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Die Erfindung betrifft einen Manipulator nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Manipulator-Handhabungssystem nach dem Oberbegriff von Anspruch 6.
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Manipulatoren und Manipulator-Handhabungssysteme, die im Wesentlichen aus Stahl oder Aluminium bestehen, sind auf dem technischen Gebiet der Handhabungstechnik bereits bekannt. Mit Manipulatoren lassen sich Produktionsteile vertikal verfahren, das heißt anheben und absenken. Die Achse entlang derer die Manipulatoren Produktionsteile anheben und absenken wird in der Handhabungstechnik auch als Z-Achse bezeichnet. Die Hebetätigkeit übernimmt dabei in der Regel ein Antrieb des Manipulators. Die Manipulatoren werden an Fahrwerksträgern angehangen und sind an diesen in einer Y-Richtung verfahrbar angeordnet. Die Fahrwerksträger lassen sich ihrerseits als Laufbrücke manuell entlang von fest installierten Laufschienen in einer sogenannten X-Richtung verfahren. Die Fahrwerksträger liegen in der Regel als Kastenprofile, Rundrohre, T-Profile oder C-Profile vor.
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Für die Manipulatoren selbst sind Hubschlitten und Führungsstützen aus Stahl oder Aluminium bekannt, sodass die herkömmlichen Manipulatoren aufgrund ihrer Stahl und/oder Aluminiumbestandteile vergleichsweise schwer sind. Herkömmliche Manipulator-Handhabungssysteme erreichen somit als vollständiges System zum Verfahren von Massen-Produktionsteilen ein im Vergleich zum Transportgut hohes Eigengewicht, welches für die beweglichen Elemente des Handhabungssystems, wie Manipulator oder Y-Brücke, zur Nutzlast noch hinzugerechnet werden muss. Insbesondere beim manuellen Verfahren der Nutzlasten macht sich das hohe Gewicht von Stahl- oder Aluminiumfahrwerksträgern in Form von großen Trägheitsmomenten bemerkbar. Die Trägheitsmomente wirken sich dabei sowohl beim Beschleunigen als auch beim Abbremsen negativ auf das Bedienpersonal aus. Oft wird dadurch schon bei Nutzlasten, die eigentlich kein angetriebenes Handhabungssystem erfordern, der Einsatz eines angetriebenen Handhabungssystems doch erforderlich, um das sich aus Eigengewicht des zu bewegenden Fahrwerkträgers und Gewicht der Nutzlast zusammensetzende Gesamtgewicht im Rahmen der gesetzlichen Bestimmungen im Hinblick auf den Arbeitsschutz verfahren zu können.
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Ein weiteres Problem für ein herkömmliches Handhabungssystem mit schweren Fahrwerksträgern besteht dann, wenn viele Teile pro Zeiteinheit verfahren werden sollen, das heißt die Taktzeiten immer kürzer werden. Selbst wenn die Gewichte der einzelnen Teile vergleichsweise gering sind und beispielsweise in einem Bereich zwischen 2 kg und 20 kg liegen, werden durch die Vielzahl der während einer Arbeitsschicht manuell mit einem Handhabungssystem zu verfahrenen Produktionsteile hohe Tagestornagen erreicht, die im Bereich von mehreren Tonnen liegen können. Die vorstehenden Gesamtbelastungen, an denen das Eigengewicht des Manipulators und des Handhabungssystems einen erheblichen Anteil haben, schädigen die Gesundheit des Bedienpersonals und führen zu einer erheblichen Zahl von krankheitsbedingten Ausfällen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Manipulator sowie ein Manipulator-Handhabungssystem verfügbar zu machen, der bzw. das ein deutlich geringeres Eigengewicht im Vergleich zu Manipulatoren bzw. Manipulator-Handhabungssystemen, die großteils aus Stahl oder Aluminium bestehen, aufweist. Gleichzeitig sollen aber keine Kompromisse im Hinblick auf die Stabilität eingegangen werden und diesbezüglich den geforderten Sicherheitsbestimmungen, wie sie beispielsweise für Werkshallen der Automobilindustrie gelten, entsprochen werden. Insbesondere darf die leichtere Konstruktion der Manipulatoren und der Fahrwerksträger der Handhabungssysteme nicht zu Unfällen aufgrund von unerwarteten Brüchen führen. Gleichzeitig sollen insbesondere Teile mit einem vergleichsweise geringen Eigengewicht in hoher Frequenz aufgenommen, angehoben, abgesenkt, abgelegt und/oder verfahren werden können.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Hohlprofil für eine Teleskopachse nach Anspruch 1.
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Weitere vorteilhafte Fahrwerksträger zur Aufnahme von Laufwagen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5.
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Gelöst wird diese Aufgabe auch durch ein Manipulator-Handhabungssystem nach Anspruch 6.
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Weitere vorteilhafte Manipulator-Handhabungssysteme ergeben sich aus den Unteransprüchen 7 bis 12.
