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Die
Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Fördersystem
mit einem eben ausgebildeten Stator und mehreren auf dem Stator
beweglich angeordneten Läufern, die jeweils eine Energiespeichereinrichtung
zur Bereitstellung elektrischer Energie, eine elektromagnetische
Antriebseinrichtung zur Erzeugung einer Antriebskraft für
eine Relativbewegung gegenüber dem Stator, eine Steuereinrichtung zur
Steuerung der Antriebseinrichtung und eine Wegmesseinrichtung zur
Ermittlung einer relativ zum Stator zurückgelegten Wegstrecke
umfassen, sowie mit einer Zentraleinheit zur Vorgabe von Bewegungsbefehlen
an die Läufer und mit einer Referenzeinrichtung, die zur
Positionsinitialisierung der Läufer ausgebildet ist. Die
Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer
derartigen Vorrichtung.
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Derartige
Fördersysteme werden beispielsweise im Laborbereich eingesetzt,
um Träger mit Proben zwischen mehreren Analysegeräten
hin- und her zu transportieren oder in der Produktion von Bauteilen,
um diese Bauteile zwischen verschiedenen Bearbeitungsmaschinen zu
bewegen. Dabei ist es für einen möglichst flexiblen
Arbeitsablauf vorteilhaft, wenn sich die Läufer autark
und autonom auf dem Stator fortbewegen können. Somit kann
mit einer geringen Anzahl von Läufern die notwendige Transportkapazität
aufrecht erhalten werden.
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Aus
der
US 6,175,169 ist
ein Linearantriebssystem bekannt, bei dem ein von einem Luftkissen getragener
Läufer auf einem eben ausgebildeten Stator frei in zwei
Translationsrichtungen bewegt werden kann. Der Stator ist als Anordnung
einer Vielzahl von ferromagnetischen Leisten ausgebildet, die einerseits
zur passiven Bereitstellung von Magnetkräften dienen und
die andererseits für die Ermittlung einer relativen Lage
des Läufers gegenüber dem Stator verwendet werden.
Der Läufer umfasst mehrere Linearmotorsegmente, die in
magnetische Wechselwirkung mit den ferromagnetischen Leisten treten können,
um die gewünschte Bewegung des Läufers hervorzurufen.
Für die Lageermittlung des Läufers sind Wechselstromsensoren
vorgesehen, die ebenfalls mit den ferromagnetischen Leisten in Wechselwirkung
stehen und die eine Positionsänderung des Läufers
ermitteln können.
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Die
DE 44 02 384 C2 offenbart
eine Anordnung zur Referenzpositionsbestimmung für planare Hybridschrittmotoren,
bei der wenigstens zwei ortsfeste mechanische Anschläge
oder wegfreie elektrische Kontakte in einer Ausrichtposition vorgesehen sind.
Der Läufer des Hybridschrittmotors wird in die Ausrichtposition
bewegt, um in dieser mechanisch bestimmten Referenzposition, die
auch einer definierten Position gegenüber der im ebenen
Stator ausgebildeten Struktur von ferromagnetischen Leisten gleichkommt,
initialisiert zu werden. Nach Durchführung der Initialisierung
kann eine Positionsermittlung für den Läufer allein
anhand der im Läufer integrierten inkrementalen Wegmesseinrichtung
erfolgen, die die vom Läufer zurückgelegten Schritte
erfasst, woraus anhand des Ergebnisses der Initialisierung die Absolutposition
des Läufers gegenüber dem Stator errechnet werden
kann.
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Eine
andere Ausführungsform einer Referenzeinrichtung für
einen Läufer eines planaren Schrittmotors offenbart die
DE 196 45 873 A1 .
Zur Ermittlung der korrekten Ausrichtung des Läufers in
einer Referenzposition ist eine Lichtschrankenein richtung vorgesehen,
die vom Stator und vom Läufer gebildet wird. Dabei kann
beispielsweise der Stator eine Lichtquelle und einen von der Lichtquelle
beabstandet angeordneten Detektor für die von der Lichtquelle abgegebene
Strahlung umfassen, während im Läufer eine Lichtleiteranordnung
ausgebildet ist, die eine Übertragung der Strahlung von
der Lichtquelle zum Detektor ermöglicht, sofern sich der
Läufer korrekt in der vom Stator bestimmten Referenzposition
befindet.
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Aus
der Veröffentlichung „Free Roaming Planar Motors:
Toward Autonomous Precision Planar Mobile Robots” (Proc.
IEEE Int'l. Conf. an Robotics and Automation; New Orleans, LA, April,
26– May 1, 2004) ist ein kabelloser, frei auf
einem ebenen Stator beweglicher Läufer bekannt, der sich
reibungsarm auf einem Luftkissen fortbewegen kann und zur Erzeugung
des Luftkissens eine Pumpeinrichtung trägt. Zur Bereitstellung
von elektrischer Energie, die sowohl von der Pumpeinrichtung als
auch von einer Mikroprozessoranordnung, die zur Steuerung des Läufers
ausgebildet ist, benötigt wird, sind mehrere Akkumulatoren
auf dem Läufer angebracht. Der Läufer weist darüber
hinaus eine Messeinrichtung auf, die eine inkrementale Messung des
zurückgelegten Wegs ermöglicht.
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Die
Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein elektromagnetisches Fördersystem
sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Fördersystems bereitzustellen,
das eine vorteilhafte Koordination mehrerer Läufer auf
einem gemeinsamen Stator ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird für ein elektromagnetisches Fördersystem
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine Positionseinheit
zur Grobbestimmung der Position des Läufers gegenüber
dem Stator vorgesehen ist, die für eine Kommunikation mit der
Zentraleinheit und/oder der Steuereinrichtung ausgebildet ist.
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Der
Positionseinheit kommt die Aufgabe zu, die Absolutposition der Läufer
zumindest grob zu bestimmen, um beispielsweise bei einem Start des
Fördersystems, bei dem die Läufer verteilt auf
dem Stator angeordnet sind und keine sonstigen Positionsinformationen
zur Verfügung stehen, eine rasche, geordnete und zielgerichtete
Bewegung der Läufer zur Referenzeinrichtung zu ermöglichen.
An der Referenzeinrichtung findet dann die Positionsinitialisierung
für jeden der Läufer statt, durch die die Absolutposition
des jeweiligen Läufers mit hoher Genauigkeit bestimmt werden
kann. Diese Absolutposition wird für die weiteren Bewegungen
des Läufers gespeichert, um in Kombination mit den Informationen des
inkrementalen Wegmesssystems zu einem späteren Zeitpunkt
die Absolutposition des Läufers hochgenau bestimmen zu
können. Die Grobbestimmung der Position des Läufers
kann mit einer Genauigkeit erfolgen, die um ein Vielfaches geringer
ist als die Genauigkeit des Wegmesssystems. Bereits eine Genauigkeit
der Positionseinheit im Bereich der geometrischen Ausdehnung des
Läufers, beispielsweise im Bereich von Dezimetern oder
Zentimetern, wäre zum Zweck der Grobpositionierung der
Läufer ausreichend, vorzugsweise liegt die Genauigkeit
der Positionseinheit im Millimeterbereich. Demgegenüber
liegt eine typische Genauigkeit des Wegmesssystems im Bereich von
1/100 Millimetern bis 1/10000 Millimetern. Anhand der von der Positionseinheit
ermittelten Absolutpositionen der Läufer kann auch deren
relative Positionierung zueinander ermittelt werden, wodurch in
den Steuereinrichtungen der Läufer und/oder in der Zentraleinheit
eine Berechnung der Bewegungspfade für die einzelnen Läufer
vorgenommen werden kann, um die Läufer vorzugsweise kollisionsfrei
zur Referenzeinrichtung und/oder zu anderen Zielen zu steuern.
