DE102010052429A1

DE102010052429A1 - Unterstützungssystem zum Bewegen einer Masse

Info

Publication number: DE102010052429A1
Application number: DE102010052429A
Authority: DE
Inventors: Thierry Laliberte; Clement Gosselin; Simon Quebec Foucault; Dalong Mich. Gao; Robert J. Mich. Scheuerman
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2030-11-25
Also published as: DE102010052429B4; US7992733B2; US20110127230A1

Abstract

Ein Unterstützungssystem ist ausgestaltet, um eine Masse vertikal entlang einer Z-Achse zu bewegen. Das Unterstützungssystem umfasst ein vertikales Betätigungssystem, ein Seil, eine Vielzahl von Riemenscheiben, ein Stellglied und eine Masse. Die Riemenscheiben sind an der Stützstruktur und an einer Unterstützungseinrichtung funktional angebracht, welche an der Stützstruktur beweglich angebracht ist. Das Seil ist um jede der Riemenscheiben herum verlegt und an der Stützstruktur angebracht. Eine der Riemenscheiben stützt die Masse. Die Masse bewegt sich in Ansprechen auf das Stellglied vertikal.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Unterstützungssystem, das zum Bewegen einer Masse in eine vertikale Richtung ausgestaltet ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Über Kopf angebrachte Brückenkräne werden weithin verwendet, um große Nutzlasten anzuheben und an anderer Stelle wieder abzusetzen. Allgemein betrifft die Verschiebung bei einer Aufhebe- und Absatzoperation drei translatorische Freiheitsgrade und einen rotatorischen Freiheitsgrad entlang einer vertikalen Achse. Dieser Satz von Bewegungen, der als Bewegungen eines Roboterarms einer Anordnung mit selektiver Nachgiebigkeit (”SCARA” – Selective Compliance Assembly Robot Arm) oder ”Schönflies”-Bewegungen bezeichnet wird, wird in der Industrie weithin verwendet. Ein Brückenkran ermöglicht Bewegungen entlang zweier horizontaler Achsen. Mit geeigneten Gelenken ist es möglich, eine vertikale Translationsachse und eine vertikale Rotationsachse hinzuzufügen. Eine erste Bewegung entlang einer horizontalen Achse wird erhalten, indem eine Brücke auf starren Schienen bewegt wird, während die Bewegung entlang der zweiten horizontalen Achse erhalten wird, indem eine Laufkatze entlang der Brücke rechtwinklig zu der Richtung der starren Schienen bewegt wird. Die Translation entlang der vertikalen Achse wird unter Verwendung eines vertikalen Schiebegelenks oder durch die Verwendung eines Riemens erhalten. Die Drehung entlang der vertikalen Achse wird unter Verwendung eines Drehgelenks mit einer vertikalen Achse erhalten.
Es gibt teilmotorisierte Versionen von über Kopf angebrachten Brückenkränen, die von einem menschlichen Bediener manuell entlang der horizontalen Achsen ausgelenkt und manuell entlang der vertikalen Achse gedreht werden, die aber eine motorisierte Hebevorrichtung oder eine Motorwinde enthalten, um die Schwerkraft entlang der vertikalen Richtung zu bewältigen. Außerdem werden einige Brückenkräne entlang aller Achsen manuell ausgelenkt, aber das Gewicht der Nutzlast wird durch eine Ausgleichseinrichtung kompensiert, um die Aufgabe des Bedieners zu erleichtern. Derartige Brückenkräne werden manchmal als Unterstützungseinrichtungen bezeichnet. Ein Ausgleich wird oft durch Druckluftsysteme erreicht. Diese Systeme benötigen Druckluft, um einen Druck oder einen Unterdruck aufrechtzuerhalten – in Abhängigkeit von dem angewandten Prinzip – was erhebliche Leistung benötigt. Außerdem ist die Auslenkung aufgrund der Reibung in den Zylindern nicht sehr gleichmäßig und kann sogar holprig sein. Ein Ausgleich kann unter Verwendung von Gegengewichten erreicht werden, die dem System eine erhebliche Massenträgheit hinzufügen. Obwohl sie hilfreich und für die vertikale Bewegung sogar notwendig sind, fügen derartige an der Laufkatze eines Brückenkrans angebrachte Systeme hinsichtlich der horizontalen Bewegung eine erhebliche Massenträgheit hinzu. Im Fall von auf Gegengewichten beruhenden Ausgleichssystemen kann die hinzugefügte Masse sehr groß sein, sogar größer als die Nutzlast selbst. Wenn die horizontale Verfahrgeschwindigkeit signifikant ist, wird die zu dem System hinzugefügte Massenträgheit zu einem bedeutenden Nachteil.
