龙门系统以及一种经改善的、能以较高速度和较高加速度运动的十字行走架。

根据本发明的十字行走架以及根据本发明的龙门系统为本发明用以达成上述目的的解决方案。

本发明的第一基本理念是通过设计来实现十字行走架的轻质板结构。为此，本发明致力于构建一种用于龙门系统的十字行走架，所述龙门系统用于移动工件、重物和类似之物，所述十字行走架由数个布置在相邻平行平面中的结构板构成，其中在所述相邻结构板中的至少两个之间设有纵向延伸和/或横向延伸的空心型材，且其中，优选数个或所有结构板和/或空心型材占优势地由塑料材料构成，优选由CFK(碳纤维增强塑料)材料构成。

在本发明的特别优选的实施方案中，结构板优选地几乎完全直至完全由塑料材料、优选纤维增强塑料材料如CFK(碳纤维增强塑料)构成。不那么优选、但也可以设想的技术方案是：仅部分地由塑料构成。“完全地”直至“几乎完全地”在此可理解为：诸如形状、强度、变形性能和固有稳定性等结构特性占优势地直至完全地取决于塑料材料及其添加物或填充物。因此，能够至少部分地或优选完全弃用笨重的金属结构以及金属质的部件和连接元件的设计方案是特别有利的。

另一方面，本发明为水平运动(X轴)和竖向运动(Z轴)均设置电力直线驱动装置，其中该直线驱动装置的初级板以相互正交的定向分别设置在十字行走架的相对外侧上，或者说设置在外结构板上或之间。

借助本发明的解决方案，就连直线驱动装置所引发的横向力(基于引力)也能几乎完全被吸收，从而避免十字行走架或参与形成结构组件的结构板发生弯曲。就算采用的是大尺寸(例如约1m的板长和/或板宽)，也能将十字行走架的横向弯曲度限制在0.05mm以下。

进一步地，在本发明的优选技术方案中设置如下：布置在平行平面中的结构板中的两个或数个结构板在使用大量间隔套筒的情况下，以定义的间距彼此机械相连。优选地，为此使用一体式或复合式间隔套筒和/或套管，其中进一步优选地，所述套筒和套管的一个或所有连接件由塑料材料构成，例如纤维增强塑料材料。作为替代方案，也可以设置金属套筒或者采用混合配置。

为此，有利地设置如下：间隔套筒或套管被构建为借助板体保持构件将结构板的位置固定在平行平面中。为此，间隔套筒和/或套管例如可配置凹槽、缩进部、支座或凸缘作为止挡和支撑。

进一步有利地，布置在平行平面中的结构板中的至少两个结构板在龙门系统的优选为水平的第一运动轴X方向上具有大体相同的长度L，且进一步优选地，在龙门系统的第二竖向运动轴Z方向上具有大体相同的高度H，或者说形成X向和Z向边长相等的立方体的相应的包络轮廓(Hüllkontur)。

在本发明的特别优选的实施方式中，结构板布置在三个平行平面中。前平面和后平面分别由外结构板形成，第三(中间)平面则由位于中间的结构板形成。每个结构板也可以由两个从中间分开的板件或者由数个形成一平面的子板元件组成。

在每两个布置在相邻平行平面中的结构板之间嵌设有型材，优选空心型材。所述型材优选安装在施力点区域。

进一步有利地，设有一或数个沿十字行走架的运动方向分别凸出于端面的缓冲器，其作用主要在于，当十字行走架与其他部件相撞时防止十字行走架受到较大损伤。作为补充，龙门系统的末端分别设有安全减振器，以便在龙门系统的水平延伸的X轴的轨道末端发生碰撞时减轻损伤。由于本发明的十字行走架也具有可在直线电动机驱动下上下运动的(竖向)Z轴，因此在结构板的上述板垛的上下端面上也设有缓冲器，亦即，沿着结构板的水平延伸的端面设有缓冲器。

在本发明的优选实施方式中，设置如下：十字行走架进一步具有沿竖向定向的、基本上覆盖十字行走架的整个高度进行安装的接装板，该接装板用于沿龙门系统的优选为竖向的运动轴Z的方向安装直线驱动装置(或直线驱动装置的初级部分)。接装板优选由导热性能良好的材料构成，优选由铝或轻金属合金构成。

