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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anheben und Positionieren
von Lasten in verschiedenen Höhenbereichen,
zum Beispiel von Karosserien im Kfz-Bau, mit wenigstens zwei beabstandeten, vertikal
angeordneten Hebertürmen,
denen je mindestens eine Walze mit einer oder mit mehreren sich in
Achsrichtung erstreckenden, schraubenlinienförmig gewundenen Führungsnut
oder Führungsnuten zugeordnet
ist oder sind, in die jeweils ein oder mehrere einer Hebebühne zugeordneten
Rollenbolzen eingreifen, wobei die Walzen synchron zwecks Hubbewegung
der Hebebühne
in entgegengesetzten Richtungen durch Asynchronmotoren motorisch
angetrieben sind.
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Stand der Technik
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Eine
Vorrichtung der vorausgesetzten Gattung gehört zum Stand der Technik. Dabei
sind den Hebebühnen
Asynchronmotoren als Antriebe zugeordnet, deren Synchronlauf durch
mindestens zwei angeflanschte Kardanwellen sichergestellt wird.
Dies ist bauaufwendig. Außerdem
versperren die unterhalb der Hebebühne angeordneten Kardanwellen den
hier vorhandenen Raum.
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Aus
der
DE 102 17 064
B4 ist eine Säulenhebebühne mit
einer Steuereinrichtung und mindestens einer Tragsäule vorbekannt,
wobei die Tragsäule
enthält:
eine drehbar gelagerte Hubspindel mit einem Außengewinde, einen von der Steuereinrichtung
gesteuerten Drehantrieb für
die Hubspindel, eine mit der Hubspindel in Eingriff befindliche
Tragmutter, die durch eine Drehbewegung der Hubspindel daran verfahrbar
ist, eine mit der Hubspindel in Eingriff befindliche Fangmutter,
die zu der Tragmutter in Schwerkraftrichtung versetzt angeordnet
ist und mit der Tragmutter mitläuft,
einen mit der Tragmutter verbundenen Hubschlitten, an dem mindestens
ein Tragarm angebracht ist, und einen mit der Steuereinrichtung verbundenen
Referenzwächter
zur Erfassung einer Annäherung
des Hubschlittens, gekennzeichnet durch einen mit der Steuereinrichtung
verbundenen Drehwächter
zur Erfassung einer Drehbewegung des Drehantriebs, wobei jeder Tragsäule eine
mit der Steuereinrichtung verbundene Impulszähleinrichtung zur Positionsüber wachung
der Hubschlitten zugeordnet ist. Jede der Hubspindeln ist derart
gelagert und geführt,
dass die Kräfte
auf die Hubspindeln in Richtung der Schwerkraft von der Lagerung
aufgenommen werden und bei Kräften
auf die Hubspindeln entgegen der Schwerkraft jede der Hubspindeln
entgegen der Schwerkraft bewegbar ist. Der Referenzwächter und
der Drehwächter
sind induktive Näherungsschalter,
wobei der Drehwächter
auch durch einen inkrementalen Drehgeber gebildet sein kann. Zur
Ermittlung der Drehrichtung der Drehantriebe sind bei einem Polwendeschalter
zur Drehrichtungsumkehr der Drehantriebe entsprechende Hilfskontakte
vorgesehen, der Drehwächter
ist als Quadraturencoder ausgebildet, und/oder die Phasenlage der Drehantriebe
ermittelt wird. Dabei wird eine Referenzposition der Hubschlitten
durch den jeweiligen Referenzwächter
in Verbindung mit der zugeordneten Impulszähleinrichtung überwacht,
wobei in Referenzposition des jeweiligen Hubschlittens der zugeordneten
Impulszähleinrichtung
ein Referenzzählerstand
zugewiesen wird. Bei Einsatz von mindestens zwei Tragsäulen enthält die Steuereinrichtung
eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der Zählerstände der den Tragsäulen zugeordneten