Es gibt auch vollständig motorisierte Versionen derartiger Brückenkräne, die leistungsstarke Stellglieder benötigen, speziell für die vertikale Bewegungsachse, die das Gewicht der Nutzlast abstützen muss. Diese Stellglieder sind im Allgemeinen an der Laufkatze oder der Brücke angebracht und befinden sich dann in Bewegung. Das Stellglied für die vertikale Translation ist manchmal an der Brücke angebracht und durch ein System mit der Laufkatze gekoppelt, das demjenigen ähnelt, das in Turmkränen verwendet wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein vertikales Betätigungssystem umfasst ein Seil, eine Vielzahl von Riemenscheiben einer Unterstützungseinrichtung, eine Massenriemenscheibe, eine starre Riemenscheibe und eine Betätigungsriemenscheibe. Das Seil weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Das erste Ende ist zur funktionalen Befestigung an einer Stützstruktur an einer ersten Stelle ausgestaltet und das zweite Ende ist zur funktionalen Befestigung an der Stützstruktur an einer zweiten Stelle, die sich von der ersten Stelle unterscheidet, ausgestaltet. Die Riemenscheiben der Unterstützungseinrichtung sind für eine funktionale Befestigung an einer Unterstützungseinrichtung ausgestaltet, die an der Stützstruktur bewegbar angebracht ist. Das Seil ist zur Verlegung um jede der Vielzahl von Riemenscheiben der Unterstützungseinrichtung, die Massenriemenscheibe, die starre Riemenscheibe und die Betätigungsriemenscheibe herum derart ausgestaltet, dass jede der Riemenscheiben zur funktionalen Anordnung zwischen dem ersten und zweiten Ende des Seils ausgestaltet ist. Die Massenriemenscheibe ist zur funktionalen Unterstützung durch das Seil und ein Paar der Vielzahl von Riemenscheiben der Unterstützungseinrichtung ausgestaltet. Die starre Riemenscheibe ist zur funktionalen Befestigung an der Stützstruktur ausgestaltet. Die Betätigungsriemenscheibe ist zum funktionalen Abstützen durch das Seil und sowohl die starre Riemenscheibe als auch das zweite Ende des Seils ausgestaltet. Eine Masse erstreckt sich von der Massenriemenscheibe weg. Ein Stellglied ist ausgestaltet, um das Seil relativ zu der starren Riemenscheibe derart zu bewegen, dass sich die Betätigungsriemenscheibe relativ zum Boden vertikal bewegt, wenn sich die Massenriemenscheibe und die Masse vertikal in eine entgegengesetzte Richtung bewegen. Die vertikale Bewegung der Masse ist so ausgestaltet, dass sie von der horizontalen Bewegung der Unterstützungseinrichtung unabhängig ist.
Bei einer anderen Ausführungsform ist ein Unterstützungssystem ausgestaltet, um eine Masse in eine vertikale Richtung entlang einer Z-Achse relativ zum Boden statisch auszugleichen. Das Unterstützungssystem umfasst eine Stützstruktur, eine Unterstützungseinrichtung, ein Seil, eine Vielzahl von Riemenscheiben der Unterstützungseinrichtung, eine Massenriemenscheibe, eine starre Riemenscheibe und eine Betätigungsriemenscheibe. Die Unterstützungseinrichtung ist an der Stützstruktur bewegbar angebracht und ist für eine horizontale Bewegung entlang einer X-Achse und/oder einer Y-Achse relativ zum Boden ausgestaltet. Das Seil weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Das erste Ende ist an der Stützstruktur an einer ersten Stelle funktional befestigt, und das zweite Ende ist an der Stützstruktur an einer zweiten Stelle, die sich von der ersten Stelle unterscheidet, funktional befestigt. Die Riemenscheiben der Unterstützungseinrichtung sind an der Unterstützungseinrichtung funktional angebracht. Das Seil ist zur Verlegung um jede der Vielzahl von Riemenscheiben der Unterstützungseinrichtung, die Massenriemenscheibe, die starre Riemenscheibe und die Betätigungsriemenscheibe herum derart ausgestaltet, dass alle Riemenscheiben zwischen dem ersten und zweiten Ende des Seils funktional angeordnet sind. Die Massenriemenscheibe ist durch das Seil und ein Paar der Vielzahl von Riemenscheiben der Unterstützungseinrichtung funktional abgestützt. Die starre Riemenscheibe ist an der Stützstruktur funktional angebracht. Die Betätigungsriemenscheibe wird durch das Seil und sowohl die starre Riemenscheibe als auch das zweite Ende des Seils funktional abgestützt. Eine Masse erstreckt sich von der Massenriemenscheibe weg. Ein Stellglied ist ausgestaltet, um das Seil relativ zu der starren Riemenscheibe derart zu bewegen, dass sich die Betätigungsriemenscheibe relativ zum Boden vertikal bewegt, wenn sich die Massenriemenscheibe und die Masse vertikal in eine entgegengesetzte Richtung bewegen. Die vertikale Bewegung der Masse ist unabhängig von der horizontalen Bewegung der Unterstützungseinrichtung.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst ein Unterstützungssystem ein Seil, eine Vielzahl von Riemenscheiben, eine Masse und ein variables Ausgleichssystem. Das Seil weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Das erste Ende ist für eine funktionale Befestigung an einer Stützstruktur an einer ersten Stelle ausgestaltet, und das zweite Ende ist für eine funktionale Befestigung an der Stützstruktur an einer zweiten Stelle, die sich von der ersten Stelle unterscheidet, ausgestaltet. Die Riemenscheiben sind für eine funktionale Befestigung an der Stützstruktur und/oder einer Unterstützungseinrichtung ausgestaltet, die an der Stützstruktur bewegbar angebracht ist. Das Seil ist zur Verlegung um jede der Vielzahl von Riemenscheiben herum ausgestaltet. Eine der Riemenscheiben ist zur funktionalen Abstützung durch das Seil ausgestaltet. Die Masse ist so ausgestaltet, dass sie sich