进一步有利地，十字行走架具有水平的、基本上覆盖十字行走架的整个长度进行安装的另一接装板，该接装板用于沿龙门系统的优选为水平的运动轴X的方向安装另一直线驱动装置(或直线驱动装置的初级部分)。相应地，直线驱动装置的与直线驱动装置的初级部分配合作用的次级部分沿X轴或Z轴布置。

除上述对直线电动机的被动冷却外，本发明的另一方面涉及借助本发明的冷却装置而实现的对直线电动机的主动冷却。为此，十字行走架可采用如下配置：设有一或数个用于冷却安装在十字行走架上的直线驱动装置或其组成部分的送风通道，所述送风通道分别在一个通道末端上具有至少一个沿着或反向于十字行走架的水平方向定向的进风口，所述送风通道的另一个开放的通道末端朝十字行走架上被规定用来安装直线驱动装置的组成部分的位置定向。进一步优选地，上冷却通道和下冷却通道分别配合每个运动方向进行相应安装。

此外，本发明提出一种具有上述十字行走架的龙门系统，包括由至少一个立柱组成的立柱系统，立柱系统上固定有形成水平运动轴X的纵向导引型材，十字行走架可沿该水平运动轴来回运动。

在本发明的同样优选的实施方式中，设置如下：龙门系统被构建为借助至少一个直线驱动装置来移动十字行走架。

进一步有利地，在十字行走架上，滑轮借助CFK(碳纤维增强塑料)套管或塑料套管安装在侧向凸出的套管板上。

在本发明的进一步优选的实施方式中，设置如下：十字行走架上设有数个导引滑座，导引滑座上支承有可沿竖向运动方向Z上下运动的臂。

关于本发明其他有利改进方案的特征请参阅从属权利要求，下面参照附图并结合本发明的优选实施方案予以详细说明。

附图说明

其中：

图1为龙门系统的实施例的侧面透视图；

图2为图1中的龙门系统沿轴线A-A所截取的剖视图；

图3为十字行走架的一个部分的透视图；

图4为十字行走架如图3所示的部分的侧面俯视图；

图5为图3的以“透明呈现(Transparenzdarstellung)”方式被示出的透视局部视图；

图6为十字行走架的一个部分的另一“半透明”透视图；

图7为图6的后视透视图；及

图8为固定套管的剖视图。

具体实施方式

下面参照图1至图8对本发明进行详细说明，其中相同的附图标记指向相同的功能特征和/或结构特征。

图1示出本发明的龙门系统50的实施例的例示性侧视图，图2示出沿图1中的剖切轴线A-A所截取的视图。在本实施例中，龙门系统50具有约为12m的x向延伸度。龙门系统50包括由三个立柱51.1组成的立柱系统51。空心型材52在x向上沿立柱51.1延伸。空心型材52上又设有导引型材53，该导引型材的几何形状设计由图2的详图详细(以镜像视图的方式)示出。

在导引型材53的竖向延伸的型材壁上形成有用于立柱51.1的连接部53.2。此外，在导引型材53的连接部53.2旁边设有缩进部53.3(分别位于上方和下方)。在导引型材的顶面和底面上分别设有铣成部53.1，其用于导引下文还将予以说明的十字行走架1。在导引型材53的与连接部53.2相对设置的端面上设有用于直线电动机43的次级部分的铣成部53.4，所述直线电动机沿龙门系统50的x轴安装。

如图2进一步所示，十字行走架1具有可沿龙门系统50的z向上下运动的臂54，在该臂的端面下端55.1上示出例示性的工具55。臂54可在沿竖向定向的直线电动机43驱动下上下运动。十字行走架1具有上滑轮座和下滑轮座2.1、2.2，十字行走架1的滑轮2.3固定在滑轮座上。十字行走架1可在第一直线电动机43驱动下来回地从第一端部止挡沿x轴运动至龙门系统50的相对设置的端部止挡，与此同时，臂54可在第二直线驱动装置驱动下上下运动。在龙门系统50的末端处的止挡上分别设有安全减震器56。

图2中还例示性地示出直线电动机43的初级板43.1和次级板43.2。

图3至图7详细说明了本发明的十字行走架1的实施例。图3示出十字行走架1的一个部分的透视图。十字行走架1被构建为布置在三个相邻平行平面中的结构板10、11、12所形成的板垛。