Impulszähleinrichtungen
und weist eine Abschalteinrichtung zum Abschalten der einzelnen
Drehantriebe auf. Die Vergleichseinrichtung ermittelt anhand der
Zählerstände der
den Tragsäulen
zugeordneten Impulszähleinrichtungen
einen voreilenden Hubschlitten und die Abschalteinrichtung schaltet
den Drehantrieb der zugehörigen
Hubspindel solange ab, bis die Zählerstandsdifferenz
zwischen den Impulszähleinrichtungen
einen vorbestimmten ersten Grenzwert unterschreitet. Sobald einer
der Referenzwächter die
Referenzposition des zugehörigen
Hubschlittens meldet und die Vergleichseinrichtung feststellt, dass
der Zählerstand
der dem Hubschlitten zugeordneten Impulszähleinrichtung von dessen Referenzzählerstand abweicht,
die Abschalteinrichtung mindestens den betreffenden Drehantrieb
abschaltet und eine entsprechende Warnmeldung ausgibt, wodurch insbesondere
eine Mutterbruchüberwachungseinrichtung zum Überwachen
eines Bruches der Tragmutter gebildet ist. Die Abschalteinrichtung
schaltet mindestens den betreffenden Drehantrieb ab und gibt eine entsprechende
Warnmeldung aus, sobald einer der Hubschlitten seine Referenzposition
erreicht hat und der zugehörige
Referenzwächter
die Referenzposition nicht mehr anzeigt. Nach dem Abschalten und/oder
nach einem Ausfall der Stromversorgung eines oder mehrerer der Drehantriebe
wird die Inkrementierung bzw. Dekrementierung der Zählerstände der
betreffenden Impulszähleinrichtungen
fortgesetzt, um ein Nachlaufen der Hubspindeln zu erfassen, wobei
die Zählerstände nach
einer Auslaufzeit der Hubspindeln in einem nicht flüchtigen
Speicher abgelegt werden. Nach einem Abschalten und/oder nach einem
Ausfall der Stromversorgung eines oder mehrerer der Drehantriebe
erfolgt eine Fortsetzung der Inkrementierung oder Dekrementierung
der Zählerstände der
betreffenden Impulszähleinrichtungen, um
ein Nachlaufen der Hubspindeln zu erfassen, wobei nach einer Auslaufzeit
der Hubspindeln ein Ablegen der Zählerstände in einem nicht flüchtigen
Speicher vorgesehen ist.
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Bei
der vorerwähnten
vorbekannten Bauart handelt es sich um eine verkabelungsarme Konstruktion
zur Tragmutternüberwachung
aus Sicherheitsgründen,
zum Beispiel an Werkstatt-Hebebühnen,
an denen Personen an gehobener Last arbeiten. Die dort verwendeten
Spindeln ermöglichen
eine relativ langsame Bewegung bei großer Reibung und sind ungeeignet
für hochdynamische,
sich kurzzyklisch wiederholende Bewegungen. Die Steigung muss vielmehr
gering sein, um die Reibung nicht zu hoch werden zu lassen, was
wiederum hohe Drehzahlen für
schnelle Bewegungen erfordert und damit dynamische Auswuchtungs-Probleme
der Spindeln mit sich bringt. Zwischen Mutter und Spindel tritt
reine relativ hohe Gleitreibung auf. Eine schnelle Hubbewegung erscheint
deshalb fraglich. Eine hohe Genauigkeit bei der Positionierung und
Synchronisierung ist hierbei nicht erforderlich.
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Aus
der
DE 199 60 654
A1 ist eine Hebevorrichtung zur positionsgenauen Hubbewegung
von blockförmigen
Schwerlasten, insbesondere Umformwerkzeugen, vorbekannt, mit einem
in einem Säulengestell
geführten
Hubstößel zur
Aufnahme der Schwerlast, mehreren zwischen dem Säulengestell und dem Hubstößel angeordneten,
elektromotorisch arbeitenden Vertikalantrieben und einer Synchronisiereinrichtung
zur Synchronisierung der Vertikalbewegung der Vertikalantriebe.
