DE102004024499A1

DE102004024499A1 - Transportmechanismus

Info

Publication number: DE102004024499A1
Application number: DE200410024499
Authority: DE
Inventors: Ernst-August Meyer
Original assignee: Rexroth Mecman GmbH
Current assignee: Aventics GmbH
Priority date: 2004-05-18
Filing date: 2004-05-18
Publication date: 2005-12-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Tranportmechanismus zur Bewegung von Gegenständen mit einer Bewegungseinheit, die entlang eines Gehäuses pneumatisch, beweglich führbar ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das in mindestens zwei Ebenen sich erstreckende Gehäuse als einstückig geformtes Rohr ausgebildet ist, wobei die Geometrie durch eine Isometrievorrichtung bestimmt wurde.

Description

Die Erfindung betrifft einen Transportmechanismus zur Bewegung von Gegenständen mit einer Bewegungseinheit, die entlang eines Gehäuses pneumatisch, beweglich führbar ist, wobei die Bewegungseinheit innerhalb des Gehäuses ein Antriebselement aufweist, das mit einem Außen am Gehäuse angeordneten Antriebselement bewegungsgekoppelt ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines von einem Startpunkt bis Endpunkt sich erstreckenden Gehäuse für ein Transportmechanismus zur Bewegung von Gegenständen, der eine entlang des Gehäuses pneumatisch, beweglich führbare Bewegungseinheit aufweist, die innerhalb des Gehäuses ein Antriebselement umfasst, das mit einem Außen am Gehäuse angeordneten Antriebselement bewegungsgekoppelt ist.

Es sind eine Vielzahl von Transportmechanismen bekannt, die zur Bewegung von Gegenständen von einem Startpunkt bis zu einem Endpunkt geeignet sind. Es sind beispielsweise aus der DE 42 14 575 A1 Stellantriebe bekannt, die als pneumatischer Arbeitszylinder ausgebildet sind. Derartige Transportmechanismen stellen eine konstruktiv einfache Lösung zum Erzeugen einer lineargerichteten Hin- und Herbewegung dar. Pneumatische Transportmechanismen sind meist unkompliziert aufgebaut, daher einfach zu warten, betriebssicher, zuverlässig (auftretende Undichtigkeiten wirken sich nur selten funktionsstörend aus), nicht überlastbar (Kraftbegrenzung durch Druckhöhe gegeben), relativ unempfindlich, einfach steuerbar (durch Drosseln und Druckventile) und trotz des relativ hohen Erzeugungspreises für Druckluft wegen niedriger Gestehungs- und Erhaltungskosten wirtschaftlich. Derartige Transportmechanismen besitzen des Weiteren ein geringes Gewicht und weisen nur wenige Bauteile auf.

Aus der DE 82 30 398 ist ein kolbenstangenloser Zylinder beschrieben, der ein Zylinderrohr und ein im Zylinderrohr gleitenden Kolben aufweist, der als Antriebselement für den Transportmechanismus dient. Ferner weist der kolbenstangenlose Zylinder einen linear hin- und herbewegenden Schlitten (Abtriebselement) auf, der entlang des Außenumfanges des Zylinderrohres angeordnet ist. Zwischen dem Kolben und dem Schlitten ist eine magnetische Kupplung vorgesehen, wodurch der Kolben und der Schlitten durch magnetische Anziehung miteinander bewegungsgekoppelt sind. Wenn der Kolben durch komprimierte Luft, die dem Zylinderrohr durch eine Öffnung zugeführt wird angetrieben wird, folgt der Schlitten der Bewegung des Kolbens, um zum Beispiel ein Werkstück auf dem Schlitten entlang des Zylinderrohres zu transportieren. Bei diesem Transportmechanismus herrscht zwischen dem Schlitten und dem Zylinderrohr eine reine kraftschlüssige Verbindung. Einer der Vorteile derartiger kolbenstangenloser Zylinder ist, dass Linearantriebe mit langen Transportwegen realisiert werden können. Des Weiteren zeichnen sich derartige Transportmechanismen durch ihre kompakte Bauweise aus. Nachteilig ist jedoch, dass lediglich Linearbewegungen entlang des Zylinderrohres ermöglicht werden können.