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Gelöst wird diese Aufgabe demnach durch einen Manipulator, welcher einen Hubzylinder, einen Traglastseilzug, mindestens eine Führungsstütze, einen Hubschlitten und eine Hubwagenführung aufweist, wobei mindestens eine Führungsstütze ein Profilrohr und/oder der Hubschlitten aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) ist.
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Ein Manipulator, welcher ein oder mehrere Bauteile aus einem leichten Material wie kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) umfasst, erleichtert dem Bedienpersonal, eine Vielzahl an Produktionsteilen in X-Richtung oder/und in Y-Richtung zu verfahren. Gerade beim Verfahren von Massen-Produktionsteilen fällt das Eigengewicht des Manipulators deutlich in Gewicht, insbesondere wenn der Fahrwerksträger der Y-Brücke seinerseits aus leichtem Material wie CFK besteht. Insbesondere die beim Beschleunigen und Abbremsen auftretenden Trägheitskräfte werden durch Manipulatoren mit Führungsstützen und/oder Hubschlitten deutlich verringert und für das Bedienpersonal in einen körperlich gut tolerierbaren Bereich abgesenkt. Die Verwendung von handelsüblichen Profilrohren aus CFK gewährleistet außerdem ein vergleichsweise günstiges Preis-Leistungs-Verhältnis für den erfindungsgemäßen Manipulator.
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Vorteilhaft ist, dass der Manipulator zwei oder mehrere Führungsstützen aufweist, die als Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) gefertigt sind, wobei die Profilrohre aus CFK vorzugsweise Rundrohre, Vierkantrohre oder Sechskantrohre sind.
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Ein Manipulator mit zwei Führungsstützen bzw. entsprechenden Profilrohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) bietet eine verbesserte Führung gegenüber Manipulatoren mit nur einer Führungsstütze. Das geringe Gewicht des CFK begünstigt die Bauweise mit zwei Profilrohren als Führungsstützen zusätzlich.
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Vorteilhaft ist auch, dass die Hubwagenführung als mindestens ein Laufwagen oder/und mindestens ein Führungselement ausgestaltet ist, wobei der Laufwagen bzw. das Führungselement Führungslaufrollen aufweisen.
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Mit Laufwagen und/oder Führungselementen lässt sich der Hubschlitten ohne Verkannten gut führen. Während der Laufwagen üblicherweise fest mit dem Hubschlitten verbunden ist, sind Führungselemente in der Regel an der bzw. den Führungsstützen fixiert.
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Vorteilhaft ist außerdem, dass der Hubzylinder als Pneumatikzylinder, Hydraulikzylinder oder elektrisch angetriebener Hubzylinder ausgelegt ist.
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Pneumatikzylinder, Hydraulikzylinder und elektrisch angetriebenen Hubzylinder sind die üblichen Typen für Hubzylinder und dementsprechend als gängige Bauteile im Handel mit erhältlich.
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Ferner ist auch vorteilhaft, dass die Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) der Führungsstütze und/oder der Hubschlitten in Bereichen der Laufflächen von Führungslaufrollen des Laufwagens und/oder des Führungselements Profilauflageelemente angeordnet sind, die vorzugsweise aus Metall bestehen.
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Profilauflageelemente helfen, den Verschleiß der Oberfläche der Profilrohre bzw. des Hubschlittens aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) zu verringern, ohne das Gewicht der betreffenden Bauteile beträchtlich zu erhöhen.
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Gelöst wird die Aufgabe auch durch ein Manipulator-Handhabungssystem welches einen Manipulator nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungen und ein Handhabungssystem aufweist, wobei das Handhabungssystem mindestens einen Fahrwerksträger zur Aufnahme von Laufwagen und mindestens einen Laufwagen umfasst, wobei der Fahrwerksträger mindestens ein Profilrohr aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) und Halterungen an den Profilrohrenden aufweist und wobei der Manipulator am Laufwagen entlang des Fahrwerkträgers verfahrbar angeordnet ist.
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Die Vorteile eines Manipulators mit einer Führungsstütze und/oder einem Hubschlitten aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) wurden bereits vorab beschrieben. Mit dem erfindungsgemäßen Manipulator-Handhabungssystem, welches neben dem Manipulator außerdem einen Fahrwerksträger mit einem oder mehreren Profilrohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) umfasst, kann das Eigengewicht des Fahrwerkträgers um 50% bis 75% gegenüber herkömmlichen Fahrwerksträgern aus Stahl oder Aluminium verringert werden. Die Gewichtsersparnis ergibt sich dadurch, dass die Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) eine sehr hohe Steifigkeit des Materials bezogen auf seine Dichte hat und über eine hohe Zug- und Biegefestigkeit verfügt. Ein besonderer Vorteil ergibt sich gerade aus der Kombination von leichtgewichtigem Manipulator mit Profilrohren aus CFK und einem Fahrwerkträger in Y-Richtung mit Profilrohren aus CFK, da in diesem Fall die positiven Eigenschaften, wie geringes Gewicht und geringe Trägheitskräfte beim Beschleunigen oder Abbremsen des Manipulators mit angehängtem Produktionsteil als Nutzlast, sich addieren und das Eigengewicht des Manipulator-Handhabungssystems im Vergleich zu den zu verfahrenen Produktionsteilen besonders gering ist.