Die Vertikalantriebe weisen jeweils einen gesondert angesteuerten,
an dem Säulengestell
drehfest abgestützten,
vorzugsweise als Drehstrom-Asynchronmotor ausgebildeten Elektromotor
auf. Die Hubstößel liegen
mit ihrer Unterseite über
jeweils eine lose Zwischenhülse
formschlüssig
auf einer kalottenförmigen
oberen Stirnfläche
der Spindelmutter der Gewindespindeltriebe auf. Die Auflagestellung
des Hubstößels auf
den Kupplungsgliedern wird durch jeweils einen vorzugsweise berührungslos
arbeitenden Näherungsschalter
erfasst, wobei beim Verlassen der Anlagestellung alle Vertikalantriebe
zugleich abschaltbar sind. Die Synchronisierung weist für jeden
Vertikalantrieb einen zugeordneten Positionssensor zur Bestimmung
der Hubposition auf. Außerdem
weist die Synchronisierungseinrichtung einen mit der Abtriebswelle
des Elektromotors oder der Gewindespindel gekoppelten Winkelgeber,
vorzugsweise eine inkrementale Glasstrichscheibe zur mittelbaren
Positionsbestimmung der Spindelmutter auf.
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Die
vorerwähnte
Bauart betrifft eine Synchronisierung für sehr langsame, hochpositionsgenaue Bewegungen
ohne Dynamik. Der Zeitaufwand spielt für solche Konstruktionen praktisch
keine Rolle, ist also mit langsamen Steuerungen durchführbar. Der Schwerpunkt
dieser Vorveröffentlichung
liegt auf der Positionsgenauigkeit (bei Touchierpressen im Bereich
kleiner als 1/100 mm). Diese Lösung
ist für
höhere
Dynamik nicht verwendbar. Kugelrollspindeln sind darüber hinaus
anfällig,
nicht dauertest, verschleißbehaftet
und für
hohe Belastungen bei entsprechender Dynamik nicht geeignet.
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Aus
der
US 4,330,105 A ist
ein Ent-/Beladekran für
Schwerlasten vorbekannt, der insbesondere von den Türmen so
gestaltet ist, dass seitliche Kräfte über die
Turmgehäuse
abgefangen werden, weil sonst die Spindel abknicken würde. Eine
schnelle elektronische Synchronisierung ist hierfür nicht brauchbar
und auch in dieser Druckschrift nicht erwähnt. Es wird eine reine Spindel-Mutter-Lösung mit Zwangskopplung
der beiden Spindeln angewendet, keine elektronische Synchronisierung.
Es ist ein Joch vorhanden, und es wird mit Keilriemen oder Kardanwellen
zwangsgekoppelt. Zu den beiden Turm-Paaren wird hinsichtlich der
Synchronisierung nichts ausgeführt,
da das zwischen den beiden Türmen
hängende
Joch durchaus auch schief hängen
kann. Insoweit entspricht diese Bauart der von Kardanwellen her
bekannten Lösung.
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Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes
der Technik zu vermeiden und eine Vorrichtung bereitzustellen, bei
der sich der Synchronlauf von motorischen Antrieben einerseits genau
steuern oder regeln lässt,
andererseits der Raum unterhalb der Hebebühne weitgehend oder im Bedarfsfalle
auch vollkommen von Bauteilen freigehalten werden kann.
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Lösung
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Die
Aufgabe wird betreffend der Steuerung durch die im Patentanspruch
1 wiedergegebenen Merkmale gelöst
und betreffend der Regelung durch die im Patentanspruch 2 wiedergegebenen
Merkmale gelöst.
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Einige Vorteile
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird die Synchronbewegung unter anderem dadurch gewährleistet,
dass die Motoren direkt an dem Getriebeelement für den Antrieb der betreffenden
Walze angeflanscht und über
Frequenzumrichter und Geberkarte synchron antreibbar sind. Dadurch
lässt sich bei
präzisem
Synchronlauf der Antriebsmotoren, zum Beispiel von Asynchronmotoren,
der Raum unterhalb der Hebebühne
weitgehend oder vollkommen von Bauteilen freihalten. Irgendwelche
Antriebswellen, insbesondere Kardanwellen, werden nicht mehr benötigt.
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Im
Gegensatz zu der Bauart nach der
DE 102 17 064 B4 ermöglicht die Erfindung eine hinreichend
schnelle Hubbewegung mit schneller elektronischer Selbstsynchronisierung
bei der jeweils gewünschten
Bewegungsgeschwindigkeit. Dabei ermöglicht die Rollenbolzen/Führungsnut-Paarung eine
reibungsarme Bewegung. Die Bewegungszeiten können dabei typischerweise 2,8
sec für
700 mm Hub betragen, was sich zum Beispiel bei Säulenhebebühnen gemäß der
DE 102 17 064 B4 nicht
verwirklichen lässt.