von einer der Vielzahl von Riemenscheiben weg erstreckt. Eine andere der Riemenscheiben ist zur funktionalen Abstützung durch das Seil ausgestaltet. Das variable Ausgleichssystem ist zur funktionalen Befestigung an einer anderen der Riemenscheiben ausgestaltet. Das variable Ausgleichssystem umfasst eine Ausgleichsplattform, einen Hebel, ein Ausgleichsstellglied und ein Gegengewicht. Der Hebel ist um eine Ausgleichsachse drehbar an der Ausgleichsplattform angebracht. Das Ausgleichsstellglied ist entlang des Hebels angeordnet. Das Gegengewicht ist an dem Ausgleichsstellglied funktional derart befestigt, dass das Gegengewicht ausgestaltet ist, um sich um eine Distanz entlang des Ausgleichsstellglieds zwischen einer Minimalposition und einer Maximalposition zu bewegen. Die Minimalposition entspricht einer Masse, die ein Minimalgewicht aufweist, so dass die Masse statisch entlang der Z-Achse ausgeglichen wird. Die Maximalposition entspricht einer Masse mit Maximalgewicht, so dass die Masse entlang der Z-Achse statisch ausgeglichen wird.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Mit Bezug nun auf die Figuren, die beispielhafte Ausführungsformen sind und in denen gleiche Elemente gleich nummeriert sind:
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Unterstützungssystems, das ein vertikales Betätigungssystem und ein mit einer Stützstruktur funktional verbundenes variables Ausgleichssystem umfasst;
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht des vertikalen Betätigungssystems von 1, das zur vertikalen Bewegung einer Masse entlang einer Z-Achse ausgestaltet ist;
3 ist eine schematische perspektivische Ansicht des vertikalen Betätigungssystems und des variablen Ausgleichssystems von 1;
4 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des vertikalen Betätigungssystems, das zur Bewegung einer Masse entlang einer Z-Achse ausgestaltet ist;
5 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des vertikalen Betätigungssystems von 1, das zur vertikalen Bewegung einer Masse entlang einer Z-Achse ausgestaltet ist; und
6 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform des vertikalen Betätigungssystems von 1, das zur vertikalen Bewegung einer Masse entlang einer Z-Achse ausgestaltet ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten bezeichnen, ist ein Unterstützungssystem in 1 bei 24 gezeigt. Das Unterstützungssystem 24 umfasst ein vertikales Betätigungssystem 46, eine stationäre Stützstruktur 14, eine Unterstützungseinrichtung 15 und eine Masse 11. Das vertikale Betätigungssystem 46 ist ausgestaltet, um die Masse 11 in eine vertikale Richtung entlang einer Z-Achse relativ zum Boden G zu bewegen und ist in 1 bei 10 gezeigt. Das vertikale Betätigungssystem 46 ist an der stationären Stützstruktur 14 montiert, die ausgestaltet ist, um das vertikale Betätigungssystem 46, die Unterstützungseinrichtung 15 und die Masse 11 zumindest teilweise abzustützen. Die Masse 11 kann ein Greiforgan 22 umfassen, wobei das Greiforgan 22 durch die Unterstützungseinrichtung 15 abgestützt ist. Das Greiforgan 22 kann eine Nutzlast 12 selektiv abstützen. Die Stützstruktur 14 umfasst ein Paar paralleler Schienen 16 oder Rollbahnführungen, ist aber nicht darauf beschränkt. Allgemein wird eine Unterstützungseinrichtung 15 durch die parallelen Schienen 16 der Stützstruktur 14 abgestützt. Die Unterstützungseinrichtung 15 kann einen Brückenkran 18 und eine Laufkatze 20 umfassen. Der Brückenkran 18 ist eine Struktur, die mindestens einen Jochbalken 30 umfasst, der das Paar paralleler Schienen 16 überspannt. Der Brückenkran 18 ist ausgelegt, um die Nutzlast 12 horizontal relativ zum Boden G entlang einer X-Achse zu befördern. Die Laufkatze 20 ist an den Jochbalken 30 des Brückenkrans 18 beweglich derart angebracht, dass die Laufkatze 20 zur Beförderung der Nutzlast 12 horizontal relativ zu Boden G entlang einer Y-Achse ausgelegt ist. Das Greiforgan 22 ist an der Laufkatze 20 drehbar derart angebracht, dass sich das Greiforgan 22 um die Z-Achse dreht. Die Z-Achse erstreckt sich in eine allgemein vertikale Richtung relativ zum Boden G. Darüber hinaus erstreckt sich das Greiforgan 22 von der Laufkatze 20 weg bewegbar derart, dass das Greiforgan 22 zum Befördern oder Abstützen der Nutzlast 12 in die allgemein vertikale Richtung entlang der Z-Achse ausgelegt ist.
Mit Bezug auf 2 ermöglicht das vertikale Betätigungssystem 46 eine Bewegung des Greiforgans 22 und einer beliebigen zugehörigen Nutzlast 12 entlang der Z-Achse. Die Bewegung entlang der Z-Achse ist von einer horizontalen Bewegung der Unterstützungseinrichtung 15 entlang der X- und Y-Achsen entkoppelt. Dies bedeutet, dass die vertikale Bewegung der Unterstützungseinrichtung 15 über das vertikale Betätigungssystem 46 von den horizontalen Bewegungen des Greiforgans 22 und einer beliebigen zugehörigen Nutzlast 12 entlang der X- und Y-Achse entkoppelt ist. Um die vertikalen Bewegungen von den horizontalen Bewegungen zu entkoppeln, ist das vertikale Betätigungssystem 46 in einer beabstandeten Beziehung zu der Unterstützungseinrichtung 15 und der Masse 11 angeordnet. Dies bedeutet, dass das vertikale Betätigungssystem 46 an der Stützstruktur 14 und/oder dem Boden G angebracht sein kann, so dass eine beliebige Masse, die einer Bewegung des vertikalen Betätigungssystems 46 zugeordnet ist, sich nicht horizontal mit der Unterstützungseinrichtung 15 bewegt und die Massenträgheit des Systems verringert wird. Das vertikale Betätigungssystem 46 wird nachstehend detaillierter beschrieben.