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Es ist auch vorteilhaft, dass eine Sicherungseinrichtung vorgesehen ist, wobei vorzugsweise in mindestens einem Profilrohr des Fahrwerkträgers und/oder durch einen Rohrabschnitt des bzw. der Laufwagen ein Sicherungsseilzug angeordnet ist, der jeweils an den endständigen Halterungen des Fahrwerkträgers befestigt ist.
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Den möglichen Spontanbrüchen von Profilrohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), die unter anderem auf eine unzureichende Druckstabilität des kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffs zurückzuführen sind, wird durch das Einziehen von einem oder mehreren Sicherungsseilen Rechnung getragen. Die Sicherungsseile fangen im Fall eines Spontanbruches die am Fahrwerksträger verfahrbar angeordnete Nutzlast, wie beispielsweise Laufwagen mit daran angehängtem Manipulator ab, sodass Verletzungen des Bedienpersonals vermieden werden.
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Ferner ist es vorteilhaft, dass der Manipulator an zwei Laufwagen über eine Laufwagenbrücke entlang des Fahrwerkträgers verfahrbar angeordnet ist und vorzugsweise zwischen Manipulator und Laufwagenbrücke ein Drehlager angeordnet ist.
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Eine Laufwagenbrücke mit einem Drehlager für den Manipulator ermöglicht eine Drehbarkeit des Manipulators um 360°. Somit können Produktionsteile in unterschiedlichen Ausrichtungen in verschiedenen Winkeln mit einem Greifer am Manipulator aufgenommen bzw. abgelegt werden.
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Vorteilhaft ist weiterhin, dass der Fahrwerksträger mindestens zwei Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) umfasst, die jeweils an ihren Enden Halterungen aufweisen, wobei in mindestens einem der Profilrohre aus CFK ein Sicherungsseilzug angeordnet und an den endständigen Halterungen befestigt ist und wobei die Profilrohre aus CFK vorzugsweise Rundrohre, Vierkantrohre oder Sechskantrohre sind.
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In Handhabungssystemen mit Fahrwerksträger lassen sich auf einem Fahrwerksträger mit zwei Profilrohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) besonders leicht Laufwagen mit Laufrollen auf beiden Seiten verfahrbar anordnen, insbesondere bedarf es keiner weiteren Führungselemente am Laufwagen. Fahrwerksträger mit drei und mehr Profilrohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) können für Handhabungssysteme vorgesehen sein, die für den Transport von besonders hohen Lasten ausgelegt sein sollen. Rundrohre, Vierkantrohre und Sechskantrohre sind gängige Profilsrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), die regulär im Handel als Meterware erhältlich sind.
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Besonders vorteilhaft ist, dass auf den oberen Bereichen des Profilrohrs bzw. der Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) Profilauflageelemente angeordnet sind, die vorzugsweise aus Metall bestehen.
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Bei einem Handhabungssystem, bei dem auf der Oberseite der Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) des Fahrwerkträgers die Laufrollen des Laufwagens und gegebenenfalls zusätzliche Laufelemente zur Nachführung einer Energiekette laufen, üben die Laufrollen insbesondere von den Laufwagen einen punkt- und linienförmigen Druck auf die Oberseite der Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) aus, die das Material oft auf Dauer nicht verkraften kann. Deshalb werden zur Stabilisierung auf den Oberseiten weitgehend verschleißfreie Profilauflageelemente angeordnet und verklebt, die vorzugsweise aus Metall bestehen, wie beispielsweise Aluminium.
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Es ist ebenfalls besonders vorteilhaft, dass die Profilauflageelemente aus Aluminium gefertigt sind und als Laufflächen für Laufrollen der Laufwagen vorgesehen sind, wobei die Laufwagen vorzugsweise mehr als zwei obere Laufrollenachsen aufweisen.
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Durch die Verwendung von Profilauflageelementen aus Aluminium werden die Laufflächen für die Laufrollen der Laufwagen auf den Profilrohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) hinreichend verschleißfrei ausgelegt, ohne das Gewicht des Fahrwerkträgers unverhältnismäßig im Hinblick auf das geringe Eigengewicht der Profilrohre aus CFK zu erhöhen. Die Verwendung von Laufwagen mit drei und mehr oberen Laufrollenachsen ermöglichen eine verbesserte Verteilung der auftretenden Druckkräfte auf drei Punkte pro Seite bzw. Profilrohr, wobei idealerweise die Spur der Laufrollen versetzt zueinander ist, sodass die Druckkräfte zusätzlich auf drei Linien pro Seite bzw. Profilrohr verteilt werden. Üblicherweise sind pro Achse eines Laufwagens zwei Laufrollen vorgesehen, sodass im Idealfall die Druckkräfte des Laufwagens mit daran angehängter Nutzlast auf insgesamt sechs Druckpunkte bzw. Drucklinien auf den Fahrwerkträger verteilt werden.
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Es kann außerdem vorgesehen sein, dass die endständigen Halterungen mindestens ein Halteelement, eine Abdeckplatte und eine Aufhängung aufweisen.
