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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Stellantrieb für einen Beschickungshebel eines Shuttlesystems mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Shuttleschranke mit einem erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stellantrieb gemäß Patentanspruch 11 sowie ein Shuttlesystem mit einer erfindungsgemäßen Shuttleschranke mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.
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Shuttlesysteme sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen vorbekannt und werden verbreitet zur Ein- und Auslagerung von Ladeeinheiten z.B. Kartonagen, Behältern oder Tablare in einem automatischen Teilelager verwendet. Shuttlesysteme können für die Auftragszusammenführungspuffer, die Kommissionierung, Sequenzierung und weitere Einsatzgebiete verwendet werden, wobei die Shuttlesysteme autonome Transportfahrzeuge aufweisen können, die ein angetriebenes Flur-Fahrwerk besitzen, auf denen sich die Transportfahrzeuge -sogenannte Shuttles - entlang einer Schienenführung auf Routen bewegen können. Diese Routen können zentral von einer Datenverarbeitungsanlage über ein Navigationssystem koordiniert werden, wobei sich die Shuttles gegenseitig erkennen.
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Um das Shuttlesystem zu kontrollieren, werden verbreitet Shuttleschranken als mechanische Sperren verwendet, durch die die Route entlang der Schienenführung für Shuttles gesperrt werden kann. Derartige Shuttleschranken sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt und sind beispielswiese immer dort zu finden, wo sicherheitstechnische Aspekte eine Rolle spielen. Shuttlesysteme können Aufzüge, Kreuzungen und dergleichen umfassen, wobei Aufzüge Shuttles in unterschiedliche Ebenen zur Ein- und Auslagerung von Ladeeinheiten fahren können. Um ein Herausfallen der Shuttles zu vermeiden, kann die Schienenführung in dem Aufzug mittels einer Shuttleschranke gesichert werden.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Shuttleschranken umfassen einen Beschickungshebel, der durch einen mechanischen Antrieb die Route sperrt oder freigibt.
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Als nachteilig an diesem Stand der Technik hat sich erwiesen, dass Elektromotoren zur mechanischen Betätigung der Beschickungshebel verwendet werden. Derartige Elektromotoren haben sich in der Vergangenheit vielseitig bewährt und weisen dennoch den Nachteil auf, dass die Schaltzeiten zwischen einer ersten Position z.B. der Offenstellung und einer zweiten Position - der Sperrstellung - lang sind und es in dem Ablauf des Shuttlesystems zu unnötigen Verzögerungen kommt. Aufgrund der Vielzahl von verwendeten Bauteilen in solchen Shuttleschranken sind derartige Shuttleschranken in der Herstellung und Verwendung teuer und darüber hinaus benötigen sie einen nicht zu vernachlässigende Bauraum.
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Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Shuttleschranken in zweckmäßiger Weise zu verbessern, um so einen verbesserten Antrieb für einen Beschickungshebel und eine verbesserte Shuttleschranke bereitzustellen, die einerseits innerhalb kürzester Zeit die Route eines Shuttles freigeben und sperren kann und eine kleine bzw. kompakte Bauweise aufweist. Auch soll der Antrieb eine Haltekraft aufweisen, durch die der Beschickungshebel sowohl in der Offenstellung als auch in der Sperrstellung gehalten wird. Der Antrieb und die Shuttleschranke sollen zur Sicherheit und Zuverlässigkeit der Shuttlesysteme beitragen und in bereits vorhandenen Shuttlesystemen aufgrund der kleinen und kompakten Bauweise unkompliziert und einfach nachgerüstet werden können. Ältere Shuttleschranken können leicht und unkompliziert ausgetauscht werden.
