DE19931791A1 - Flurfördersystem mit einspuriger Intervallschleifleitung - Google Patents

Description

In der Bodenfahrzeugförderertechnik (Flurförderer mit einzel­ nen Fahrzeugen) haben sich bisher hauptsächlich 2 Konzepte be­ hauptet:

1. Schleppkettenförderer

Die einzelnen Fahrzeuge werden hier durch im Fußboden ver­ legte Schleppketten bewegt.

Nachteile: Sehr großer mechanischer Aufwand, umfangreiche und kostspielige Bauarbeiten beim Verlegen oder Umverlegen (Ändern) der Trasse (Ausbaggern von Rillen für den Kettenka­ nal im Boden, dessen Einbetonieren, Ausheben von Gruben für Antriebe, Weichen, Spann- und Stopstationen, umfangreiche Betonierarbeiten, Installieren der voluminösen aufwendigen Unterflurmechanik . . .). Die Schleppketten eines Förderer­ kreises müssen praktisch ununterbrochen bewegt werden, auch wenn betriebsbedingt vorübergehend nur ein einziges Fahrzeug im gesamten Kreis bewegt werden muß, was hohen Energiever­ brauch und hohen Verschleiß der Kettenkanalkomponenten zur Folge hat.

Das System stammt aus den Zeiten des allmählichen Übergangs vom Dampfmaschinen- zu Elektro-Antrieb und ist zu unflexibel für die Ansprüche der moderne Produktionsdynamik; und für das rasante Fortschrittstempo von heute.

2. Fahrerlose Transportsysteme (FTS)

Die Fahrzeuge sind mit Elektromotoren und aufladbaren Batte­ rien mit möglichst großer Kapazität ausgestattet und werden elektronisch geführt (Induktionsleitungen im Fußboden ent­ lang der Trasse oder "Lasernavigation").

Nachteile: Fahrzeuge sind sehr teuer, das Gewicht der Batte­ rien überschreitet das Gewicht der Nutzlast um das 2- bis 4-fache, hoher Wartungsaufwand (sowohl an den Fahrzeugen als auch an den Batterien), oftes lästiges und nicht unproblema­ tisches Nachladen der Batterien, Probleme mit der sehr komp­ lizierten und störanfälligen Kurssteuerung, für Werkshallen mit relativ "rauhen" Betriebsverhältnissen (z. B. Pressehal­ len, Karosseriebau etc.) zu empfindlich.

Das seit mehr als 100 Jahren bekannte und auf den ersten Blick­ sehr einfache Konzept mit Elektroantriebsmotoren ausgestatteten Fahrzeugen, die über Stromabnehmer (Schleifkontakte) durch im Fußboden verlegte Führungsschienen mit Schleifleitungen mit Elek­ troenergie versorgt werden, hat sich bis heute in der industriel­ len Fördertechnik nur sehr wenig durchgesetzt, hauptsächlich aus folgenden Gründen:

• - In den Werkshallen kann bei Verlegen von Schleifleitungen im Fußboden aus Sicherheitsgründen eine nur sehr niedrige elek­ trische Spannung eingesetzt werden.
  Folgen: sehr hoher Strom und Kontaktschwierigkeiten des Stromabnehmers mit der Schleifleitung.
  Die Kontaktschwierigkeiten im niederen Spannungsbereich sind in der Elektrotechnik bekannt: Der sich auf den Kon­ taktflächen laufend bildende Korrosionsfilm, welcher wie eine Isolierschicht die zu kontaktierenden Teile trennt, wird wegen geringen Feldstärken bei niedriger Spannung zu schwach "durchgeschlagen". Kontakttschwierigkeiten aus genanntem Grund kann es auch wegen einer dünnen Staub- oder Schmutz­ schicht geben.
• - Die Schleifleitungen müssen durchgehend sauber gehalten wer­ den, ein einziger hartnäckiger Schmutzfleck kann zum Anhal­ ten des Fahrzeugs führen. Das macht das System störanfällig, unzuverlässig und pflegeintensiv und führt zu hohen Betriebs­ kosten.
• - Durch den wegen niedriger Spannung sehr hohen Strom kommt es an den Stellen mit schlechtem Kontakt der Stromabnehmer mit den Schleifleitungen zur starken Erwärmung mit Funkenbildung, welche durch die Induktivität der Motorwicklungen intensiviert wird. Dadurch werden die Stromabnehmer und die Schleifleitun­ gen systematisch beschädigt.
• - Ein Problem ist auch, daß entlang der Trasse mindestens zwei Schleifleitungen verlegt werden müssen (2 Pole der elektri­ schen Spannung). Der Abstand zwischen diesen 2 Schleifleitun­ gen muß ausreichend groß sein, um Kurzschlüsse durch kleine Metallgegenstände, die im Betriebsalltag zufällig auf dem Fußboden "landen" (z. B. Schrauben, Muttern, Schweißelektro­ denreste), zu vermeiden.
  Folgen: Der gesamte Schleifleitungskanal fällt sehr breit aus, die Rillen, die im Fußboden für einen solchen Kanal ausgefräst oder ausgebaggert werden müssen, sind nicht selten breiter als die Rillen für Schleppkettenkanäle mechanischer Flurför­ deranlagen.
  An den Weichen müssen sich die 2 Schleifleitungen (die unter unterschiedlichen Potentialen der elektrischen Spannung ste­ hen) kreuzen, was auch nicht unproblematisch ist.

