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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der US-Provisional-Patentanmeldung Nr. 61/125,901 vom 29. April 2008 mit dem Titel „Clean, High Density, Soft-Accumulating Conveyor” in Anspruch.
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FESTSTELLUNG BETREFFEND STAATLICH GEFORDERTER RECHERCHE ODER ENTWICKLUNG
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In manchen industriellen Anwendungen von Fördervorrichtungen gibt es eine Anzahl von speziellen Leistungsanforderungen zusätzlich zu üblichen Parametern wie Geschwindigkeit, Gewicht und Transportkapazität. Solche Anwendungen kann man in der Halbleiterindustrie, der pharmazeutischen Industrie, der Solarzellenindustrie, der Festplattenindustrie, der Flachbildschirmindustrie und anderen Fertigungsindustrien finden. Für diese Anwendungen und weitere ähnliche Anwendungen erfordern die für eine Bewegung zu bearbeitender Gegenstände (Work-in-Process, WIP) zwischen Werkzeugen benutzten Fördervorrichtungen „partikelfreie Reinheit”, „vibrationsfreien Transport”, „sehr kompakten WIP-Ablauf” und „asynchrone Bewegungen von Paletten mit weicher Lagerung des WIP” (d. h. ohne Zusammenstoßen oder Anstoßen).
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Von den obigen vier Anforderungen stellt die aktuelle Technologie Reinheit, asynchrone Bewegung und weiche Lagerung des WIP z. B. mittels exakt geführtem WIP auf Rollen, die durch Motoren angetrieben werden, die mit den Rädern über magnetische Hysterese gekoppelt sind, bereit (siehe z. B. die
US-Patente Nr. 4,793,262 und
6,047,812 ). Herkömmlicherweise besteht ein Fördertransportmechanismus aus einer Reihe von Rädern, die eine Vielzahl von WIP-Paletten an jeder von zwei parallelen Seiten halten und antreiben. Eine magnetische Hysteresekupplung erlaubt das Lösen der Antriebsräder unter einem WIP von der Antriebswelle des Motors, falls die Trägheit des WIP keine Synchronisation der WIP-Paletten mit der Antriebsgeschwindigkeit während einer Beschleunigung oder Verzögerung erlaubt, um das Reifenquietschen zu vermeiden.
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Vorteilhafterweise reduziert eine magnetische Hysteresekupplung eine Reibbewegung zwischen Antriebsrädern und WIP-Paletten, welche sonst Partikel erzeugen könnte, die sich negativ auf die Anforderungen des sauberen Transports auswirken würde. Ferner sieht die magnetische Hysteresekupplung in Kombination mit einer Segmentierung der Fördervorrichtung eine weiche Lagerung, d. h. ohne Anstoßen, der WIP-Paletten vor, weil die WIP-Paletten durch WIP-Anwesenheitssensoren geführt werden, welche die Grenzen der Segmente an einer Fördervorrichtung definieren, die durch eine und nur eine WIP-Palette belegt sein können.
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Ein grundsätzlicher Nachteil der aktuellen Technologie ist, dass die tragenden (mitlaufenden) Antriebsräder während des Transports winzige Vibrationen erzeugen und deshalb nicht in der Lage sind, die „vibrationsfreie” Anforderung zu erfüllen. Einige physikalische Faktoren sind der Grund. Zuerst ist es die beinahe Unmöglichkeit der Herstellung einer großen Anzahl von Rädern mit einem absolut gleichen Durchmesser und mit Konzentrizität. Ein weiterer Faktor ist die praktische Unmöglichkeit des Anordnens und Positionierens der Räder, um eine gerade Linie zu bilden, sodass eine darauf laufende, perfekt ebene WIP-Palette gleichzeitig alle Räder darunter berühren würde.
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Ein weiterer Nachteil der existierenden Praxis ist eine Grenze beim Erzielen eines sehr kompakten WIP-Ablaufs aufgrund der relativ mäßigen Beschleunigungs- und Verzögerungsraten des WIP. Ein kompakter WIP-Ablauf erfordert eine relativ enge Beabstandung der Paletten, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen. Um dies in einer kollisionsfreien Umgebung und in einer Umgebung, in der sich Paletten asynchron zueinander bewegen können, zu erreichen, sind relativ hohe Beschleunigungs- und Verzögerungsraten erforderlich, falls eine Palette aus irgendeinem Grund langsamer wird oder anhält.
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Der physikalische Grund dieses Nachteils ist der begrenzte Flächenkontakt zwischen den WIP-Palettenunterseiten und den Antriebsrädern, der für eine Reibhaftung notwendig ist. Tatsächlich ist der Reibungskoeffizient von weichen oder verformbaren Materialien abhängig von der Größe der Oberfläche, während harte oder steifere Oberflächen dies weniger sind. Als Ergebnis wären niedrige Einstellungen notwendig, um ein frühes Lösen des magnetischen Hystereseantriebs oder der magnetischen Hysteresekupplung zu initiieren, um das Drehen der Antriebsräder unter der Palette während eines Beschleunigungsmodus zu verhindern, in welchem die Gummireifen der Mitnehmerräder in direktem Kontakt mit der Unterseite der angetriebenen Palette sind.