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Zweckmäßig
ist es, wenn die Positionseinheit wenigstens eine, vorzugsweise
dem Stator zugeordnete, Sende- und/oder Emp fangseinrichtung sowie
den Läufern zugeordnete Empfangs- und/oder Sendeeinrichtungen
umfasst. Die Sende- und/oder Empfangseinrichtungen können
zur Übertragung elektromagnetischer Wellen ausgebildet
sein, wobei mittels einer Laufzeitmessung in der Art des bekannten
Global Positioning System (GPS) eine Grobbestimmung der Position
der Läufer vorgenommen werden kann. Exemplarisch kann vorgesehen
sein, dass die Läufer Gebrauch von den Signalen des satellitengestützten
GPS (NAVSTAR-GPS) machen, das jedoch einen erheblichen Berechnungsaufwand
erfordert, um Positionsbestimmungen mit einer Auflösung im
Bereich von Zentimetern zu erreichen. Alternativ kann ein sogenanntes
lokales GPS vorgesehen werden, bei dem am Stator ein oder mehrere
Sende- und/oder Empfangseinrichtungen ortsfest angebracht werden,
die mit den Empfangs- und/oder Sendeeinrichtungen der Läufer
kommunizieren und dadurch eine ausreichend genaue Bestimmung der Grobposition
der Läufer ermöglichen.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die Positionseinheit als optoelektronisches System
zur Erfassung wenigstens eines Teilbereichs des Stators ausgebildet ist.
Das optoelektronische System kann beispielsweise in vertikaler Richtung
oberhalb des Stators angeordnet werden, wobei eine optoelektronische
Hauptachse des optoelektronischen Systems vorzugsweise senkrecht
zur Oberfläche des Stators ausgerichtet ist. Das optoelektronische
System umfasst eine Sensoreinrichtung, insbesondere einen digitalen
Bildaufnehmer, dem gegebenenfalls eine oder mehrere optisch wirksame
Linsen zugeordnet sind, sowie eine Verarbeitungseinrichtung zur
Verarbeitung der elektronischen Signale, die der Bildaufnehmer aufgrund des
aufgenommenen Bildes des Stators und der darauf angeordneten Läufer
erzeugt. Die Verarbeitungseinrichtung ist derart eingerichtet, dass
sie die Läufer von der Oberfläche des Stators
unterscheiden kann und jedem der Läufer eine Absolutposition bezogen auf
den Stator zuordnen kann. Mit der groben Absolutposition können
die Steuereinheit des Läufers und/oder die Zentraleinheit
die Bewegungspfade für die Läufer ermitteln, um
diese zur Referenzeinrichtung zu steuern. Vorzugsweise ist das optoelektronische
System derart ausgelegt, dass es die gesamte Oberfläche
des Stators erfassen kann. Der Stator kann jedoch aus mehreren Elementen,
beispielsweise rechteckigen Platten, in unterschiedlichen Konfigurationen
zusammengesetzt sein. Beispielsweise kann sich der Stator zwischen
mehreren Beladepositionen und Entladepositionen für Werkstücke,
die von den Läufern zwischen mehreren Analysegeräten oder
Bearbeitungsmaschinen transportiert werden, erstrecken. In diesem
Fall erfasst das optoelektronische System lediglich einen Teilbereich
des Stators, so dass beispielsweise mehrere räumlich verteilt
angeordnete, miteinander vernetzte optoelektronische Systeme vorgesehen
werden können, um die gesamte Oberfläche des Stators
zu erfassen.
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Bei
einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
wenigstens ein Läufer ein vom optoelektronischen System
erkennbares Merkmal, insbesondere eine Markierung, trägt.
Bei dem Merkmal kann es sich beispielsweise um eine charakteristische
Außengeometrie des Läufers handeln. Das Merkmal
ermöglicht eine eindeutige Identifikation der Läufer,
so dass jedem der Läufer von der Zentraleinheit ein Bewegungspfad
zugeordnet werden kann, der sicherstellt, dass der Läufer
schnellstmöglich und kollisionsfrei zur Referenzeinrichtung
gelangt. Vorzugsweise ist das Merkmal als Markierung, beispielsweise
als Barcode oder Flächencodierung ausgebildet, die insbesondere
eine eindeutige Seriennummer des jeweiligen Läufers codiert,
so dass dieser für das optoelektronische System und die
damit gekoppelte Zentraleinheit eindeutig identifizierbar ist.
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Bei
einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Läufer
ein Leuchtmittel trägt, das mit einer vom optoelektronischen
System unterscheidbaren Lichtwellenlänge und/oder mit einem vorgebbaren
Leuchtintervall leuchtet. Bei Verwendung eines Leuchtmittels, beispielsweise
einer Leuchtdiode, zur Unterscheidung der Läufer kann ein optoelektronisches
System mit geringer Auflösung und Genauigkeit eingesetzt
werden, da es nicht erforderlich ist, eine Markierung auf der Oberfläche
des Läufers oder eine Außenkontur des Läufers
zu erfassen, wofür eine höhere Genauigkeit und
Auflösung erforderlich wäre. Vielmehr ist es ausreichend,
mit Hilfe des optoelektronischen Systems die individuelle Lichtwellenlänge
des vom Leuchtmittel abgegebenen Strahlenbündels oder eine
individuell vorgebbare Sequenz von Lichtimpulsen, die vom Leuchtmittel
ausgesendet werden, zu erfassen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn
die vom Leuchtmittel des jeweiligen Läufers auszusendende
Sequenz von Lichtimpulsen von der Zentraleinheit dynamisch in Abhängigkeit
von der Anzahl der auf dem Stator angeordneten Läufer vorgegeben
werden kann. Diese Anpassung der Lichtimpuls-Sequenzen ermöglicht
ein einfaches Hinzufügen oder Entfernen von Läufern
auf den Stator bzw. vom Stator. Die Wellenlänge des vom Leuchtmittel
ausgesendeten Licht kann im Bereich des für das menschliche
Auge sichtbaren Lichts oder in angrenzenden, kurz- oder langwelligeren
Bereichen der elektromagnetischen Strahlung angesiedelt werden.