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Diese Aufgaben werden mittels eines elektromagnetischen Stellantriebs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, durch eine Shuttleschranke mit einem solchen elektromagnetischen Stellantrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 sowie einem Shuttlesystem mit der erfindungsgemäßen Shuttleschranke mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
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Der elektromagnetische Stellantrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 für einen Beschickungshebel eines Shuttlesystems umfasst ein Magnetjoch mit einer bestrombaren Erregerspule, einen Lagerbock und eine Welle mit mindestens einem Permanentmagneten. Das Magnetjoch bildet einen Magnetkreis mit einem Luftspalt, wobei erfindungsgemäß unter Magnetkreis ein geschlossener Pfad eines magnetischen Flusses Φ verstanden wird. Der Magnetkreis wird dabei aus einem magnetischen Werkstoff gebildet, der den magnetischen Fluss leitet und kann eine rechteckige, mehreckige, ovale, kreisrunde Form oder Mischformen aufweisen. Die Erregerspule kann bei einer Bestromung einen magnetischen Fluss Φ in dem Magnetkreis induzieren, der dann in Abhängigkeit einer konstanten Bestromung (DC) entlang des Magnetkreises fließt. Die Welle ist darüber hinaus in dem Lagerbock gelagert und weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf, wobei an dem zweiten Ende der Permanentmagnet angeordnet ist und durch die Welle in dem Luftspalt des Magnetkreises gehalten wird. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der Lagerbock einen ersten mechanischen Anschlag und einen zweiten mechanischen Anschlag aufweist, wobei der erste mechanische Anschlag und der zweite mechanische Anschlag eine Drehung der Welle um eine Längsachse von einer ersten Lage in eine zweite Lage begrenzt.
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Der mindestens eine Permanentmagnet ist folglich in dem Luftspalt des Magnetkreises gehalten, wobei in Abhängigkeit von der Bestromung der Erregerspule der Permanentmagnet die Welle um ihre Längsachse in die eine oder die entgegengesetzte andere Richtung dreht. Die Bestromung erfolgt mittels einer Konstantstromquelle, wobei die Drehung der Welle und die Längsachse von der ersten Lage zu der zweiten Lage durch eine Bestromung der Erregerspule in eine erste Stromrichtung erfolgt und die Drehung der Welle um die Längsachse von der zweiten Lage zurück zu der ersten Lage in eine zweite Stromrichtung erfolgt. Der Wechsel der Stromrichtung kann durch ein Vertauschen bzw. Umpolen der Plus-/Minus-Pole der Konstantstromquelle erfolgen. Es ist besonders bevorzugt, wenn die Längsachse der Welle senkrecht zu Feldlinien in dem Luftspalt ausgerichtet ist. Im stromlosen Zustand der Erregerspule bildet der Luftspalt in dem Magnetkreis offene Pole, durch die eine Haltekraft erzeugt ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der mindestens eine Permanentmagnet ein diametral magnetisierter Kreis- oder Ringmagnet ist. Der mindestens eine Permanentmagnet ist entweder ringförmig auf das erste Ende der Welle koaxial aufgesetzt oder als Vollzylinder an dem ersten Ende der Welle angeordnet und wird möglichst vollständig bzw. zentrisch in dem Luftspalt des Magnetkreises gehalten. Unter einer diametralen Magnetisierung ist dabei zu verstehen, dass eine Ebene zwischen dem Nordpol und dem Südpol ausgebildet ist, die in oder annähernd in der Längsachse der Welle angeordnet ist. Der mindestens eine Permanentmagnet kann aus einer Vielzahl von Einzelpermanentmagneten gebildet sein, wobei die Einzelpermanentmagnete beispielsweise aus Neodym oder Ferrit hergestellt sein können.
