DE19613901A1 - Teleskop-Handhabungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Teleskop- Handhabungseinrichtung, insbesondere eine sogenannte Teleskopgabel. Eine solche Einrichtung dient zur Handhabung von Gegenständen, insbesondere leichten bis sehr schweren Lasten, die optimiert von einem Anfangspunkt zu einem Zielpunkt gebracht werden sollen.

Teleskopische Handhabungseinrichtungen sind als solche aus der Praxis bekannt. Sie weisen üblicherweise teleskopisch ineinander bzw. auseinander fahrbare Teilschienen aus, wobei sich der zu handhabende Gegenstand bzw. die zu handhabende Last am Ende der äußeren Teleskopschiene befindet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Teleskop-Handhabungseinrichtung zu schaffen, die einerseits kompakt aufgebaut ist und andererseits eine Optimierung hinsichtlich des Antriebsaufwandes, der Wege und der Geschwindigkeiten auch für schwere Lasten ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Teleskop- Handhabungseinrichtung mit folgenden Merkmalen:

• - einer ortsfesten Trägereinrichtung,
• - einem sich in Bewegungsrichtung erstreckenden Getriebe,
• - einer gegenüber der Trägereinrichtung linear beweglichen ersten Trag-/Fahreinheit, die fest mit dem Getriebe gekoppelt ist,
• - einer gegenüber der Trägereinrichtung und der ersten Trag-/Fahreinheit linear beweglichen zweiten Trag-/ Fahreinheit,
• - einem mit der ersten Trag-/Fahreinheit gekoppelten linearen Planetengetriebe, welches gleichzeitig mit ersten Eingriffsmitteln der Trägereinrichtung und zweiten Eingriffsmitteln der zweiten Trag-/ Fahreinheit in Eingriff steht derart, daß beim Antrieb des Getriebemittels mit einer vorgebbaren Geschwindigkeit die zweite Trag-/Fahreinheit mit einer entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes erhöhten Geschwindigkeit in Bewegungsrichtung linear vorschiebbar ist.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß durch die Verwendung nur eines einzigen Antriebs infolge der durch das Getriebe vermittelten Relativbewegungen der Trag-/ Fahreinheiten Auslegungen über die gesamte Länge der Teleskop-Handhabungseinrichtung möglich sind. Dies wird durch die Zwangskopplung des linearen Planetengetriebes mit der Trägereinrichtung einerseits und der zweiten Trag-/Fahreinheit andererseits ermöglicht, wobei das lineare Planetengetriebe selbst mit der ersten Trag-/ Fahreinheit gekoppelt ist. Wird nun das sich um die ortsfeste Trägereinrichtung erstreckende Getriebe angetrieben, erfolgt ein Vorschub der ersten Trag-/ Fahreinheit in ihrer Bewegungsrichtung. Gleichzeitig entsteht durch den Eingriff des gemeinsam mit der ersten Trag-/Fahreinheit bewegten linearen Planetengetriebes mit der Trägereinrichtung einerseits und der zweiten Trag-/Fahreinheit andererseits eine kinematische Kopplung dahingehend, daß die zweite Trag-/Fahreinheit im Vergleich zur Antriebsgeschwindigkeit des Getriebes mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, die um den dem Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes entsprechenden Faktor erhöht ist. Der Übersetzungsfaktor ergibt sich aus der Überlagerung und Verteilung der aus der funktionellen Anordnung der Übertragungselemente resultierenden Bewegungsabläufe. Demgegenüber haben die geometrischen Abmessungen der das lineare Planetengetriebe bildenden Einrichtungen keinen Einfluß auf das Übersetzungsverhältnis, so daß die Dimensionierung dieser Bauelemente nach ihrer Tragfunktion optimiert erfolgen kann. Je nach Antriebsrichtung des Getriebes ergibt sich ein linearer Vorschub in Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung.

Das Getriebe ist vorzugsweise als Zugmittelgetriebe ausgeführt. Alternativ dazu kann aber auch ein beliebiges Getriebe verwendet werden, das Kraftübertragungselemente aufweist, die pneumatisch, hydraulisch oder motorisch angetrieben sein können. Somit ergibt sich eine Unabhängigkeit in bezug auf den Kraftschluß bzw. Formschluß. Die Trag-/Fahreinheit ist vorzugsweise durch eine Schlitteneinheit gebildet.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die zweite Schlitteneinheit ein weiteres Zugmittelgetriebe aufweist, das fest mit der ersten Schlitteneinheit gekoppelt ist, und daß eine gegenüber der Trägereinrichtung und den ersten und zweiten Schlitteneinheiten linear verfahrbare dritte Schlitteneinheit vorgesehen ist, die fest mit dem weiteren Zugmittelgetriebe gekoppelt ist.

