DE10249334A1 - Positioning system for moving a bogie truck in overhead gantry robot systems has an electromagnetic linear drive mechanism with active and passive units for moving the bogie truck - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Neuerung betrifft ein Positionierungssystem mit einem elektromagnetischen Linearantrieb zur Bewegung eines ersten Laufwagens, wobei der Linearantrieb in bekannter Weise eine Aktiveinheit und eine Passiveinheit besitzt, wobei die Aktiveinheit mit dem Laufwagen verbunden ist und wobei sich die Passiveinheit entlang eines Portalträgers erstreckt, an welchem der Laufwagen längs zum Portalträger beweglich angeordnet ist.The present innovation concerns a positioning system with an electromagnetic linear drive for moving a first carriage, the linear drive in known manner has an active unit and a passive unit, wherein the active unit is connected to the carriage and wherein the passive unit extends along a portal support on which the carriage along to the portal girder is arranged movably.
Für
die Bewegung und Positionierung von Teilen in mehrdimensionalen
Bearbeitungsräumen werden
insbesondere bei größeren Verfahrwegen sogenannte
Portalsysteme eingesetzt. Aus der
In der
Derartigen Portalsystemen ist gemeinsam, dass entlang der Hauptbewegungsachse, also parallel zum Portalträger, relativ große Verfahrwege realisiert werden können, in der Regel mehr als 2 m und auch über 10 m hinaus. Auf den eingesetzten Portalträgern können bei Bedarf auch mehrere Laufwagen bewegt werden, wenn dies die Antriebseinheiten zulassen. Zumeist ist über einen zweiten Antrieb eine zweite Bewegungsachse ansteuerbar, die in einer parallelen Ebene quer zur ersten Bewegungsachse verläuft. Damit innerhalb des Bearbeitungsraumes beliebige Punkte angefahren werden können, ist eine dritte Bewegungsachse erforderlich, die senkrecht zu den beiden anderen Bewegungsachsen steht und ggf. nur einen relativ kleinen Verfahrweg besitzen muss.Such portal systems have in common that along the main axis of movement, i.e. parallel to the portal girder, relative size Travels can be realized usually more than 2 m and also beyond 10 m. On the used portal beams can If necessary, several carriages can be moved if this is the drive units allow. Mostly is over a second drive controllable a second axis of movement, the runs in a parallel plane transverse to the first axis of movement. In order to Any points within the machining area can be approached can, a third axis of movement is required that is perpendicular to the two other axes of motion and possibly only one relative must have a small travel.
Der Antrieb des Laufwagens in Richtung der Hauptbewegungsachse (parallel zum Portalträger) kann beispielsweise unter Nutzung einer Zahnstange erfolgen, wenn auf dem Laufwagen ein Motor ein Ritzel antreibt, welches mit der Zahnstange in Eingriff steht. Die erzielbaren Geschwindigkeiten bei Zahnstangenantrieben sind relativ gering und es treten störende Geräusche, erhöhter Verschleiß und Positionierungsungenauigkeiten aufgrund vorhandenen Spiels auf.The drive of the carriage towards the main axis of movement (parallel to the portal girder) can, for example, under Use a rack if there is a motor on the carriage drives a pinion, which is in engagement with the rack. The achievable speeds for rack and pinion drives are relatively low and there are annoying noises, increased wear and positioning inaccuracies due to existing game.
Eine andere bekannte Antriebsvariante für Portalsysteme besteht in der Nutzung von Zahnriemen oder vergleichbaren Seilantrieben. In beiden Fällen ist die erreichbare Dynamik bei der Bewegung des Laufwagens begrenzt. Beim Einsatz von Zahnriemenantrieben besteht ein besonderes Problem im Auftreten von Schwingungen, die eine schnelle und genaue Positionierung verhindern.Another known drive variant for portal systems consists in the use of toothed belts or comparable rope drives. In both cases the dynamic that can be achieved when moving the carriage is limited. There is a particular problem when using toothed belt drives in the occurrence of vibrations, the quick and accurate positioning prevent.