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Nach Maßgabe einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung gibt die diametrale Magnetisierung des mindestens einen Permanentmagneten eine Ebene zwischen dem Nord- und dem Südpol vor, wobei die Ebene in der ersten Lage der Welle und in der zweiten Lage der Welle zu dem magnetischen Fluss Φ in einem Winkel α geneigt in dem Luftspalt gehalten ist. Unter geneigt ist in Zusammenhang mit dieser Erfindung zu verstehen, dass die Ebene weder senkrecht noch parallel zu den Feldlinien - anders ausgedrückt weder horizontal noch vertikal - in dem Luftspalt in der ersten Lage und in der zweiten Lage ausgerichtet ist.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn der Winkel der Ebene zwischen 15° und 75° zu einer Ebene geneigt ist, in der die Feldlinien des magnetischen Flusses in dem Luftspalt idealerweise verlaufen. Diese Ebene entspricht typischerweise ebenfalls einer Ebene, in der der Magnetkreis bzw. das Magnetjoch und die Erregerspule angeordnet sind.
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Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn mindestens eines von einen den Luftspalt bildenden freien Enden des Magnetjochs eine kreissegmentförmige Ausnehmung aufweist.
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Durch die kreissegmentförmige Ausnehmung ist der Spalt zwischen dem mindestens einen Permanentmagneten und dem Magnetjoch bereichsweise konstant gehalten, wodurch die Reluktanz in dem Luftspalt zwischen dem freien Ende und dem Permanentmagneten minimiert ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die kreissegmentförmige Ausnehmung sich über einen Teilkreis von mindestens 45° und weniger als 90° erstreckt. Der Teilkreis kann einen konstanten Radius aufweisen, wobei der Radius des Teilkreises größer ist, als ein Radius des kreis- oder ringförmigen Permanentmagneten.
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Auch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das zweite Ende der Welle eingerichtet ist, den Beschickungshebel aufzunehmen. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn der Beschickungshebel und die Welle fest miteinander gekoppelt sind, wobei die Anschläge mittels des Beschickungshebels die erste Lage A und die zweite Lage B vorgeben. Insbesondere hat es sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wenn die Anschläge in einem Winkel von 90° ± 5° angeordnet sind, wobei besonders bevorzugt der erste Anschlag horizontal ausgerichtet ist und der zweite Anschlag vertikal ausgerichtet ist, wodurch der Beschickungshebel in der ersten Position horizontal, beispielsweise die Route des Shuttles sperrend, ausgerichtet ist und in der zweiten Position vertikal, beispielsweise die Route des Shuttles freigebend, ausgerichtet ist.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Anschläge auf der von dem Magnetjoch abgewandten Seite des Lagerbocks in den Lagerbock eingeformt oder eingearbeitet sind. Die Anschläge können als im wesentlichen rechteckige Aussparung auf der dem Magnetjoch abgewandten Seite des Lagerbocks eingeformt oder eingearbeitet sein und können durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise Gummidämpfer oder dergleichen, die Bewegung des Beschickungshebels bei einer Bestromung der Erregerspule dämpfen, um Verschleiß zu reduzieren.
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Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn der Lagerbock und/oder die Welle und/oder der Beschickungshebel aus einem nicht-magnetischen Werkstoff hergestellt ist bzw. sind.
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Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Shuttleschranke mit einem erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stellantrieb, wobei an dem zweiten Ende der Welle der Beschickungshebel angeordnet ist.
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Besonders bevorzugt ist, wenn der erste mechanische Anschlag und der zweite mechanische Anschlag auf der von dem Magnetjoch abgewandten Seite des Lagerbocks durch den Lagerbock ausgebildet ist und durch den ersten mechanischen Anschlag und den zweiten mechanischen Anschlag die Drehung des Beschickungshebel von einer ersten Lage in eine zweite Lage begrenzt ist.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Shuttlesystem mit mindestens einer erfindungsgemäßen Shuttleschranke.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Shuttleschranke mit einem elektromagnetischen Stellantrieb und einem Beschickungshebel eines Shuttlesystems im Detail erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Shuttleschranke mit einem elektromagnetischen Stellantrieb und einen Beschickungshebel, wobei der Beschickungshebel in einer ersten Position durch einen ersten Anschlag gehalten ist,
- 2 eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Shuttleschranke gemäß 1,
- 3 eine schematische und vereinfachte Seitenansicht der erfindungsgemäßen Shuttleschranke gemäß 1,
- 4 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Shuttleschranke gemäß 1, wobei der Beschickungshebel in der zweiten Position durch den zweiten Anschlag festgelegt ist,
- 5 eine schematische und vereinfachte Seitenansicht der Shuttleschranke gemäß 4, und
- 6 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Shuttleschranke gemäß 4.
