DE10150319C1 - Transfervorrichtung für Werkstückträger - Google Patents

Abstract

Um bei einem geringen Raumbedarf die Transfervorrichtung (3) unter Verwendung eines Positioniermoduls (1) zur Beförderung von Werkstückträgern (2a-2e) hinsichtlich Aufbau und Aufwand mit einfachen Mitteln zu vermindern, ist die Verwendung eines ersten Teils (9) des Spulensystems (8) zur Positionserfassung und/oder Rückhaltung des Werkstückträgers (2a-2e) bei Übernahme von dem Fördersystem (4) zu dem Positioniermodul (1) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Transfervorrichtung für Werk­ stückträger gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Transfervorrichtung dient zum schnellen Transportieren und präzisen Positionieren von Werkstückträgern mit darauf angeordneten Werkstücken unter anderem in Verbindung mit ei­ nem oder mehreren Positioniermodulen. Eine derartige Trans­ fervorrichtung ist auch als Teil und/oder entlang einer För­ derstrecke einsetzbar. Entlang der Förderstrecke können unter anderem ein oder mehrere Bearbeitungsstationen und ein oder mehrere Positioniermodule, vorzugsweise mit einem Positio­ nierantrieb durch einen Linearmotor, angeordnet sein.

Eine Transfervorrichtung mit einem auf einem Linearmotor ba­ sierenden Positioniermodul ist beispielsweise aus W. Besig, M. Eccarius, u. a.: Entwicklung eines Lineartaktsystems auf Basis elektromagnetischen Linear­ motoren. In: "Konstrukti­ on", Ausgabe September 9-2000, bekannt. Dort sind beispiels­ weise auf den Seiten 74 bis 78 verschiedenste Varianten von Linearmotoren für ein Positioniermodul gezeigt.

Gemäß Aufgabe vorliegender Erfindung soll bei einem geringen Räumbedarf die Transfervorrichtung unter Verwendung eines Po­ sitioniermoduls zur Beförderung von Werkstückträgern hin­ sichtlich Aufbau und Aufwand mit einfachen Mitteln vermindert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen sind Ge­ genstand der Ansprüche 2 bis 7.

Durch die Möglichkeit der Mitbenutzung des an sich für die Erzeugung des linearen Wanderfeldes vorhandenen ersten Teils des Spulensystems des elektromagnetischen Linearantriebs zur Positionserfassung und/oder Rückhaltung des Werkstückträgers bei Übernahme von dem Fördersystem zu dem Positioniermodul, kann auf eine gesonderte Installation eines enstprechenden Messsystems und/oder eine herkömmliche Anhaltevorrichtung verzichtet und somit Einbauraum, Konstruktionsaufbau und In­ stallationsaufwand vermindert werden.

Mit Vorteil ist ein an den ersten Teil anschließender zweiter Teil des Spulensystems zur Positionierung des Werkstückträ­ gers in dem Positioniermodul vorgesehen, so dass mit einem durchgängigen, standardisierten Spulensystem im Anschluß an den ersten Teil des Spulensystems die gewünschte Funktion zur Positionierung des Werkstückträgers erzielt werden kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein inkrementelles Messsystem mit absoluter Genauigkeit zur Positionserfassung des Werkstückträgers bei seiner Positionierung in dem Positi­ oniermodul vorgesehen, um eine platz- und kostensparende Ist- Wert-Ermittlung einsetzen zu können.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist das Primärele­ ment als Ständer und das Sekundärelement als Läufer des Line­ arantriebs ausgebildet, so dass sich der mit dem Sekundärele­ ment verbundene Werkstückträger in vorteilhaftem Unterschied zum Stand der Technik gemäß Fachzeitschrift "Konstruktion", Ausgabe September 9-2000, ohne Schleppkabel unabhängig von einem bestimmten Positioniermodul über eine uneingeschränkte Distanz befördern läßt.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Primärelement als Läufer und das Sekundärelement als Ständer des Linearantriebs ausgebildet, wobei sich diese Variante kostengünstig durch einen geringen Material- und Steuerungsaufwand sowie geringe Energieverluste auszeichnet.