Es sind auch Portalsysteme bekannt, die elektromagnetische Linearmotoren als Direktantrieb für die Laufwagen verwenden. Derartige Linearmotoren (lineare Synchronmotoren) besitzen eine Aktiveinheit mit einer Lauffläche und Spulensystemen, durch welche ein veränderlicher Magnetfluss erzeugt wird. Weiterhin ist eine Passiveinheit vorgesehen, die Magnetflussbereiche mit Permanentmagneten und Rückschlusselementen – aufweist, um eine Relativkraft zwischen Aktiveinheit und Passiveinheit zu erzeugen. Zwischen Aktiv- und Passiveinheit verbleibt ein Luftspalt, der eine Relativbewegung ermöglicht. Je nach Anwendung wird entweder die Aktiveinheit oder die Passiveinheit bewegt. Der generelle Aufbau solcher linearer Synchronmotoren ist bekannt. Auf eine detaillierte Erläuterung der Funktionsweise und des Aufbaus elektromagnetischer Linearmotoren kann an dieser Stelle daher verzichtet werden.Portal systems are also known the electromagnetic linear motors as direct drives for the carriages use. Such linear motors (linear synchronous motors) have an active unit with a tread and coil systems which is a changeable Magnetic flux is generated. A passive unit is also provided, which has magnetic flux areas with permanent magnets and yoke elements, to a relative force between active unit and passive unit produce. There is an air gap between the active and passive units, which enables a relative movement. ever Depending on the application, either the active unit or the passive unit emotional. The general structure of such linear synchronous motors is known. For a detailed explanation of how it works and the construction of electromagnetic linear motors can be on this Place therefore to be waived.
Üblicherweise wirken zwischen der Aktiveinheit und der Passiveinheit Magnetkräfte, die eine starke Anziehungskraft zur Folge haben und von den eingesetzten Führungseinheiten aufgenommen werden müssen. Sofern bei Portalsystemen bisher Linearmotoren eingesetzt wurden, waren daher kompliziertere, teurere und größer dimensionierte Führungseinheiten (z.B.Usually magnetic forces act between the active unit and the passive unit have a strong appeal and from those deployed guide units must be included. If linear motors were previously used in portal systems, were therefore more complicated, more expensive and larger-sized management units (E.g.
Kugelumlauflager) erforderlich, die hohe Reibungskräfte zur Folge aufweisen, wodurch hoch dynamische Bewegungen beeinträchtigt werden.Recirculating ball bearings) required high frictional forces result, which affects highly dynamic movements.
Eine Aufgabe der vorliegenden Neuerung besteht somit darin, ein Portalsystem bereitzustellen, welches einen elektromagnetischen Synchron-Linearmotor als Antriebsquelle nutzt, um die damit verbundenen Vorteile gegenüber anderen Antrieben zu realisieren. Gleichzeitig sollen die Nachteile vermieden werden, die sich aus bisher notwendigen Führungseinheiten bei der Verwendung von Linearmotoren ergeben hatten.One task of the present innovation is thus in providing a portal system that uses an electromagnetic Synchronous linear motor used as the drive source to the associated Advantages over to realize other drives. At the same time, the disadvantages to be avoided, which resulted from previously necessary management units when using linear motors.
Diese und weitere Aufgaben werden durch das neuerungsgemäße Positionierungssystem gelöst, bei welchem die Aktiveinheit zwei gleichartige sich gegenüberliegende, nach außen gewandte Laufflächen besitzt und die Passiveinheit zwei gleichartige sich gegenüberliegende Magnetflussbereiche mit Permanentmagneten umfasst, zwischen denen eine Laufrinne ausgebildet ist, die sich parallel zum Portalträger erstreckt, wobei die Aktiveinheit in der Laufrinne geführt ist und wobei die Summe der zwischen Aktiveinheit und Passiveinheit senkrecht zur Laufrichtung wirkenden Magnetkräfte im Wesentlichen Null ist.These and other tasks are accomplished by solved the positioning system according to the innovation, in which the active unit has two similar opposing, outwardly facing treads and the passive unit comprises two similar opposing magnetic flux areas with permanent magnets, between which a trough is formed which extends parallel to the portal support, the active unit in the The trough is guided and the sum of the magnetic forces acting between the active unit and the passive unit perpendicular to the running direction is essentially zero.