Demgemäß ergibt sich eine Überlagerung des Geschwindigkeitserhöhungseffektes, in dem die entsprechenden konstruktiven Elemente modulweise aufgebaut werden. Hierdurch kann eine variable Anpassung des Systems an die jeweilige Handhabungsaufgabe erfolgen.

Eine einfache konstruktive Gestaltung ergibt sich, wenn das lineare Planetengetriebe durch ein von der ersten Schlitteneinheit getragenes Zahnrad gebildet ist, welches gleichzeitig mit ersten Zahnstangenelementen der Trägereinrichtung und zweiten Zahnstangenelementen der zweiten Schlitteneinheit kämmt derart, daß beim Antrieb des Zugmittels mit einer vorgebbaren Geschwindigkeit die zweite Schlitteneinheit mit dem doppelten Wert der vorgebbaren Geschwindigkeit in Bewegungsrichtung linear vorschiebbar ist.

Mit der Verwendung eines Zahnrades in Kombination mit Zahnstangen als einfachste Ausführungsform eines linearen Planetengetriebes ergibt sich ein Verhältnis der Geschwindigkeiten zwischen der ersten Schlitteneinrichtung und der zweiten Schlitteneinrichtung entsprechend dem Faktor 2. Die Zwangsbewegung ergibt sich bei dieser Ausführungsform dadurch, daß das Zahnrad auf der ersten Schlitteneinheit gelagert ist und sich einerseits auf der Zahnstange der ortsfesten Trägereinrichtung und andererseits auf der Zahnstange der zweiten Schlitteneinheit abwälzt, so daß die zweite Schlitteneinheit in die Zwangsbewegung mit dem doppelten der Geschwindigkeit des ersten Schlittens versetzt wird.

Entsprechend ergibt sich bei einer konstruktiven Gestaltung mit einer dritten Schlitteneinrichtung, daß beim Antrieb des Zugmittels mit einer vorgebbaren Geschwindigkeit die dritte Schlitteneinheit mit dem dreifachen Wert der vorgebbaren Geschwindigkeit in Bewegungsrichtung linear vorschiebbar ist.

Vorzugsweise ist der erste Zugmitteltrieb mittels eines Motors, insbesondere eines Elektromotors angetrieben, welcher einen Teil der Handhabungseinrichtung bildet.

Um die Antriebskräfte der Zugmitteltriebe sicher zu übertragen, ist vorgesehen, daß die Vorspannkraft der ersten und/oder zweiten Zugmittelgetriebe mittels Spannelementen einstellbar ist.

Die Zugmittelgetriebe sind vorzugsweise Zahnriementriebe bestehend aus Zahnriemen und Zahnscheiben, die die jeweiligen Schlitteneinheiten mit Abstand umgeben.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen betreffen die Führungen, mit denen die jeweiligen Schlitteneinrichtungen untereinander verbunden sind, wobei vorzugsweise Rollenführungen verwendet werden.

Die Begrenzungen der jeweiligen Endlagen der Schlitteneinheiten werden durch Anschläge gebildet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Dabei zeigen

Fig. 1 einen seitlichen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung

Fig. 2 eine Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles

Fig. 3 Skizzen entsprechend Fig. 2 zur Funktion der Teleskop-Handhabungseinrichtung in der Mittelstellung (Fig. 3a), in der links ausgefahrenen Stellung (Fig. 3b) und in der nach rechts ausgefahrenen Stellung (Fig. 3c)

Fig. 4 eine Prinzipskizze zur Erläuterung der kinematischen Struktur des Ausführungsbeispieles der Erfindung nach Fig. 1-3.

Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Teleskop- Handhabungseinrichtung zur Handhabung von leichten bis sehr schweren Lasten. Hierzu befindet sich die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Einheit auf einem (nicht dargestellten) Hubwagen. Mit dem Hubwagen verschweißt sind ein erstes 1a und ein zweites 1b quadratisches Profil, welche gemeinsam mit einer ihnen zugeordneten Führungsschiene 1c eine ortsfeste Trägereinrichtung 1 bilden. An der Trägereinrichtung 1 angeflanscht befindet sich ein Elektromotor 3, welcher eine Antriebsrolle 4a für ein erstes Zugmittelgetriebe 4 antreibt. Das Zugmittelgetriebe 4 ist, wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, als Zahnriementrieb ausgebildet, welcher sich im wesentlichen längs einer ersten Schlitteneinheit 2 erstreckt, die einen sogenannten Laufschlitten darstellt. Die erste Schlitteneinheit 2 ist mittels Führungsrollen 2a in der Führungsschiene 1c der Trägereinrichtung 1 linear beweglich.