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Ein modularer Aufbau der endständigen Halterungen eines Fahrwerkträgers in einem Handhabungssystem mit Halteelementen, wie beispielsweise Halteklammern, Kopfplatten und Aufhängungen macht preisgünstige und leichte Fahrwerksträger verfügbar, da die Bestandteile im Handel erworben werden können und nicht speziell angefertigt werden müssen.
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Weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren, welche eine Ausführungsform eines Manipulators mit Profilrohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) sowie eine Ausführungsform für ein Manipulator-Handhabungssystem nach der Erfindung illustrieren, erläutert. Im Einzelnen zeigt:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Manipulators mit einem Hubschlitten in ausgefahrener Position,
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2 eine perspektivische Ansicht eines Manipulators mit einem Hubschlitten in eingefahrener Position
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3 eine seitliche Detailansicht des Laufwagens, der entlang der Führungsstützen läuft,
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4 einen Querschnitt des Laufwagens aus der 3,
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5 eine seitliche Detailansicht des Führungselements, das entlang des Hubschlittens läuft,
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6 eine Draufsicht auf das Führungselement aus der 5,
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7 einen Fahrwerksträger mit einer Laufbrücke mit dem Manipulator aus der 1,
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8 eine perspektivische Gesamtansicht eines Manipulator-Handhabungssystems,
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9 eine perspektivische Ansicht eines Handhabungssystems mit einem Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) aufweisenden Fahrwerksträger,
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10 eine perspektivische Ansicht eines Handhabungssystems, welches als Brücke an fest montierten Profilschienen aufgehängt ist und einen Manipulator aufweist,
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11 eine perspektivische Ansicht eines Handhabungssystems, bei welchem der Sicherungsseilzug durch eine längliche Hohlkammer des Kranwagens verläuft,
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12 eine perspektivische Ansicht eine Handhabungssystems, welches zwei Sicherungsseilzüge und einen Laufwagen mit drei oberen Laufrollenachsen aufweist,
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13 eine perspektivische Ansicht eine Handhabungssystems, welches insgesamt drei Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff aufweist,
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14 eine perspektivische Ansicht eines Handhabungssystems, welches einen Sicherungsseilzug aufweist, das durch einen länglichen Hohlraum des Laufwagens geführt ist.
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Die nachfolgende ausführliche Beschreibung der 1 bis 14 bezieht sich auf verschiedene Ausführungsformen des Manipulators mit mindestens einer Führungsstütze mit einem Profilrohr aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) beziehungsweise auf verschiedene Ausführungsformen des Manipulator-Handhabungssystems. Insbesondere müssen die Darstellungen als Skizzen nicht zwangsläufig maßstabsgetreu sein. Einige Teile können schematisiert und/oder übertrieben dargestellt sein.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Manipulators 1 mit zwei parallel zueinander angeordneten Profilrohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) als Führungsstützen 2. In der gezeigten Ausführungsform sind Rundrohre dargestellt, es können aber auch beispielsweise Vierkant- oder Sechskantprofilrohre aus CFK verwendet werden. Die beiden Profilrohre aus CFK bilden einen Spalt 2a, durch den ein Laufwagen 3 eingeführt wird. Der Laufwagen 3 weist in der Regel mindestens vier Führungslaufrollen 3a auf, wobei in der in 1 dargestellten Ausführungsform 8 Führungslaufrollen vorgesehen sind. Darüber hinaus weist der Laufwagen 3 auch üblicherweise mindestens 2 Führungslaufrollen 3b auf. Die Führungsrollen 3a und 3b des Laufwagens 3 bilden ein Führungssystem für den Hubschlitten 8. Der Laufwagen 3 ist mit dem Hubschlitten 4 fest verbunden.
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Als weitere Führung für den Hubschlitten 4 ist ein Führungselement 5 vorgesehen, welches vorzugsweise drei Führungslaufrollen 5a aufweist, die in der dargestellten Ausführung sternförmig zueinander angeordnet sind und die entlang des Hubschlittens 4 aufwärts und abwärts verfahrbar angeordnet sind.
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Die Aufwärts- und Abwärtsbewegungen des Hubschlittens 4 werden durch einen Hubantrieb, bestehend aus einem Hubzylinder 7, an dem ein Traglastseilzug 6 über eine Umlenkrolle 6a angeordnet ist, unterstützt. Das eine Ende des Traglastseilzugs 6 ist am unteren Ende der Führungsstützen 2 bzw. den Profilrohren aus CFK der Führungsstützen fixiert, während das andere Ende des Traglastseilzugs 6 an einer Flanschtransverse 4a, die am unteren Ende des Hubschlittens 4 angeordnet ist, befestigt. Der Hubzylinder 7 kann als Pneumatikzylinder, Hydraulikzylinder oder als ein elektrisch angetriebener Hubzylinder vorliegen. Durch Einfahren des Hubzylinders 7 wird der Hubschlitten 4 angehoben und durch Ausfahren des Hubzylinders 7 wird der Hubschlitten 4 abgesenkt. Die 1 zeigt den Hubschlitten 4 in einer weit abgesenkten Position.