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Bevorzugt
umfasst die Positionseinheit mehrere am Läufer und/oder
am Stator angebrachte Kollisionssensoren. Die Kollisionssensoren
dienen während des Betriebs des elektrodynamischen Fördersystems
dazu, bei Abstandsunterschreitung eines Läufers zu einem
Hindernis, beispielsweise einem weiteren Läufer oder einer
Randbegrenzung des Stators ein Signal aus zugeben, das von der Steuereinrichtung
und/oder von der Zentraleinheit empfangen wird und zur Neuberechnung
des Bewe gungspfads oder der Bewegungspfade für den jeweiligen
Läufer oder für eine Gruppe von Läufern
eingesetzt wird. Am Stator angebrachte Kollisionssensoren können
derart angeordnet sein, dass sie die Referenzeinrichtung bilden
und ein Referenzsignal an die Steuereinrichtung und/oder die Zentraleinheit
ausgeben, wenn ein Läufer eine vorgebbare Referenzposition
eingenommen hat. Beispielsweise sind die am Stator vorgesehenen
Kollisionssensoren in der Randbegrenzung angeordnet, wobei die Randbegrenzung
selbst oder daran angebrachte Referenzmittel auf die Außenkontur
der Läufer angepasst sind. Dadurch kann ein Läufer
durch Anlaufen gegen die Randbegrenzung oder die Referenzmittel
in eine geometrisch eindeutige Lage gebracht werden, die von den
Kollisionssensoren am Stator ermittelt wird und die die Initialisierung
der Position des Läufers bewirkt, so dass dieser nachfolgend
mittels seiner Wegmesseinrichtung stets seine korrekte Position
bestimmten kann.
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Zweckmäßig
ist es, wenn die Positionseinheit wenigstens eine am Läufer
angebrachte Sensoreinrichtung umfasst, die für eine Erfassung
einer Absolutposition des Läufers gegenüber dem
Stator in wenigstens einer Raumrichtung ausgebildet ist. Bei der
Sensoreinrichtung kann es sich beispielsweise um eine lasergestützte
oder ultraschallbasierte Entfernungsmesseinrichtung handeln, die
es ermöglicht, den Abstand zu einem benachbarten Läufer und/oder
zur Randbegrenzung des Stators zu ermitteln. Die Sensoreinrichtung
kann auch zur Abtastung von beispielsweise optisch, magnetisch oder
mechanisch codierten Informationen ausgebildet sein, wobei die Informationen
beispielsweise an der Oberfläche des Stators codiert sind.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
dass der Stator mit einem vorgegebenen Muster versehen ist, das
zur Bestimmung der räumlichen Lage des Läu fers
bei Abtastung durch die Sensoreinrichtung ausgebildet ist. Das Muster
ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass es eine eindeutige Grobbestimmung
der Position des Läufers ermöglicht. Vorzugsweise
ist das Muster über einen Teilbereich jeweils gleichartig
ausgeführt. Somit sind für die Grobbestimmung
der Position des Läufers nur relativ wenige, von der Sensoreinrichtung
zu unterscheidende Muster bereitzustellen, so dass die Auflösung
der Sensoreinrichtung zur Abtastung des Musters gering gewählt
werden kann. Vorzugsweise ist in dem jeweiligen Muster eine Ortsinformation
codiert. Bei einer fest vorgegebenen Geometrie des Stators kann
die Ortsinformation im Muster als Absolutinformation abgelegt sein,
so dass die Position des Läufers allein durch Abtasten
desjenigen Musterfelds ermittelt werden kann, auf dem sich der Läufer
befindet. Der Läufer, der über eine drahtlose
Kommunikationsverbindung, beispielsweise eine WLAN- oder Bluetooth
Verbindung, mit der Zentraleinheit kommuniziert, kann somit direkt
die ermittelte Position bereitstellen. Bei einem modular aufgebautem
Stator, der beispielsweise aus mehreren frei miteinander koppelbaren
Elementen besteht, kann vorgesehen sein, dass im jeweiligen Muster
lediglich eine eindeutige Information codiert ist, die von der Sensoreinrichtung
im Läufer abgetastet und vom Läufer zur Zentraleinheit übertragen
wird. In der Zentraleinheit sind zu den jeweiligen eindeutigen Muster-Informationen
zugehörige Positionsinformationen abgespeichert, so dass
eine Positionsermittlung in der Zentraleinheit durch Abgleich zwischen
ermittelter Muster-Information und abgespeicherter Positionsinformation
erreicht wird. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Muster-Informationen
innerhalb der jeweiligen Stator-Elemente nach einem vorgebbaren Schema
abgelegt sind, so dass die Speicherung der Positionsinformationen
in der Zentraleinheit ohne die Ermittlung der tatsächlichen
Absolutposition der jeweili gen Muster erfolgen kann. Bevorzugt ist
die Größe der Bereiche, in denen das jeweils gleiche
Muster vorliegt, kleiner als die Auflagefläche der Läufer
gewählt. Dadurch kann vermieden werden, dass mehrere Läufer
die gleiche Positionsinformation abtasten.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgese
hen, dass die Referenzeinrichtung wenigstens zwei Detektionsmittel
aufweist, die für eine Abtastung einer Außenkontur
des Läufers ausgebildet sind und die vorzugsweise an einem Randbereich,
insbesondere in einem Eckbereich, des Stators angeordnet sind. Die
Referenzeinrichtung dient dazu, die Position des Läufers
innerhalb eines vom Stator bestimmten Koordinatensystems festzulegen,
um ausgehend von dieser Referenzposition mit Hilfe des inkremental
arbeitenden Wegmesssystems die exakte Position des Läufers
auf dem Stator ermitteln zu können. Der Läufer
weist üblicherweise gegenüber dem Stator insgesamt
drei Freiheitsgrade der Bewegung auf. Der Läufer kann in zwei
senkrecht zueinander ausgerichteten translatorischen Freiheitsgraden
der Bewegung auf dem Stator bewegt werden. Dazu kommt ein an sich
unerwünschter, aber dennoch nicht vollständig
vermeidbarer rotatorischer Freiheitsgrad. Die Referenzeinrichtung
kann derart eingerichtet sein, dass sie eine Außenkontur
des Läufers mit Hilfe von wenigstens zwei Detektionsmitteln
abtastet und somit die Stellung des Läufers gegenüber
dem Stator ermittelt. Mit Hilfe der ermittelten Stellung wird anschließend
eine Positionskorrektur für den Läufer in der
Zentraleinheit abgespeichert, die bei der nachfolgenden Bestimmung
der Position des Läufers berücksichtigt wird. Alternativ
kann der Läufer nach Abtastung durch die Detektionsmittel
der Referenzeinrichtung durch eine entsprechende Korrekturbewegung
korrekt ausgerichtet werden, um anschließend eine neuerliche
Abtastung vorzunehmen und bei korrekter Position ein Freigabesignal
hervorzurufen. Dadurch kann auf die Speicherung von Positionskorrekturwerten
in der Zentraleinheit verzichtet werden. Die Referenzeinrichtung
kann alternativ eine Anschlageinrichtung umfassen, an die der Läufer
herangefahren wird und sich dabei korrekt ausrichtet. Das Ergebnis
der Ausrichtung wird von wenigstens zwei Detektionsmitteln abgetastet,
um zu ermitteln, ob der Ausrichtvorgang korrekt abgeschlossen wurde.
Sofern dies der Fall ist wird die Wegmesseinrichtung auf die Referenzposition
initialisiert und kann durch inkrementale Wegmessung die Absolutposition
des Läufers gegenüber dem Stator ermitteln.