Die Führungsrollen 2a des Laufschlittens sind andererseits in Führungsschienen 5a einer zweiten Schlitteneinheit 5 angeordnet, die als Fahrträger ausgebildet ist. Der Fahrträger 5 fluchtet in seiner Bewegungsrichtung mit der Bewegungsrichtung der ersten Schlitteneinheit 2. Sowohl auf der ersten Schlitteneinheit 2 als auch auf der zweiten Schlitteneinheit 5 befinden sich als erstes bzw. zweites Eingriffsmittel dienende Zahnstangen 8a, 8b (Fig. 2), zwischen denen ein Zahnrad 8 angeordnet ist, welches mit den beiden Zahnstangen 8a, 8b kämmt. Das Zahnrad 8 bildet mit den Zahnstangen 8a, 8b und den ersten bzw. zweiten Schlitteneinheit 2, 5 ein lineares Planetengetriebe.

Das Zahnrad 8 selbst ist drehbeweglich auf der (linear verschieblichen) Schlitteneinheit 2 gelagert.

In äußeren Führungsschienen 5a der zweiten Schlitteneinheit 5 sind Führungsrollen 7a einer dritten Schlitteneinheit 7 gelagert, die als Transportschlitten ausgebildet ist. Der Transportschlitten 7 trägt die zu bewegende Last.

Die zweite Schlitteneinheit (Fahrträger) trägt ein zweites Zugmittelgetriebe 6, welches wiederum als Zahnriementrieb ausgebildet ist. Der zweite Zahnriementrieb 6 ist einerseits mit dem Laufschlitten (ersten Schlitteneinheit 2) kinematisch gekoppelt und andererseits auf der gegenüberliegenden Seite der zweiten Schlitteneinheit 5 mit dem Transportschlitten (dritte Schlitteneinheit 7).

Die jeweiligen Endlagen der ersten bzw. zweiten bzw. dritten Schlitteneinheiten sind durch Anschläge 10, 11 (Fig. 2) begrenzt. Ein weiterer Anschlag befindet sich unterhalb der dritten Schlitteneinrichtung 7. Die Vorspannkraft der Zahnriemengetriebe sind jeweils über Spannelemente einstellbar, um die Antriebskräfte der Zahnriemen sicher zu übertragen. Dazu sind beim Transportschlitten 7 auf der Rückseite und beim Laufschlitten 2 auf beiden Seiten Spannelemente angeschraubt.

Die Zahnriementriebe 4 bzw. 6 sind abgesehen von der Wahl der Zahnscheiben gleichartig gestaltet, wobei sie, wie dies Fig. 2 zu entnehmen ist, 90° zueinander versetzt sind.

Aus den Abb. 3a, 3b, 3c gehen die jeweiligen Hauptstellungen der Handhabungseinrichtung hervor. Im eingefahrenen Zustand (Fig. 3a) befindet sich der
Transportschlitten 7 in seiner Mittelstellung, während er bei rechter (Fig. 3c) bzw. linker (Fig. 3b) Extremstellung die gewünschten Endstellungen einnimmt.

In der Mittelstellung (Fig. 3a) sind zweiter und dritter Schlitten dabei so einander zugeordnet, daß sie in der von den Anschlußprofilen 1a, 1b eingegrenzten Fläche liegen und somit keine Kollisionen auftreten können.

Die Funktion des wie oben beschriebenen Ausführungsbeispieles wird im folgenden erläutert:

Dabei wird Bezug genommen insbesondere auf Fig. 4, die das kinematische Prinzip der Erfindung darstellt, wobei zur Erläuterung der zweite Zahnriementrieb 6 um 90° gegenüber Fig. 2 gedreht dargestellt ist.

Der um die ortsfeste Trägereinrichtung 1 verlaufende erste Zahnriemenantrieb 4 wird mittels der Antriebsrolle 4a vom Elektromotor 3 in Pfeilrichtung angetrieben. Die Transportgeschwindigkeit des ersten Zahnriemens wird mit V bezeichnet. Die erste Schlitteneinrichtung 2 (Laufschlitten) ist mit der Bewegung des ersten Zahnriemens 4 gekoppelt.