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Durch die Umlenkung des Traglastseiles 6 über die Umlenkrolle 6a ist der Hubweg des Hubschlittens 4 doppelt so groß wie der Hubweg des Hubzylinders 7.
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An der Flanschtraverse 4a werden Greifer zur Aufnahme von Lastgewichten wie zum Beispiel von Produktionsteilen angeflanscht. An der Flanschtraverse 4a ist üblicherweise auch der Bedienhandgriff 4b zum manuellen Verfahren des Manipulators entlang aller Achsen, das heißt in Z-Richtung, in X-Richtung und/oder in Y-Richtung, angeflanscht. Die Z-Achse beschreibt dabei die vertikale Bewegung entlang der Hubachse des Manipulators, die X-Achse beschreibt die Bewegung der Fahrwerksträgerbrücke entlang den fest an der Decke montierten Profilschienen. Das Verfahren des Manipulators entlang der Fahrwerksträgerbrücke erfolgt definitionsgemäß in Y-Richtung.
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In 2 ist der Manipulator 1 aus 1 allerdings in einer bis fast zum Anschlag angehobenen Position des Hubschlittens 4 dargestellt. In dieser Position ist der Hubzylinder 4 fast ganz eingefahren und das Traglastseil 6 liegt nahezu vollständig in zwei von der Umlenkrolle 6a aus betrachtet in etwa gleich langen Abschnitten vor, die zueinander parallel angeordnet sind.
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Eine detaillierte Seitenansicht des Laufwagens 3 ist der 3 zu entnehmen. Der Laufwagen 3 weist zur Führung entlang der Profilrohre der Führungsstütze 2 mehrere Führungslaufrollen 3a auf. Für die Führung des Laufwagens 3 im Spalt 2a zwischen den beiden Profilrohren sind ein oder mehrere Führungslaufrollen 3b vorgesehen. Die in 3 dargestellte Ausführungsform hat insgesamt acht Führungslaufrollen 3a und zwei Führungslaufrollen 3b, wobei nur vier der acht Führungslaufrollen zu erkennen sind.
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In 4 ist der Laufwagen 3 in einem Querschnitt zu erkennen, wobei nur vier der acht Führungslaufrollen zu erkennen, die in der Querschnittsebene liegen. Zwischen den beiden Achsen des Laufwagens 3, also der oberen und der unteren Achse ist eine der beiden Führungslaufrollen 3b zu erkennen.
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Das Führungselement 5 in einer detaillierten Seitenansicht ist in 5 abgebildet. Das Führungselement 5 weist in der Regel drei Führungslaufrollen 5a auf, die vorzugsweise sternförmig zueinander angeordnet sind.
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In der 6 ist das Führungselement 5 in einer Aufsicht zu sehen. Das Führungselement 5 weist neben zwei verschraubbaren Klammern für zwei Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) auf der linken Seite, auf der rechten Seite drei Führungslaufrollen 5a auf, die zueinander sternförmig angeordnet sind und die bei einer Hubbewegung des Manipulators in Z-Richtung entlang des Hubschlittens 4 verfahrbar angeordnet sind. Durch die Halteklammern wird das Führungselement 5 an den Profilrohren aus CFK fixiert.
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7 zeigt ein Manipulator-Handhabungssystem, welches aus X-Profilschienen 40, einem Y-Fahrwerksträger 10 und einem Manipulator 1 besteht, wobei der Manipulator 1 Hubbewegungen entlang einer Z-Richtung vollziehen kann und außerdem über die Aufhängung am Handhabungssystem entlang der X-Richtung und/oder in Y-Richtung verfahrbar ist. Zum Verfahren der Fahrwerksträgerbrücke 10 entlang der fest an der Decke einer Werkshalle zu montierenden X-Schienen 40 sind die Laufwagen 30 vorgesehen. Zum Verfahren des Manipulators 1 entlang der Fahrwerksträgerbrücke 10 sind die Laufwagen 20 vorgesehen, wobei die Laufwagen 20 über eine Laufwagenbrücke 25 miteinander gekoppelt sind. An der Laufwagenbrücke 25 ist vorzugsweise ein Drehlager 26 angeordnet, an dem wiederum der obere Profilsflansch 8 des Manipulators fixiert ist. Somit lässt sich der Manipulator 1 nicht nur in allen drei Raumrichtungen verfahren, sondern kann darüber hinaus um bis zu 360° um seine eigene Achse rotieren, um Produktionsteile zu ergreifen bzw. ablegen zu können.
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In 8 ist das Manipulator-Handhabungssystem aus 7 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. In dieser Figur sind außerdem die drei Raumrichtungen durch Doppelpfeile dargestellt, welche die entsprechenden Freiheitsgrade für Verfahrbewegungen anzeigen.
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9 zeigt ein Handhabungssystem nach einer Ausführungsform der Erfindung, welches aus einem Fahrwerksträger 10 und einem Laufwagen 20 besteht. Der erfindungsgemäße Fahrwerksträger 10 und der Laufwagen 20 können wiederum, wie gezeigt, über Laufwagen 30 in einem weiteren Fahrwerksträger 40 verfahrbar eingehängt sein.
