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Die
Erfindung betrifft einen Hub-Senk-Förderer zum Bewegen von angetriebenen
Rollenbahnen von einer unteren Position über eine Lastübergabeposition
zu einer oberen Position in einer Förderbahn zum Bewegen von Trägern für Karosserieteile
oder dergleichen und zum Absenken der Rollenbahnen, mit Übergabe
an eine Lastübergabestation
und/oder an Montage- und/oder Schweißrobotern, mit seitlichen Schlitten
an oder in Hebetürmen,
wobei die Hebebühne
oder dergleichen mit Rollenbolzen in je eine Nut-Walze je einer
Nut getrieblich eingreifen, wobei die Nut der betreffenden Nut-Walze
die Bewegungsform abbildet, insbesondere die ruckfreie Übernahme der
Last durch Abbremsen bis zum Stillstand am Übergabepunkt und erneuter Beschleunigung
sowie Verriegeln der Hebebühne
oder dergleichen in der oberen Hubposition durch einen sogenannten
Rastgang, wobei die Walzen durch einen Motor über Kardanwellen oder dergleichen
synchron angetrieben sind, mit einer übergeordneten Anlagensteuerung (SPS).
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Stand der Technik
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Hub-Senk-Förderer der
vorausgesetzten Gattung werden auch als „Heber-Türme” bezeichnet, mit denen motorisch
angetriebene Rollenbahnen senkrecht von einer unteren Position über eine
Mittelposition (Lastübergabe-Position)
zu einer oberen Position gehoben und sukzessive auch wieder abgesenkt
werden können.
Häufig
werden sie in einer Reihe hintereinander angeordnet und ermöglichen
so in der oberen Position den Transport von sogenannten Skids, die
als Träger
für Karosserieteile
oder dergleichen von Station zu Station dienen. Mehrere derartiger
Hub-Senk-Förderer können hintereinander
in einer Förderbahn
angeordnet sein und die zu transportierenden Karosserieteile oder
dergleichen zu den jeweiligen Bearbeitungsstationen wie Schweißroboter oder
Montageroboter fördern.
In der jeweiligen Station werden dann die Rollenbahnen wieder abgesenkt, das
Bauteil wird auf fixen Aufnahmepunkten abgesetzt (Lastübergabe)
und Rollenbahnen mit Skids werden noch weiter nach unten gefahren,
um den betreffenden Montage- oder Schweißrobotern oder dergleichen
den Zugang zum Bauteil zu ermöglichen.
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Eine
Rollenbahn wird in der Regel von je zwei Hebern mit seitlichen Schlitten
in senkrechten Längsführungen
gehalten. Die Hebebühne
oder Schlitten ragen mit je einem Rollenbolzen in eine Nut-Walze,
deren Drehung und Nutform den Schlitten auf- und abbewegt. Die Steigung
der Nut in der Walze bildet die Bewegungsform ab, insbesondere die
ruckfreie Übernahme
der Last durch Abbremsen bis zum Stillstand am Übernahmepunkt und erneutem
Beschleunigen sowie der Verriegelung der Hebebühne oder dergleichen in der
oberen Position durch einen sogenannten Rastgang (horizontaler Nutverlauf),
der eine Bewegung der Walze durch die Schwerkraft der Rollenbahn
verhindert. Die Bahn ist in der oberen Position quasi verriegelt.
Die Nut-Walzen werden üblicherweise
von einem zentralen Motor mit starr verbundenen Kardanwellen und
Umlenkungen synchron gedreht. Für
eine komplette Bewegung der Heber drehen sich die Nut-Walzen je
nach Hubhöhe
typischerweise zwei- bis fünfmal.
Die Beschaltung des zentralen Motors erfolgt über Nocken an einer Schaltscheibe,
die über
eine geeignete Untersetzung von der Nutwalze angetrieben wird, wobei
eine Scheibenumdrehung der Gesamtzahl der Umdrehungen der Walze
entspricht. Nocken am Beginn und Ende der Bewegung schalten den
Motor, auch ist ein Überlaufschutz
durch weitere Nocken sichergestellt. Der übergeordneten Anlagensteuerung
(SPS) wird zusätzlich
durch oben und unten angeordnete Initiatoren separat signalisiert,
in welcher Position die Heber und damit sich die Rollenbahn befindet.
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Diese
vorbekannte Lösung
ist relativ platzaufwendig, verschleißanfällig und empfindlich. Die übergeordneten
Anlagen-SPS übernimmt
die Abfrage der Schalter und steuert den Motor über Schütze oder Frequenzumformer.