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Vorteilhaft
ist es, wenn wenigstens eine Wechseleinrichtung für die
Energiespeichereinrichtungen der Läufer vorgesehen ist.
Bei der Energiespeichereinrichtung kann es sich beispielsweise um einen
Akkumulator handeln, der elektrische Energie auf elektrochemischer
Basis speichern kann. Typische Ausführungsformen für
Akkumulatoren sind Blei-Gel-Akkumulatoren, Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren,
Lithium-Ionen-Akkumulatoren, Lithium-Polymer-Akkumulatoren. Die
Energiespeichereinrichtung stellt die elektrische Energie für
den Läufer bereit und wird dadurch entladen. Durch Zuführung
von äußerer elektrischer Energie, beispielsweise
aus einem Stromversorgungsnetz kann die Energiespeichereinrichtung
nach Entladung wieder aufgeladen werden. Der damit verbundene Auf
ladevorgang ist von der Art der Energiespeichereinrichtung abhängig
und dauert üblicherweise von Minuten bis Stunden. Um eine
hohe Einsatzfähigkeit der Läufer zu gewährleisten
und langandauernde Aufladepausen zu vermeiden, ist eine Wechseleinrichtung
für die Energiespeichereinrichtungen vorgesehen. Die Wechseleinrichtung
umfasst ein Magazin für Energiespeichereinrichtungen, mehrere
Aufladegeräte zur Bereitstellung elektrischer Energie und
wenigstens einen Manipulator, der dazu eingerichet ist, einen entleerten
Akkumulator aus dem Läufer zu entnehmen und durch einen
aufgeladenen Akkumulator zu ersetzen. Darüber hinaus wird
der Manipulator dazu eingesetzt, den entleerten Akkumulator in einen dafür
vorgesehenen Ladeschacht der Wechseleinrichtung einzusetzen, wo
der Aufladevorgang gestartet wird. Beispielsweise kann der Akkumulator
eine Speicherkapazität für elektrische Energie
aufweisen, die relativ gering gewählt ist, um beispielsweise
einen Betrieb des Läufers für 30 Minuten sicherzustellen und
im Anschluss daran einen Akkumulatorwechsel vorzunehmen. Mit einer
solch geringen Kapazität trägt der Akkumulator
nur in geringem Maße zum Gesamtgewicht des Läufers
bei und ermöglicht somit eine verbesserte Transportleistung
und/oder eine geringen Energieverbrauch des Läufers.
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Zweckmäßig
ist es, wenn dem Stator, insbesondere an einer am Stator angeordneten,
vom Läufer anzufahrenden Prozessstation, wenigstens eine Ladeeinrichtung
zur Bereitstellung elektrischer Energie an die Energiespeichereinrichtung
des Läufers zugeordnet ist. Die Ladeeinrichtung kann beispielsweise
eine kurzzeitige Auffrischung der Energiespeichereinrichtung bewirken,
wenn der Läufer eine entsprechende Prozessstation angefahren
hat, an der beispielsweise eine Übergabe von Proben oder
Bauteilen zwischen Läufer und Prozessstation stattfindet. Alternativ
kann die Ladeeinrichtung unabhängig von einer Prozessstation
am Stator angeordnet sein und zur teilweisen oder vollständigen
Aufladung der Energiespeichereinrichtung dienen. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung sind dem Läufer Mittel
zur Energiegewinnung und/oder zur Energierückgewinnung
zugeordnet, um die Betriebsdauer des Läufers mit einer
Energiespeichereinrichtung zu erhöhen. Beispielsweise,
ist die Steuereinrichtung des Läufers derart eingerichtet,
dass sie die beim Abbremsen des Läufers aus einer Bewegung
freigesetzte Energie in die Energiespeichereinrichtung zurückspeisen
kann. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass
beispielsweise über Peltierelemente eine Wandlung von Abwärme,
wie sie beispielsweise von der elektromagnetischen Antriebsrichtung
freigesetzt wird, in elektrische Energie erfolgt, die der Energiespeichereinrichtung
zur Verfügung gestellt wird
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass wenigstens ein Läufer eine Übertragungseinrichtung
aufweist, die für eine drahtlose Datenübertragung
zwischen Steuereinrichtung und Zentraleinheit ausgebildet ist. Dies
ermöglicht einen Betrieb des Läufers vollständig
ohne Versorgungskabel. Die elektrische Energie für den
Betrieb des Läufers wird von der am Läufer angebrachten
Energiespeichereinrichtung bereitgestellt. Die Signale, die zur
Steuerung der Bewegungen zwischen Zentraleinheit und Steuereinheit
ausgetauscht werden, können über eine drahtlose
Kommunikationsverbindung, insbesondere nach einem der Kommunikationsstandards
ZigBee, WLAN, Bluetooth oder proprietären Kommunikationsstandards, übertragen werden.
Dies gilt auch für die gegebenenfalls von der Sensoreinrichtung
zu übertragenden Positionsdaten. Die Läufer können
auch derart eingerichtet sein, dass sie einen drahtlosen Datenaustausch
untereinander vornehmen, beispielsweise um Kollisionen zwischen Läufern
zu vermeiden.
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Zweckmäßig
ist es, wenn der Läufer wenigstens eine Kompressoreinrichtung
zur Bereitstellung von Druckluft trägt, die von der Energiespeichereinrichtung
gespeist wird. Die Kompressoreinrichtung umfasst beispielsweise
einen Elektromotor, der mit einem Verdichter gekoppelt ist und der
von der Steuereinrichtung angesteuert wird. Der vom Elektromotor
angetriebene Verdichter stellt komprimierte Umgebungsluft, also
Druckluft bereit, die zu einer Mündungsöffnung
geführt wird, die an einer ebenen Unterseite des Läufers
ausgebildet ist. Durch diese Mündungsöffnung strömt
die Druckluft in einen zwischen Läuferunterseite und Stator
ausgebildeten Spalt, wodurch ein Luftkissen erzeugt werden kann, auf
dem der Läufer nahezu reibungslos auf dem Stator gleiten
kann. Die Kompressoreinrichtung kann zur Einsparung von Energie
abgeschaltet werden, wenn der Läufer länger an
einem Ort verbleibt.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird für Verfahren zum Betreiben
eines elektromagnetischen Fördersystems dadurch gelöst,
dass zunächst eine Grobbestimmung der Position des Läufers
mittels der Positionseinheit erfolgt, anschließend wird
die grob bestimmte Position an die Zentraleinheit und/oder an die
Steuereinrichtung bereitgestellt und es erfolgt eine Bewegung des
Läufers von der grob bestimmten Position entlang eines
von. der Zentraleinheit vorgegebenen oder von der Steuereinrichtung
ausgewählten Bewegungspfads zur Referenzeinrichtung. Anschließend
wird die Wegmesseinrichtung mittels der Referenzeinrichtung initialisiert.