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In der darstellten Ausführungsform weist der Fahrwerksträger 10 zwei Profilrohre 11 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) auf, die jeweils durch endständige Halterungen 13 (nur eine endständige Halterung 13 ist dargestellt) mit dem Laufwagen 30 belastbar verbunden sind. Auf den Profilrohren 11 aus CFK bzw. auf Profilauflageelementen (nicht dargestellt) laufen die Laufrollen 22 des Laufwagens 20, wobei in der gezeigten Ausführungsform zwei obere und zwei untere Laufrollenachsen 23, 23a, 23b vorgesehen sind. Die Laufrollen 22 an den oberen Laufrollenachsen 23a ermöglichen die Verfahrbarkeit des Laufwagens 20 auf den Profilrohren 11 aus CFK, die Laufrollen 22 an den unteren Laufrollenachsen 23a können den Laufwagen 20 gegen Verkippen schützen und dabei auf der Unterseite der Profilrohre 11 aus CFK abrollen.
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Eine endständige Halterung 13 setzt sich aus Halteelementen 15, einer Aufhängung 14 und einer Abdeckplatte 17 zusammen. Mit Hilfe der Halteelemente 15 werden die Profilrohre aus CFK in einem vorgegebenen Abstand zueinander fixiert. Der eingestellte Abstand richtet sich nach der Beschaffenheit der auf dem Fahrwerksträger 10 einzusetzenden Laufwagen 20. Die Halteelemente 15 können als miteinander verschraubbare Halteklammern ausgeführt sein. An den Halteelementen 15 kann die Aufhängung 14 des Fahrwerksträgers 10 beispielsweise durch Verschrauben befestigt werden. Das obere Ende der Aufhängung 14 ist in Bohrungen in den Seitenwangen des Laufwagens 30 verankert. Die Profilrohre 11 aus CFK können zu ihrem Schutz in Manschette bzw. Abschlussstutzen 18 verankert sein. In diesem Fall werden die Profilrohre 11 aus CFK zusammen mit den Manschetten bzw. Abschlussstutzen 18 mit den Halteelementen fixiert.
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Zur Absicherung der Profilrohre 11 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) sind ein oder mehrere Sicherungsseilzüge 16 vorgesehen, die in den Abdeckplatten 17 der endständigen Halterungen 13 befestigt sind. Die Sicherungsseilzüge 16 sind vorgesehen, um ein Herabfallen der Laufwagen 20 im Fall eines Bruchs der Profilrohre 11 zu verhindern. Eine Seilzugsicherung der Profilrohre 11 aus CFK ist notwendig, da sich im Gegensatz zu den meisten metallischen Werkstoffen, wie beispielsweise Stahl oder Aluminium, Brüche des kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffs nicht frühzeitig andeuten. Daher kann ein Fachmann im Fall von Profilrohren 11 aus CFK ein spontanes Zerbrechen eines oder mehrerer Profilrohre 11 nicht rechtzeitig erkennen, um Bedienpersonal, angehängte Nutzlasten und Manipulatoren rechtzeitig in Sicherheit zu bringen. Bei Verwendung von einem oder mehreren Sicherungsseilzügen 16 bleibt der Laufwagen 20 bzw. bleiben die Laufwagen 20 mit ihren angehängten Nutzlasten und/oder Manipulatoren im Fall eines Zerbrechens der Profilrohre 11 aus CFK am Sicherungsseilzug 16 bzw. an den Sicherungsseilzügen 16 hängen, ohne Personen oder Folgesachschäden zu verursachen.
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Generell können Sicherungsseilzüge 16 für einzelne, mehrere oder für alle Profilrohre 11 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) vorgesehen sein. Die gewählte Anzahl der Sicherungsseilzüge 16 ist unter anderem davon abhängig, für welche auf den Fahrwerksträger 10 einwirkenden Gewichtskräfte bzw. Maximalbelastung das Handhabungssystem bzw. dessen Fahrwerksträger 10 ausgelegt sein müssen.
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In 10 ist ein größerer Ausschnitt des in 9 dargestellten Handhabungssystems mit Fahrwerksträger 10 und Laufwagen 20 zu erkennen. Die Aufhängungen 14 der endständigen Halterungen 13 sind beidseitig der Profilrohre 11 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) an Laufwagen 30 eines übergeordneten Fahrwerkträgers 40 befestigt. Während der Fahrwerkträger 10 aus Profilrohren 11 aus CFK besteht, die mit einem oder mehreren Sicherungsseilzügen 16, 16a gesichert sein müssen, die in den Abdeckplatten 17 befestigt sind, ist der in 10 dargestellte übergeordnete Fahrwerksträger 40 ein herkömmliches Schienenprofil (sog. X-Schiene), wie es in der Handhabungstechnik üblicherweise aus Stahlprofil oder Aluminiumprofil zum Einsatz kommt und als Meterware in langen Strängen erhältlich ist. Schienenprofile aus Stahl, Aluminium oder anderen im Vergleich zu CFK schweren Werkstoffen bietet sich in der Regel dann an, wenn ein übergeordneter Fahrwerksträger 40 nicht selbst verfahrbar angeordnet ist, wie es beispielwese bei einer Montage direkt unter der Decke einer Werkshallte der Fall ist, also den sogenannten X-Schienen.