Aus dem Stand der Technik ist es des Weiteren bekannt, beispielsweise drei kolbenstangenlose Zylindereinheiten miteinander so zu verbinden, dass eine Bewegungseinheit entsteht, mit der ein Gegenstand sowohl in X-, Y- und Z-Richtung bewegt werden kann. Ein derartiges kartesisches Mehrachsensystem nimmt jedoch viel Bauvolumen ein und zeichnet sich durch einen hohen Montageaufwand aus. Ein weiterer Nachteil sind die hohen Investitionskosten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Transportmechanismus und ein Verfahren zur Herstellung eines Transportmechanismus bereitzustellen, mit dem die oben beschriebenen Schwierigkeiten vermieden werden können. Des Weiteren soll ein zuverlässig funktionierender Transportmechanismus geschaffen werden, der sich durch seine Einfachheit und Kompaktheit auszeichnet.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2-7 angegeben.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das in mindestens zwei Ebenen sich erstreckende Gehäuse als einstückig geformtes Rohr ausgebildet ist. Das Rohr weist einen dreidimensionalen Verlauf auf, entlang dieser Erstreckung die Bewegungseinheit mit dem Antriebselement und dem Abtriebselement pneumatisch bewegt werden kann. Verglichen zu dem im Stand der Technik bekannten kartesischen Mehrachsensystem ist eine direkte Verbindung von einem Startpunkt zu einem Endpunkt möglich. Das Rohr kann im Raum eine beliebige dreidimensionale Erstreckung aufweisen, entlang dieser Gegenstände transportiert werden können. Ein wesentlicher Vorteil dieser Erfindung ist, dass durch das in mindestens zwei Ebenen verlaufende Rohr eine direkte Verbindung zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt unter Umgehung von diversen Hindernissen (zum Beispiel Stützpfeiler) realisierbar ist. Wird dem Innenraum des gebogenen Rohres komprimierte Luft zugeführt, übt diese auf das Antriebselement eine gewisse Kraft aus. Aufgrund des wirkenden Druckes verschiebt sich das entlang der Erstreckung innerhalb des Gehäuses bewegliche Antriebselement, wobei gleichzeitig das mit dem Antriebselement bewegungsgekoppelte Abtriebselement sich mitverschiebt. Das Abtriebselement kann beispielsweise einen Greifer umfassen, der einen Gegenstand am Startpunkt ergreifen kann und durch den oben beschriebenen Transportmechanismus an einer Stelle entlang des gebogenen Rohres, beispielsweise am Endpunkt, ablegen kann. Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist, dass das Rohr auf den jeweiligen Einsatzfall entsprechend seiner Geometrie ausgebildet werden kann, wodurch insbesondere eine kompakte und kostengünstige Einheit zur Bewegung von Gegenständen geschaffen wird.

Vorzugsweise weist der Transportmechanismus eine Bewegungseinheit auf, bei der das Antriebselement mit dem Abtriebselement magnetisch bewegungsgekoppelt ist. Hierbei kann in einer Ausführungsform der Erfindung das Antriebselement und das Abtriebselement eine permanentmagnetische Einheit umfassen. Die am Antriebselement und am Abtriebselement angeordneten Magneten üben eine derartige Anziehungskraft aus, dass das Außen am Rohr angeordnete Antriebselement sich während der Bewegung des Antriebselements mitverschiebt. Um einen zuverlässig funktionierenden Transportmechanismus zu realisieren, ist das Antriebselement dem Innenbereich des Rohres angepasst. Hierbei kann das Antriebselement beispielsweise die Form einer Kugel aufweisen. Andere geometrische Formen sind ebenfalls denkbar.

Zweckmäßigerweise ist die Innenwandung des Abtriebselements entsprechend der Mantelfläche des Rohres angepasst, wodurch das Antriebselement störungsfrei gleitend entlang des Rohres das Abtriebselement durch mitbewegt werden kann.

