DE102005017497B4

DE102005017497B4 - Gutfördervorrichtung mit Synchronlinearmotor

Info

Publication number: DE102005017497B4
Application number: DE200510017497
Authority: DE
Inventors: Maximilian Klaus; Gerhard Matscheko; Thorsten Rabenschlag; Gernot Rossi; Hubert Schedler; Christian Volmert; Johannes Wollenberg; Wolfgang Wolter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2005-04-15
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2025-04-16
Also published as: WO2006108847A1; DE102005017497A1

Abstract

Gutfördervorrichtung zum Fördern eines Guts über mindestens eine Strecke, die einem Mehrfachen der Ausdehnung des Guts entspricht,
– einer Antriebseinrichtung, die einen Elektromotor aufweist, und
– einer Transporteinheit (T), die von der Antriebseinrichtung angetrieben wird, wobei
– der Elektromotor ein Synchronlinearmotor mit zahnstangenförmigem Sekundärteil (S) ist, wobei das Primärteil (P) des Synchronlinearmotors in oder an der Transporteinheit (T) befestigt ist, wobei
– die Transporteinheit (T) Rollen zum Fahren aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen zum Befahren einer geschlossenen Oberfläche eines Bodens geeignet sind,
– das Sekundärteil (S) in dem Boden (B) unter dessen geschlossener Oberfläche integriert ist und permanentmagnetlos ist und
– dass die magnetischen Kräfte zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil der Querführung des Fahrzeugs dienen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gutfördervorrichtung zum Fördern eines Guts über mindestens eine Strecke, die einem Mehrfachen der Ausdehnung des Guts entspricht.
Im industriellen Umfeld sowie bei zahlreichen nicht industriellen Unternehmen (beispielsweise Post, Gepäcktransport auf Flughäfen, etc.) fallen vielfältige Transfer- und Transportaufgaben an. Allen diesen Transportaufgaben ist gemein, dass im Vergleich zu den Abmessungen des Transportguts längere Strecken zurückgelegt werden müssen. Zur Bewältigung dieser Aufgaben werden Gutfördersysteme eingesetzt.
Herkömmliche Systeme verwenden unterschiedliche mechanische Lösungen (Seilzüge, Ketten, Zahnstangen, Rad/Schiene, Rollen/Transportbänder), welche störanfällig sind und einen hohen Wartungsaufwand erfordern. Dem Stand der Technik entsprechende, permanenterregte Synchronlinearmotoren konnten sich bisher nur vereinzelt für diese Aufgaben durchsetzen, da die gesamte Transportstrecke mit Magneten bestückt sein muss. Dies bringt sehr hohe Kosten mit sich und erfordert einen hohen Aufwand an Schutzeinrichtungen der Strecke gegen ferromagnetische Verunreinigungen sowie an Einrichtungen zum Personenschutz. Anwendungen, bei denen die Schutzeinrichtungen nicht ausreichen oder nicht praktikabel sind, können keine Synchronlinearmotoren mit permanentmagnetbestückten Sekundärteilen einsetzen.
Je nach Anwendung sind jedoch auch zahlreiche andere Anforderungen an das Gutfördersystem zu stellen. So müssen oft auf einer Transportstrecke mehrere Transporteinrichtungen synchron oder asynchron zueinander bewegt werden. Dies ist beispielsweise bei Montagebändern der Fall. Eine asynchrone Behandlung des Transportguts ist jedoch bei den meisten mecha nischen Systemen nur mit erheblichem technischen Aufwand realisierbar.
Darüber hinaus besteht vielfach die Anforderung, dass am Zielort das Transportgut mit einer gewissen Genauigkeit positioniert wird, um ein Entnehmen aus der Transporteinrichtung oder ein Bearbeiten des Transportguts zu ermöglichen.
Bei einer weiteren häufigen Transportaufgabe ist das Transportgut fest mit der Transporteinrichtung verbunden. Die Transporteinrichtung positioniert das Gut mit Hilfe einer Steuerung. Als Beispiel für eine derartige Anwendung können bewegliche Kameras und Leuchten genannt werden.
Neben asynchronen Linearmotoren sind aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2004 045 992 A1 auch Synchronlinearmotoren mit permanentmagnetlosen Sekundärteilen bekannt.
Die DE 202 05 552 U1 betrifft ein Sekundärteil eines linearen Schrittmotors. Das Sekundärteil besteht aus leitfähigen und isolierenden Blechen und ist für eine magnetische Wechselwirkung mit einem am Schrittmotor angebrachten Primärteil ausgebildet, so dass der lineare Schrittmotor durch diese Wechselwirkung entlang einer Längsachse des Sekundärteils verschoben wird.
Die DE 202 09 612 U1 beschreibt ein Hochgeschwindigkeits-Transportsystem für Personen und Güter. Das Hochgeschwindigkeits-Transportsystem kann dabei auch ein Transportfahrzeug mit drei Kurzstatorspulen eines Synchronlinearantriebes umfassen, welches entlang eines Geleises verfahrbar ist.
Der Artikel „Linearmotor- und Magnetschwebetechnik als neues Antriebssystem für Förder- und Transportaufgaben unter Tage?” (DE-Z, Glückauf 119 (1983) Nr. 12, S. 570 bis 577) beschreibt in gattungsgemäßes Transportsystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Des Weiteren betrifft der Artikel „Schnelle Verkettung” (DE-Z, Fördermitteljournal 4/92, S. 42, 44) ein Linearmotor-Antriebssystem, welches in einer besonderen Ausführungsform doppelstöckig ausgebildet ist. Ein Gütertransport kann dabei auf einer oberen Bahn in eine Richtung und auf einer unteren Bahn in eine andere Richtung verlaufen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Gutfördersystem bereitzustellen, dessen Transportweg auch für einen weiteren Güter- oder Personenverkehr nutzbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Gutfördervorrichtung gemäß dem Anspruch 1 gelöst.
Durch den Synchronlinearmotor mit seinem verminderten Energieverbrauch und seinem kostengünstigen, permanentmagnetlosen Sekundärteil kann die Linearmotortechnik im Bereich von Transfer- und Transportaufgaben eine breite Verwendung finden, da insbesondere lange Verfahrwege gemeistert werden können und das Sekundärteil außerdem sehr robust ist. Des Weiteren ist keine Schutzeinrichtung für das Sekundärteil notwendig, da dieses keine Permanentmagnete aufweist, welche durch ferromagnetische Partikel verschmutzt werden könnten. Zusätzlich ist das Sekundärteil in einen Boden unter dessen geschlossener Oberfläche integriert. Dadurch bleibt der Boden für andere Fahrzeuge uneingeschränkt nutzbar.