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1 ist eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Shuttleschranke 2 mit einem elektromagnetischen Stellantrieb 1 und ein Beschickungshebel 30 eines (nicht dargestellten) Shuttlesystems 3 zu entnehmen.
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Der elektromagnetische Stellantrieb 1 der Shuttleschranke 2 kann den Beschickungshebel 30 aus einer ersten Lage A, welche in den 1-3 dargestellt ist, in eine zweite Lage B verschwenken. Der Beschickungshebel 30 befindet sich in den in den 4-6 dargestellten Shuttleschranken 2 in der zweiten Lage B.
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Der elektromagnetische Stellantrieb 1 umfasst, wie insbesondere der Schnittdarstellung in 6 zu entnehmen ist, ein Magnetjoch 10, eine Erregerspule 15, einen Lagerbock 20 und eine Welle 25, wobei die Welle 25 mittels mindestens eines Lagers 24 in einer Längsachse X-X in dem Lagerbock 20 drehbar gelagert ist.
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Das Magnetjoch 10 bildet einen Magnetkreis 16, wobei der Magnetkreis 16 quaderförmig mit einem ersten Längsschenkel 10a und einem zweiten Längsschenkel 10b und zwei Querschenkeln 10c und 10d ausgebildet ist. Der Magnetkreis 16 weist einen Luftspalt 18 auf, der zwischen jeweils einem freien Ende 11 des Querschenkels 10c ausgebildet ist, während dessen um den zweiten Querschenkel 10d eine Erregerspule 15 angeordnet ist, welche bei einer Bestromung einen magnetischen Fluss Φ in dem Magnetkreis 16 induzieren kann.
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Der Magnetkreis 16 bzw. die Schenkel 10a, 10b, 10c und 10d des Magnetjochs 10 sind mittig in einer Ebene E2 angeordnet, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel, siehe 6, auf der Längsachse X-X der Welle 25 angeordnet ist.
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Der Lagerbock 20 ist unmittelbar benachbart zu dem Magnetjoch 10 angeordnet und lagert die Welle 25 drehbar entlang der Längsachse X-X. Die Welle 25 weist ein erstes Ende 26 und ein zweites Ende 27 auf, wobei an dem ersten Ende 26 ein Permanentmagnet 28 angeordnet ist und an dem zweiten Ende 27 der Beschickungshebel 30 drehfest mit der Welle 25 gekoppelt ist.
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Der Permanentmagnet 28 kann einstückig oder aus einer Mehrzahl von Einzelpermanentmagneten beispielswiese aus Neodym oder Ferrit hergestellt sein und ist wie in den 3 und 5 gezeigt diametral magnetisiert, wodurch zwischen dem Nordpol (N) und dem Südpol (S) eine Ebene E1 vorgegeben ist, welche möglichst in der Längsachse X-X der Welle 25 angeordnet ist.
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Der Permanentmagnet 28 ist drehfest mit der Welle 25 gekoppelt, so dass sowohl die Welle 25 als auch der Beschickungshebel 30 einer Drehung des Permanentmagnetes 28 um die Längsachse X-X folgen.
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Auf der von dem Magnetjoch 10 abgewandten Seite des Lagerbocks 20 ist eine Aussparung eingeformt oder angearbeitet, welche einen ersten Anschlag 21 und einen zweiten Anschlag 22 bildet, durch welche eine Drehung der Welle 25 begrenzt ist. Der erste Anschlag 21 gibt die erste Lage A der Welle 25 bzw. des Beschickungshebels 30 vor und der zweite Anschlag 22 die zweite Lage B der Welle 25 bzw. des Beschickungshebels 30, wobei der erste Anschlag 21 und der zweite Anschlag 22 derart angeordnet sind, dass die Welle 25 zusammen mit dem Beschickungshebel 30 eine Drehung von ca. 90° erlaubt. Die Aussparung ist dabei derart in den Lagerbock 20 eingearbeitet, dass der Beschickungshebel 30 ganz oder teilweise in die Aussparung ragt.