结构板10、11、12在十字行走架1的外周分别形成部分被侧壁4封闭的端面边缘10.1、11.1、12.1。

图3中示出的前外结构板10由两个板件10.2构成。在结构板10的两个板件10.2之间设有部分打开的区域，从而能看到中间结构板11。图中示出的缺口10.3用来容置用于X向驱动的直线电动机43的次级部分43.1。为了支撑用于冷却直线电动机43的接装板40，十字行走架1的边缘上分别安装有支座10.4。

在结构板10与11之间以及在结构板11与12之间分别设有在间隙中纵向延伸和横向延伸的空心型材30、31。为了使空心型材30、31能够被看到，图5至图7以“半透明”呈现的方式示出十字行走架1，其中外结构板被呈现为“透明”的，以便能看到十字行走架1的内部。

如图3进一步所示，在沿x向以及反向于x向的端面上，沿着结构板10、11、12的端面边缘10.1、11.1、12.1设有侧壁板4，该侧壁板上设有大量用于固定十字行走架部件的开孔4.1。此外，在图3至图7中示出各种套筒类型32、33、34，根据本发明，其一方面用于实现选定的板垛结构，另一方面被用来将附件固定于十字行走架上。在使用大量间隔套筒的情况下实现平行平面。在间隔套筒32、33上设有图8中示意性示出的板体保持构件32.1。

间隔套筒32、33或套管的作用是借助板体保持构件32.1将结构板10、11、12的位置固定在平行平面中，板体保持构件在此被构建为凹槽和缩进部以及支座和凸缘，图8以示出边缘线的方式也对此进行了示意图图示。

此外还设有用于将附件固定于十字行走架1上的配合套筒34。

在本实施例中，图1中的后结构板12同样具有类似于缺口10.3的缺口，只是该缺口是沿竖向延伸。这个缺口大体居中设于图中示出的送风通道14.1之间。这个缺口同样用于容置连同起被动冷却作用的接装板40在内的直线驱动装置43的初级部分43.1。

除了通过接装板40而实现的被动冷却外，本发明的另一方面涉及借助冷却装置14而实现的主动冷却。

在本实施方式中，冷却装置14由送风通道14.1、14.2形成，所述送风通道分别设于十字行走架1的相对外侧上并且对应设于该处的直接驱动装置43。每个通道14.1和14.2均设有进风口14.3。进风口14.3由进风接头14.5提供。在本实施方式中，分别有两个送风通道14.1和14.2与一个共用进风接头14.5连接，其中进风接头具有左侧和右侧进风口14.3，因而可以说起到的是Y型分配器的作用。通过每个进风口14.3以及相对应的送风通道14.1或14.2将空气流导向开放的通道末端14.4。开放的通道末端14.4在十字行走架1上的一个位置上朝设于该处的直线驱动装置43方向定向。

进一步如图5所示，针对十字行走架的两个运动方向(X向和Z向)，在正向和反向上分别设有带有对应的送风通道14.1或14.2的进风接头14.5，因此无论哪个运动方向，总是有空气流通过进风口14.3被导向直线驱动装置43，使直线驱动装置得到相应冷却。

图6以同样为“部分打开”的透视图的形式示出十字行走架1的一个部分的另一示意图。这个视图进一步示出数个缓冲器13。缓冲器13从结构板的端面边缘10.1、11.1、12.1分别沿x运动方向或z运动方向凸出于十字行走架1的端面。缓冲器13由数个间隔地上下叠置的缓冲板13.1形成，在本实施例中，在缓冲板13.1之间进一步设有附加的缓冲材料13.2。缓冲材料13.2优选是消耗能量的缓冲材料。因此，可以将例如可塑性变形的材料置于缓冲板13.1之间。也可以设置仅能弹性变形的材料作为缓冲材料13.2，或者将上述材料相结合。如图6所示，在十字行走架1上进一步设有用于z轴的轨道导引的导引滑座47。

在x向上，在十字行走架1的端面边缘的左边和右边分别设有三个缓冲器13，而在z向上分别设有一个指向上方和指向下方的缓冲器13。如附图进一步所示，在缓冲器13的固定点13.3后面分别设有呈水平布置的空心型材30，这些空心型材与结构板10、11、12共同决定十字行走架1的强度和刚度。