Dadurch ergibt sich ein erheblicher Programmieraufwand mit Nockeneinstellung.
Die Inbetriebnahme ist relativ aufwendig.
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Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hub-Senk-Förderer der
vorausgesetzten Gattung zu vereinfachen und weniger störanfällig auszubilden.
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Lösung
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die in Patentanspruch
1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.
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Einige Vorteile
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Bei
der Erfindung handelt es sich im wesentlichen um die Erfassung der
Nut-Walzenbewegungen durch Drehgeber, zum Beispiel nach dem Induktionsprinzip
oder nach anderen Prinzipien aufgebaut, der die Position der Nut-Walze
genau misst und einer zwischengeschalteten Steuerung, die diese
Angaben auswertet und mit Zusatzinformationen von zwei Initiatoren
oben und unten den Motor auf Befehl der zugeordneten Steuerung ein
und in der erreichten Position wieder ausschaltet.
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Auch
können
Sensoren verwendet werden, die Mehrfachumdrehungen nicht erkennen
können oder
diese Informationen bei abgeschalteter Stromversorgung verlieren,
oder im abgeschalteten Zustand nicht erfassen können. Eine entsprechende Logik
ermöglicht
es in der Steuerung, den unteren Punkt anzufahren, da der untere
Nullpunkt der Nullstellung des Sensors entspricht und der untere
Initiator innerhalb von weniger als 360° vor der Nullstellung angeordnet
wird. Die Gradzahl von dort bis zum oberen Nullpunkt wird in der
Steuerung bei der Einrichtung programmiert, so dass auch dieser
Punkt unmittelbar angefahren werden kann, da auch der obere Initiator
innerhalb von weniger als 360° vor dem
Ende der Walzennut angeordnet wird.
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Als
Antriebsmotor oder Motoren werden bevorzugt Asynchron-Motoren, schaltschützgesteuert oder
auch FU-gesteuert, eingesetzt.
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Die
Steuerung berücksichtigt
beim Abschalten des Motors den notwendigen Bremsweg durch einen
Standardwert und registriert den erreichten Anhaltepunkt. Bei jedem
nächsten
Vorgang wird der Bremspunkt um die Abweichung des Anhaltepunktes vom
Sollwert korrigiert. Ein Bremsverschleiß wird damit ausgeglichen.
Ein Vorverlegen des Bremspunktes führt bei Erreichen eines ersten
Grenzwertes zu einem Warnsignal („Ende Rastwinkel” oder „Bremse erneuern”) an die übergeordnete
Anlagen-SPS (Speicher Programmierbare Steuerung, wobei die Steuerung
auch ein Regelungsglied enthalten kann). Bei Erreichen eines weiteren
Grenzwertes wird die Ansteuerung des Antriebsmotors gesperrt, da
der Betrieb des Systems nicht mehr sicher ist. Die Ansteuerung des
Antriebsmotors ist erst nach einem sogenannten „Reset” an der Steuerung wieder möglich.
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Zusammengefasst
besitzt der erfindungsgemäße Hub-Senk-Förderer folgende
Vorteile:
- – außer Sensoren
keine beweglichen Teile,
- – robust,
störunempfindlich,
- – verschleißfrei, wartungsfrei,
selbstüberwachend,
- – vereinfachte
Inbetriebnahme, keine Nockeneinstellung notwendig,
- – Entlastung
der Anlagen-SPS, Steuerung findet nur in einer Schaltbox statt,
- – geringerer
Verkabelungsaufwand (Initiatoren nur bis zur Schaltbox),
- – keine
Störkanten,
da der Sensor anstelle des beim Stand der Technik notwendigen Zahnritzels vorhanden
ist und die Schaltbox (Steuerung) seitlich am Heber angeordnet sein
kann,
- – Bremsverschleißkompensation,
- – geplante
Instandhaltung möglich,
- – Sensor
montiert auf der Nut-Antriebwelle eines Hebers,
- – zwei
Initiatoren im Hebergehäuse
zur Abfrage des Schlittens,
- – Steuerung
am Hebergehäuse
(oder leicht zugänglich
in der Nähe),
- – robuste
Technik mit Intelligenz übernimmt
die komplette Hebersteuerung,
- – 80%
Aufwands- und Zeitersparnis bei Installation gegenüber dem
Stand der Technik,
- – ersetzt
die herkömmliche
Beschaltung mit Untersetzungsscheibe und Nocken.
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Der
Verfahrweg des Hub-Senk-Förderers kann
je nach Anforderung zum Beispiel zwischen zwei 200 bis 3300 mm betragen,
wobei die Nut-Walzen sich z. B. jeweils um 360 bis 3600° drehen.