In ähnlicher Weise umgibt die zweite Schlitteneinheit 5 der zweite Riemen Zahnriemenantrieb 6. Auch der zweite Zahnriemenantrieb 6 ist mit dem Laufschlitten 2 kinematisch gekoppelt. Auf der Oberseite der zweiten Schlitteneinrichtung 5 (Fahrträger) ist die dritte Schlitteneinrichtung (Transportschlitten) 7 dargestellt.

Das Zahnrad 8 kämmt mit Zahnstangen 8a in der ortsfesten Trägereinrichtung 1 und mit Zahnstangen 8b im Fahrträger 5.

Durch die Zwangskopplung des Zahnrades 8 mit dem Laufschlitten 2 wird der Fahrträger 5 bei Bewegung des Zahnriemens 4 mit einer Geschwindigkeit V um eine Geschwindigkeit V₁ vorgeschoben, die dem doppelten der Geschwindigkeit V₁ entspricht. Da der Kraftangriffspunkt auf das Zahnrad 8 im Zahnradmittelpunkt liegt, kommt es somit zu einer Relativgeschwindigkeit des Fahrträgers 5 gegenüber dem Laufschlitten 2.

Darüber hinaus ergibt sich eine zweite Relativgeschwindigkeit des zweiten Zahnriemens 6 gegenüber dem Fahrträger 5, welcher mit dem Laufschlitten 2 verbunden ist. Hierdurch wird im Endeffekt der Transportschlitten 7 mit einer Geschwindigkeit V₂ in Bewegung gesetzt, die dem dreifachen der Bandgeschwindigkeit V des ersten Zahnriemens 4 entspricht.

Wird die Antriebsrichtung der Antriebsrolle 4a invertiert, ergeben sich die oben beschriebenen Verhältnisse in gleicher Weise jedoch in entgegengesetzter Vorschubrichtung.

Alternativ zu der beschriebenen Ausführung des linearen Planetengetriebes als Zahnradpaarung lassen sich Übersetzungsveränderungen durch Zwischenschaltung eines beliebigen Planetengetriebes ermöglichen. Dabei beeinflußt die Auslegung der einzelnen Getriebestufen des Planetengetriebes sowohl die Bewegungsrichtung als auch die Geschwindigkeit zwischen dem Transportschlitten 7 einerseits und dem Laufschlitten 2 andererseits.

Mit dem beschriebenen Ausführungsbeispiel lassen sich auch bei hohen Lasten sehr hohe Positioniergenauigkeiten erreichen. Da die Dimensionierungen des Zwanggetriebes und des Zugmittelgetriebes nur durch die Übertragung der zum Beschleunigen, Verzögern und gleichförmigen Verfahren benötigten Leistung der nachgeschalteten Elemente bestimmt ist, sind kleinste konstruktive Abmessungen möglich. Bei der Übertragung von Kräften bzw. Leistungen in Bewegungsrichtung der Verfahreinheiten sind diese Kraftübertragungseinheiten entsprechend ihrer Belastung auszulegen.

Eine Automatisierungsmöglichkeit ist dann gegeben, wenn der elektromotorische Antrieb einen Drehgeber erhält, so daß eine einfache Ansteuerung bzw. Anfahren der Endposition ermöglicht wird.

Bezugszeichenliste

1 ortsfeste Trägereinrichtung
1a erstes quadratisches Profil
1b zweites quadratisches Profil
1c Führungsschiene der Trägereinrichtung
2 erste Schlitteneinheit (Laufschlitten)
2a Führungsrollen des Laufschlittens
3 Antriebsmotor
4 erstes Zugmittelgetriebe
4a Antriebsrolle des ersten Zugmittelgetriebes
5 zweite Schlitteneinheit (Fahrträger)
5a Führungsschienen des Fahrträgers
6 zweites Zugmittelgetriebe
7 dritte Schlitteneinheit (Transportschlitten)
7a Führungsrollen des Transportschlittens
8 Zahnrad
8a erstes Eingriffsmittel (Zahnstange)
8b zweites Eingriffsmittel (Zahnstange)
9 Distanzstange
10 erster Anschlag
11 weiterer Anschlag
12 Anschlußblech

Claims (15)