Nach erfolgreicher Initialisierung der Wegmesseinrichtung ist nunmehr die
korrekte Position des Läufers bekannt, so dass dieser von
der Zentraleinheit unter Zuhilfenahme der Steuereinrichtung an die
gewünschten Positionen auf dem Stator gesteuert werden
kann. Dabei kann entweder eine Steuerung (open loop) oder eine Regelung
(closed loop) für den Läufer vorgesehen sein, um
die gewünschten Ziele auf dem Stator anzufahren. Vorteilhaft
ist es, wenn die Bewegungspfade für die Läufer
frei wählbar sind, so dass jeder der Läufer in
Abhängigkeit vom Transportbedarf diejenigen Stationen anfahren
kann, an denen beispielsweise Proben oder Bauteile anzuliefern oder
abzuholen sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zentraleinheit zumindest
für einen Teil der Läufer eine individuelle Bahnplanung
oder Wegplanung durchführt, um den jeweiligen Läufer
auf dem günstigsten Weg kollisionsfrei zu seinem Ziel zu
bewegen. Hierbei ist es insbesondere von Vorteil, wenn sämtliche
Läufer in die Bahnplanung mit einbezogen werden, um eine
Vorausplanung über mehrere Bewegungsschritte, während
der sich die Positionen zumindest einiger der Läufer verändern,
vornehmen zu können.
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Zweckmäßig
ist es, wenn die Positionseinheit wenigstens eine ortsfeste Sende-
und/oder Empfangseinrichtung sowie den Läufern zugeordnete Empfangs-
und/oder Sendeeinrichtungen um fasst und dass die Grobbestimmung
der Position der Läufer mittels der Sende- und Empfangseinrichtungen vorgenommen
wird. Hierdurch können Technologien eingesetzt werden,
wie sie für die Anwendung mit GPS-Systemen vorgesehen sind.
Vorteilhaft ist hierbei, dass viele der erforderlichen Komponenten
mittlerweile als Massenware zu geringen Preisen verfügbar
sind. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass eine Grobbestimmung
der Position der Läufer auch dann erfolgen kann, wenn zwischen
den Sende- und/oder Empfangseinrichtungen kein unmittelbarer Sichtkontakt
besteht, wie dies bei komplexeren Gestaltungen des Stators und der
daran angeordneten Bearbeitungsmaschinen oder Analysegeräten
der Fall sein kann. Vielmehr ist es ausreichend, wenn die Läufer wenigstens
mit einem Teil der dem Stator zugeordneten Sende- und/oder Empfangseinrichtungen
in Sichtkontakt stehen oder zumindest mit diesen in einer Datenübertragungsverbindung
stehen.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Positionseinheit
ein optoelektronisches System umfasst, das zur Erfassung wenigstens
eines Teilbereichs des Stators ausgebildet ist, und dass die Grobbestimmung
der Position des Läufers mittels des optoelektronischen
Systems vorgenommen wird. Das optoelektronische System kann zur
Grobbestimmung der Positionen der Läufer bei einem Neustart
des Fördersystems eingesetzt werden, bei dem die Absolutpositionen
der Läufer nicht bekannt sind. Das optoelektronische System kann
auch zur Kontrolle der Bewegungen der Läufer wäh rend
des Betriebs des Fördersystems eingesetzt werden, um eventuell
in den Wegmesseinrichtungen der Läufer auftretende Fehler
zu erkennen und durch entsprechende Maßnahmen beheben zu
können.
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Vorteilhaft
ist es, wenn das optoelektronische System eine Bildverarbeitungseinrichtung
umfasst, die anhand eines am Läufer ausgebildeten Musters
und/oder eines vorgebbaren Bewegungsablaufs des Läufers
eine Identifikation des Läufers durchführt, um
die Grobbestimmung der Position des Läufers zu ermöglichen.
Eine Identifikation der Läufer anhand von graphischen Mustern,
die auf der Oberfläche der Läufer angeordnet sind
und vom optoelektronischen System erkannt werden, setzt voraus,
dass eine Zuordnung von Muster und zugehörigem Läufer
in der Zentraleinheit abgespeichert ist. Bei einer geringen und/oder
konstanten Anzahl von Läufern auf dem Stator ist eine solche
Zuordnung unproblematisch. Hingegen ist es bei häufiger
wechselnden Läufern und/oder einer hohen Anzahl von Läufern
aufwendig, stets eine aktuelle und korrekte Zuordnung zwischen Mustern
und Läufern in der Zentraleinheit abgespeichert zu halten.
Um auch wechselnde Läufer und/oder eine größere
Anzahl von Läufern handhaben zu können, ist es
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen,
dass nach einem Neustart des Fördersystems einzelnen Läufern
Bewegungen vorgegeben werden, die anhand des optoelektronischen
Systems detektiert werden und somit eine Identifikation der jeweiligen
Läufer ermöglichen. Bei den Bewegungen kann es
sich um Einzelbewegungen oder vorgebbare Bewegungsmuster handeln,
die den jeweiligen Läufer aufgeprägt werden.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die Positionseinheit von jeweils an den Läufern
vorgesehenen Kollisionssensoren gebildet wird und zur Grobbestimmung
der Position des Läufers der Läufer in einer vorgebbaren Richtung
bewegt wird, bis anhand eines Si gnalmusters wenigstens eines Kollisionssensors
die Position des Läufers bestimmt werden kann. Dies ermöglicht einen
einfachen Aufbau der Positionseinheit, da die Kollisionssensoren,
die zur Vermeidung von Kollisionen der Läufer untereinander
oder mit der Randbegrenzung des Stators ausgebildet sind, in einer
Doppelfunktion zusätzlich für die Grobbestimmung
der Position der Läufer eingesetzt werden. Dies kann beispielsweise
dadurch erreicht werden, dass nach einem Neustart des Fördersystems
einer der Läufer, der mit wenigstens einem Kollisionssensor
ausgestattet ist, in einer der beiden Translationsrichtungen so
lange bewegt wird, bis er auf einen weiteren Läufer oder
auf die Randbegrenzung des Stators trifft. Dies kann dadurch unterschieden
werden, dass im einen Fall sowohl der Kollisionssensor des bewegten Läufers
als auch der Kollisionssensor des ruhenden Läufers anspricht,
während im anderen Fall der Kollisionssensor des bewegten
Läufers und gegebenenfalls ein an der Randbegrenzung des
Stators angebrachter Kollisionssensor anspricht. Für den
ersten Fall, wenn der bewegte Läufer auf einen ruhenden Läufer
auftrifft, kann entweder eine Richtungsänderung für
den bewegten Läufer oder eine Stilllegung des bisher bewegten
Läufers und eine Bewegungsaufnahme des vormals ruhenden
Läufers vorgesehen werden.
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Zweckmäßigerweise
nimmt der Läufer bei einer ersten Annäherung an
eine äußere Begrenzung des Stators einen Richtungswechsel
vor, so dass er sich parallel zur äußeren Begrenzung
fortbewegt, bis er auf eine weitere äußere Begrenzung
des Stators trifft.
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Vorteilhaft
ist es, wenn eine Bewegungsrichtung des Läufers bei einer
ersten Annäherung an einen anderen Läufer derart
geändert wird, dass der Läufer sich senkrecht
zur vorhergehenden Bewegungsrichtung weiterbewegt. Damit kann rasch
er reicht werden, dass der bewegte Läufer die ruhenden Läufer
umgeht und schnellstmöglich zur Referenzeinrichtung gelangt.