Vorzugsweise ist die lösungsgemäße Gutfördervorrichtung mit mehreren Transporteinheiten ausgestattet, die ein gemeinsames Sekundärteil nutzen. Auf diese Weise kann das Sekundärteil als Förderstraße für beliebig viele Transporteinheiten verwendet werden.
Sofern das Sekundärteil mit seinen Zähnen offen ist, kann es günstig sein, wenn die lösungsgemäße Gutfördevorrichtung eine Halteeinrichtung aufweist, die über ein Formschlusselement zum Fixieren der Transporteinheit an dem Sekundärteil ver fügt. Dadurch kann in Bewegungsrichtung eine Haltekraft ohne Energieverbrauch aufgebracht werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung verfügt die Transporteinheit ausschließlich über passiv gelenkte Räder und nicht über aktiv gelenkte Räder. Damit sind stärkere Richtungswechsel auf einem freien Boden oder auf einem Schienensystem möglich.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der lösungsgemäßen Gutfördervorrichtung sieht vor, dass das Primärteil und das Sekundärteil auch die Funktion der Querführung der Transporteinheit besitzen. Damit kann auf sonstige Querführungseinheiten wie beispielsweise Schienen verzichtet werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 eine Skizze eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gutfördersystems;
2 einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Transporteinheit mit Lenkschemelrollen und
3 ein Kraftdiagramm zu der Transporteinheit zu 2.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
In 1 ist ein Gutfördersystem skizziert. Auf einem Boden B ist eine Transporteinheit T entlang eines Verfahrweges V verfahrbar. Die Transporteinheit T beinhaltet das Primärteil P eines Synchronlinearmotors. An dem Primärteil P befinden sich zur permanenten Anregung Permanentmagnete, wie dies in der deutschen Patentanmeldung 10 2004 045 992 A beschrieben ist. Das Sekundärteil S die ses Synchronlinearmotors ist permanentmagnetfrei. Im vorliegenden Fall ist das Sekundärteil S in den Boden B integriert, so dass seine Zahnstruktur unterhalb der Oberfläche des Bodens B liegt und der Boden somit nicht durch das Sekundärteil S unterbrochen ist.
Der hier eingesetzte Linearmotor ist wartungsfrei und kann schnell und präzise positioniert werden. Da die magnetlose Sekundärteilstruktur einen einfachen Aufbau aufweist und sehr kostengünstig herzustellen ist, kann dieses Motorkonzept vor allem bei langen Verfahrwegen vorteilhaft eingesetzt werden. Trotz dieser langen Verfahrwege lässt sich die Transporteinheit T sehr schnell und präzise positionieren, so dass eine Automatisierung hinsichtlich der Entnahme und der Bearbeitung des Transportguts leichter durchführbar ist.
Auf dem gesamten Verfahrweg V können mehrere Transporteinheiten T eingesetzt werden, obwohl in 1 nur eine derartige Transporteinheit T eingezeichnet ist. Die einzelnen Transporteinheiten T lassen sich dann unabhängig voneinander (asynchron) bewegen. Bei speziellen Anforderungen wie Montageanlagen kann es jedoch notwendig sein, die Transporteinheiten miteinander oder mit einer anderen Einheit zu synchronisieren. Dadurch kann beispielsweise die Transportgeschwindigkeit an eine Arbeitsgeschwindigkeit einer Montageeinheit angepasst werden.
Ein in 1 nicht dargestellter Lagesensor, der an dem Primärteil P angebracht ist, wird zur Abtastung des Sekundärteils S verwendet, da die gezahnte Sekundärteilstruktur als Maßverkörperung für den Antrieb dient. Damit kann nicht nur die Geschwindigkeit geregelt werden, sondern die Transporteinheit T auch sehr präzise, absolut oder relativ positioniert werden.
In 1 ist angedeutet, dass das Sekundärteil S in den Boden B versenkt ist. Generell kann das Sekundärteil in alle glatten Oberflächen eingebettet werden, auf denen Transportaufgaben anfallen. Beispielsweise kann die Sekundärteilbahn in einen Hallenboden eingegossen werden. Dabei kann das Sekundärteil auch in Form eines Gitters oder einer Leiter in den Boden integriert sein und so gleichzeitig die Funktion einer Bewehrung von Beton und Estrich übernehmen, wie dies bereits angedeutet wurde. In diesem Fall bewegt sich die Transporteinheit T entlang der Gitter- bzw. Leiterstruktur. An Kreuzungspunkten kann ein Richtungswechsel der Transporteinheit T beispielsweise dadurch stattfinden, dass an der Transporteinheit ein Zusatzprimärteil, gegebenenfalls drehbar gelagert, angebracht ist.
In 2 ist ein Abschnitt einer Transporteinheit eines Flurfördersystems dargestellt. Das Fahrzeug bzw. die Transporteinheit T verfügt über Lenkschemelrollen LR. Diese sind an der Transporteinheit T drehbar gelagert. An der Unterseite der Transporteinheit T ist das Primärteil P des Synchronlinearmotors einschließlich der Permanentmagnete (nicht dargestellt) angebracht.
Die Transporteinheit T bewegt sich auf einem Boden B. Die Fortbewegungskraft erhält sie durch zusammenwirken mit dem in den Boden B eingelassenen Sekundärteil S. Zwischen dem Primärteil P und dem Sekundärteil S wirkt hierzu ein Magnetfeld M. Dieses Magnetfeld M dient nicht nur zum Vorschub der Transporteinheit in der Hauptbewegungsrichtung. Vielmehr werden die permanent zwischen Primärteil P und Sekundärteil S vorhandenen magnetischen Kräfte auch zur Querführung des Fahrzeugs ausgenutzt. Dies bedeutet, dass für die Querführung bzw. Lenkung der Transporteinheit T kein Formschluss (z. B. bei Schienen) sondern ein Kraftschluss verwendet wird.
Ein entsprechendes Kraftdiagramm ist in 3 wiedergegeben. Der laterale Versatz des Primärteils P gegenüber dem Sekundärteil S bestimmt die resultierende Kraft F_res und insbesondere auch deren Richtung. Die resultierende Kraft F_res lässt sich in die orthogonalen Komponenten F_N und F_T zerlegen. Dabei bedeutet F_N die Normalkraft und F_T die auf das Fahrzeug wirkende seitliche Führungskraft bzw. Transversalkraft. Durch die seitliche Führungskraft F_T werden die Lenkschemelrollen LR in die entsprechende Richtung gedreht, so dass sich die Transporteinheit T entlang dem Sekundärteil S bewegt.
Anwendungsgebiete ergeben sich dort, wo Transport- und/oder Verkehrsflächen mehrfach genutzt werden müssen. Spezielle Einsatzgebiete sind für automatische Flurfördersysteme, z. B. bei der Transportautomatisierung in Automobilfabriken, Containerterminals, Flughäfen, Krankenhäusern und dergleichen denkbar.