Mit Vorteil bildet der Werkstückträger mit dem Primärelement oder mit dem Sekundärelement eine kompakte Baueinheit, wo­ durch auf Grund einer festen Zuordnung von Werkstückträger und einem der elektromagnetischen Antriebselemente eine ver­ besserte Handhabung und Positionierung hinsichtlich des zu befördernden und zu positionierenden Werkstückträgers gegeben ist.

Vorteilhafterweise sind das Primär- oder das Sekundärelement am Werkstückträger ein- oder mehrseitig, insbesondere symmet­ risch, angebracht, so dass einerseits eine kostengünstige Ausgestaltung des Werkstückträgers und andererseits ein von Reibungsverlusten freies Befördern des Werkstückträgers durch einen symmetrischen Luftspalt zwischen jeweils zwei korres­ pondierenden Antriebselementen mittels eines elektomagneti­ schen Kräftegleichgewichts ermöglicht ist.

Vorteilhafterweise ist mit einer niveaugleichen Anordnung im Übergabebereich zwischen einer ersten Transportebene des För­ dersystems einerseits und einer zweiten Transportebene des Positioniermoduls andererseits gewährleistet, dass eine von zusätzlichen Adapter- oder Koppelelementen freie Übergabe der Werkstückträger gegeben ist.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merk­ malen der Unteransprüche werden im folgenden schematisch dar­ gestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläu­ tert; darin zeigen:

Fig. 1 ein Positioniermodul mit Werkstückträgern als Teil einer Transfervorrichtung in einer Drausicht,

Fig. 2 ein Positioniermodul mit einem Werkstückträger in ei­ ner Schnittdarstellung, und

Fig. 3 eine weitere Ausführungsvariante eines Positioniermo­ duls mit einem Werkstückträger in einer Schnittdar­ stellung.

In Fig. 1 ist ein Positioniermodul 1 mit Werkstückträgern 2a-­ 2e und eine Transfervorrichtung 3 gezeigt. Das Positioniermo­ dul 1 ist dabei einerseits zum Einbau in die Transfervorrich­ tung 3 und/oder zum Einbau in den Verlauf eines elektromecha­ nischen oder -pneumatischen Fördersystems 4 vorgesehen, wobei die Transfervorrichtung 3 ihrerseits Teil des Fördersystems 4 sein kann. Das Positioniermodul 1 ist hierbei im Fördersystem 4 zur Übergabe eines oder mehrerer Werkstückträger 2a-2e an­ geordnet, so dass eine dabei enstehende Übergabestelle als Teil der Transfervorrichtung 3 umfaßt ist.

Das elektromechanische Fördersystem 4 kann in an sich bekann­ ter Weise z. B. als Riemen-, Ketten- oder Schneckenantrieb o­ der als äquivalentes kraft- und/oder formschlüssiges An­ triebssystem ausgebildet sein. Vorteilhafterweise ist das Po­ sitioniermodul 1 beispielsweise zu den Fördersystemen der Firmen Bosch, Montech, Weiss, kompatibel.

Das Positioniermodul 1 weist ein Primärelement 5 und der Werkstückträger 2d ein Sekundärelement 6 auf, so dass die Wirkungsweise eines elektromagnetischen Linearantriebs 7 ge­ geben ist. Der elektromagnetische Linearantrieb 7, der zur Positionierung der Werkstückträger 2a-2e in dem Positionier­ modul 1 vorgesehen ist, kann auf verschiedenste Weisen nach dem Stand der Technik ausgebildet sein.

Dabei ist erfindungsgemäß jeder Werkstückträger 2a-2e mit dem Primärelement 5 oder mit dem Sekundärelement 6 in einer kom­ pakten Baueinheit zusammengefaßt und jedes Positioniermodul 1 mit dem dazu korrespondierenden Sekundärelement 6 bzw. dem Primärelement 5 versehen. Das Primärelement 5 kann demnach als Ständer und das Sekundärelement 6 als Läufer des Linear­ antriebs 7 oder in einer umgekehrten Zuordnung ausgebildet sein. Je nach Ausführungsvariante steht somit das Positio­ niermodul 1 mit zumindest einem darin bewegbaren Werkstück­ träger 2a-2e mittels dem jeweiligen Primärelement 5 und dem jeweiligen Sekundärelement 6 in einer elektromagnetischen Wechselwirkung.