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Kupplungseinstellungen mit niedrigem Drehmoment heben jedoch höhere Beschleunigungsraten des die Kupplung antreibenden Motors auf. Folglich sind eine hohe Geschwindigkeit und eine hohe Dichte des Palettenablaufs derzeit nicht erreichbar. Stattdessen ist es wichtig, in der Lage zu sein, eine Palette von einer Stillstandsposition schnell zu starten und dieselbe Palette, die sich in einem Hochgeschwindigkeits-Transportmodus bewegt, ebenso schnell anzuhalten, um die hohe Dichte des Ablaufs beizubehalten.
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Die Notwendigkeit einer asynchronen Bewegung der Paletten macht es auch nötig, in der Lage zu sein, jede Palette einzeln zu transportieren, falls es keinen Raum gibt, um die Palette stromab zu bewegen, und/oder eine Palette unabhängig und ohne Anstoßen zu stoppen, falls eine weitere Palette stromab ihren Weg stört. Kurz gesagt erfordert ein Ablauf mit hoher Geschwindigkeit und hoher Dichte zusammen einen festen Griff auf die Palette während ihrer Bewegungen. Jedoch sind die einzelnen Antriebsräder mit der begrenzten Oberflächenkontaktfläche mit der WIP-Palette derzeit nicht in der Lage, diese Leistung zu bringen.
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Um sich diesen Nachteilen zu widmen, können existierende Fördersegmente, die etwas größer als ein WIP oder eine WIP-Palette konstruiert und angeordnet sind, stattdessen mit einem bestimmten Antriebsriemen ausgestattet werden, der auf den Rädern läuft, die durch den gleichen Hysterese-Kopplungs/Motor-Mechanismus wie oben unabhängig angetrieben werden. Der Riemen mit großer Reibung, der zwischen den Rädern und den WIP-Paletten liegt, stellt eine notwendige Haftung zwischen der WIP-Palette und den Antriebs-, den Rückführungs- und/oder den Führungsrädern bereit, um die erforderliche große, schlupffreie Beschleunigung zu gewährleisten. Ferner reduziert der Riemen, der auf der Oberseite der oben beschriebenen Räder läuft, die durch unregelmäßige Höhenunterschiede der aufeinander folgenden Räder erzeugten Vibrationen.
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Unvorteilhafterweise sind derartige riemengetriebene Fördervorrichtungen nicht inhärent sauber. Als Ergebnis erfordert das Aufrechterhalten eines hohen Grades an Sauberkeit in einer riemengetriebenen Umgebung spezielle Rad- und Riemenkonstruktionen.
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Demgemäß wäre es wünschenswert, ein kompaktes, schnelles, asynchrones, riemengetriebenes Fördersystem, das partikelfrei und vibrationsfrei ist und das eine weiche Lagerung anwendet, vorzusehen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine erste riemengetriebene Fördervorrichtung enthält einen flachen dünnen Riemen in Kombination mit balligen Hysterese-Antriebsrädern und gebördelten Führungsrädern. Jedes Antriebsrad ist so konstruiert und angeordnet, dass es den flachen dünnen Riemen antreibt und zentriert, während die Führungsräder so konstruiert und angeordnet sind, dass sie das Werkstück oder den das Werkstück tragenden Gegenstand mittels der Flansche an den Führungsrädern seitlich begrenzen. Eine magnetische Hysteresekupplung lässt die Antriebsräder für den Riemen von der Antriebswelle des Motors lösen, wann immer die Trägheit eines Werkstücks oder eines das Werkstück tragenden Gegenstandes keine Synchronisation des Werkstücks oder des das Werkstück tragenden Gegenstandes mit der Antriebsgeschwindigkeit während einer Beschleunigung oder Verzögerung erlaubt. Tatsächlich ist die Kopplungseinstellung vorprogrammiert oder abgestimmt, sodass sie die Reibkraft zwischen dem Riemen und dem Werkstück oder dem das Werkstück tragenden Gegenstand nicht übersteigt. Wenn die Beschleunigung diese Einstellung überschreitet, wird das Werkstück oder der das Werkstück tragende Gegenstand von dem Motor entkoppelt.
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Eine relativ dünne Riemendicke ist erwünscht, weil, obwohl die Führungsräder mit der gleichen Geschwindigkeit drehen, jene Abschnitte des Führungsrades, die näher zur Drehachse, d. h. am oder nahe am Kern sind, im Vergleich zu Abschnitten des Führungsrades, die weiter von der Drehachse entfernt angeordnet sind, langsamer drehen. Als Ergebnis kann ein Unterschied in den Geschwindigkeiten der zwei Flächen an dem Flansch, die das Werkstück oder den das Werkstück tragenden Gegenstand kontaktieren, in einem unerwünschten Aneinanderreiben und einer daraus resultierenden Reibpartikelbildung resultieren. Folglich sind relativ dünne, relativ flache Riemenquerschnitte mehr erwünscht, um den Geschwindigkeitsunterschied zwischen möglichen Kontaktpunkten zu reduzieren und erwünschte Sauberkeitsniveaus beizubehalten.