In einer Ausführungsform der Erfindung kann das gebogene Rohr entlang seiner Erstreckung Führungselemente aufweisen, entlang dieser die Abtriebseinheit führbar ist. Die Abtriebseinheit kann beispielsweise mit vorspringenden Elementen ausgebildet sein, die in die Führungselemente eingreifen. Hierdurch wird erreicht, dass die Abtriebseinheit entlang der Rohrerstreckung verschoben werden kann, wobei ein Loslösen des Abtriebselements in radiale Richtung bezogen auf das gebogene Rohr ausgeschlossen wird. Die Führungselemente können hierbei einstückig mit dem gebogenen Rohr verbunden sein. In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist es ebenfalls möglich, die Führungselemente am Gehäuse formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig anzuordnen.

In einer weiteren Ausgestaltung kann das Abtriebselement eine im Wesentlichen halbhülsenförmige Gestaltung aufweisen. Die Wandung des Abtriebselements, die gleitend am gebogenen Rohr anliegt, weist in dieser Ausgestaltung eine halbzylindrische Form auf. In einer weiteren Ausgestaltung des Abtriebselements kann dieses auch eine ringförmige Form haben, die die Mantelfläche des Rohres vollständig umgibt. Die dem Rohr abgewandte Fläche des Abtriebselements kann unterschiedliche Geometrieformen aufweisen. Beispielsweise ist das Abtriebselement in einer Ausführungsform als Quader ausgebildet. An den ebenen Außenflächen des Abtriebselements können zum Beispiel unterschiedlich Vorrichtungen befestigt werden, die während des Transportvorgangs bestimmte Aktionen durchführen.

Zweckmäßigerweise ist an beiden Enden des Rohres ein Deckel angeordnet. Der Deckel kann auf das Rohr aufgeschraubt sein und ist zweckmäßigerweise mit Einlass- und/oder Auslassöffnungen ausgeführt. Diese Öffnungen stehen mit dem Inneren des Rohres in Strömungsverbindung. Um den Transportmechanismus in Gang zu setzen, wird durch die Einlassöffnungen komprimierte Luft in den Innenraum des Rohres gefördert, so dass sich das Antriebselement aufgrund der wirkenden Druckkräfte verschiebt und gleichzeitig das bewegungsgekoppelte Antriebselement mitbewegt. An den Auslassöffnungen kann die innerhalb des Rohres strömende Luft wieder entweichen.

Des Weiteren wird die oben genannte Aufgabe durch ein Verfahren mit den in Anspruch 8 ausgeführten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen 9-12 angegeben. Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung eines von einem Startpunkt bis zu einem Endpunkt sich erstreckenden Gehäuse – für ein Transportmechanismus zur Bewegung von Gegenständen – vorgesehen. Hierbei weist der Transportmechanismus eine entlang des Gehäuses pneumatisch, beweglich führbare Bewegungseinheit auf, die innerhalb eines Gehäuses ein Antriebselement umfasst, das mit einem Außen am Gehäuse angeordneten Abtriebselement bewegungsgekoppelt ist. Erfindungswesentlich ist, dass die Gehäusegeometriedaten des Weges zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt ermittelt werden, die Gehäusegeometriedaten anschließend einer Biegemaschine übermittelt werden, die entsprechend der Geometriedaten das Gehäuse formt. Hierbei können die Geometriedaten durch eine Isometrievorrichtung ermittelt werden. Diese Isometrievorrichtung berücksichtigt eventuell zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt vorliegende Hindernisse, die umgangen werden müssen. Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die Geometriedaten zügig ermittelt und von der Biegemaschine umgesetzt werden können, so dass der gewünschte Gehäuseverlauf – beispielsweise in Form eines gebogenen Rohres – hergestellt werden kann.

Zweckmäßigerweise wird die Isometrievorrichtung, die mehrere Längen-, Winkel- und Verdrehelemente aufweist, am Startpunkt und am Endpunkt befestigt. Über in der Isometrievorrichtung angeordnete Messwertaufnehmer können die Geometriedaten des Gehäuses bzw. des Rohres ermittelt werden. Durch eine derartige Vorrichtung kann eine passgenaue Verbindung zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt geschaffen werden. Die Isometrievorrichtung weist vorteilhafterweise Befestigungsmittel an ihren beiden Enden auf, die am Startpunkt und am Endpunkt angeordnet werden können. Im befestigten Zustand bildet die Isometrievorrichtung im Wesentlichen eine Abbildung des geplanten Verlaufes des Gehäuses nach. Vorteilhafterweise kann ein Transportmechanismus individuell ohne großen Montageaufwand geschaffen werden.