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Insbesondere in den 3 und 5 ist dargestellt, dass die Ebene E1 sowohl in der ersten Lage A als auch in der zweiten Lage B in einem Winkel α geneigt zu der Ebene E2 angeordnet ist, wobei in den Schenkeln 10a, 10b, 10c und 10d des Magnetjochs 10 die magnetischen Feldlinien annähernd parallel zu der Ebene E2 verlaufen.
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Darüber hinaus ist aus den 3 und 5 ersichtlich, dass die freien Enden 11 des Querschenkels 10c, zwischen denen der Luftspalt 18 ausgebildet ist, teilkreisförmige Ausnehmungen 14 aufweisen. Die Teilkreise der teilkreisförmigen Ausnehmungen 14 sind koaxial zu der Längsachse X-X der Welle 25 angeordnet und weisen einen geringfügig größeren Radius als der diametral magnetisierte Ringmagnet auf, der auf die Welle 25 aufgesetzt ist. Demnach ist im Bereich der teilkreisförmigen Ausnehmungen 14 der Abstand zwischen dem Permanentmagneten 28 und dem freien Enden 11 äquidistant und ermöglicht einen guten Flussübergang von dem Permanentmagneten 28 auf das Magnetjoch 10. Die teilkreisförmige Ausnehmung 14 erstreckt sich über einen Teilkreis mit einem Bogenmaß von über 45°.
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Um die Shuttleschranke 2 aus der in den 1-3 dargestellten ersten Lage A in die zweite Lage B, dargestellt in den 4-6 umzuschalten, wird die Erregerspule 15 kurzzeitig mit einem Konstantstrom bestromt und der Permanentmagnet 28, die Welle 25 und der Beschickungshebel 30 werden um die Längsachse X-X von dem ersten Anschlag 21 aus der ersten Lage A zu dem zweiten Anschlag 22 um 90° in die zweite Lage B verdreht. In der zweiten Lage B wird durch die offenen Pole des Magnetkreises 16 eine magnetische Haltekraft erzeugt, durch die der Beschickungshebel 30 in der zweiten Lage B gehalten wird. Zum Zurückschwenken des Beschickungshebels 30 in die erste Lage A wird nun die Erregerspule 15 in die entgegengesetzte Richtung bestromt, wodurch das magnetische Feld in dem Magnetkreis 16 in eine umgekehrte Richtung zeigt und den Permanentmagneten 28, die Welle 25 und den Beschickungshebel 30 in die erste Lage A bis an den ersten Anschlag 21 zurückschwenkt.
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Sowohl in der ersten Lage A, als auch in der zweiten Lage B wird der Beschickungshebel 30 durch eine magnetische Haltekraft gehalten, wodurch keine weitere Mechanik erforderlich ist und die erfindungsgemäße Shuttleschranke 2 zuverlässig und wartungsarm funktioniert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektromagnetischer Stellantrieb
- 2
- Shuttleschranke
- 3
- Shuttlesystem
- 10
- Magnetjoch
- 11
- freies Ende
- 14
- Ausnehmung
- 15
- Erregerspule
- 16
- Magnetkreis
- 18
- Luftspalt
- 20
- Lagerbock
- 21
- erster Anschlag
- 22
- zweiter Anschlag
- 25
- Welle
- 26
- erstes Ende
- 27
- zweites Ende
- 28
- Permanentmagnet
- 30
- Beschickungshebel
- A
- erste Lage
- B
- zweite Lage
- E1
- Ebene der diametralen Magnetisierung
- E2
- Ebene von 16
- α
- Winkel