Durch den Linearantrieb 7, insbesondere durch das Primärele­ ment S. ist ein elektromagnetisches Wanderfeld erzeugt. Das Wanderfeld ist durch ein Spulensystem 8, insbesondere im Sin­ ne eines Synchronmotor- bzw. eines Asynchronmotor-Antriebes, ausgebildet. Ein als eine ferromagnetische Metallschiene aus­ geführtes Sekundärelement 6 des Asynchronmotor-Antriebes wirkt als magnetischer Rückschluß für das Primärelement 5, in dem Wirbelströme induziert werden.

Das somit gemäß Fig. 1 enstehende Magnetfeld erzeugt in Ver­ bindung mit dem Wanderfeld des Primärelements 5 eine Kraft, wodurch eine translatorische Bewegung des dem jeweiligen Se­ kundärelement 6 zugehörigen Werkstückträgers 2a-2e erzeugt ist. Eine kreisbogenförmige Bewegung des Werkstückträgers 2a-­ 2e ist gleichwohl möglich.

Ein erster Teil 9 ist unter Mitverwendung des bereits beste­ henden Spulensystems 8 zur Positionserfassung und/oder Rück­ haltung eines oder mehrerer Werkstückträger 2a-2e bei Überga­ be von dem Fördersystem 4 zu dem Positioniermodul 1 oder zu der Transfervorrichtung 3 vorgesehen. Somit ist eine vorteil­ hafterweise Doppelfunktion des Spulensystems 8 gegeben.

Die dem Positioniermodul 1 und/oder der Transfervorrichtung 3 hierbei zugrundeliegende fördertechnische Funktion basiert auf einem Ablaufplan, der sich aus mehreren Ablaufschritten zusammensetzt. Die Positionserfassung bezieht sich dabei un­ ter anderem auf einen ersten Ablaufschritt A1, wobei bei ei­ nem der Werkstückträger 2a-2e bei der Übergabe von dem För­ dersystem 4 zu dem Positioniermodul 1 in einem Einzugsbereich 11 eine Überdeckung zwischen dem Werkstückträger 2d, bei­ spielsweise eines Dauermagneten und insbesondere des Sekun­ därelements 6, und einer ersten Spule 10, insbesondere des Primärelements 5, des Spulensstems 8 gegeben ist.

Der Dauermagnet oder das Sekundärelement 6 dienen dabei als ein sogenanntes Referenzelement, mit dessen Hilfe ein Null­ punkt- oder auch Offset-Effekt erzielt werden kann. Es er­ folgt also während des Ein- oder Durchlaufs des Werkstückträ­ gers 2d in bzw. durch das Positioniermodul 1 eine sogenannte dynamische Referenzierung, wodurch eine Überprüfung der Anwe­ senheit des Werkstückträgers 2d ermöglicht ist.

Zeitgleich mit dem Ablaufschritt A1 erfolgt beim Einfahren beispielsweise des Werkstückträgers 2d in das Positioniermo­ dul 1 die vorgenannte Überdeckung, die ein Messsystem 12 aus­ löst oder ansteuert. Hierbei ist der Werkstückträger 2d dyna­ misch - stillstands- und zeitverlustfrei - synchronisiert und somit präzise erfaßt und auf das Positioniermodul 1 abge­ stimmt.

Die sogenannte dynamische Synchronisierung erfolgt also la­ geunabhängig während des Ein- oder Durchlaufs eines der Werk­ stückträger 2a-2e in bzw. durch das Positioniermodul 1. Die dynamische Synchronisation findet durch eine sinuide, ge­ dämpfte Bewegung der Werkstückträger 2a-2e statt. Ein wesent­ licher, aus der dynamischen Synchronisation resultierender Vorteil besteht darin, dass sich die Zykluszeiten und der Ab­ stand von Werkstückträger zu Werkstückträger 2a-2e im Positi­ oniermodul 1 reduzieren.