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Vorteilhafte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt. Dabei zeigt:
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1 eine
schematische, perspektivische Darstellung eines Fördersystems
mit einer Zentraleinheit und einem Stator, auf dem mehrere Läufer
frei beweglich angeordnet sind und dem ein optoelektronisches System
zur Grobbestimmung der Position der Läufer nach einem Neustart
des Fördersystems zugeordnet ist,
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2 eine
schematische Darstellung eines Stators mit einer Vielzahl von graphisch
codierten Mustern zur Durch einer Groberkennung mittels einer im
Läufer angeordneten Sensoreinrichtung,
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3 eine
schematische Darstellung eines Läufers, der mit einer Energiespeichereinrichtung,
einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung, einer Steuereinrichtung,
einer Wegmesseinrichtung und einem Kollisionssensor ausgestattet
ist.
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Ein
in der 1 schematisch dargestelltes Fördersystem 10 umfasst
eine beispielsweise als Computer, insbesondere als speicherprogrammierbare
Steuerung (SPS), ausgebildete Zentraleinheit 12, einen
Stator 14 und mehrere in zwei senkrecht zueinander ausgerichteten
Richtungen X, Y translatorisch bewegbare Läufer 16,
die beispielsweise als elektromagnetische Luftspaltläufer
ausgebildet sind.
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Der
Stator 14 umfasst eine ebene Grundplatte 18, die
in bekannter Weise derart ausgerüstet ist, dass sich die
vorzugsweise mit nicht näher dargestellten, elektrodynamischen
Antriebseinrichtungen ausgestatteten Läufer 16,
insbesondere durch die Einwirkung von Magnetkräften, frei
auf der Oberfläche der Grundplatte 18 bewegen
können. Beispielsweise ist auf der Grundplatte 18 eine
nicht näher dargestellte, rasterartige Anordnung von magnetisierbaren
Metallleisten angebracht, die mit elektrodynamischen Antriebseinrichtungen
des Läufers 16 in Wechselwirkung treten können,
sobald der Läufer 16 auf Befehl der Zentraleinheit 12 von
einer in 3 näher dargestellten
Steuereinrichtung 20 in entsprechender Weise mit elektrischer
Energie versorgt wird. Die, insbesondere magnetischen, Wechselwirkungen
zwischen den elektrodynamischen Antriebseinrichtungen des Läufers 16 und
dem Stator 14 resultieren in einer Vortriebskraft auf den
jeweiligen Läufer 16.
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Um
eine reibungsarme Relativbewegung des Läufers 16 gegenüber
dem Stator 14 zu gewährleisten, ist der Läufer 16,
wie exemplarisch in 3 dargestellt, mit einer pneumatischen
Anordnung 22 ausgerüstet. Die pneumatische Anordnung 22 umfasst
eine Pumpeinrichtung 24 zur Komprimierung von Umgebungsluft
und einen zum Antrieb der Pumpeinrichtung 24 dienenden
elektrischen Antriebsmotor 26. Mittels des Antriebsmotors 26,
der von der Steuereinrichtung 20 in Bewegung gesetzt werden kann,
und der Pumpeinrichtung 24 kann Druckluft erzeugt werden.
Die Druckluft wird von der Pumpeinrichtung 24 durch einen
Kanal 26 zu einer Mündungsöffnung 28 geleitet,
die an einer Unterseite einer Basisplatte 30 des Läufers 16 mündet
und durch die die Druckluft in die Umgebung ausströmen
kann. Die Basisplatte 30 weist eine dem Stator 14 zugewandte ebene
Oberfläche auf, die ohne eine Druckluftströmung
plan auf der ebenfalls eben ausgebildeten Oberfläche der
Grundplatte 18 aufliegt. Sobald die Pumpeinrichtung 24 einen
hinsichtlich Druckniveau und Volumenstrom ausreichenden Druckluftstrom bereitstellt,
bildet sich zwischen Stator 14 und Läufer 16 ein
Luftkissen aus, das eine reibungsarme Relativbewegung des Läufers 16 gegenüber
dem Stator 14 ermöglicht. Sofern sich der Läufer 16 länger
an einem Ort aufhält, kann die Pumpeinrichtung 24 aus Gründen
der Energieersparnis abgeschaltet werden, um die Betriebsdauer des
Läufers 16 zu vergrößern.
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Zur
Bereitstellung der elektrischen Energie, die zum Betreiben der pneumatischen
Anordnung 22, der Steuereinrichtung 20 und der
nicht näher dargestellten elektrodynamischen Antriebseinrichtungen
sowie gegebenenfalls zum Betrieb weiterer elektrischer Verbraucherdes
Läufers 16 notwendig ist, umfasst dieser eine
Energiespeichereinrichtung 32, die exemplarisch als Lithium-Polymer-Akkumulator ausgebildet
ist. Die Energiespeichereinrichtung 32 ist an einer Oberseite
des Läufers 16 angeordnet und ist lösbar
mit dem Läufer 16 verbunden. Mittels einer nicht
näher dargestellten elektromechanischen Schnittstelle wird
bei der mechanischen Ankopplung der Energiespeichereinrichtung 32 an
den Läufer 16 auch eine elektrische Verbindung
zwischen Energiespeichereinrichtung 32 und Läufer 16 hergestellt.
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Die
Energiespeichereinrichtung 32 speist insbesondere die Steuereinrichtung 20,
die pneumatische Anordnung 22 und die elektrodynamischen Antriebseinrichtungen
mit elektrischer Energie und ermöglicht über einen
bestimmten Zeitraum einen energieautarken Betrieb des Läufers 16.
Der Läufer 16 benötigt daher keine kabelgebundene
Energiezufuhr.
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Zur Übertragung
von Informationen und Steuerbefehlen zwischen Läufer 16 und
der Zentraleinheit 12 ist eine antennenförmig
ausgebildete Übertragungseinrichtung 35 am Läufer 16 vorgesehen,
die für eine drahtlose Datenübertragung, insbesondere
gemäß dem WLAN Standard, zwischen Steuereinrichtung 20 und
Zentraleinheit 12 eingerichtet ist. Am oberen Ende der Übertragungseinrichtung 35 ist
ein exemplarisch als Leuchtdiode ausgebildetes Leuchtmittel 37 angeordnet,
das von der Steuereinrichtung 20 vorgebbare Lichtimpulse
abgeben kann, um eine Identifikation des jeweiligen Läufers 16 durch
die Positionseinheit (44) zu erleichtern. Die Codierung
der Lichtimpulse für das Leuchtmittel 37 kann für
den jeweiligen Läufer 16 fest vorgegeben sein oder
von der Zentraleinheit 12 dynamisch an die Anzahl der aktiven
Läufer 16 angepasst werden.
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Damit
die Zentraleinheit 12 die Läufer 16 koordinieren
kann und geeignete Steuerbefehle an die jeweiligen Steuereinrichtungen 20 übermitteln
kann, so dass sich die Läufer 16 an den gewünschten Zielort
bewegen, ist Kenntnis über die momentane Position der Läufer 16 erforderlich.