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Neben den Laufrollen 22 an der oberen Laufrollenachse 23a des Laufwagens 20 sind auch Laufrollen 21a der Energiekette 21 auf dem Profilrohr 11 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) verfahrbar angeordnet. Die Energiekette 21 dient zur Versorgung des Laufwagens 20 und der daran verfahrbar angeordneten Manipulatoren 50 mit Energie, wie beispielsweise Pressluft oder elektrischer Strom.
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In 11 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform zeigt zusätzliche Profilauflageelemente 12, die auf den oberen Abschnitten der Profilrohre 11 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) fixiert sind. Die Profilauflageelemente 12 können aus einem verschleißarmen Material bestehen, welches den durch die Laufrollen 22 an den oberen Laufwagenachsen 23 des Laufwagens 20 ausgeübten Belastungen lange Stand hält. Vorzugsweise sind die Profilauflageelemente 12 aus Metall wie beispielsweise Aluminium gefertigt.
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Die in 11 gezeigte Ausführungsform zeigt darüber hinaus eine weitere Abweichung im Vergleich zu der in den 9 und 10 dargestellten Ausführungsform. Der Sicherungsseilzug 16b verläuft in dieser Ausführungsform nicht durch eines der Profilrohre 11 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), sondern durch eine Hohlkammer 24 bzw. einen Rohrabschnitt des Laufwagens 20. Bei dieser Ausführungsform ist der vergleichsweise schwere Laufwagen 20 mit angehängter Nutzlast selbst gegenüber einem Herabfallen im Falle eines Bruchs der Profilrohre 11 aus CFK direkt gesichert. Lediglich die Bruchstücke des oder der zerbrochenen Profilrohre 11 aus CFK können Herabfallen, falls nicht zusätzliche Sicherungsseilzüge (nicht in 11 dargestellt), welche durch die Profilrohre 11 aus CFK verlaufen (entsprechend der Ausführungsform aus den 9 und 10), vorgesehen sind.
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Die in der 12 gezeigte Ausführungsform basiert auf der Ausführungsform, die bereits anhand der 9 und 10 erläutert wurde. Der in 4 dargestellte Fahrwerksträger 10 des Handhabungssystems ist allerdings für größere Belastungen ausgelegt. Zunächst sind Sicherungsseilzüge 16, 16a durch alle Profilrohre 11 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) vorgesehen (dargestellt sind zwei Profilrohre 11 aus CFK mit Sicherungsseilzügen 16, 16a). Darüber hinaus werden die Druckpunkt- und Drucklinienbelastungen auf den oberen Laufflächen der Profilrohre 11 aus CFK besser verteilt, da in der gezeigten Ausführungsform ein Laufwagen 20 mit drei oberen Laufwagenachsen 23a vorgesehen ist. Somit können die auf die Profilrohre 11 aus CFK des Fahrwerksträgers 10 ausgeübten Belastungen in Form von Druckpunkten und Drucklinien auf insgesamt sechs Laufrollen verteilt werden.
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Anhand der 13 wird eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrwerkträgers 10 mit Laufwagen 20 bzw. des Handhabungssystems erläutert. Beim hier gezeigten Handhabungssystem weist der Laufwagen 20 eine weitere Laufwagenachse 23c mit einer (oder mehreren) Laufrolle(n) auf, das (die) auf einem oberhalb der Profilrohre 11, 11a aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) angeordneten Profilrohr 11, 11b aus CFK verfahrbar angeordnet ist (bzw. sind). Bei dieser Ausführungsform können verschiedene Sicherungsseilzüge 16 vorgesehen sein. Zum Beispiel können Sicherungsseilzüge 16, 16a, welche durch die Profilrohre 11, 11a (nur ein Sicherungsseilzug 16a ist dargestellt), 11b (nicht dargestellt) verlaufen und an der Abdeckplatte 17 befestigt sind, vorgesehen sein. Außerdem kann auch ein Sicherungsseilzug 16b vorgesehen sein, der durch eine Hohlkammer 24 des Laufwagens 20 verläuft und an der Halterung 13 befestigbar ist, wie beispielsweise an einem der Halteelemente 15, der Aufhängung 14 und/oder der Abdeckplatte 17.
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In 14 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Handhabungssystems dargestellt, bei welcher der Sicherungsseilzug 16b, der durch eine längliche Hohlkammer 24 des Laufwagens 20 verläuft und diesen gegenüber einem Herabfallen im Falle eines Spontanbruchs der Profilrohre 11 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) absichert, an der Aufhängung 14 der endständigen Halterung 13 des Fahrwerksträgers 10 befestigt ist. Für die Fixierung des Sicherungsseilzug 16b in der Aufhängung 14 ist eine Bohrung in der Aufhängung 14 vorgesehen. Der durch die Bohrung hindurchgeführte Sicherungsseilzug 16b wird beispielsweise durch eine Abschlusskugel auf der zu den Profilrohren aus CFK 11 abgewandten Seite gesichert.