Die Isometrievorrichtung kann zum Beispiel über eine Schnittstelle mit der Biegemaschine verbunden sein. Zum Beispiel ist die Isometrievorrichtung über eine parallele oder über eine serielle Schnittstelle mit der Biegemaschine in Datenkontakt, wobei die Übertragung der ermittelten Gehäusegeometriedaten in der Regel zumindest teilweise über ein Datenkabel erfolgen kann.

In einer Alternative der Erfindung kann die Isometrievorrichtung mit der Biegemaschine drahtlos verbunden sein. Hierbei kann die drahtlose Verbindung eine Funkverbindung sein. Die Funkverbindung liegt bevorzugt im GHz-Bereich gemäß dem Blue-Tooth-Standard, der durch die Blue-tooth-special-interest-group spezifiziert ist.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Geometriedaten des Gehäuses anhand eines bereits bestehenden Gehäuse ermittelt werden. Hierbei kann ein Geometriedaten-Erfassungs-System verwendet werden, das in kürzester Zeit die Gehäusedaten bzw. die Rohrverlaufskoordinaten ermittelt. Zur Ermittlung dieser Geometriedaten können sowohl berührende, also taktilarbeitende Systeme als auch berührungslos arbeitende, vorrangig auf optischer Basis beruhende Messsysteme zum Einsatz kommen. Taktile Messsysteme können sogenannte Koordinationsmessmaschinen oder Gelenkmessarme sein, mittels derer die gebogene Rohroberfläche an einer Vielzahl von Oberflächenbereichen punktförmig abgetastet wird, wobei eine Anzahl von dreidimensionalen Koordinatenpunkten bezogen zu einem Bezugskoordinatensystem gewonnen wird, aus der durch nachfolgende mathematische Approximation eine vollständige Geometrie des gebogenen Rohres berechnet werden kann.

Alternativ dazu können berührungslos arbeitende Methoden das gebogene Rohr mit Hilfe von punkt- oder linienförmigen Triangolationsverfahren oder Photogrammetrieverfahren abtasten, um ebenfalls mit mathematischen Auswertemethoden die Rohrgeometrie zu bestimmen.

Ebenfalls kann es sich anbieten, die dreidimensionale Rohrgeometrie mit Hilfe von gabelförmigen Anordnungen unter Verwendung optischer Lichtschranken zu bestimmen, die längs zur Erstreckung des gebogenen Rohres bewegt werden können und hierbei dreidimensionale Oberflächenpunkte erfassen, die einem mathematischen Auswertealgorhythmus zur Bestimmung der dreidimensionalen Raumgeometrie zugeführt werden. Die ermittelten Geometriedaten können ebenfalls drahtlos oder über eine Schnittstelle der Biegemaschine übermittelt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Transportmechanismus zur Bewegung von Gegenständen.
Gemäß der Darstellung ist ein Transportmechanismus 1 dargestellt, an dem Gegenstände von einem Startpunkt 5 entlang eines dreidimensionalen Rohres 3 bis zum Endpunkt 6 transportiert bzw. bewegt werden können. Das Rohr 3 stellt hierbei einen kolbenstangenlosen pneumatischen Zylinder dar, der eine Bewegungseinheit 2 aufweist. Die Bewegungseinheit 2 setzt sich im Wesentlichen aus einem Antriebselement, welches innerhalb des Rohres 3 angeordnet ist (nicht sichtbar), und einem Antriebselement 4 zusammen. Hierbei sind das Antriebs- und das Antriebselement 4 magnetisch bewegungsgekoppelt. Wird an einem Ende des Rohres 3 komprimierte Luft eingeführt, so übt diese Luft einen bestimmten Druck auf das Antriebselement aus, welches bevorzugterweise eine dem Querschnitt des Rohres 3 angepasste Form aufweist. Aufgrund des wirkenden Druckes bewegt sich das Antriebselement entlang der dreidimensionalen Erstreckung des Rohres 3. Das Abtriebselement 4 ist im folgenden Ausführungsbeispiel halbschalenförmig ausgebildet. Die Innenfläche, die entlang des Rohres 3 hin- und hergleitet, ist der Mantelfläche des Rohres 3 angepasst und weist somit eine halbzylinderförmige Form auf. Das Antriebs- und Abtriebselement 4 können aus einem metallischen Material bestehen, wobei jedes der Elemente eine permanentmagnetische Einheit aufweist. Die permanentmagnetische Einheiten können formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig an dem Antriebs- und Abtriebselementgrundkörper angeordnet sein.
Um eine Gewichtsreduzierung der Bewegungseinheit 2 zu erreichen, kann in einer möglichen Ausführungsform der Erfindung der Grundkörper des Antriebs- und/oder Abtriebselements 4 Ausnehmungen aufweisen. Des Weiteren ist es möglich, den Grundkörper des Antriebs- und/oder Abtriebselements 4 aus einem Kunststoff herzustellen.
Einer der wesentlichen Vorteile der Erfindung ist, dass das Rohr 3 des Transportmechanismus 1 entsprechend den geometrischen Gegebenheiten individuell angepasst werden kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Rohr 3 einen dreidimensionalen Verlauf auf, das ein Hindernis 7 umgeht.
Die gewünschte Raumgeometrie des Rohres 3 vom Startpunkt 5 bis zum Endpunkt 6 kann beispielsweise durch eine Isometrievorrichtung ermittelt werden. Die ermittelten Geometriedaten werden anschließend einer Rohrbiegemaschine übermittelt, die das gewünschte Rohr 3 erstellt.