Wieder mit Bezug auf 2 sind erste, zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste, siebte und achte Riemenscheiben 32a–32h gezeigt. Die Riemenscheiben 32a–32h umfassen eine Vielzahl von Riemenscheiben der Unterstützungseinrichtung 32a, 32b, 32d–32f. Die Riemenscheiben der Unterstützungseinrichtung 32a, 32b, 32d–32f umfassen die erste Riemenscheibe 32a, die sich von dem Brückenkran 18 funktional weg erstreckt, die zweiten und vierten Riemenscheiben 32b, 32d, die sich von der Laufkatze 20 weg erstrecken, und die fünfte und die sechste Riemenscheibe 32e, 32f erstrecken sich vom Brückenkran 18 weg. Das erste Greiforgan 22 umfasst die dritte Riemenscheibe oder Massenriemenscheibe 32c. Die siebte Riemenscheibe oder die starre Riemenscheibe 32g erstreckt sich von der Stützstruktur 14 weg. Die achte Riemenscheibe oder Betätigungsriemenscheibe 32h ist an dem vertikalen Betätigungssystem 46 funktional angebracht. Es ist festzustellen, dass die Gesamtanzahl von Riemenscheiben 32a–32h nicht auf die hier beschriebenen acht begrenzt ist, da eine beliebige andere Anzahl von Riemenscheiben 32a–32h verwendet werden kann, wie der Fachmann weiß. Ein Seil 34 weist ein erstes Ende 36 und ein zweites Ende 38 auf. Das erste Ende 36 des Seils 34 ist an der Stützstruktur 14 an einer ersten starren Stelle 40 funktional befestigt oder verankert. Das zweite Ende 38 des Seils 34 ist an der Stützstruktur 14 an einer zweiten starren Stelle 42 funktional befestigt oder verankert. Das Seil 34 ist so verlegt, dass es sich von der ersten starren Stelle 40 weg erstreckt und dass es dann um die erste Riemenscheibe 32a und dann die zweite Riemenscheibe 32b herum verlegt ist. Das Greiforgan 22 umfasst ein vertikales Drehgelenk 44, welches das Greiforgan 22 und die Laufkatze 20 funktional miteinander verbindet. Das vertikale Drehgelenk 44 ist ausgestaltet, um eine Drehung des Greiforgans 22 und einer beliebigen zugehörigen Nutzlast 12 um die Z-Achse herum zu ermöglichen, während es verhindert, dass sich auch das Seil 34 dreht. Das vertikale Drehgelenk 44 umfasst die dritte Riemenscheibe 32c und das Seil 34 ist von der zweiten Riemenscheibe 32b um die dritte Riemenscheibe 32c herum und dann um die vierte Riemenscheibe 32d herum verlegt. Anschließend ist das Seil 34 um die fünfte, sechste und siebte Riemenscheibe 32e, 32f bzw. 32g herum verlegt. Das Seil 34 ist um die achte Riemenscheibe 32h herum derart verlegt, dass die achte Riemenscheibe 32h durch die siebte Riemenscheibe 32g und die zweite starre Stelle 42 des zweiten Endes 38 des Seils 34 zumindest teilweise abgestützt ist. Es ist festzustellen, dass die Verlegung des Seils 34 zwischen den Riemenscheiben 32a–32h nicht auf die acht hier beschriebenen begrenzt ist, da eine beliebige andere geeignete Ausgestaltung des Seils 34 und der Riemenscheiben 32a–32h verwendet werden kann, wie der Fachmann weiß.
Mit Bezug auf 3 kann das vertikale Betätigungssystem 46 an der Stützstruktur 14 funktional angeordnet sein. Insbesondere kann das vertikale Betätigungssystem 46 an einem sich vertikal erstreckenden Schenkel 50 der Stützstruktur 40 angeordnet sein. Es ist jedoch festzustellen, dass das vertikale Betätigungssystem 46 nicht auf eine Montage an der Stützstruktur 14 begrenzt ist, sondern an ein beliebiges anderes Objekt montiert sein kann, das sich nicht mit dem Unterstützungssystem 15 in die horizontal e Richtung bewegt.
Mit Bezug auf 3 umfasst das vertikale Betätigungssystem 46 ein vertikales Stellglied 52a, das an der Stützstruktur 14 funktional angebracht ist. Ein vertikaler Schlitten 54 ist am vertikalen Stellglied 52a funktional angebracht. Der vertikale Schlitten 54 ist zur Bewegung entlang des vertikalen Stellglieds 52a in Ansprechen auf eine Betätigung des vertikalen Stellglieds 52a ausgestaltet. Das vertikale Stellglied 52a kann mit einem Getriebe ausgestaltet sein, das ein großes Übersetzungsverhältnis bereitstellt. Das große Übersetzungsverhältnis stellt eine translatorische Bewegung an das Greiforgan 22 und eine beliebige zugehörige Nutzlast 12 über das Seil 34 bereit, das um jede der Riemenscheiben 32a–32h herum verlegt ist. Bei einer Ausführungsform umfasst das Getriebe des vertikalen Stellglieds 52a einen Kugelgewindetrieb. Zusätzlich zur Bereitstellung eines großen Übersetzungsverhältnisses ist der Kugelgewindetrieb ausgestaltet, um eine Geschwindigkeit zu steuern, mit der sich das Greiforgan 22 und eine beliebige zugehörige Nutzlast 12 vertikal entlang der Z-Achse bewegen. Es ist jedoch festzustellen, dass das vertikale Stellglied 52a nicht auf die Verwendung eines Kugelgewindetriebs begrenzt ist, da auch ein beliebiges anderes, Fachleuten bekanntes Getriebe verwendet werden kann. Darüber hinaus kann eine Bremse mit dem vertikalen Stellglied 52a funktional verbunden sein, um das vertikale Stellglied 52a zu verlangsamen und/oder zu stoppen. Zudem kann die Bremse ermöglichen, dass sich der vertikale Schlitten 54 in einer verriegelten Position relativ zu dem vertikalen Stellglied 52a befindet, wenn das Greiforgan 22 und eine beliebige zugehörige Nutzlast 12 horizontal entlang der X- und/oder Y-Achsen transportiert wird, um eine Bewegung des Greiforgans 22 und einer beliebigen zugehörigen Nutzlast 12 entlang der Z-Achse zu verhindern.