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In einem zweiten System wird ein vergleichsweise dickerer Riemen mit einer erhabenen Kante, d. h. ein L-förmiger Riemen verwendet, um das Werkstück oder den das Werkstück tragenden Gegenstand seitlich zu begrenzen. In diesem Ausführungsbeispiel werden alle Antriebsräder und die Rückführungsräder so bearbeitet, dass sie an der Außenumfangsfläche, an welcher der Riemen läuft, Balligkeiten aufweisen. Das Zentrum des Balligkeitsradius, der an den Antriebsrädern und den Rückführungsrädern bearbeitet ist, ist jedoch relativ zur Mittellinie des Riemens um einen Abstand x etwas versetzt. Dieser Versatz zentriert die L-förmigen Riemen, deren Bandmaße, z. B. der Querschnitt, gleichmäßig sind.
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Ein drittes System wird durch Weglassen der Flansche der Führungsräder überhaupt bewirkt. Insbesondere enthält eine dritte riemengetriebene Fördervorrichtung einen Riemen mit einem runden oder im Wesentlichen runden Querschnitt in Kombination mit Hysteresekupplungs-Antriebsrädern mit negativen Balligkeiten und Führungsrädern mit negativen Balligkeiten und Führungsflanschen.
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Jedes der drei oben beschriebenen Ausführungsbeispiele teilt die Fördervorrichtung in Module, die ein oder mehrere Segmente enthalten. Riemensegmente sind das kleinste Element des Ganzen und sind dimensioniert, dass sie ein Werkstück oder einen das Werkstück tragenden Gegenstand einzeln behandeln und transportieren. Jedes Riemensegment enthält einen Sensor/Sensoren, der/die ausgebildet ist/sind, um das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines diskreten Werkstücks oder das Werkstück tragenden Gegenstandes in dem Riemensegment zu bestätigen. Gegenwärtig wird eine Bewegung eines stromaufwärtigen Werkstücks oder eines das Werkstück tragenden stromaufwärtigen Gegenstandes nur realisiert, wenn ein oder mehrere aufeinander folgende stromabwärtige Riemensegmente ganz leer sind. Daher beginnt eine Vorwärtsbewegung eines stromaufwärtigen Werkstücks oder das Werkstück tragenden Gegenstandes nicht, bis die stromabwärtigen Segmente ganz leer sind. Dies definiert dann einen geschwindigkeitsunabhängigen minimalen Abstand zwischen den Werkstücken oder Werkstücke tragenden Gegenständen.
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Dieser Ansatz beeinflusst jedoch die Werkstückdichte durch Verzögern der Vorwärtsbewegung eines stromaufwärtigen Werkstücks oder des das Werkstück tragenden Gegenstandes, bis von einem stromabwärtigen Riemensegmentsensor ein Freisignal empfangen wird. Diese Einschränkung wird wichtig, wenn einmal höhere Beschleunigungen und Verzögerungen realisiert werden. Auf diese Weise wird das Hinzufügen weicher Riemen zu einer Technik, die einen kompakteren, schnelleren, asynchronen, stoßfreien Ablauf von Werkstücken oder die Werkstücke tragenden Gegenständen ermöglicht.
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Eine weitere Verbesserung der aktuellen Technik erzielt man durch Erfassen der genauen Position jedes Werkstücks oder Werkstücke tragenden Gegenstandes während einer Bewegung durch das Vorsehen mehrerer Sensoren oder anderer Rückkopplungseinrichtungen entlang des Pfades/der Pfade der Bewegung der Werkstücke oder der Werkstücke tragenden Gegenstände. Datensignale von mehreren Sensoren erhöhen die Granularität der Fördersegmentierung, welche dann virtuell feiner als die Größe des Werkstücks oder des das Werkstück tragenden Gegenstandes wird. Im Extremfall kann, falls verschiedene Technologien auf die Fördervorrichtung angewendet werden, um sich bewegende Werkstücke oder die Werkstücke tragende Gegenstände präziser zu lokalisieren, eine höhere Werkstückdichte bei höheren Ablaufgeschwindigkeiten erreicht werden, während die asynchronen, stoßfreien Bewegungsanforderungen beibehalten werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird insbesondere in den anhängenden Ansprüchen aufgezeigt. Die oben beschriebenen Vorteile der Erfindung werden jedoch zusammen mit weiteren Vorteilen durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und gleiche Bezugsziffern beziehen sich auf die gleichen Teile in den verschiedenen Ansichten.
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1 zeigt ein Fördermodul mit mehreren Riemensegmenten gemäß der beanspruchten Erfindung;
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2 zeigt ein Riemensegment gemäß der beanspruchten Erfindung;
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3 zeigt ein Antriebsrad gemäß der beanspruchten Erfindung;
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4 zeigt ein Segment einer riemengetriebenen Fördervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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5 zeigt ein Segment einer weiteren riemengetriebenen Fördervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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6A zeigt ein Segment einer noch weiteren riemengetriebenen Fördervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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6B zeigt ein Detail eines Antriebsrades für das in 6A dargestellte Riemensegment.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bezug nehmend auf 1 und 2 wird ein riemengetriebenes Fördersystem („Förderer”) beschrieben. Der Förderer 10 enthält eine Vielzahl miteinander verbundener Fördermodule 15 mit wenigstens einem riemengetriebenen Fördersegment 25. Die Riemensegmente 25 und die Fördermodule 15 können in unzähligen Mustern konstruiert und angeordnet werden, um lokalen Transport- und Anlagenanforderungen zu genügen. Jedes Fördermodul 15 ist intern in Einheitslängenzonen oder Riemensegmente 25 segmentiert, deren Größe (Länge und Breite) durch die Maße des Werkstücks oder durch den ein Werkstück tragenden Gegenstand 19 bestimmt ist. Tatsächlich ist die Länge eines Fördermoduls 15 ein ganzzahliges Vielfaches der Länge jedes Riemensegments 25 in diesem Modul 15.