Die Läufer 16 sind zwar jeweils mit einem inkremental
arbeitenden Wegmesssystem 36 ausgestattet, das es erlaubt,
die Relativbewegungen des Läufers 16 gegenüber
dem Stator 14 zu ermitteln, insbesondere mit einer Genauigkeit
im Submillimeterbereich. Da mit Hilfe des inkremental arbeitenden
Wegmesssystems 36 jedoch keine Absolutposition des Läufers 16 ermittelt werden
kann, werden für einen Neustart des Fördersystems 10 zusätzliche
Positionsinformationen für die einzelnen Läufer 16 benötigt.
Ein Neustart des Fördersystems 10 ist beispielsweise
dann erforderlich, wenn bedingt durch einen Gefahrenzustand oder
eine Fehlfunktion eine Notabschaltung des Fördersystems 10 voraus
ging. Bei einer solchen Notabschaltung können die Informationen über
die Absolutpositionen der Läufer 16 verloren gegangen
sein oder eventuell aufgrund von nicht ordnungsgemäß durch
das Wegmesssystem 36 erfassten Relativbewegungen zumindest
unzuverlässig geworden sein. Jedenfalls ist nach einer
Notabschaltung des Fördersystems 10 eine Initialisierung
des Wegmesssystems 36 der Läufer 16 erforderlich,
um in der Zentraleinheit 12 anschließend wieder
zuverlässige Positionsdaten verarbeiten zu können.
Für diese Initialisierung werden die Läufer 16 in
eine bekannte Absolutposition gegenüber dem Stator 14 gebracht,
von der aus die Zentraleinheit 12 unter Berücksichtigung
der Messungen des Wegmesssystems 36 stets für
jeden der Läufer 16 eine Absolutposition ermitteln
kann.
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Für
die Initialisierung der Läufer 16 sind exemplarisch
an zwei Eckbereichen des Stators 14 Referenzeinrichtungen 38 angebracht.
Diese ermöglichen eine Ausrichtung der Läufer 16 in
eine Referenzposition und eine Freigabe der Initialisierung bei eingenommener
Referenzposition. Zu diesem Zweck umfassen die Referenzeinrichtungen 38 beispielsweise
jeweils drei Sensoren 42, die eine Randbegrenzung 40 des
Stators 14 durchsetzen und die exemplarisch als weglose
elektrische Kontakte ausgebildet sind. Die Sensoren 42 geben
lediglich dann ein elektrisches Signal frei, wenn der Läufer 16 mit
seiner Außenkontur gemäß den Vorgaben
für die Referenzeinrichtung 38 an den beispielsweise
senkrecht zueinander ausgerichteten Abschnitten der Randbegrenzung 40 anliegt.
Sobald dies der Fall ist, wird die Initialisierung des Wegmesssystems 36 von
der Zentraleinheit 12 vorgenommen. Ausgehend von dieser exakt
ermittelten Referenzposition kann mit Hilfe des Wegmesssystems 36 stets
die exakte Position des Läufers 16 ermittelt werden.
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Um
die Initialisierung der Läufer 16 bei einem Neustart
de Fördersystems 10 zu ermöglichen, bei dem
die Absolutposition der Läufer 16 nicht oder nicht
exakt bekannt ist, sieht die Erfindung vor, zunächst eine
Grobbestimmung der Position der einzelnen Läufer 16 vorzunehmen.
Diese Grobbestimmung dient dazu, eine geordnete und möglichst
rasche Bewegung der Läufer 16 aus der beim Neustart
eingenommenen undefinierten Startposition hin zu einer der Referenzeinrichtungen 38 zu
ermöglichen und dabei Kollisionen zwischen den Läufern 16 zu
verhindern.
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Bei
der Ausführungsform gemäß der 1 wird
die Grobbestimmung der Position der Läufer 16 exemplarisch
von einem als Digitalkamera mit nachgeschalteter Bildverarbeitungsein richtung
ausgebildeten optoelektronischen System 44 vorgenommen. Das
optoelektronische System 44 ist derart eingerichtet, dass
es die Läufer 16, die unterschiedliche Markierungen 46 tragen,
anhand dieser Markierungen 46 voneinander unterscheiden
kann. Dazu sind die Markierungen 46 jeweils auf einer dem
optoelektronischen System 44 zugewandten Oberfläche
der Energiespeichereinrichtungen 32 angebracht und können
somit vom optoelektronischen System 44 abgetastet werden.
Mittels der Abtastung der Außenkonturen der Läufer 16 bezogen
auf die Randbegrenzung 40 des Stators 14 und der
Markierungen 46 kann die Grobbestimmung der Position der
Läufer 16 vorgenommen werden.
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Nachdem
die Grobbestimmung der Position der Läufer 16,
die unmittelbar nach dem Neustart des Fördersystems 10 vorgenommen
wird, zumindest teilweise abgeschlossen ist, können mit
Hilfe der Zentraleinheit 12 ein oder mehrere Läufer 16 aktiviert werden,
deren Grobposition bereits bestimmt ist. Diese Läufer 16 können
bereits in Richtung der Referenzeinrichtungen 38 gelenkt
werden. Zu diesem Zweck sendet die Zentraleinheit 12 entsprechende
Steuerbefehle an die Läufer 16, die ungestört
voneinander die Referenzeinrichtungen 38 ansteuern können.
Sobald ein Läufer an der Referenzeinrichtung 38 eintrifft,
kann er durch entsprechende Steuersignale von der Zentraleinheit 12 derart
bewegt werden, dass er mit seiner Außenoberfläche
an der Randbegrenzung 40 flächig anliegt und in
vollständigen Kontakt mit den Sensoren 42 kommt.
Sobald diese Bedingung erfüllt ist, kann die Initialisierung
des jeweiligen Läufers 16 stattfinden. Bei dieser
Initialisierung werden die für das jeweilige Wegmesssystem 36 eingerichteten
Speicherzellen in der Zentraleinheit 12 zurückgesetzt,
um an schließend ausgehend von der Referenzeinrichtung 38 die
Wegmessung vornehmen zu können. Anschließend kann
der jeweils neu initialisierte Läufer 16 die jeweilige
Referenzeinrich tung 38 verlassen, um bereits seinen von
der Zentraleinheit 12 bereitgestellten Aufgaben nachzugehen
oder eine Warteposition einzunehmen, bis alle Läufer 16 initialisiert
wurden.
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Für
einen möglichst unterbrechungsfreien Betrieb des Fördersystems 10 ist
es vorteilhaft, wenn die Energiespeicherein richtungen 32 lösbar
auf den jeweiligen Läufern 16 angebracht sind
und dem Stator 14 eine Ladeeinrichtung 34 zugeordnet
ist, die einen automatisierten Austausch der Energiespeichereinrichtungen 32 ermöglicht.