Der Gegenstand der vorliegenden Patenanmeldung ist ein Flurför­ derbahnsystem mit im oder auf dem Fußboden verlegtem Stromzufüh­ rungskanal und mit Elektroantriebsmotoren ausgestatteten Fahrzeu­ gen, welches frei von den genannten Nachteilen ist.

Der Stromzuführungskanal (Fig. 1 bis 4) des Systems enthält keine 2 nebeneinander verlaufende Schleifleitungen, er ist einspurig, die im Kanal verlegte (einspurige) Schleifleitung ist nicht ununter­ brochen, sondern besteht aus Abschnitten (L1, Fig. 1), die wie­ derum aus je einem stromleitendem (2) und aus einem Abschnitt aus elektroisolierendem Material (3) bestehen.

Die auf den Zeichnungen mit (+) und (-) gekennzeichneten 2 Pole der elektrischen Spannung werden abwechselnd an den aufeinander folgenden stromleitenden Abschnitten (2) angelegt, auf einen Mi­ nuspol-Abschnitt folgt somit ein Pluspol-Abschnitt und umgekehrt (Fig. 1 und Fig. 5), wobei (+) und (-) in dieser Beschreibung zur Kennzeichnung unterschiedlicher Potentiale (Pole) verwendet wer­ den und hier nicht unbedingt Gleichstrom bedeuten, das System kann mit Gleich- oder Wechselspannung am Stromzuführungskanal ausgelegt werden.

Die Stromabnehmer (5) sind am Fahrzeug hintereinander angeordnet (Fig. 5), sie laufen in der gleichen Spur (eine zweite gibt es ja bei diesem System nicht) und sind in solcheinem Abstand (L1, Fig. 5) am Fahrzeug angebracht, daß sie sich beim Bewegen auf leitenden Schleifleitungsabschnitten (2) auf solchen mit unter­ schiedlichen elektrischen Polen befinden (Fig. 5 - hinten (+), wenn vorn (-), bei Weiterbewegung dann umgekehrt usw.).

Die Fahrzeuge sind mit Energiespeichern (10) ausgestattet, durch deren Energievorrat sie weiterbewegt werden, wenn sich die Strom­ abnehmer auf den isolierenden Abschnitten (3) der Schleifleitung befinden oder auch bei Unterbrechung der Stromzufuhr wegen örtli­ cher Schienenverschmutzung.

Als Energiespeicher (10) können z. B. wartungsfreie aufladbare Billigbatterien (aus Massenproduktion) mit sehr kleiner Kapazität (im Vergleich z. B. zu FTS-Fahrzeugen) dienen.

Solche Batterien haben im Vergleich zu Fahrzeuggewicht oder Nutz­ last ein sehr geringes Gewicht und können ohne Platzprobleme unter der Fahrzeugplattform angebracht werden (10, Fig. 5).

Als Energiespeicher können auch Kondensatoren ausreichender Ka­ pazität eingesetzt werden (z. B. Gold-Caps).