Durch diese Gestaltung ist der Linearantrieb durch zwei Antriebsebenen gebildet, die parallel zueinander liegen. Die funktionsbedingt zwischen der Lauffläche der Aktiveinheit und dem Magnetflussbereich der Passiveinheit auftretenden magnetischen Anziehungskräfte sind bei gleichartiger Gestaltung der beiden Antriebsebenen gleich groß und wirken in entgegengesetzter Richtung, so dass die quer zur Laufrichtung auf die Aktiveinheit einwirkenden Verschiebekräfte sich einander aufheben. Die Führungseinheit des Positionierungssystems, die zwischen dem ersten Laufwagen und dem Portalträger angeordnet ist, muss somit keine seitlichen Verschiebekräfte aufnehmen. Dadurch reduzieren sich Reibungsverluste in der Führungseinheit, wodurch das Positionierungssystem wesentlich dynamischer betrieben werden kann.With this design, the linear drive is through two drive levels are formed, which are parallel to each other. The functionally between the tread of the active unit and the Magnetic flux range of the passive unit occurring magnetic attraction forces with the same design of the two drive levels the same size and effect in the opposite direction so that the cross to the direction displacing forces acting on the active unit cancel each other out. The leadership unit of the positioning system between the first carriage and the portal bearer is arranged, therefore does not have to absorb lateral displacement forces. This reduces friction losses in the guide unit, which makes the positioning system operate much more dynamically can be.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die Führungseinheit aus zwei an der Unterseite des Portalträgers befestigten Führungsschienen, mit denen der erste Laufwagen in Eingriff steht. Die Führungsschienen nehmen die Gewichtskräfte des Laufwagens und der an diesem gegebenenfalls befestigten weiteren Einheiten auf. Bei einer abgewandelten Ausführungsform können auch Führungsplatten am Portalträger befestigt sein, die mit Laufrollen zusammenwirken, welche am Laufwagen befestigt sind. Anders als bei Positionierungssystemen nach dem Stand der Technik ist die Aufnahme von quer zur Laufrichtung wirkenden Kräften nicht oder zumindest in deutlich geringerem Umfang erforderlich, da permanente seitliche Anziehungskräfte, die aus dem Linearantrieb resultieren, nicht auftreten.According to an advantageous embodiment the leadership unit from two guide rails attached to the underside of the portal girder, with which the first carriage is engaged. The guide rails take the weight of the Carriage and any other attached to it Units on. In a modified embodiment can also guide plates on the portal girder be attached, which interact with rollers, which on the carriage are attached. Unlike with positioning systems after State of the art is the inclusion of those acting transversely to the direction of travel forces not required or at least to a much lesser extent, because there are permanent lateral forces of attraction from the linear drive result, do not occur.
Bei einer weitergebildeten Ausführungsform ist am ersten Laufwagen ein Querpositionierungssystem mit einem zweiten Laufwagen befestigt. Dieses Querpositionierungssystem entspricht in seinem Aufbau weitgehend dem bereits erläutertem Positionierungssystem, wobei die Funktion des Portalträgers durch den ersten Laufwagen übernommen wird. Das Querpositionierungssystem ermöglicht eine Bewegung des zweiten Laufwagens in einer zweiten Richtung, so dass zweidimensionale Positionierungen möglich werden. Diese Ausführungsform kann nochmals weitergebildet werden, indem am zweiten Laufwagen ein Höhenpositionierungssystem mit einem dritten Laufwagen befestigt ist. Die drei damit zur Verfügung stehenden Bewegungsachsen stehen vorzugsweise senkrecht zueinander, um dreidimensionale Positionierungen unter Nutzung einfacher bekannter Steuerungssysteme zu ermöglichen.In a further developed embodiment a transverse positioning system with a second on the first carriage Carriage attached. This cross positioning system corresponds in its structure largely the positioning system already explained, whereby the function of the portal carrier through took over the first carriage becomes. The transverse positioning system enables the second to move Carriage in a second direction, so that two-dimensional positioning is possible. This embodiment can be further developed by using the second carriage a height positioning system is attached with a third carriage. The three motion axes available with it are preferably perpendicular to each other for three-dimensional positioning to enable using simple known control systems.
Es sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen mehrere erste Laufwagen am Portalträger verfahrbar angeordnet sind. Jeder Laufwagen besitzt dabei eine eigene Aktiveinheit als Antriebsquelle, wobei alle Aktiveinheiten mit derselben Passiveinheit zusammenwirken. Über eine geeignete Steuerung müssen natürlich Kollisionen zwischen den einzelnen Laufwagen vermieden werden.Embodiments are also possible which several first carriages are movably arranged on the gantry. Each carriage has its own active unit as a drive source, where all active units work together with the same passive unit. Over a suitable control Naturally Collisions between the individual carriages can be avoided.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der vorliegenden Neuerung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Jetzt zeigen:Other advantages, details and Further developments of the present innovation result from the following Description of preferred embodiments, with reference to the drawing. Now show:
Der Portalträger
Da die Aktiveinheit
Es soll auf einen weiteren besonderen Vorteil hingewiesen werden, der sich aus der Anbringung des Linearantriebs an der Unterseite des Portalträgers ergibt. Der Antrieb ist durch diese Positionierung besser vor Verschmutzungen geschützt, wodurch sich seine Einsatzfähigkeit in industriellen Umgebungen verbessert. Insbesondere in Fertigungsbereichen lassen sich bestimmte Schmutzbelastungen nicht vermeiden. Beispielsweise lagern sich Metallspäne oder andere Verunreinigungen bevorzugt auf den Permanentmagneten der Passiveinheit aber auch auf den Laufflächen der Aktiveinheit ab, wenn diese horizontal ausgerichtet sind. Durch die vertikale Anordnung unter dem Portalträger ist der Linearantrieb gut gegen solche Verschmutzungen geschützt.It's supposed to be another special one Advantage to be drawn from the attachment of the linear drive on the underside of the portal beam results. This positioning means that the drive is better protected against contamination protected, thereby its operational capability improved in industrial environments. Especially in manufacturing areas certain contamination levels cannot be avoided. For example metal chips are stored or other impurities preferably on the permanent magnet the passive unit but also on the treads of the active unit, if this are aligned horizontally. Due to the vertical arrangement below the portal bearer the linear drive is well protected against such contamination.