Das Messsystem 12 auf inkrementeller Basis kann gleichwohl auch auf der Basis weiterer, an sich bekannter, Detektie­ rungsprinzipien ausgeführt sein. Wesentliche Bestandteile des Messsystems 12 sind unter anderem ein Maßband 13, welches ggf. auch an der Unterseite 14 der Werkstückträger 2a-2e an­ gebracht sein kann und ein Tast-/Lesekopf 15, der mit einem definierbaren ersten Luftspalt 16 gemäß Fig. 2 zu dem Maßband 13 anordbar ist. Das Maßband 13 weist eine Nullmarke zur Off­ setkorrektur der Referenzlage von Primarelement 5 zu Sekun­ därelement 6 auf. Das Messsystem 12 ist zur genauen Positi­ ons- und Bewegungserfassung der Werkstückträger 2a-2e bei ih­ rer Positionierung in dem Positioniermodul 1 vorgesehen.

Eine weitere Funktion des ersten Teils 9 des Spulensystems 8, die in dem Ablaufschritt A1 liegt, besteht darin, dass diese im Sinne einer Vorstopper-/Rückhaltefunktion, also als e­ lektrischer Haltemagnet für die Werkstückträger 2a-2e, einge­ setzt werden kann. Dabei kann ein sogenannter Werkstückträ­ gerstau gezielt aufgebaut werden, um je nach Bedarfs- oder Anlagensituation die Durchsatzrate der Werkstückträger 2a-2e zu verringern oder zu erhöhen.

Ein zweiter Teil 17 des Spulensystems 8, der sich an dessen ersten Teil 9 anschließt, übernimmt von dem ersten Ablauf­ schritt A1 bis zu einem zweiten Ablaufschritt A2 die Aufgabe des Transports, wobei ab dem zweiten Ablaufschritt A2 die Po­ sitionierung der Werkstückträger 2a-2e in dem Positioniermo­ dul 1 erfolgt. Zu dem Transport zählt auch das Ein- und Aus­ schleusen sowie das Wechseln der Werkstückträger 2a-2e. Die damit erreichbare Positioniergenauigkeit liegt in einem Be­ reich von ≦ 0,005 mm und insbesondere bei ≧ ±0,001 mm und ist demnach deutlich höher als bei herkömmlichen Systemen. Zudem lassen sich die Wechselzeiten der Werkstückträger 2a-2e in dem Positioniermodul 1 auf ≧ 0,3 s reduzieren.

Am Positioniermodul 1 ist optional eine Umkehr der Transport­ richtung für die Werkstückträger 2a-2e vorsehbar. Alternativ dazu kann durch das Positioniermodul 1 als Werkstückträger­ wechsel - und/oder als Antriebssystem im Sinne einer zusätzli­ chen Achse über eine geregelte Bewegung die auf den Werk­ stückträgern 2a-2e angeordneten Werkstücke leichter einer vorzunehmenden Bearbeitung innerhalb eines Zyklus 18 zwischen dem Ablaufschritt A2 und einem dritten Ablaufschritt A3 zuge­ führt werden. Ein geregeltes Beschleunigungs- und Geschwin­ digkeitsprofil für die Positionierung der Werkstückträger 2a-­ 2e ist demnach ohne formschlüssig gekoppelte Antriebssysteme möglich.

Im Anschluß an den Ablaufschritt A3 folgt ein vierter Ablauf­ schritt A4, mit dem das Ausschleusen der Werkstückträger 2a-­ 2e auf das ggf. angeordnete Fördersystem 4 einsetzt.

Eine für die Informationsversorgung zwischen einer Steuer- /Regeleinheit 19, einem oder mehreren Positioniermodulen 1, der Transfervorrichtung 3, eingesetzten Bearbeitungsstationen 20 und den Werkstückträgern 2a-2e erforderliche Datenübertra­ gung kann in an sich bekannter Weise, beispielsweise mittels Leseköpfe, eines Bussystems oder über ein Funksystem ausge­ führt werden. Datenträger 21 vom Typ Moby-I können dabei an den Werkstückträgern 2a-2e vorgesehen werden.