1: Transportmechanismus
2: Bewegungseinheit
3: Gehäuse, Rohr
4: Abtriebselement
5: Startpunkt
6: Endpunkt
7: Gegenstand, Hindernis

Claims

Transportmechanismus (1) zur Bewegung von Gegenständen mit einer Bewegungseinheit (2), die entlang eines Gehäuses (3) pneumatisch, beweglich führbar ist, wobei die Bewegungseinheit (2) innerhalb des Gehäuses (3) ein Antriebselement aufweist, das mit einem Außen am Gehäuse (3) angeordneten Abtriebselement (4) bewegungsgekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das in mindestens 2 Ebenen sich erstreckende Gehäuse (3) als ein einstückig geformtes Rohr ausgebildet ist.
Transportmechanismus (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement mit dem Abtriebselement (4) magnetisch bewegungsgekoppelt ist.
Transportmechanismus (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement und das Antriebselement (4) eine permanentmagnetische Einheit umfassen.
Transportmechanismus (1) nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3) entlang seiner Erstreckung Führungselemente aufweist, entlang dieser das Abtriebselement (4) führbar ist.
Transportmechanismus (1) nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (4) eine im wesentlichen halbhülsenförmige Gestaltung aufweist.
Transportmechanismus (1) nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Enden des Rohres (3) ein Deckel angeordnet ist.
Transportmechanismus (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel mit Einlass- und/oder Auslassöffnungen ausgeführt ist, die mit dem Innern des Rohres (3) in Strömungsverbindung stehen.
Verfahren zur Herstellung eines von einem Startpunkt (5) bis zu einem Endpunkt (6) sich erstreckenden Gehäuse (3) für ein Transportmechanismus (1) zur Bewegung von Gegenständen, der eine entlang des Gehäuses (3) pneumatisch, beweglich führbare Bewegungseinheit (2) aufweist, die innerhalb des Gehäuses (3) ein Antriebselement umfasst, das mit einem Außen am Gehäuse (3) angeordneten Abtriebselement (4) bewegungsgekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusegeometriedaten des Weges zwischen dem Startpunkt (5) und dem Endpunkt (6) ermittelt werden, die Gehäusegeometriedaten einer Biegemaschine übermittelt werden, die entsprechend der Geometriedaten das Gehäuse (3) formt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Isometrievorrichtung die Gehäusegeometriedaten ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Isometrievorrichtung, die mehrere Längen-, Winkel- und Verdrehelemente aufweist, am Startpunkt (5) und am Endpunkt (6) befestigt wird und die Geometriedaten des Gehäuses (3) über in der Isometrievorrichtung angeordnete Messwertaufnehmer ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Isometrievorrichtung drahtlos mit der Biegemaschine verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Isometrievorrichtung über eine Schnittstelle mit der Biegemaschine verbunden ist.