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Falls z. B. die Dimension des Werkstücks oder des das Werkstück tragenden Gegenstandes 19 in der Länge 0,5 m beträgt und das Fördermodul 15 etwa 2 m in der Länge beträgt, würden insgesamt vier selbständige, riemengetriebene Fördersegmente 25, die etwas größer als die Länge von 0,5 m des Werkstücks oder des das Werkstück tragenden Gegenstands 19 sind, je Fördermodul 15 benötigt werden. Der Fachmann erkennt selbstverständlich, dass die Größe des Werkstücks oder des das Werkstück tragenden Gegenstandes 19, die Länge des Fördermoduls 15 und die Länge jedes Riemensegments 25 in jedem Modul alle variabel sind.
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Jedes Riemensegment 25 jedes Fördermoduls 15 enthält eine erste und eine zweite Seitenschiene 12 und 14. Die Seitenschienen 12 und 14 sind so konstruiert und angeordnet, dass sie zueinander parallel oder im Wesentlichen parallel sind. Die Seitenschienen 12 und 14 können auf eine beliebige Höhe über einer ebenen Oberfläche, z. B. einem Boden oder Tisch, angehoben und/oder von einer Überkopfstruktur, z. B. einer Decke oder Balken, abgehängt sein.
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Die erste und die zweite Seitenschiene 12 und 14 jedes Riemensegments 25 sind fest mit einer ersten bzw. einer zweiten Seitenschiene 12 und 14 von benachbarten Riemensegmenten 25a und 25b im gleichen Fördermodul 15 verbunden. Ferner sind die erste und die zweite Seitenschiene 12 und 14 der Riemensegmente 25, die am Ende eines Fördermoduls 15 angeordnet sind, mit einer ersten bzw. einer zweiten Seitenschiene 12 und 14 von Endabschnitten benachbarter Fördermodule 15 fest verbunden.
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Um die Ablaufrichtung der Werkstücke oder der Werkstücke tragenden Gegenstände 19 zu ändern oder den Förderer 10 in eine andere Richtung/in andere Richtungen zu verzweigen, sind Eckelemente (nicht dargestellt) auf der Basis der Länge und der Breite des Werkstücks oder des das Werkstück tragenden Gegenstandes 19 konstruiert, um basierend auf einer solchen mathematischen Modularität eine freie Netzwerkkonfiguration zu ermöglichen. Optional können vertikale Hubvorrichtungen (nicht dargestellt) mit diskreten Riemensegmenten 25 und/oder Fördermodulen 15 ausgerüstet sein, um eine vertikale Vernetzung zwischen Förderern 10, die auf unterschiedlichen Ebenenangeordnet sind, zu ermöglichen.
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Jedes Fördermodul 15 enthält wenigstens eine Querstrebe 13, die konstruktiv zwischen den parallelen Schienen 12 und 14 verbunden ist, um dem Riemensegment 25 und dem Fördermodul 15 eine konstruktive Stütze hinzuzufügen. Obwohl die in 1 und 2 dargestellten Querstreben 13 senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu jeder der Seitenschienen 12 und 14 angeordnet sind, können stattdessen auch Diagonalen zur Querverstrebung gekreuzt werden, um z. B. ein X zu bilden (nicht dargestellt).
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Die Riemensegmente 25 haben modulare Dimensionen, die entsprechend der Größe (Länge und Breite) eines Werkstücks und/oder eines ein Werkstück tragenden Gegenstandes 19 vorbestimmt sind. Außerdem ist jedes Riemensegment 25 so konstruiert und angeordnet, dass es einen selbständigen Transport eines Werkstücks und/oder eines ein Werkstück tragenden Gegenstandes 19 vorsieht, um das Werkstück und/oder den ein Werkstück tragenden Gegenstand 19 von einem Ende des Riemensegments 25 zum anderen Ende zu transportieren. Demgemäß enthält jedes Riemensegment 25 seine eigene Trag- und Fördereinrichtung und seine eigene Antriebseinrichtung, und insbesondere enthält jedes Riemensegment 25 ein Paar Antriebsriemen 20 und riementragende Räder, d. h. Führungsräder 18, die das Werkstück und/oder den das Werkstück tragenden Gegenstand physisch halten und fördern, sowie einen Motor 11 und ein Paar Riemenantriebsräder 16a und 16b, die das Paar Antriebsriemen 20 antreiben.