In Fig. 2 ist ein Positioniermodul 1 mit einem der Werkstück­ träger 2a-2e in einer Schnittdarstellung und das Fördersystem 4 beabstandet über den ersten Luftspalt 16 zu einem der Werk­ stückträger 2a-2e gezeigt. Das Messsystem 12 ist an der Un­ terseite 14 an dem Fördersystem 4 angebracht. An der Unter­ seits 14 ist zudem eine Zugänglichkeit für Bearbeitungs­ schritte gegeben. Als Teil des Fördersystems 4 ist beider­ seits in einer zur Förderstrecke senkrecht verlaufenden Rich­ tung jeweils ein Schenkel 22 angeordnet, der eine Stützfunk­ tion aufweist. Das jeweilige Sekundärelement 6 ist beider­ seits des Fördersystems 4 den beiden Primärelementen 5 zuge­ ordnet.

Durch eine ein- oder mehrseitige, insbesondere symmetrische, Anbringung des Sekundärelements an den Werkzeugträgern 2a-2e, sind diese durch das dabei entstehende elektromagnetische Kräftegleichgewicht gehalten und geführt und bewirken dabei einen zweiten und einen dritten konstanten Luftspalt 23 bzw. 24. Zusätzlich können beiderseits der Werkzeugträger 2a-2e Führungselemente 25 angeordnet sein, die ersatzweise oder zur Unterstützung zur Einhaltung des zweiten und des dritten Luftspalts 23 bzw. 24 beitragen. Die Führungselemente können, in an sich bekannter Weise, nach dem Stand der Technik ausge­ bildet werden.

Sofern das jeweilige Primärelement 5 und/oder das jeweilige Sekundärelement 6 in Verbindung mit den Werkstückträgern 2a-­ 2e als Läufer ausgebildet ist oder auf Grund einer oder meh­ rerer erweiterten Funktionen eine Stromzufuhr benötigt, kann durch eine Zusatzfunktion ein Vesorgungsstrom über zumindest einen Akkumulator oder über eine durch Schleifkontakte akti­ vierte Strombahn zugeschaltet werden. Die Funktionsfähigkeit des jeweiligen elektromagnetischen Elements 5, 6 ist somit erst bei Bedarf, ggf. erst innerhalb des Positioniermoduls 1, gegeben.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsvariante des Positio­ niermoduls 1 mit alternativ ausgeführten Werkstückträgern 2a-­ 2e in einer Schnittdarstellung gezeigt. Die Ausführungsvari­ ante gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der Ausführungsvari­ ante gemäß Fig. 2 dadurch, dass nur auf einer Seite eine Paa­ rung bestehend aus Primär- und Sekundärelement 5 bzw. 6 aus­ gebildet ist, wobei das Primärelement 5 in das Sekundärele­ ment 6 einführbar ist.

An der der einen Seite gegenüberliegenden anderen Seite ist hierbei ein formschlüssiges Führungsmittel 26 angeordnet, so dass eine konstante Beabstandung zwischen den beiden elektro­ magnetischen Elementen 5, 6 gewährleistet ist. Das Führungs­ mittel 26 kann ggf. auch in einer kraft- und/oder formschlüs­ sigen Variante ausgebildet sein. Darüber hinaus ist das Mess­ system 12 seitlich neben dem Führungsmittel 26 angeordnet, wobei eine andersartige Anordnung oder Ausführung ebenfalls realisierbar ist.