Es ist festzustellen, dass die Verlegung des Seils 34 zwischen den Riemenscheiben 32a–32h nicht auf die hier beschriebene begrenzt ist. Es ist möglich, ein Übersetzungsverhältnis zwischen der vertikalen Bewegung des Greiforgans 22 und einer beliebigen zugehörigen Nutzlast 12 und der Bewegung des vertikalen Stellglieds 52a und des variablen Ausgleichssystems 48 zu modifizieren, indem die Verlegung des Seils 34 und/oder die Anzahl und Anordnung der Riemenscheiben 32a–32h verändert wird, wie der Fachmann weiß.
Das variable Ausgleichssystem 48 kann auf dem Boden G angeordnet sein. Das variable Ausgleichssystem 48 ist so ausgestaltet, dass es ein Gegengewicht zu dem Greiforgan 22 und einer beliebigen zugehörigen Nutzlast 12 derart bereitstellt, dass das Greiforgan 22 und eine beliebige zugehörige Nutzlast 12 entlang der Z-Achse statisch ausgeglichen sind. Statisch ausgeglichen bedeutet, dass sich das Greiforgan 22 und eine beliebige zugehörige Nutzlast 12 in Ansprechen auf einen Betrieb des vertikalen Betätigungssystems 46 und/oder das Aufbringen einer vertikalen Kraft F auf das Greiforgan 22 und eine beliebige zugehörige Nutzlast 12 selektiv entlang der Z-Achse bewegen können, wie nachstehend in größerem Detail beschrieben wird. Wenn jedoch der Betrieb des vertikalen Betätigungssystems 46 gestoppt wird, bleiben das Greiforgan 22 und eine beliebige zugehörige Nutzlast 12 allgemein in der gleichen vertikalen Position entlang der Z-Achse, da sie ”statisch ausgeglichen” sind. Ein Ausgleichsseil 56 verbindet das vertikale Betätigungssystem 46 und das variable Ausgleichssystem 48 auf funktionale Weise. Insbesondere ist das Ausgleichsseil 56 an einem Ende mit dem vertikalen Schlitten 54 funktional verbunden. Das Ausgleichsseil 56 kann ein Seil 34, ein Riemen, eine Kette oder ein beliebiges anderes Objekt oder eine beliebige andere Einrichtung sein, die zum Verbinden des vertikalen Betätigungssystems 46 und des variablen Ausgleichssystems 48 ausgestaltet ist, wie der Fachmann weiß.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst das variable Ausgleichssystem 48 eine Ausgleichsplattform 58 und einen Hebel 60, der an der Ausgleichsplattform 58 drehbar derart angebracht ist, dass sich der Hebel 60 um eine Ausgleichsachse 62 herum dreht. Der Hebel 60 weist entgegengesetzte Enden 64a, 64b auf und das Ausgleichsseil 56 ist an einem Befestigungspunkt 66 in der Nähe eines der einander gegenüberliegenden Enden 64a, 64b an dem Hebel 60 funktional befestigt. Mindestens ein Gegengewicht 68 ist an dem Hebel 60 funktional befestigt. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform gibt es ein starres Gegengewicht 68a und ein mobiles Gegengewicht 68b. Es ist jedoch festzustellen, dass mehr oder weniger Gegengewichte 68 verwendet werden können, wie der Fachmann weiß. Das starre Gegengewicht 68a kann an dem Hebel 60 in der Nähe des Befestigungspunkts 66 des Ausgleichsseils 56 angeordnet sein. Ein Ausgleichsstellglied 52b kann entlang des Hebels 60 angeordnet sein. Ein Ausgleichsschlitten 72 kann an dem Ausgleichsstellglied 52b funktional angebracht sein und das mobile Gegengewicht 68b kann am Ausgleichsschlitten 72 funktional angebracht sein. Der Ausgleichsschlitten 72 ist zusammen mit dem mobilen Gegengewicht 68b ausgestaltet, um sich um eine Distanz D entlang des Ausgleichsstellglieds 52b zwischen einer Minimalposition 74 und einer Maximalposition 76 zu bewegen, um dem Gewicht entgegenzuwirken, das mit dem Greiforgan 22 und einer beliebigen zugehörigen Nutzlast 12 verbunden ist, und um das Greiforgan 22 und eine beliebige zugehörige Nutzlast 12 statisch auszugleichen. Wenn sich das mobile Gegengewicht 68b bei der Minimalposition 74 befindet, wird das mobile Gegengewicht 68b entlang des Hebels 60 derart bewegt, dass sich das mobile Gegengewicht näher bei der Ausgleichsachse 62 befindet als wenn sich das mobile Gegengewicht 68b bei der Maximalposition 76 befindet. Die Positionen des mobilen Gegengewichts 68b bei der Minimalposition 74, der Maximalposition 76 oder bei einer beliebigen anderen Position zwischen der Minimal- und Maximalposition 74, 76 sind so ausgestaltet, dass sie das Greiforgan 22 und eine beliebige zugehörige Nutzlast 12 entlang der Z-Achse statisch ausgleichen. Wenn sich das mobile Gegengewicht 68b daher bei der Minimalposition 74 befindet, kann es sein, dass das Greiforgan 22 keine Nutzlast 12 oder eine minimale Nutzlast 12 abstützt, d. h. diejenige Nutzlast 12, die ein Minimalgewicht für die Konstruktion des variablen Ausgleichssystems 48 aufweist, während sie entlang der Z-Achse statisch ausgeglichen bleibt. Auf ähnliche Weise stützt das Greiforgan 22 dann, wenn sich das mobile Gegengewicht 68b bei der Maximalposition 76 befindet, eine maximale Nutzlast 12 ab, d. h. diejenige Nutzlast 12, die für die Konstruktion des variablen Ausgleichssystems 48 ein Maximalgewicht aufweist, während sie entlang der Z-Achse statisch ausgeglichen bleibt. Das mobile Gegengewicht 68b kann jedoch auch an einer beliebigen Stelle entlang des Hebels 60 zwischen der Minimalposition 74 und der Maximalposition 76 positioniert sein, die ausgestaltet ist, um das Greiforgan 22 vertikal auszugleichen, welches eine Nutzlast 12 abstützt, die weniger als die maximale Nutzlast 12 aber mehr als die minimale Nutzlast 12 wiegt.