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Riemensegment
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Wie oben erwähnt, ist jedes Riemensegment 25 so konstruiert und angeordnet, dass es einen selbständigen Transport eines Werkstücks und/oder eines ein Werkstück tragenden Gegenstands 19 vorsieht, um das Werkstück und/oder den ein Werkstück tragenden Gegenstand 19 von einem Ende des Riemensegments 25 zum anderen Ende zu transportieren. Demgemäß enthält jedes Riemensegment 25 seine eigenen Trag- und Fördereinrichtungen sowie seine eigene Antriebseinrichtung. Die Trag- und Fördereinrichtungen sehen ein darunter liegendes, indirektes Rolllager für die Werkstücke und/oder die das Werkstück tragenden Gegenstände 19 vor und transportieren Werkstücke oder Werkstücke tragenden Gegenstände 19, z. B. Paletten, Kisten und dergleichen, von einem Ende des Riemensegments 25 zum anderen. Die Antriebseinrichtung ist ausgebildet, um die zum Antreiben der Trag- und Fördereinrichtungen notwendige Trägheitskraft vorzusehen.
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Bezug nehmend auf 2 und 3 ist eine beispielhafte Antriebseinrichtung dargestellt. Die Antriebseinrichtung kann einen Antriebsmotor 11 und einen ersten und einen zweiten Riemenantriebsmechanismus, von denen jeder mehrerer Antriebsräder 16a und 16b enthält, aufweisen. Die Antriebsräder 16a und 16b sind an der ersten bzw. der zweiten Seitenschiene 12 und 14 angeordnet. Eine verlängerte Antriebswelle 17 ist mit jedem der Antriebsräder 16a und 16b mechanisch gekoppelt.
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Der Motor 11 ist ausgebildet, um eines der zwei Antriebsräder 16a und den jeweiligen Riemenantriebsmechanismus direkt anzutreiben, d. h. zu drehen und das andere Antriebsrad 16b und den anderen Riemenantriebsmechanismus über die verlängerte Antriebswelle 17 indirekt zu drehen. Die Riemenantriebsmechanismen sind durch die verbindende Antriebswelle 17 synchronisiert. Folglich ruhen die Werkstücke oder die Werkstücke tragenden Gegenstände 19 auf den Antriebsriemen 20 und werden durch diese gehalten, welche synchron angetrieben werden. Die verbindende Antriebswelle 17 und ihre Befestigungseinrichtungen an den Antriebsrädern 16a und 16b müssen auch Konstruktionskriterien erfüllen, welche das Erzeugen von kontaminierenden Teilchen ausschließen. Demgemäß sind die nachfolgend beschriebenen Konstruktionen einzigartig, weil sie eine leichte Auslenkung der Ausrichtung der ersten und der zweiten Förderschiene 12 und 14 erlauben. Als Ergebnis können die verbindenden Antriebswellen 17 an jedem der Antriebsräder 16a und 16b in einer nicht nur perfekt orthogonalen Weise befestigt werden.
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Insbesondere würde, Bezug nehmend auf 3, ohne die offenbarte Konfiguration der verbindenden Antriebswelle 17 und des Antriebsrades 16a, wenn die verbindende Antriebswelle 17 in die Antriebsräder 16a und 16b in einem nicht-orthogonalen Winkel eindringt, eine Drehung eine Belastung auf die Welle 17 und auf den Befestigungsflansch induzieren, was eines oder beide Elemente zu einem übermäßigen Verschleiß zwingt. Um dieses Problem zu umgehen, können die Enden 42 der Antriebswelle 17 aus dem Runden im Wesentlichen abgeflacht sein. Der an der Radnabe 31 angebrachte Flansch kann so konstruiert und angeordnet sein, dass er einen zentral positionierten Schlitz 35 enthält, um die flachen Enden 42 der Welle 17 aufzunehmen. Die geschlitzten Öffnungen 35 im Flansch sind auf der Welleneintrittsseite gesenkt und gerundet, um ohne Belastung eine geringer als orthogonale Welle 17 aufzunehmen. Eine Drehung dieser Anordnung wird dann die Welle 17 in dem Schlitz 35 frei präzisieren, wodurch ein unerwünschter Materialabrieb beseitigt oder im Wesentlichen beseitigt wird. Die Materialauswahl ist ebenfalls wichtig, um eine vorkommende Reibung am Eintrittspunkt jedes Schlitzes 35 zu minimieren.
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Vorzugsweise ist der Motor 11 mit einem Antriebsrad 16 und der verbindenden Antriebswelle 17 über eine magnetische Hysteresekupplung verbunden, die in das Antriebsrad 16 innen integriert ist. Die magnetische Hysteresekupplung erlaubt unterschiedliche Antriebsgeschwindigkeiten zwischen dem Antriebsriemen 20 und dem Motor 11 während einer Beschleunigung und einer Verzögerung. Die zu jedem Riemensegment 25 gehörende variable Last, z. B. vollbelastet, teilbelastet und leer, beeinflusst das Trägheitsmoment des Werkstücks oder des das Werkstück tragenden Gegenstandes 19.