Zum Zweck der Unterdrückung der Funkenbildung beim Herübergleiten des Stromabnehmerschleifkontakts vom stromleitendem Abschnitt (2) der Schleifleitung auf den isolierenden Abschnitt (3) können un­ terschiedliche Methoden verwendet werden, z. B. eine der folgen­ den zwei:

Methode 1: Jeder Stromabnehmer (5, Fig. 8) besteht aus mindestens zwei Schleifkontakten (6), die separat mit einer Schaltung (9) am Fahrzeug verbunden sind, durch welche die Stromaufnahme (von der Schleifleitung) unterbrochen wird, sobald einer der Schleif­ kontakte keinen elektrischen Kontakt mit einem der leitenden Abschnitte (2) der Schleifleitung hat.

Methode 2: Jeder Stromabnehmer (5, Fig. 9) besteht aus 3 Schleif­ kontakten, wobei Strom für die Antriebsmotoren und den Speicher nur durch den mittleren Schleifkontakt (6) aufgenommen wird. Der vordere und der hintere Zusatzschleifkontakte (7) dienen le­ diglich zur Stromaufnahmesteuerung: Die Stromaufnahme über den mittleren Schleifkontakt (6) wird durch die Schaltung (9) unter­ brochen, sobald der vordere oder der hintere Zusatzschleifkontakt (7) keinen elektrischen Kontakt mit einem der leitenden Abschnit­ te (2) der Schleifleitung hat.

Durch die Schaltung (9) wird außerdem der über die Stromabnehmer "kommende" Strom so gewandelt, daß damit die Antriebsmotoren ge­ speist und der Energiespeicher (10) aufgeladen werden kann.

Die Fahrzeuge können mit einem Antrieb-Lenksystem ausgestattet werden (Fig. 5 bis 7), bei welchem eine Achse des Fahrzeugs als An­ triebs-Lenkachse (11) dient. Die 2 Räder (13a und 13b) dieser Achse werden durch separate Motoren (14) mit veränderbarer Dreh­ geschwindigkeit (veränderbarer Drehzahl) angetrieben.

Am Ende der Lenkdeichsel (12) ist eine Gebereinheit (16 - z. B. Differentialpotentiometer) angebracht. Das Verstellglied dieser Gebereinheit ist mit einem mechanischen Trassenabtaster (15, z. B. Führungsrolle), welcher sich entlang der Rille des Stromzuführungs­ kanals bewegt, verbunden.

Gelangt das Fahrzeug an einen bogenförmigen Abschnitt der Trasse, so wird der mechanische Trassenabtaster quer zur Wagenachse bewegt (Fig. 5, Pfeile), er bewegt dabei das mit ihm verbundene Verstell­ glied der Gebereinheit (16) so, daß dies ein unterschiedliches Verstellen der Drehgasgeschwindigkeiten der Antriebsmotoren bewirkt. Das eine Rad (z. B. 13a, Fig. 5 und 6) läuft jetzt schneller als das andere (13b), wodurch die Antriebs-Lenkachse (11) in Schrägstel­ lung (Fig. 6) gebracht wird.

Durch diese Schrägstellung wird aber die Position der Gebereinheit (16) an der Lenkdeichsel (12) im Bezug auf das Fahrzeuggestell ver­ ändert. Das Letztere bewirkt, daß das Verstellglied im Bezug zur Gebereinheit in Richtung Neutralstellung bewegt wird (Fig. 6 und 7).

Bei Geradeausfahrt befindet sich das Verstellglied im neutraler Stellung der Gebereinheit (Antriebsräder bewegen sich mit gleicher Geschwindigkeit).

Die Antriebs-Lenkachse (11) kann ungeteilt (Fig. 6) oder geteilt (Fig. 7) gestaltet werden.

Der Schleifleitungskanal hat einen geringen Gesamtquerschnitt (Fig. 2), dem entsprechend klein ist auch der Querschnitt der Ril­ le, die im Fußboden zum Verlegen des Kanals erforderlich ist, der Stromschienenkanal kann ohne Betonarbeiten verlegt werden, er kann auch an Stellen, wo es die Betriebsbedingungen erlauben, auf dem Fußboden (ohne Versenken, Fig. 3) verlegt werden, dabei kann er an Stellen, wo er z. B. durch Gabelstapler überfahren werden muß, mit kurzen Auf- und Abfahrrampen versehen werden (4, Fig. 4).

Das System ist somit sehr flexibel, neue Trassenabschnitte können schnell verlegt, vorhandene - schnell umverlegt werden.