1. Teleskop-Handhabungseinrichtung mit folgenden Merkmalen:

• - einer ortsfesten Trägereinrichtung (1),
• - einem sich in Bewegungsrichtung erstreckenden Getriebe (4),
• - einer gegenüber der Trägereinrichtung (1) linear beweglichen ersten Trag-/Fahreinheit (2), die fest mit dem Getriebe (4) gekoppelt ist,
• - einer gegenüber der Trägereinrichtung (1) und der ersten Trag-/Fahreinheit (2) linear beweglichen zweiten Trag-/Fahreinheit (5),
• - einem mit der ersten Trag-/Fahreinheit (2) gekoppelten linearen Planetengetriebe, welches gleichzeitig mit ersten Eingriffsmitteln (8a) der Trägereinrichtung (1) und zweiten Eingriffsmitteln (8b) der zweiten Trag-/Fahreinheit (5) in Eingriff steht derart, daß beim Antrieb des Getriebemittels (4) mit einer vorgebbaren Geschwindigkeit (V) die zweite Trag-/Fahreinheit (5) mit einer entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes erhöhten Geschwindigkeit in Bewegungsrichtung linear vorschiebbar ist.

2. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Trag-/Fahreinheit (5) ein weiteres Getriebe (6) aufweist, das fest mit der ersten Trag-/ Fahreinheit (2) gekoppelt ist, und daß eine gegenüber der Trägereinrichtung (1) und den ersten und zweiten Trag-/Fahreinheiten (2, 5) linear verfahrbare dritte Trag-/Fahreinheit (7) vorgesehen ist, die fest mit dem weiteren Getriebe (6) gekoppelt ist.

3. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder das weitere Getriebe ein Zugmittelgetriebe (6) ist.

4. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder das weitere Getriebe ein Getriebe mit Kraftübertragungselementen ist, die pneumatisch, hydraulisch oder motorisch angetrieben sind.

5. Handhabungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trag-/Fahreinheit (2, 5, 7) jeweils Schlitteneinheiten sind.

6. Handhabungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Anspruche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das lineare Planetengetriebe durch ein von der ersten Schlitteneinheit (2) getragenes Zahnrad (8) gebildet ist, welches gleichzeitig mit ersten Zahnstangenelementen (8a) der Trägereinrichtung (1) Schlitteneinheit (5) kämmt derart, daß beim Antrieb des Zugmittels mit einer vorgebbaren Geschwindigkeit (V) die zweite Schlitteneinheit (5) mit dem doppelten Wert der vorgebbaren Geschwindigkeit in Bewegungsrichtung linear vorschiebbar ist.

7. Handhabungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das lineare Planetengetriebe durch ein von der ersten Schlitteneinheit (2) getragenes Zahnrad (8) gebildet ist, welches gleichzeitig mit ersten Zahnstangenelementen (8a) der Trägereinrichtung (1) und zweiten Zahnstangenelementen (8b) der zweiten Schlitteneinheit (5) kämmt derart, daß beim Antrieb des Zugmittels mit einer vorgebbaren Geschwindigkeit (V) die dritte Schlitteneinheit (7) mit dem dreifachen Wert der vorgebbaren Geschwindigkeit in Bewegungsrichtung linear vorschiebbar ist.

8. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zugmitteltrieb (4) mittels eines Motors (3), insbesondere eines Elektromotors, angetrieben ist.

9. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannkraft der ersten und/oder zweiten Zugmittelgetriebe (4, 6) mittels Spannelementen einstellbar ist.

10. Handhabungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugmittelgetriebe (4, 6) Zahnriementriebe sind.

11. Handhabungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zugmitteltrieb (4) alternativ in zwei entgegengesetzte lineare Richtungen antreibbar ist.

12. Handhabungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schlitteneinrichtung (2) von Führungen der Trägereinrichtung (1, 1a, 1b) getragen ist.

13. Handhabungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schlitteneinrichtung (5) beidseitige Führungen (5a) insbesondere Rollenführungen, aufweist, mit denen sie einerseits in der ersten Schlitteneinheit (2) gelagert ist und andererseits die dritte Schlitteneinheit (7) trägt.

14. Handhabungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schlitteneinrichtung (5) an beiden äußeren Seiten zur Führung des zweiten Zugmittelgetriebes (6) geschlitzt ist.

15. Handhabungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Anschläge (10, 11) zur Begrenzung der Endlagen der zweiten bzw. dritten Schlitteneinrichtungen vorgesehen sind.