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, kann das Greiforgan 22 Bedienelemente 78 umfassen, die ausgestaltet sind, um das vertikale Stellglied 52a und/oder das Ausgleichsstellglied 52b aus der Ferne zu betätigen. Insbesondere können die Bedienelemente 78 eine Auswahlvorrichtung 80 und ein Richtungsbedienelement 82 umfassen. Die Auswahlvorrichtung 80 kann ausgestaltet sein, um zwischen keiner Nutzlast und/oder einer Vielzahl von anderen Nutzlasten 12 mit unterschiedlichen Gewichten 12 am Greiforgan 22 zu wählen. Wenn der Bediener beispielsweise die Auswahlvorrichtung 80 so betreibt, dass er wählt, dass das Greiforgan 22 keine Nutzlast 12 abstützt, bewegt das Ausgleichsstellglied 52b das mobile Gegengewicht 68b entlang des Hebels 60 in die Minimalposition 74, um das Greiforgan 22 auszugleichen. Wenn der Bediener auf ähnliche Weise die Auswahlvorrichtung 80 so betreibt, dass er die maximale Nutzlast 12 wählt, bewegt das Ausgleichsstellglied 52b das mobile Gegengewicht 68b entlang des Hebels 60 in die Maximalposition 76, um das Greiforgan 22 und die maximale Nutzlast 12 auszugleichen. Es ist festzustellen, dass die Auswahlvorrichtung 80 so ausgestaltet sein kann, dass sie das Ausgleichsstellglied 52b zu einer beliebigen Anzahl von Stellen zwischen der Minimalposition 74 und der Maximalposition 76 bewegt, um eine beliebige Anzahl anderer Nutzlasten 12 statisch auszugleichen, wie der Fachmann weiß.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist das Ausgleichsseil 56 mit dem Seil 34 funktional verbunden. Alternativ ist das Ausgleichsseil durch das Seil 34 ersetzt, so dass das Seil 34 beim Befestigungspunkt 66 am Hebel 60 angebracht ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Masse 11 entlang der Z-Achse in Ansprechen auf das Aufbringen einer Kraft F, die direkt auf die Masse 11 aufgebracht wird, entlang der Z-Achse bewegbar. Auf ähnliche Weise ist die Masse 11 so ausgestaltet, dass sie entlang der Z-Achse statisch ausgeglichen bleibt, wenn die Kraft F entfernt wird.
Das Richtungsbedienelement 82 kann ausgestaltet sein, um die Nutzlast 12 entlang der Z-Achse selektiv nach oben oder nach unten zu bewegen. Wenn insbesondere der Bediener entscheidet, dass das Greiforgan 22 und eine beliebige zugehörige Nutzlast 12 relativ zum Boden G vertikal nach oben bewegt werden müssen, bedient der Bediener das zugehörige Richtungsbedienelement 82, um das vertikale Stellglied 52a zu betätigen. Als Folge der Betätigung bewegt das vertikale Stellglied 52a den vertikalen Schlitten 54 vertikal nach unten, um das Greiforgan 22 und eine beliebige zugehörige Nutzlast 12 entlang der Z-Achse nach oben zu bewegen. Wenn sich der vertikale Schlitten 54 vertikal nach unten bewegt, bewegt sich auch die achte Riemenscheibe 32h vertikal nach unten. Wenn sich die achte Riemenscheibe 32h vertikal nach unten bewegt, wird das Seil 34 zwischen den ersten und zweiten Befestigungspunkten 66 gespannt, um das Greiforgan 22 und eine beliebige zugehörige Nutzlast 12 entlang der Z-Achse anzuheben.
Wenn der Bediener auf ähnliche Weise, wie in 1 und 2 gezeigt ist, entscheidet, dass das Greiforgan 22 und eine beliebige zugehörige Nutzlast 12 entlang der Z-Achse vertikal nach unten bewegt werden müssen, bedient der Bediener das zugehörige Richtungsbedienelement 82, um das vertikale Stellglied 52a zu betätigen. Als Folge der Betätigung bewegt das vertikale Stellglied 52a den vertikalen Schlitten 54 vertikal nach oben. Wenn sich der vertikale Schlitten 54 vertikal nach oben bewegt, bewegt sich auch die achte Riemenscheibe 32h vertikal derart nach oben, dass das Seil 34 zwischen den ersten und zweiten Befestigungspunkten 66 gelockert wird, um das Greiforgan 22 und eine beliebige zugehörige Nutzlast 12 entlang der Z-Achse abzusenken. Wenn der Bediener die vertikale Position des Greiforgans 22 und einer beliebigen zugehörigen Nutzlast 12 beibehalten will, sieht der Bediener davon ab, irgendeines der Richtungsbedienelemente 82 zu betätigen, und das Greiforgan 22 und eine beliebige zugehörige Nutzlast 12 bleiben in der gleichen vertikalen Position entlang der Z-Achse.