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Die Hysteresekupplung hat einen inneren Drehabschnitt und ein äußeres Kupplungsgehäuse, welches das Antriebsrad 16 selbst ist. Die magnetische Hysteresekupplung ist so ausgebildet, dass der innere Drehabschnitt fest mit dem Rotor oder der Antriebswelle des Motors 11 verbunden, d. h. an diesen gepresst ist, wohingegen der äußere Kupplungsgehäuseabschnitt (nicht dargestellt) aufgrund eines magnetischen Hystereseeffekts frei ist, um asynchron auf dem gleichen Rotor oder der gleichen Antriebswelle zu drehen. In dieser Betriebsweise kann der Motor 11, wenn gewünscht, weiter den inneren Drehteil der Kupplung antreiben, während gleichzeitig der äußere Kupplungsgehäuseabschnitt am Drehen gehindert wird.
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Die Antriebsriemen 20 werden jeweils durch die Antriebsräder 16a und 16b, die mechanisch mit dem äußeren Kupplungsgehäuseabschnitt verbunden sind, angetrieben. Damit kann die Motor-Kupplungs-Kombination durch Eingriff und Lösen des äußeren Kupplungsgehäuseabschnitts so gesteuert werden, dass sie ein begrenztes Antriebsmoment auf die Riemen 20 gibt, welches unabhängig von der Geschwindigkeit ist. Wenn z. B. das Motormoment die Bremskräfte auf die Riemen 20 und den äußeren Kupplungsgehäuseabschnitt überschreitet, gerät der Kupplungsgehäuseabschnitt mit der Drehzahl der Motorantriebswelle außer Synchronisation. Als Ergebnis wird der äußere Kupplungsgehäuseabschnitt mit der gebremsten Geschwindigkeit des drehenden Antriebsriemens 20 drehen. Während das Kupplungsgehäuse außer Synchronisation ist und mit einer verlangsamten Geschwindigkeit dreht, übt es vorteilhafterweise ein vorbestimmtes, konstantes Antriebsmoment aus.
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Die Trag- und Fördereinrichtungen jedes Riemensegments 25 enthalten ein Paar Schienen 12 und 14, die so konstruiert und angeordnet sind, dass sie die Totlast der Antriebs- und Fördereinrichtungen sowie die Lebendlast eines Werkstücks und/oder eines ein Werkstück tragenden Gegenstandes 19 konstruktiv tragen. Die Werkstücke oder die Gegenstände 19, die Werkstücke tragen, sind in direktem Kontakt mit dem Paar Antriebsriemen 20 und laufen direkt auf diesen, welche, wenn sie durch die entsprechenden Antriebsräder 16a und 16b gedreht werden, die Werkstücke oder die Werkstücke tragenden Gegenstände 19 von einem Ende des Riemensegments 25 zum anderen Ende bewegen. Die Antriebsriemen 20 laufen entlang der Führungsräder 18, welche ausgebildet sind, um mit den Riemen 20 frei zu drehen, ohne zusätzliche Antriebskräfte hinzuzufügen.
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Jeder Antriebsriemen 20 ist so konstruiert und angeordnet, dass er über die frei drehbaren Führungsräder 18 läuft. Die Führungsräder 18 sind z. B. mittels Lagerkombinationen, Schrauben, Bolzen oder Nieten mit reibungsarmen Achsen und dergleichen lösbar an der ersten und der zweiten Seitenschiene 12 und 14 angebracht, sodass das Gewicht der Werkstücke oder der Werkstücke tragenden Gegenstände 19 über den Antriebsriemen 20 und die Führungsräder 18 auf die erste und die zweite Seitenschiene 12 und 14 übertragen wird. Die Führungsräder 18 sind entlang der Seitenschienen 12 und 14 in kritischen Abständen beabstandet, welche durch die Riemengeschwindigkeit, das Vibrationsniveau und andere Konstruktionsanforderungen, wie sie weiter unten diskutiert werden, bestimmt werden.
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An einem Ende jeder der ersten und der zweiten Seitenschiene 12 und 14 jedes Riemensegments 25 dient gegenüber den Antriebsrädern 16a und 16b ein Paar Führungsräder 18a und 18b als Rückführeinrichtung für den Riemen 20. Der Durchmesser der Rückführungsräder 18a und 18b kann gleich oder im Wesentlichen gleich dem Durchmesser des Antriebsrades 16a oder 16b und/oder der Führungsräder 18 sein oder kann größer oder kleiner als beide sein. Die Antriebsräder 16a und 16b sowie die Rückführungsräder 18a und 18b können auch kritisch geformt sein, um eine zentrale Positionierung und Spurführung des Antriebsriemens 20 aufrecht zu erhalten.
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Die Antriebsriemenlängen werden durch die Länge eines Riemensegments 25 abzüglich des Maßes oder einer Größe einer kritischen Dehnung des elastischen Riemens 20 zu Spannzwecken bestimmt. Die Radballigkeit-Querschnittsgeometrie für die Antriebsräder 16 und die Führungsräder 18 wird durch das Riemenmaterial, die Querschnittsgeometrie und dergleichen bestimmt. Beispielhafte Kombinationen verschiedener Riemen und Radtypen werden nun beschrieben.
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Bezug nehmend auf 4 ist ein kupplungsgetriebenes Primärantriebsrad 16b gezeigt, das eine relativ feine Zentrierballigkeit aufweist, die auf seinem Außenumfang bearbeitet ist. Die Zentrierballigkeit ist ausgebildet, um einen relativ flachen, relativ dünnen, elastischen Riemen 20 zu zentrieren. Der Antriebsriemen 20 wird an einem Ende des Riemensegments 50 mittels eines ähnlich balligen und ähnlich gebördelten Rückführungsrades 18b zurückgeführt.