Um eine Positionierung in Y-Richtung
ebenfalls zu ermöglichen,
ist am ersten Laufwagen
Es ist darauf hinzuweisen, dass durch das gewählte Antriebsprinzip auch ein manueller Einrichtbetrieb ermöglicht wird, da die Linearmotoren auch ohne Bestromung bewegt werden können. Bei herkömmlichen Portalsystemen ist dies normaler weise nicht möglich, da die Reibungskräfte in den erforderlichen Führungseinheiten zu groß sind.It should be noted that by the chosen one Principle, manual set-up mode is also possible, because the linear motors can also be moved without power. at usual Portal systems, this is normally not possible because the frictional forces in the required leadership units are too big.
Die Anordnung der gesamten Antriebselemente unterhalb des Portalträgers bringt außerdem den Vorteil mit sich, dass die durch Nutzlasten eingeleiteten Kräfte gleichmäßig auf die Führungseinheiten einwirken, wodurch wiederum einfachere und preiswertere Führungen genutzt werden können.The arrangement of the entire drive elements below the portal girder also brings the The advantage is that the forces introduced by payloads are evenly distributed the leadership units act, which in turn simpler and cheaper guides can be used.
Wie in
Zur Vereinfachung ist in
Der wesentliche Unterschied der Ausführungsform
gemäß
Weitere Abwandlungen des neuerungsgemäßen Positionierungssystems sind denkbar. Die entscheidenden Vorteile gegenüber herkömmlichen Positionierungssystemen ergeben sich aus der Nutzung eines speziell konfigurierten Linearantriebs, welcher keine Getriebeelemente oder sonstigen Kraftübertragungselemente benötigt und außerdem die magnetischen Anziehungskräfte zwischen Aktiveinheit und Passiveinheit durch einen symmetrischen Aufbau ausgleicht, so dass die Führungseinheiten keine oder nur sehr geringen Querkräfte aufnehmen müssen.Further modifications of the positioning system according to the innovation are conceivable. The decisive advantages over conventional positioning systems result from the use of a specially configured linear drive, which no gear elements or other power transmission elements are required and also the magnetic attraction between active unit and passive unit by a symmetrical Construction balances so that the leadership units do not have to absorb any or only very low transverse forces.
Außerdem bringt die Anordnung des Linearantriebs an der Unterseite des Portalträgers gegenüber der Anordnung des Antriebs an der Seitenwand des Portalträgers erhebliche Vorteile hinsichtlich der Gestaltung der Führungseinheiten mit sich.The arrangement also brings of the linear drive on the underside of the portal beam opposite the Arrangement of the drive on the side wall of the portal girder considerable Advantages with regard to the design of the management units.
- 11
- Fußplattenfoot plates
- 22
- Tragsäulesupport column
- 33
- Portalträgerstraddle carrier
- 44
- erster Laufwagenfirst carriage
- 55
- zweiter Laufwagensecond carriage
- 66
- dritter Laufwagenthird carriage
- 88th
- Führungsschienenguide rails
- 99
- Führungselementeguide elements
- 1010
- Aktiveinheitactive unit
- 1111
- Passiveinheitpassive unit
- 1515
- zweite Führungsschienensecond guide rails
- 1616
- zweite Führungselementesecond guide elements
- 1818
- zweite Aktiveinheitsecond active unit
- 1919
- zweite Passiveinheitsecond passive unit
- 2020
- KurzhubzylinderShort stroke
- 2121
- Führungssäulenguide columns
- 2323
- Flachschienenflat bars
- 2424
- Laufrollencastors
- 2525
- RückschlussbereicheInference areas
- 2626
- Permanentmagnetepermanent magnets
- 2727
- Eisenkerneiron cores
- 2828
- SpulenDo the washing up
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