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Auch
die Synchronisierung gemäß der
DE 199 60 654 A1 ist
für den
erfindungsgemäß angestrebten
Anwendungsfall viel zu langsam und zeitaufwändig und spielt bei dieser
vorbekannten Bauart auch keine Rolle, da dort eine sogenannte elektronische
Königswelle
nicht erforderlich ist. Der Schwerpunkt liegt vielmehr dort auf
Positionsgenauigkeit wie sie zum Beispiel bei Touchierpressen im
Bereich von 1/100 mm angestrebt wird. Für Hebebühnen gemäß der Erfindung, wo bei entsprechender
Dynamik zum Beispiel 700 mm in 2,8 sec gefahren werden, ist die vorbekannte
Lösung
unbrauchbar.
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Weitere
Ausgestaltungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
der Zeichnungen, in der die Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist.
Es zeigen:
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1 eine
Vorrichtung in der Seitenansicht in der unteren Hubstellung;
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2 und 3 verschiedene
Hubstellungen der Hebebühne,
und
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4 die
aus 1 ersichtliche Vorrichtung in der oberen Hubstellung.
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Mit
den Bezugszeichen 1 bzw. 2 sind zwei beabstandete
Hebertürme
bezeichnet, zwischen denen eine Hebebühne 3 in vertikaler
Richtung, also in Richtung A bzw. B um das Maß L hubbeweglich angeordnet
ist. Auf der Hebebühne 3 ist
ein nicht dargestelltes Werkstück,
zum Beispiel die Karosserie eines PKW, gelagert. In jedem der Hebertürme 1 und 2 ist je
eine Walze 4 mit ihrer Längsachse ebenfalls vertikal
angeordnet. Jede Walze 4 besitzt mindestens eine schraubenlinienförmig gewundene
Nut 6 bzw. 7, in die jeweils mindestens ein Rollenbolzen 8 bzw. 9 eingreift.
Jedem Rollenbolzen 8 bzw. 9 ist je ein Schlittenelement 10 bzw. 11 zugeordnet,
dem die Hebebühne 3 getrieblich
zugeordnet ist.
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An
ihrem unteren Ende weist jede Walze 4 bzw. 5 je
ein Kegelradgetriebe oder einen Zahnriementrieb 12 bzw. 13 auf,
der über
je eine Welle 14 bzw. 15 von einem zum Beispiel
als Asynchronmotor ausgebildeten motorischen Antrieb 16 bzw. 17 angetrieben
wird.
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Den
Motoren 16 und 17 ist eine Steuer- oder Regelvorrichtung
zugeordnet, die in der Zeichnung schematisch angedeutet ist und
zum Beispiel einen Frequenzumrichter und Geberkarte aufweisen kann, die
zum Beispiel eine speicherprogrammierbare Steuerung oder Regelung 18 sowie
Frequenzumrichter 19 und 20 bei der dargestellten
Ausführungsform umfasst.
Dadurch werden die Motoren 16 und 17 synchron
gesteuert oder geregelt, um innerhalb vorgeschriebener Toleranzen
einen synchronen Antrieb der Walzen 4 und 5 und
damit einen gleich mäßigen und
gleichförmigen
Hub in Richtung A bzw. B zu gewährleisten.
Dabei werden die Walzen 4 und 5 in die eine oder
andere Richtung mit der jeweils geregelten oder gesteuerten Drehgeschwindigkeit
motorisch angetrieben, wobei die Rollenbolzen 8 und 9 in
den Nuten 6 und 7 gleitbeweglich in Richtung A
bzw. B bewegt werden, wodurch über
das Schlittenelement 10 und 11 auch die Hebebühne 3 in
Richtung A bzw. B bewegt wird. Bei der Höhe F erfolgt zum Beispiel eine programmierbare Übergabe
des auf der Hebebühne 3 angeordneten
Werkstückes
(nicht dargestellt), zum Beispiel der Karosserie eines PKW, an eine
in einer Fertigungslinie angeordnete weitere Einheit, zum Beispiel
einer weiteren Vorrichtung gemäß der dargestellten
Bauform, die taktweise angetrieben und bewegt wird (nicht dargestellt).