图7以同样为部分打开的视图示出图6中的十字行走架1的后视图。带有滑轮46的套管45固定在两个保持板44之间。

图8示出例示性的固定套管32。借助螺钉在底面上向十字行走架1施加拉力。凸缘32.1将力传递至周围塑料套管32.2，从而形成封闭力流。

塑料套管32.2具有下止挡32.1，下结构板12可抵靠在该止挡上。中间结构板11嵌入周围塑料套管32.2的槽形空隙32.1中。塑料套管32.2可有利地被构建为带有抗扭构件32.3的套管。在此设置六边形设计(Sechskantausgestaltung)作为抗扭构件32.3，其嵌入至少一个结构板10、11、12上的相应空隙中。

本发明的实施范围不限于前述优选实施例。凡是运用图示解决方案的技术变体，即便以完全不同的方式进行实施，也落入本发明的范围。

Claims (12)

1.一种用于龙门系统(50)的十字行走架(1)，所述龙门系统用于移动工件、重物和类似之物，所述十字行走架由

a.数个布置在相邻平行平面中的结构板(10、11、12)构成，其中，b.在所述结构板(10、11、12)中的至少两个之间设有纵向延伸和/或横向延伸的空心型材(30、31)，并且

c.其中数个或所有结构板(10、11、12)和/或空心型材(30、31)占优势地由塑料材料构成，优选由碳纤维增强塑料材料构成。

2.根据权利要求1所述的十字行走架(1)，其特征在于，所述结构板(10、11、12)几乎完全直至完全地由塑料材料、优选纤维增强塑料材料构成。

3.根据权利要求1或2所述的十字行走架(1)，其特征在于，所述布置在平行平面中的结构板(10、11、12)中的两个或数个结构板在使用大量间隔套筒(32、33)的情况下彼此机械相连。

4.根据上述权利要求中任一项所述的十字行走架(1)，其特征在于，所述间隔套筒(32、33)被构建为借助板体保持构件(32a、33a)或间隔构件来连接布置在平行平面中的结构板(10、11、12)。

5.根据上述权利要求中任一项所述的十字行走架(1)，其特征在于，所述布置在平行平面中的结构板(10、11、12)中的至少两个结构板在所述龙门系统(50)的优选为水平的第一运动轴(X)方向上具有大体相同的长度L，且进一步优选地，在所述龙门系统(50)的第二竖向运动轴(Z)方向上具有大体相同的高度H。

6.根据上述权利要求中任一项所述的十字行走架(1)，其特征在于，沿着所述结构板(10、11、12)的竖向延伸和/或水平延伸的端面(10.1、11.1、12.1)设有一或数个凸出的缓冲器(13)。

7.根据上述权利要求中任一项所述的十字行走架(1)，其特征在于，所述十字行走架1进一步具有沿竖向定向的、基本上覆盖所述十字行走架的整个高度进行安装的接装板(40)，所述接装板用于沿所述龙门系统(50)的优选为竖向的运动轴(Y)的方向安装直线驱动装置(43)。

8.根据上述权利要求中任一项所述的十字行走架(1)，其特征在于，所述十字行走架进一步具有水平的、基本上覆盖所述十字行走架的整个长度进行安装的接装板(41)，所述接装板用于沿所述龙门系统(50)的优选为水平的运动轴(X)的方向安装直线驱动装置(43)。

9.根据上述权利要求中任一项所述的十字行走架(1)，其特征在于，所述十字行走架(1)配置有主动冷却装置(14)。

10.根据上述权利要求中任一项所述的十字行走架(1)，其特征在于，设有一或数个用于冷却安装在所述十字行走架(1)上的直线驱动装置(43)或其组成部分的送风通道(14.1、14.2)，所述送风通道分别在一个通道末端(14.3)上具有至少一个沿着或反向于所述十字行走架(1)的水平方向(X)定向的进风口，所述送风通道的另一个开放的通道末端(14.4)朝所述十字行走架(1)上被规定用来安装直线驱动装置的组成部分的位置定向。

11.一种具有根据上述权利要求中任一项所述的十字行走架(1)的龙门系统(50)，包括立柱系统(51)，所述立柱系统上固定有形成水平运动轴(X)的纵向导引型材(52)，所述十字行走架(1)可沿所述水平运动轴来回运动。

12.根据权利要求10所述的龙门系统(50)，其特征在于，所述龙门系统被构建为借助至少一个、优选两个直线驱动装置(43)来在每个运动方向(X或Z)上移动所述十字行走架(1)。