Mit Bezug auf die in 4 gezeigte Ausführungsform erstreckt sich ein Stellglied 52 von der Stützstruktur 14 weg und ist mit der siebten Riemenscheibe 32g funktional verbunden. Das Seil 34 ist um die siebte Riemenscheibe 32g herum gewunden. Ein Gegengewicht 68 ist durch die achte Riemenscheibe 32h abgestützt. Die achte Riemenscheibe 32h ist entlang des Seils 34 zwischen der siebten Riemenscheibe 32g und dem zweiten Befestigungspunkt 66 derart angeordnet, dass die achte Riemenscheibe 32h und das Gegengewicht 68 an der siebten Riemenscheibe 32g und dem zweiten Befestigungspunkt 66 hängen, um das Gewicht des Greiforgans 22 und einer beliebigen zugehörigen Nutzlast 12 statisch auszugleichen. Wenn der Bediener entscheidet, dass das Greiforgan 22 und eine beliebige zugehörige Nutzlast 12 entlang der Z-Achse vertikal nach oben oder nach unten bewegt werden müssen, bedient der Bediener das zugehörige Bedienelement und das Stellglied 52 wird in Ansprechen darauf betätigt. Als Folge der Betätigung dreht das Stellglied 52 die siebte Riemenscheibe 32g, um das Seil 34 in eine Richtung zu bewegen, die einer Bewegung der Nutzlast 12 in die gewünschte vertikale Richtung entlang der Z-Achse zugeordnet ist.
Mit Bezug auf 5 ist eine zweite Ausführungsform eines Unterstützungssystems 124 gezeigt. Das Unterstützungssystem 124 umfasst eine Stützstruktur 114, eine Unterstützungseinrichtung 115, ein vertikales Betätigungssystem 146, ein Gegengewicht 168 und eine Masse 111. Die Unterstützungseinrichtung 115 ist an der Stützstruktur 114 funktional angebracht und ist ausgestaltet, um die Masse 111 horizontal entlang der X- und Y-Achsen zu bewegen. Das vertikale Betätigungssystem 146 ist an einer Stützstruktur 114 funktional angebracht und umfasst ein Stellglied 152a, das ausgestaltet ist, um eine Translationsbewegung für die Masse 11 vertikal entlang der Z-Achse über ein Seil 134 bereitzustellen, das um jede einer Vielzahl von Riemenscheiben 132a–132g herum verlegt ist. Um ein ungewünschtes Drehmoment zu kompensieren, das auf die Unterstützungseinrichtung 115 aufgebracht werden kann, wenn die Unterstützungseinrichtung 115 entlang der X- und Y-Achsen bewegt wird, kann eine Verlegung 170 eines zweiten Seils bereitgestellt sein. Die Verlegung 170 eines zweiten Seils umfasst ein zweites Seil 172, das an einander entgegengesetzten Enden 174, 176 an der Stützstruktur 114 befestigt ist. Ein Paar zweiter Riemenscheiben 178a, 178b ist durch die Unterstützungseinrichtung 115 in einer zueinander beabstandeten Beziehung abgestützt. Das zweite Seil 172 ist um die zweiten Riemenscheiben 178a, 178b in einem Z-förmigen Muster herum verlegt, wie in 5 gezeigt ist, um ein beliebiges Drehmoment zu kompensieren, das möglicherweise auf die Unterstützungseinrichtung 115 aufgebracht wird.
Mit Bezug auf 6 ist eine dritte Ausführungsform eines Unterstützungssystems 224 gezeigt. Das Unterstützungssystem 224 umfasst eine Stützstruktur 214, eine Unterstützungseinrichtung 215, ein vertikales Betätigungssystem 246, eine Masse 211 und ein Gegengewicht 268. Die Unterstützungseinrichtung 215, ist an der Stützstruktur 214 funktional angebracht und ist ausgestaltet, um die Masse 211 horizontal entlang der X- und Y-Achsen zu bewegen. Das vertikale Betätigungssystem 246 ist an einer Stützstruktur 214 funktional angebracht und umfasst ein Stellglied 252a, das ausgestaltet ist, um eine translatorische Bewegung für die Masse 211 vertikal entlang der Z-Achse über ein Seil 234 bereitzustellen, das um jede einer Vielzahl von Riemenscheiben 232a–232n herum verlegt ist. Die Riemenscheiben 232a–232n sind ausgestaltet, um eine Ausgestaltung mit ”doppelter Verlegung” bereitzustellen, wie in 6 gezeigt ist. Bei der doppelten Verlegung sind die Riemenscheiben 232a–232g jeweils in einer gespiegelten Beziehung zu den Riemenscheiben 232h–232n angeordnet. Diese Riemenscheiben 232a–232g und 232h–232n können über starre Schienen oder Glieder 280 in einer gespiegelten Beziehung zueinander gehalten sein. Sie können jedoch auch durch eine beliebige andere Fachleuten bekannte Vorrichtung in einer gespiegelten Beziehung gehalten sein. Eine doppelte Verlegung kann verwendet werden, wenn eine vertikale Beschleunigung g größer als 1 ist. Andernfalls kann es sein, dass das Seil 234 schlaff oder locker wird, wenn eine vertikale Beschleunigung aufgebracht wird, die größer als 1 ist. Die doppelte Verlegung synchronisiert eine Bewegung der Masse 211 und des Gegengewichts 268.
Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zum Umsetzen der Erfindung in die Praxis im Umfang der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims

Vertikales Betätigungssystem, umfassend: ein Seil mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende; wobei das erste Ende zur funktionalen Befestigung an einer Stützstruktur an einer ersten Stelle ausgestaltet ist und das zweite Ende zur funktionalen Befestigung an der Stützstruktur an einer zweiten Stelle, die sich von der ersten Stelle unterscheidet, ausgestaltet ist; eine Vielzahl von Riemenscheiben einer Unterstützungseinrichtung, eine Massenriemenscheibe, eine starre Riemenscheibe und eine Betätigungsriemenscheibe; wobei die Vielzahl von Riemenscheiben einer Unterstützungseinrichtung für eine funktionale Befestigung an einer Unterstützungseinrichtung ausgestaltet ist, die an der Stützstruktur in eine horizontale Richtung relativ zum Boden bewegbar angebracht ist; wobei das Seil zur Verlegung um jede der Vielzahl von Riemenscheiben der Unterstützungseinrichtung, die Massenriemenscheibe, die starre Riemenscheibe und die Betätigungsriemenscheibe herum derart ausgelegt ist, dass alle Riemenscheiben so ausgestaltet sind, dass sie zwischen dem ersten und zweiten Ende des Seils funktional angeordnet sind; wobei die Massenriemenscheibe so ausgestaltet ist, dass sie durch das Seil und ein Paar der Vielzahl von Riemenscheiben der Unterstützungseinrichtung funktional abgestützt ist; wobei die starre Riemenscheibe für eine funktionale Befestigung an der Stützstruktur ausgestaltet ist; wobei die Betätigungsriemenscheibe so ausgestaltet ist, dass sie durch das Seil und sowohl die starre Riemenscheibe als auch das zweite Ende des Seils funktional abgestützt ist; eine Masse, die sich von der Massenriemenscheibe weg erstreckt; und ein Stellglied, das so ausgestaltet ist, dass es das Seil relativ zu der starren Riemenscheibe derart bewegt, dass sich die Betätigungsriemenscheibe relativ zum Boden vertikal bewegt, wenn sich die Massenriemenscheibe und die Masse vertikal in eine entgegengesetzte Richtung bewegen; wobei die vertikale Bewegung der Masse so ausgestaltet ist, dass sie von der horizontalen Bewegung der Unterstützungseinrichtung unabhängig ist.
Vertikales Betätigungssystem nach Anspruch 2, wobei das Stellglied mit der Betätigungsriemenscheibe funktional verbunden ist; und wobei das Stellglied ein vertikales Stellglied ist, das ausgestaltet ist, um die Betätigungsriemenscheibe vertikal entlang der Z-Achse vertikal zu bewegen, wenn sich die Massenriemenscheibe und die Masse vertikal in eine entgegengesetzte Richtung bewegen.
Vertikales Betätigungssystem nach Anspruch 2, das ferner einen vertikalen Schlitten umfasst, der an dem vertikalen Stellglied funktional angebracht ist; wobei der vertikale Schlitten so ausgestaltet ist, dass er sich in Ansprechen auf eine Betätigung des vertikalen Stellglieds entlang des vertikalen Stellglieds bewegt.
Vertikales Betätigungssystem nach Anspruch 1, ferner Bedienelemente umfassend, die mit der Unterstützungseinrichtung funktional verbunden sind und ausgestaltet sind, um das Stellglied zu betätigen.
Vertikales Betätigungssystem nach Anspruch 1, das ferner ein variables Ausgleichssystem umfasst, das umfasst: eine Ausgleichsplattform und einen Hebel, der an der Ausgleichsplattform um eine Ausgleichsachse herum drehbar angeordnet ist; ein entlang des Hebels angeordnetes Ausgleichsstellglied; ein Gegengewicht, das an dem Ausgleichsstellglied funktional derart angebracht ist, dass das Gegengewicht zur Bewegung um eine Distanz entlang des Ausgleichsstellglieds zwischen einer Minimalposition und einer Maximalposition ausgestaltet ist; wobei die Minimalposition einer Masse entspricht, die ein Minimalgewicht aufweist, so dass die Masse entlang einer Z-Achse statisch ausgeglichen ist; und wobei die Maximalposition einer Masse entspricht, die ein Maximalgewicht derart aufweist, dass die Masse entlang der Z-Achse statisch ausgeglichen ist.
Vertikales Betätigungssystem nach Anspruch 5, das ferner ein vertikales Betätigungssystem umfasst, das mit dem variablen Ausgleichssystem funktional verbunden ist.
Vertikales Betätigungssystem nach Anspruch 5, wobei ein Ausgleichsseil den Hebel des variablen Ausgleichssystems und das Seil funktional verbindet.
Vertikales Betätigungssystem nach Anspruch 8, wobei das Stellglied mit der starren Riemenscheibe funktional verbunden ist; und wobei das Stellglied ein Drehstellglied ist, das ausgestaltet ist, um die starre Riemenscheibe zu drehen, um das Seil relativ zu der starren Riemenscheibe derart zu bewegen, dass sich sowohl die Betätigungsriemenscheibe als auch das Gegengewicht vertikal bewegen, wenn sich die Massenriemenscheibe und die Masse vertikal in eine entgegengesetzte Richtung bewegen.
Vertikales Betätigungssystem nach Anspruch 5, wobei das Gegengewicht ein starres Gegengewicht und ein mobiles Gegengewicht ist; wobei das starre Gegengewicht an dem Hebel funktional derart angebracht ist, dass sich das starre Gegengewicht relativ zum Hebel nicht bewegt; und wobei das mobile Gegengewicht an dem Ausgleichsstellglied funktional derart angebracht ist, dass das mobile Gegengewicht ausgestaltet ist, um sich um die Distanz entlang des Ausgleichsstellglieds zwischen der Minimalposition und der Maximalposition zu bewegen.
Vertikales Betätigungssystem nach Anspruch 5, ferner Bedienelemente umfassend, die mit der Unterstützungseinrichtung funktional verbunden sind und ausgestaltet sind, um das Ausgleichsstellglied zu betätigen.