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Zwischen dem Paar der Antriebsräder 16a und 16b und ihren entsprechenden Rückführungsrädern 18a und 18b läuft der Antriebsriemen 20 auf kleineren Führungsrädern 18, die einen Flansch 30 aufweisen. Die gebördelten Führungsräder 18 sind so konstruiert und ausgebildet, dass sie das Werkstück oder den das Werkstück tragenden Gegenstand 19 seitlich einschließen.
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Eine relativ dünne Riemendicke ist wünschenswert, weil, obwohl die Führungsräder 18 mit der gleichen Drehzahl drehen, jene Abschnitte der Führungsräder 18 näher zur Drehachse, d. h. am oder nahe am Kern, im Vergleich zu Abschnitten der Führungsräder 18, die weiter von der Drehachse entfernt angeordnet sind, langsamer drehen. Als Ergebnis kann ein Unterschied in den Geschwindigkeiten der zwei Flächen an dem Flansch 30, die das Werkstück oder den das Werkstück tragenden Gegenstand 19 kontaktieren, in einem unerwünschten Aneinanderreiben resultieren, was in einer Reibteilchenbildung resultieren kann. Folglich sind relativ dünne, relativ flache Querschnitte des Antriebsriemens 20 wünschenswerter, um den Geschwindigkeitsunterschied zwischen möglichen Kontaktpunkten des Werkstücks oder des das Werkstück tragenden Gegenstandes 19 zu verringern und die erforderten Sauberkeitsniveaus beizubehalten.
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Bezug nehmend auf 5 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Riemensegments 25 für ein System 10 aus Sicht des Endes des Rückführungsrades des Riemensegments 25 gezeigt. Der Motor 11 ist mit einem der Antriebsräder 16a über eine magnetische Hysteresekupplung mechanisch verbunden. Die Antriebsräder 16a und 16b (am entfernten Ende der Figur) treiben einen L-förmigen oder im Wesentlichen L-förmigen Riemen 20 an, der einen erhabenen Kantenabschnitt 33 aufweist. Das lange Bein des „L” ist auf und im Allgemeinen in der Ebene der Umfangsfläche der Räder angeordnet, während das kurze Bein des „L” senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht dazu ist. Die begrenzenden Flansche 33 an dem L-förmigen Riemen sind so konstruiert und angeordnet, dass sie das Werkstück oder den das Werkstück tragenden Gegenstand 19 dazwischen seitlich eingrenzen.
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Zwischen den Antriebsrädern 16a und 16b und den jeweiligen Rückführungsrädern 18a und 18b gibt es mehrere Führungsräder 18, die optional einen Begrenzungsflansch 36 (dargestellt in Phantomlinien) aufweisen können. Wenn an den Führungsrädern 18 ein Flansch 36 vorgesehen ist, wird die untere äußere Ecke des L-förmigen Riemens 20 durch die Führungsräder 18 an ihrem Kern geführt.
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In diesem Ausführungsbeispiel sind alle Paare von Antriebsrädern 16a und 16b und alle Paare von Rückführungsrädern 18a und 18b so bearbeitet, dass sie riemen-zentrierende Balligkeiten an ihrer Außenumfangsfläche haben, auf welchen der Riemen 20 läuft. Weil der Querschnitt des L-förmigen Riemens 20 nicht gleichmäßig ist, sind die Mittelpunkte der Balligkeitsradien 34, die an den Antriebsrädern 16a und 16b und an den Rückführungsrädern 18a und 18b bearbeitet sind, relativ zur Mittellinie 37 des Antriebsriemens 20 um einen Abstand x etwas versetzt, um den Antriebsriemen 20 richtig zu zentrieren. Das Maß des Versatzes x wird durch das Material des Riemens, die Riemendicke, usw. bestimmt.
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Bezug nehmend auf 6A und 6B ist ein Riemensegment 25 mit relativ dünnen, runden oder im Wesentlichen runden, elastischen Antriebsriemen 20 dargestellt, die zwischen Antriebsrädern 16a und 16b, die an einem Ende des Riemensegments 25 angeordnet sind, und entsprechenden Rückführungsrädern 18a und 18b, die am anderen Ende des Riemensegments 25 angeordnet sind, straff gespannt. Ein erstes Antriebsrad 16a wird direkt durch einen Motor 11 über eine innere Hysteresekupplung angetrieben. Ein zweites Antriebsrad 16b wird indirekt durch einen damit durch die innere Hysteresekupplung und die Antriebswelle 17 verbundenen Motor 11 angetrieben. Zwischen dem Paar Antriebsräder 16a und 16b und dem jeweiligen Paar Rückführungsräder 18a und 18b sind mehrere Führungsräder 18 zum Führen des Antriebsriemens 20 und zum Tragen des Gewichts des Werkstücks oder des das Werkstück tragenden Gegenstandes 19 angeordnet.