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Neben den Laufrollen 22 der oberen Laufrollenachsen 23a des Laufwagens 20 sind auch Laufrollen 21a auf der Oberseite der Profilrohre 11 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) verfahrbar angeordnet. Die Laufrollen 21a sind Führungsrollen einer Energiekette (nicht dargestellt), welche den Laufwagen 20 bzw. den daran angehängten Manipulator (mit einer daran angehängten Nutzlast) mit Energie, wie zum Beispiel mit Pressluft und/oder elektrischer Energie und/oder einer Hydraulikleitung und/oder einer Vakuumleitung versorgt.
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Ferner werden weitere Ausführungsformen des Fahrwerkträgers des erfindungsgemäßen Manipulator-Handhabungssystems offenbart:
- A. Fahrwerksträger (10) zur Aufnahme von Laufwagen (20), welcher mindestens ein Profilrohr (11) und zu dem Profilrohr (11) bzw. zu den Profilrohren (11) endständige Halterungen (13) umfasst, wobei mindestens ein Profilrohr (11) des Fahrwerksträgers (10) aus kohlenstoffverstärktem Kunststoff (CFK) besteht und wobei in mindestens einem Profilrohr (11) des Fahrwerkträgers (10) ein Sicherungsseilzug (16) angeordnet ist, der jeweils an den endständigen Halterungen (13) befestigt ist.
- B. Fahrwerksträger (10) zur Aufnahme von Laufwagen (20) nach Ausführungsform A, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrwerksträger (10) mindestens zwei Profilrohre (11) aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) umfasst, die jeweils an ihren Enden Halterungen (13) aufweisen, wobei in mindestens einem der Profilrohre (11) aus CFK ein Sicherungsseilzug (16) angeordnet und an den endständigen Halterungen (13) befestigt ist und wobei die Profilrohre (11) aus CFK vorzugsweise Rundrohre, Vierkantrohre oder Sechskantrohre sind.
- C. Fahrwerksträger (10) zur Aufnahme von Laufwagen (20) nach Ausführungsform A oder B, wobei dass auf den oberen Bereichen des Profilrohrs (11) bzw. der Profilrohre (11) aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) Profilauflageelemente (12) angeordnet sind, die vorzugsweise aus Metall bestehen.
- D. Fahrwerksträger (10) zur Aufnahme von Laufwagen (20) nach einer der Ausführungsformen A, B oder C, wobei dass die Profilauflageelemente (12) aus Aluminium gefertigt sind und als Laufflächen für Laufrollen (22) von Laufwagen (20) vorgesehen sind.
- E. Fahrwerksträger (10) zur Aufnahme von Laufwagen (20) nach einer Ausführungsformen A, B, C oder E, wobei die endständigen Halterungen (13) mindestens ein Halteelement (15), eine Abdeckplatte (17) und eine Aufhängung (14) aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Manipulator
- 2
- vertikale Führungsstütze
- 2a
- Spalt zwischen zwei Führungsstützen
- 3
- Laufwagen
- 3a
- äußere Führungslaufrolle des Laufwagens 3
- 3b
- zentrale (innere) Führungslaufrolle des Laufwagens 3
- 4
- Hubschlitten
- 4a
- Flanschtraverse
- 4b
- Bedienhandgriff
- 5
- Führungselement
- 5a
- Führungslaufrollen des Führungselements 5
- 6
- Traglastseilzug
- 6a
- Umlenkrolle
- 7
- Hubzylinder
- 8
- oberer Profilflansch
- 10
- Fahrwerksträger (Y-Richtung)
- 11
- Rohr aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK)
- 11a
- untere Profilrohre aus CFK
- 11b
- obere(s) Profilrohr(e) aus CFK
- 12
- Profillauflageelement
- 13
- Halterung
- 14
- Aufhängung
- 15
- Halteelement
- 16
- Sicherungsseilzug
- 16a
- Sicherungsseilzug durch ein CFK-Rohr
- 16b
- Sicherungsseilzug durch eine längliche Hohlkammer des Laufwagens
- 17
- Abdeckplatte
- 18
- Abschlussstutzen
- 20
- Laufwagen auf dem Fahrwerksträger aus CFK
- 21
- Energiekette zur Versorgung des Laufwagens 20
- 21a
- Laufrolle der Energiekette
- 22
- Laufrolle des Laufwagens 20
- 23
- Laufrollenachse des Laufwagens 20
- 23a
- obere Laufrollenachse des Laufwagens 20
- 23b
- untere Laufrollenachse des Laufwagens 20
- 23c
- zusätzliche obere Laufrollenachse des Laufwagens 20 (oberhalb der Laufrollenachse 23a)
- 24
- längliche Hohlkammer des Laufwagens 20
- 25
- Laufwagenbrücke
- 26
- Drehlager
- 30
- Laufwagen zur verfahrbaren Fixierung des Handhabungssystems in einem Schienenprofil 40
- 40
- Schienenprofil (X-Richtung)
- 50
- Manipulator