Für einen derartigen Austausch, der beispielsweise bei
Unterschreiten einer vorgebbaren elektrischen Spannung der Energiespeichereinrichtung 32 vorgenommen
wird, findet zunächst eine Anfrage des betroffenen Läufers 16 bei der
Zentraleinheit 12 statt, ob in der Ladeeinrichtung 34 eine
frisch aufgeladene Energiespeichereinrichtung 32 bereitgehalten
wird. Sofern dies der Fall ist, instruiert die Zentraleinheit 12 den
Läufer 16, die Ladeeinrichtung 34 anzusteuern
und durch die dargestellte Eintrittsöffnung einzufahren.
Im Inneren der Ladeeinrichtung 34 findet mit Hilfe von
nicht näher dargestellten automatischen Handhabungsmitteln ein
Austausch der Energiespeichereinrichtung 32 statt. Vorzugsweise
ist für jeden der Läufer 16 stets eine
individuell zugeordnete Anzahl von frisch aufgeladenen Energiespeichereinrichtungen 32 in
der Ladeeinrichtung 34 verfügbar. Anschließend
kann der Läufer 16 wieder seinen Normalbetrieb
aufnehmen.
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Der
in der 2 dargestellte Stator 114 unterscheidet
sich in seinem Aufbau vom Stator 14 nur dahingehend, dass
die Oberfläche des Stators 114 mit einem, beispielsweise
aufgedruckten, Muster versehen ist, das sich vorzugsweise aus jeweils
gleich großen, vorliegend quadratischen Musterabschnitten 48 zusammensetzt.
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Die
Musterabschnitte 48 können von einer im Läufer 16 angeordneten
und in der 3 näher dargestellten
Sensoreinrichtung 50 abgetastet werden, die eine Beleuchtungseinrichtung 52,
ein optisches System 54, einen Detektor 56 und
eine nicht näher dargestellte Verarbeitungseinrichtung
umfasst, die kommunizierend mit der Steuereinrichtung 20 verbunden
ist. Mit Hilfe der Beleuchtungseinrichtung 52 wird jeweils
derjenige Oberflächenbereich des Stators 114 beleuchtet, über
dem sich der Läufer 16 gerade befindet und den
der Läufer 16 somit abdeckt. Die an der Oberfläche
des Stators 114 reflektierten Lichtstrahlen werden vom
optischen System 54 gebündelt und auf den Detektor 56 geleitet,
der in Abhängigkeit vom reflektierten Muster ein Signalmuster an
die Verarbeitungseinrichtung bereitstellt. Das Signalmuster wird
in der Verarbeitungseinrichtung ausgewertet und zu einem Messsignal
verarbeitet, das an die Steuereinrichtung 20 bereitgestellt
wird. Von der Steuereinrichtung 20 wird das Messsignal
drahtlos an die Zentraleinheit 12 übermittelt,
in der für jeden auf dem Stator 114 ausgebildeten
Musterabschnitt 48 eine Position gespeichert ist. Somit
ermöglichen die Musterabschnitte auf dem Stator 114 eine Grobbestimmung
der Position des jeweiligen Läufers 16 bei einem
Neustart des Fördersystems 10.
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Wie
in der 1 schematisch dargestellt wird, weist der Läufer 16 neben
der Steuereinrichtung 20, der pneumatischen Anordnung 22,
der Energiespeichereinrichtung 32 und der Sensoreinrichtung jeweils
in Eckbereichen des exemplarisch kubisch ausgeführten Läufergehäuses 60 angebrachte
Kollisionssensoren 62 auf, die vorliegend als induktive Näherungsschalter
ausgebildet sind, die jedoch ergänzend oder alternativ
als Infrarotsende- und Empfangseinheit, als Ultraschallsende- und
Empfangseinheit oder als ein- oder mehrdimensional detektierende
Beschleunigungssensoren ausgebildet sein können. Den Kollisionssensoren 62,
die elektrisch mit der Steuereinrichtung 20 verbunden sind,
kommt die Aufgabe zu, ein Signal an die Steuereinrichtung 20 auszugeben,
sobald ein vorgebbarer Mindestabstand zu einem Gegenstand, beispielsweise
einem benachbarten Läufer 16 oder der Randbegrenzung 40 unterschritten
wird. Die Abstrahlcharakteristik der von den Kollisionssensoren 62 ausgesendeten
elektromagnetischen Strahlung, die bei Auftreffen auf Hindernisse
reflektiert und von vom jeweiligen Kollisionssensor 62 detektiert
werden kann, ist so gewählt, dass die Hauptabstrahlrichtung
in etwa eine Winkelhalbierende mit den rechtwinklig zueinander ausgerichteten
Außenoberflächen des Läufers 16 ausbildet.
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Sofern
am Stator wenigstens eine Referenzeinrichtung 38 vorgesehen
ist, die für die Initialisierung der Läufer 16 eingesetzt
wird, wie dies beim Stator 14 gemäß der 1 Fall
ist kann die Genauigkeit und die Abstandsauflösung der
Kollisionssensoren 62 gering gewählt werden, wodurch
sich ein kostengünstiger Aufbau der Kollisionssensorik
ergibt. Den Kollisionssensoren 62 kommt für diesen
Fall lediglich die Aufgabe zu, Hindernisse auf dem Bewegungspfad
des Läufers 16 so früh zu erkennen, dass genügend
Zeit bleibt, den Läufer 16 abzubremsen oder den
Bewegungspfad des Läufers 16 so zu verändern,
dass er dem Hindernis ausweichen kann.
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Ist
hingegen am Stator keine Referenzeinrichtung angebracht, wie dies
beim Stator 114 der Fall sein kann, können entsprechend
genaue Kollisionssensoren 62 vorgesehen werden, die bei
Anlage des Läufers 16 an der Randbegrenzung 40 eine
derart präzise Positionsermittlung des Läufers 16 gegenüber
dem Stator 114 ermöglichen, dass daraufhin die
Initialisierung des Läufers 16 vorgenommen werden
kann. Derart präzise Kollisionssensoren 62 sind jedoch
mit hohen Kosten verbunden.
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Die
Verwendung von kostengünstigen oder hochpräzisen
Kollisionssensoren 62 hängt davon ab, ob an dem
Stator 14, 114 eine Referenzeinrichtung 38 vorgesehen
ist. Dies ist unabhängig davon, ob dem Stator ein optoelektronisches
System 44 und/oder ein Muster für die Grobbestimmung
der Position der Läufer 16 zugeordnet ist. Die
Verwendung eines optoelektronischen Systems 44 zur Grobbestimmung
der Position der Läufer 16 schließt eine Verwendung
eines Musters auf dem Stator nicht aus. Beispielsweise können
gut zugängliche Bereiche eines nicht dargestellten, weitverzweigten
Fördersystems, das aus einer Vielzahl von Statorelementen
zusammengesetzt ist, mit Hilfe von optoelektronischen Systemen 44 überwacht
werden, während weniger gut zugängliche Statorabschnitte,
in denen eine Abtastung durch ein optoelektronisches System 44 schwieriger
ist, mit Mustern auf der Statoroberfläche versehen sind,
die in diesen Bereichen die Grobbestimmung der Position ermöglichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6175169 [0003]
- - DE 4402384 C2 [0004]
- - DE 19645873 A1 [0005]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Proc. IEEE
Int'l. Conf. an Robotics and Automation; New Orleans, LA, April,
26– May 1, 2004 [0006]