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Weitere erfinderische Ausführungsformen
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Weitere
erfinderische Ausführungsformen sind
in den Patentansprüchen
2 bis 12 beschrieben.
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Gemäß Patentanspruch
2 wird ein Induktivsensor mit dem Betätiger so an der betreffenden Nut-Walze
montiert, dass in der unteren Nullstellung der Nut-Walze der Induktivsensor
auch in der Nullstellung ist, der untere Sensor wird bei der Abwärtsbewegung
ca. 270° oder
weniger vor Erreichung der Null-Stellung bedampft und bleibt dies
bis zum Ende der Bewegung, das Signal vom Sensor wird mit der Auswertung
vom Induktivsensor (Drehgeber) verknüpft und ergibt so eindeutig
die Position unten, der Ausgang „Position unten” wird gesetzt.
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Patentanspruch
3 definiert die obere Nullstellung über den programmierten Gradverlauf,
wobei der obere Sensor bei der Aufwärtsbewegung ca. 270° vor Erreichen
der oberen Nullstellung bedämpft wird
und bleibt dies bis zum Ende der Bewegung, das Signal vom Sensor
wird mit der Auswertung vom Induktivsensor (Drehgeber) verknüpft und
ergibt so eindeutig die Position oben, der Ausgang „Position oben” wird gesetzt.
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Gemäß Patentanspruch
4 werden die zwei induktiven Sensoren – oben und unten – permanent auf
korrekte Funktion kontrolliert, wobei zum Beispiel Drahtbruch mit
Ruhestromüberwachung,
Plausibilitätskontrolle
erfasst und im Fehlerfall eine Systemstörung gemeldet und die Bewegung
gestoppt wird.
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Patentanspruch
5 beschreibt den Hebermotor mit zwei Geschwindigkeiten, wobei im
Normalbetrieb schnell von einer in die andere Stellung gefahren,
und bei Handbetrieb oder bei Fahrtunterbrechung langsamer gefahren
wird.
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Nach
Patentanspruch 6 erfolgt die Optimierung der Stopp-Position nur
für den
Normalbetrieb, also bei schnell, bei der ersten Bewegung wird 20° oder bei
einem durch Test ermittelten Wert vor der unteren/oberen Null-Stellung
abgeschaltet, danach wird kontinuierlich auf die ideale Nullstellung
optimiert, die Positionen oben und unten werden dabei getrennt optimiert.
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Gemäß Patentanspruch
7 wird zunächst kontinuierlich
auf die ideale Nullstellung mit einem Fenster von +/–1° optimiert,
dazu wird entsprechend der Abschaltwinkel verschoben, erreicht der
Abschaltwinkel 25° wird
das Null-Stellungsfenster auf +/–18° erweitert, ist die Stoppposition
am Ende dieses Fensters, wird die Warnung „Ende Rastgang” erzeugt
und der entsprechende Ausgang gesetzt, danach darf der Abschaltwinkel
weitere fünf
Grad verschoben werden, hat der Abschaltwinkel den maximal zulässigen Wert
von 30° erreicht,
wird die „Systemstörung” und „Ende Rastwinkel” erzeugt
und ein entsprechender Ausgang gesetzt, die Bewegungen werden gesperrt,
ein Reset ist für
den Weiterbetrieb notwendig.
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Nach
Patentanspruch 8 wird der Heber langsam gefahren, dann 10° oder gemäß einem
anderen durch Test ermittelten Wert vor der unteren/oberen Nullstellung
abgeschaltet, wobei davon ausgegangen wird, dass hier keine Optimierung
notwendig ist.
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Erfolgen
Positionsabweichungen von größer als
30° so wird
nach dem Einschalten (z. B. nach Demontage) gemäß Patentanspruch 9 eine Störung angezeigt,
wobei in diesem Falle die Aufwärtsbewegung
gesperrt, mit der Abwärtsbewegung
und Erreichen der unteren Nullstellung die Störung automatisch gelöscht und
das System wieder referenziert und betriebsbereit ist.
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Diagnose-
und Statistikdaten können
erfasst und gespeichert werden.
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Nach
Patentanspruch 10 wird als Antriebsmotor für die Nut-Walzen bevorzugt
ein Asynchron-Motor, schaltschützgesteuert
oder auch FU-gesteuert, verwendet, wobei die Steuerung beim Abschalten
des Motors den notwendigen Bremsweg durch einen Standardwert berücksichtigt
und den Anhaltspunkt registriert, wobei bei jedem nächsten Vorgang
der Bremspunkt um die Abweichung des Anhaltepunktes vom Sollwert
korrigiert wird, wodurch ein Bremsverschleiß ausgleichbar ist.