Im Falle, dass die Transfervorrichtung 3 als Teil eines För­ dersystems 4 für einen oder mehrere Werkstückträger 2a-2e un­ ter Verwendung zumindest eines im Verlauf des Fördersystems 4 angeordneten Positioniermoduls 1 eingesetzt ist, erfolgt vor­ teilhafterweise eine Übergabe eines oder mehrerer der mit dem Primärelement 5 oder mit dem Sekundärelement 6 versehenen Werkstückträger 2a-2e von bzw. zu dem elektromechanischen Fördersystem 4 zu bzw. von dem Positioniermodul 1. Dies kann ohne Hilfsmittel mit einer niveaugleichen Anordnung im Über­ gabebereich 27 gemäß Fig. 1 zwischen einer ersten Transport­ ebene 28 des Fördersystems 4 einerseits und einer zweiten Transportebene 29 des Positioniermoduls 1 andererseits gemäß Fig. 2 und/oder 3 erreicht werden.

Das systemkompatibele Positioniermodul 1, das mit Werkstück­ trägern 2a-2e zusammenwirkt, die mit entsprechenden Sekundär­ elementen 6 ausgestattet sind, kann demnach einzeln oder in Verbindung mit der Transfervorrichtung 3 im Sinne eines offe­ nen - erweiter- und austauschbaren - Antriebs- und/oder Posi­ tioniersystems in einem standardisierten Förder- oder Trans­ portsystem eingesetzt und nachgerüstet werden. Es ermöglicht beispielsweise eine kraftschlüssige Halterung der Werkstück­ träger 2a-2e vor einer Bearbeitungsstation und bietet durch seine autarke Stationsausbildung die Möglichkeit zu einer Systemausbildung mit einem ausgesprochen hohen Nutzungsgrad bei einer hohen Verfügbarkeit durch herkömmliche Puffer für Werkstückträger vor den jeweiligen Stationen.

Claims (8)

1. Transfervorrichtung (3) für Werkstückträger (2a-2e),
mit einem elektromechanischen Fördersystem (4), für einen oder mehrere zu befördernde Werkstückträger (2a-2e);
mit einem Positioniermodul (1), das im Verlauf des Förder­ systems (4) zur Übernahme eines oder mehrerer Werkstück­ träger (2a-2e) angeordnet ist;
mit einem elektromagnetischen Linearantrieb (7), der zur Positionierung des Werkstückträgers (2a-2e) in dem Positi­ oniermodul (1) ein Primär- und ein Sekundärelement (5 bzw. 6) aufweist; und
mit einem von dem Primärelement (1) erzeugten elektromag­ netischen linearen Wanderfeld,
durch die Ausbildung des linearen Wanderfeldes mittels ei­ nes Spulensystems (8), insbesondere im Sinne eines Syn­ chronmotor- bzw. eines Asynchronmotor-Antriebes,
gekennzeichnet durch
Verwendung eines ersten Teils (9) des Spulensystems (8) zur Positionserfassung und/oder Rückhaltung des Werk­ stückträgers (2a-2e) bei Übernahme von dem Fördersystem (4) zu dem Positioniermodul (1).

2. Transfervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung eines an den ersten Teil (9) des Spulen­ systems (8) anschließenden zweiten Teil (17) des Spulen­ systems (8) zur Positionierung des Werkstückträgers (2a-­ 2e) nach dessen Übernahme in das Positioniermodul (1).

3. Transfervorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch ein inkrementelles Messsystem (12) zur Positionser­ fassung des Werkstückträgers (2a-2e) bei seiner Positio­ nierung in dem Positioniermodul (1).

4. Transfervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch eine Ausbildung des Primärelements (5) als Ständer und des Sekundärelements (6) als Läufer des Linearantriebs (7).

5. Transfervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch eine Ausbildung des Primärelements (5) als Läufer und des Sekundärelements (6) als Ständer des Linearan­ triebs (7).

6. Transfervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (2a-2e) mit dem Primärelement (5) oder mit dem Sekundärelement (6) eine Baueinheit bildet.

7. Transfervorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Primär- oder das Sekundärelement (5 bzw. 6) am Werkstückträger (2a-2e) ein- oder mehrseitig, insbesondere symmetrisch, angebracht sind.

8. Transfervorrichtung nach Anspruch 1, mit einer niveaugleichen Anordnung in einem Übergabebe­ reich (27) zwischen einer ersten Transportebene (28) des Fördersystems (4) einerseits und einer zweiten Transport­ ebene (29) des Positioniermoduls (1) andererseits.