Claims

Gutfördervorrichtung zum Fördern eines Guts über mindestens eine Strecke, die einem Mehrfachen der Ausdehnung des Guts entspricht, – einer Antriebseinrichtung, die einen Elektromotor aufweist, und – einer Transporteinheit (T), die von der Antriebseinrichtung angetrieben wird, wobei – der Elektromotor ein Synchronlinearmotor mit zahnstangenförmigem Sekundärteil (S) ist, wobei das Primärteil (P) des Synchronlinearmotors in oder an der Transporteinheit (T) befestigt ist, wobei – die Transporteinheit (T) Rollen zum Fahren aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen zum Befahren einer geschlossenen Oberfläche eines Bodens geeignet sind, – das Sekundärteil (S) in dem Boden (B) unter dessen geschlossener Oberfläche integriert ist und permanentmagnetlos ist und – dass die magnetischen Kräfte zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil der Querführung des Fahrzeugs dienen.
Gutfördervorrichtung nach Anspruch 1 mit weiteren Transporteinheiten (T), die ein gemeinsames Sekundärteil (S) nutzen.
Gutfördervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die mehreren Transporteinheiten (T) untereinander synchronisiert sind.
Gutfördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sekundärteil (S) als Lagemaß zur Bestimmung der Lage einer Transporteinheit (T) dient.
Gutfördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zahnstruktur des Sekundärteils (S) versiegelt oder eingebettet ist.
Gutfördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sekundärteil (S) gleichzeitig die Funktion einer Bewehrung des Bodens (B) besitzt.
Gutfördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Transporteinheit ausschließlich über passiv gelenkte Räder (LR) und nicht über aktiv gelenkte Räder verfügt.