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Gemäß Patentanspruch
11 haben die Antriebswalzen einen verfügbaren Rastgang von 62 bis 100°, für die Abschaltung
und Optimierung der unteren/oberen Nullstellung wird diese auf +/–20° virtuell verringert,
wobei innerhalb dieses Fensters die Position unten/oben gegeben
und der Ausgang „Position unten/oben” gesetzt
wird, wird diese Stellung überfahren,
wird die Störung „Überlauf
unten/oben” erzeugt
und der entsprechende Ausgang gesetzt. Der Gradverlauf von der unteren
zur oberen Position ist grundsätzlich
bekannt, da der Verfahrweg des Hebers vierstellig in Grad im Gerät gespeichert
wird und ergibt so die obere Null-Stellung. Für die Einstellung der Gradzahl
muss die Steuerung in den Programmierungsmodus geschaltet werden.
Dafür ist
ein Schalter mit zwei Stellungen notwendig, wobei Stellung 1 dem
Betriebsmodus entspricht und Stellung 2 dem Programmiermodus. Im
Programmiermodus ist die Systemstörung gesetzt und alle Bewegungen sind
gesperrt. Zusätzlich
wird der Programmiermodus durch eine LED neben dem Schalter angezeigt. Die
Programmierung kann über
zwei Methoden erfolgen. Variante 1 erfordert ein separates Softwaretool und
eine entsprechende Oberfläche über die
Diagnoseschnittstelle (Vorzugsvariante). Sollte diese nicht zur
Verfügung
stehen, kann dies auch am Gerät
mit Variante 2 erfolgen, und zwar mittels des vorhandenen Drehschalters
wird nacheinander beginnend mit der Tausenderstellung der Gradverlauf
Schritt für Schritt
eingestellt. Dazu wird die Einstellung des Drehschalters für jede Stelle
mit dem Drücken
des Resettasters übernommen.
Jede übernommene Stelle
wird durch ein kurzes Verlöschen
der LED angezeigt. Sind alle vier Stellen programmiert, blinkt die LED
mit 10 Hertz. Erst jetzt ist der neue Gradverlauf aktiv und die
Programmierung kann beendet werden. Wird der Programmiermodus nicht
ordnungsgemäß beendet
oder vorzeitig verlassen, bleibt der alte Wert aktiv. Es ist auch
Teach-In möglich.
Der programmierte Wert muss sich im gültigen Bereich von 360° bis 3600° befinden,
andererseits wird im Betriebsmodus die Systemstörung gesetzt und alle Bewegungen
gesperrt – Patentanspruch
12.
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In
der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
Es zeigen:
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1 einen
Hub-Senk-Förderer
in schematischer Darstellung als Schalt- oder Steuerdiagramm;
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2 einen
Hub-Senk-Förderer
in vereinfachter Seitenansicht, und
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3 ein
Steuergerät
in schematischer Darstellung.
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Mit
den Bezugszeichen 1 und 2 sind Heber bezeichnet,
die vertikal angeordnet sind und die je eine Nut-Walze 3 bzw. 4 (2)
aufweisen. Die Nut-Walzen 3, 4 werden durch einen
gemeinsamen, zum Beispiel als Asynchronmotor über Schaltschütze oder
Frequenzumrichter ausgebildeten Antriebsmotor 5 synchron
angetrieben, derart, dass eine Hebebühne 6 (2),
auf der ein Skid mit angetriebener Rollenbahn angeordnet ist (nicht
dargestellt) in Richtung X bzw. Y, also nach oben und unten ruckfrei
angetrieben wird. Hierzu greift die Hebebühne 6 über die
Rollenbolzen 7 bzw. 8 in je eine Nut 9 bzw. 10 der betreffenden
Nut-Walze 3 bzw. 4 ein. Die Nuten 9 und 10 bilden
den Bewegungsablauf für
die Hebebühne 6 ab,
weisen also in der Regel keine konstante Steigung auf, sondern stellen
die Beschleunigungs- und Bremsverzögerungen derart dar, dass die
Hebebühne 6 sanft
in ihre jeweiligen Endlagen – oben
und unten – gelangt.
Zum Beispiel ist die Hebebühne 6 durch
einen Rastgang der Nuten 9 und 10 in der Endposition
verriegelt, so dass sich die Hebebühne 6 nicht unbeabsichtigt
unter dem Einfluss der Schwerkraft in Richtung X, also nach unten,
bewegen kann.