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Sämtliche Räder sind so bearbeitet, dass sie eine relativ glatte, umgekehrte oder negative Balligkeit in ihren Außenumfängen aufweisen. Die negative Balligkeit 38 ist ausgebildet, um den runden oder im Wesentlichen runden Riemen 20 aufgrund des Ballungsradius 39 sauber zu zentrieren und zu halten. Vorzugsweise ist der Radius 39 größer als der Radius des Antriebsriemens 20, um eine Querbewegung des Riemens und der Radflächen zu minimieren, was eine teilchenbildungsfreie Bewegung gewährleistet.
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Steuerung
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Die Steuerung der asynchronen Bewegung und des Ablaufes des Werkstücks oder des das Werkstück tragenden Gegenstandes 19 kann durch Einbetten eines Mikrocontrollers oder eines Netzes von Mikrocontrollern in den Fördererkörper erreicht werden. Die Steuerung 50 (5) enthält Hardware- oder Software-Anwendungen, um eine grundsätzliche Transportlogik wie beispielsweise einen asynchronen Ablauf und eine weiche Lagerung, d. h. ohne Anstoßen, eine lineare Antriebs- und Geschwindigkeitsregelung, ein Beschleunigen und Verzögern des Werkstücks oder des das Werkstück tragenden Gegenstandes 19, eine logische Steuerung der Verzweigung in mehrere Abläufe und ein Zusammenführen aus mehreren Abläufen auszuführen und für eine Verfolgung des Werkstücks oder des das Werkstück tragenden Gegenstandes von einer Quelle oder einem Eintrittspunkt zu einem Ziel- oder Ausgangspunkt. Ein asynchroner Ablauf auf dem intern segmentierten Förderer 10 folgt der eingebetteten Logik, wobei jedes Riemensegment 25 in der Lage ist, das Vorhandensein eines Werkstücks oder eines ein Werkstück tragenden Gegenstandes 19 zu erfassen und das Werkstück oder den das Werkstück tragenden Gegenstand 19 von einer Richtung eines stromaufwärtigen Ablaufes eintreten zu lassen, wenn und nur wenn dieses Riemensegment 25 als frei und verfügbar bestätigt wird, d. h. frei von irgendeinem Werkstück oder das Werkstück tragenden Gegenstand 19. Eine solche Logik fördert inhärent lineare Bewegungen und eine weiche Lagerung der Werkstücke oder die Werkstücke tragenden Gegenstände 19.
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Eine noch weitere Verbesserung an der Steuerlogik enthält die Vorzugsbewegung der Werkstücke oder der Werkstücke tragenden Gegenstände 19 zu Riemensegmenten 25, die beim Entfernen eines jeweiligen Werkstücks oder ein Werkstück tragenden Gegenstandes 19 sind. Die verbesserte Logik erlaubt einen höheren Durchsatz durch Vergrößern der Ablaufdichte auf dem Förderer 10 und enthält ferner eine Zeit- und Abstandsberechnung physischer Positionen diskreter Werkstücke oder die Werkstück tragender Gegenstände 19. Ein solcher verbesserter Algorithmus kann durch die Zugabe zusätzlicher Sensoren 60 (2) an jedem Riemensegment 25 des Förderers 10 verbessert werden, welche eine präzisere Position der diskreten Werkstücke oder Werkstücke tragenden Gegenstände 19 ermöglicht als es die ursprünglichen Segmente erlauben würden.
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Eine weitere Verbesserung hin zu höherer Dichte und höherem Durchsatz wäre die mechanische Reduzierung der Größe des Riemensegments 25. Die Verkleinerung würde eine Zonensegmentgröße kleiner als jene der Werkstücke oder der die Werkstücke tragenden Gegenstände 19 bedeuten, aber immer noch einen ganzen Bruch davon.
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Viele Änderungen der Einzelheiten, Materialien und der Anordnung der Teile und Schritte, die hier beschrieben und veranschaulicht sind, können durch den Fachmann in Anbetracht der vorstehend enthaltenen Lehren ausgeführt werden. Demgemäß ist es selbstverständlich, dass die folgenden Ansprüche nicht auf die hier offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt sind und auch andere Realisierungen als die speziell Beschriebenen enthalten können und so breit wie möglich interpretiert werden sollen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine Fördervorrichtung für saubere Fertigungsanwendungen. Die Fördervorrichtung weist miteinander verbundene Fördermodule auf, von denen jedes ein Förderriemensegment/Förderriemensegmente enthält. Jedes Förderriemensegment enthält ein Paar Seitenschienen, die parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander sind; ein Paar autonomer Riemenantriebe zum Transportieren von Werkstücken oder Werkstücke tragenden Gegenständen von einem proximalen Ende des Riemensegments zu einem distalen Ende des Riemensegments; ein Paar Antriebsräder zum Drehen der Riemenantriebe; und einen Motor zum direkten oder indirekten Antreiben jedes des Paares von Antriebsrädern. Eines der Antriebsräder ist mechanisch oder magnetisch mit einer magnetischen Hysteresekupplung verbunden, die ein Lösen der Antriebsräder von der Antriebswelle des Motors ermöglicht, falls die Trägheit des Werkstücks keine Synchronisation des Werkstücks mit der Antriebsgeschwindigkeit des Motors während einer Beschleunigung oder Verzögerung erlaubt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4793262 [0003]
- US 6047812 [0003]