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Die
Hebebühne 6 führt somit
in Richtung X bzw. Y eine lineare endliche Bewegung zwischen der oberen
und unteren Position aus. Der Verfahrweg kann dabei zum Beispiel
zwischen 200 und 3300 mm betragen, wobei sich die Nut-Walzen 3 und 4 z.
B. zwischen 360° und
3600° drehen
können.
Selbstverständlich
sind je nach den Betriebsbedingungen auch Abweichungen von diesen
Maßen
möglich.
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Mit
der Hebebühne 6 sind
Schaltelemente 11 und 12 verbunden, die jeweils
einen oben und unten – Endpositionen – angeordneten
Sensor 13 oder 14 bedämpfen und dadurch die jeweilige
obere oder untere Position markieren. Die Sensoren 13 und 14 können induktive
Sensoren oder nach anderen Prinzipien arbeitende Sensoren sein.
Die Sensoren 13 und 14 sind z. B. an dem Heber 2 ortsunbeweglich angeordnet.
Selbstverständlich
ist es auch möglich, die
Sensoren 13 und 14 mit den Schaltelementen 11 und 12 dem
Heber 1 zuzuordnen.
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Mit 15 ist
ein Sensor in Form eines Drehgebers bezeichnet, der zum Beispiel
nach dem Induktionsprinzip oder anderen Prinzipien arbeitet, der
die Position der Nut-Walze 4 misst
und einer zwischengeschalteten Steuerung 16 (1)
weitergibt, die diese Angaben auswertet und mit den Zusatzinformationen
der zwei Sensoren 13 und 14 – oben und unten – den Motor 5 steuert
und ihn bei Erreichen der oberen und unteren Position ein- bzw.
ausschaltet. Eine entsprechende Logik ermöglicht es der Steuerung den
unteren Punkt anzufahren, da der untere Nullpunkt der Nullstellung
des Sensors 15 entspricht und der untere Sensor 14 innerhalb
von weniger als 360° vor
der Nullstellung platziert wird. Die Gradzahl von dort bis zum oberen
Nullpunkt, also bis zum Sensor 13 wird der in der Steuerung 16 bei
der Einrichtung programmiert, so dass auch dieser Punkt direkt angefahren
werden kann, da auch der obere Sensor 13 innerhalb von
weniger als 360° vor
dem Ende der Nut 10 der Nutwalze 4 angeordnet
wird. Die Steuerung 16 ist mit einer Speicher-Programmierbaren-Steuerung 17 (SPS)
verbunden. Die Steuerung 16 berücksichtigt beim Abschalten
des Motors 5 den notwendigen Bremsweg durch einen Standardwert und
registriert den erreichten Anhaltepunkt. Bei jedem nächsten Vorgang
wird der Bremspunkt und die Abweichung des Anhaltepunktes vom Sollwert
korrigiert. Ein Bremsverschleiß wird
damit ausgeglichen. Eine Vorverlegung des Bremspunktes führt bei
Erreichen eines ersten Bremswertes zu einem Warnsignal (z. B. Ende
Rastwinkel oder Bremse erneuern) an die übergeordnete Anlagen-SPS 17.
Bei Erreichen eines weiteren Grenzwertes wird die Ansteuerung des
Antriebsmotors gesperrt, da der Betrieb des Systems nicht mehr sicher
ist. Die Ansteuerung des Antriebsmotors ist erst nach einem sogenannten „RESET” an der
Steuerung 16 wieder möglich.
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Die
in der Zusammenfassung, in den Patentansprüchen und in der Beschreibung
beschriebenen sowie aus der Zeichnung ersichtlichen Merkmale können sowohl
einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung
wesentlich sein.
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- 1
- Heber,
Heberturm
- 2
- Heber,
Heberturm
- 3
- Nut-Walze
- 4
- Nut-Walze
- 5
- Antriebsmotor
- 6
- Hebebühne
- 7
- Rollenbolzen
- 8
- Rollenbolzen
- 9
- Nut
- 10
- Nut
- 11
- Schaltelement
- 12
- Schaltelement
- 13
- Sensor,
Initiator
- 14
- Sensor,
Initiator
- 15
- Sensor,
Drehgeber
- 16
- Steuerung
- 17
- SPS,
Speicher-Programmierbare-Steuerung
- X
- Hubrichtung
der Hebebühne 6 nach
unten
- Y
- Hubrichtung
der Hebebühne 6 nach
oben