An den Weichen gibt es keine Stellen, an welchen sich elektrisch leitende Teile mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen kreuzen müssen (einfache Konstruktion, keine erhöhte Kurzschluß­ gefahr).

Die Wahrscheinlichkeit eines Kurzschlusses durch kleine Metall­ gegenstände, die im Fabrikhallen-Betriebsalltag auf dem Fußboden "landen" und in den Kanal gelangen könnten (meistens Schrauben, Muttern und kurze Schweißelektrodenreste), ist äußerst gering, denn die isolierenden Abschnitte (3) im Schleifleitungskanal (1) haben eine relativ große Länge.

Solche in den Schleifleitungskanal gelangte Metallgegenstände werden nach bekannter Methode "eingesammelt": Sie werden von den Stromabnehmern entlang dem Schleifleitungskanal geschoben - bis zu den in regelmäßigen Abständen angeordneten Fangtaschen, in welche sie hineinfallen.

Da die nicht beladenen Fahrzeuge ein geringes Gewicht haben, kann das System problemlos als kombiniertes Flur-Overhead-System oder Zweietagensystem eingesetzt werden (Fig. 10), bei welchem die Fahrzeuge durch Hub-Senkwerke (17) vom Fußboden zu Trassen­ abschnitten, die z. B. auf hängend angebrachten Schutzkörben (18) bzw. auf einer anderen Etage des Gebäudes verlegt sind, gehoben (bzw. abgesenkt) werden.

Claims (21)

1. Flurförderbahnsystem, bei welchem die einzelnen Fahrzeuge (8) mit Antriebselektromotoren (14) ausgestattet sind und über ei­ nen im oder auf dem Fußboden verlegten Stromzuführungskanal mit Schleifleitung über Stromabnehmer (5) mit Elektroenergie versorgt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Trasse für zwei Pole der elektrischen Spannung keine zwei (oder mehr) parallel lau­ fende Schleifleitungen verlegt sind, sondern beide Pole der elektrischen Spannung über nur eine einspurige Schleifleitung (1, Fig. 1 bis 4) den Fahrzeugen zugeführt werden.
Zu diesem Zweck ist die Schleifleitung nicht ununterbrochen, sondern sie besteht aus Abschnitten (Fig. 1), abwechselnd aus elektrisch leitendem (2) und isolierendem (3) Material, wobei die leitenden Abschnitte (2) an unterschiedliche Pole der Span­ nung angeschlossen sind, in der Regel abwechselnd an den einen (+, Fig. 1) und den anderen Pol (-, so daß in der Regel zwei aufeinander folgende leitende Abschnitte (L2) unter unterschied­ lichen Potentialen der Spannung stehen), und wobei jedes Fahr­ zeug mit mindestens zwei hintereinander angeordneten Stromabneh­ mern (5, Fig. 5) ausgestattet ist, dessen Abstand (L1, Fig. 5) auf die Schleifleitung so abgestimmt ist, daß sich beim Bewegen der Stromabnehmer auf den stromleitenden Abschnitten (2) in der Regel mindestens zwei Stromabnehmer auf Abschnitten mit unter­ schiedlichen Potentialen der elektrischen Spannung befinden.

2. Fördersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Fahrtrichtung gemessene Länge des Stromabnehmers (La, Fig. 6) kleiner ist als die Länge des isolierenden Abschnitts (L3) der Schleifleitung um Kurz­ schlüsse über die Stromabnehmer beim Überfahren der isolieren­ den Abschnitte (3) zu vermeiden.

3. Fördersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Fahrzeug mit einem Energie­ speicher (10) ausgestattet ist - zum Zweck der Überwindung von Streckenabschnitten, an welchen die Energieversorgung über die Schleifleitung unterbrochen ist, z. B. wenn sich ein Stromab­ nehmer auf einem isolierenden Abschnitt (3) der Schleifleitung befindet oder wegen Kontaktstörungen mit der Schleifleitung am Stromabnehmer.
Der Energievorrat dieses Speichers wird bei intakter Energie­ zufuhr aus der Schleifleitung aufgefüllt.

4. Fördersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Energiespeicher eine elektri­ sche aufladbare Batterie (Akku) eingesetzt wird.

5. Fördersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle des Einsatzes von Auto- Starterbatterien als Energiespeicher das Fahrzeug mit einer Vorrichtung ausgestattet ist, durch welche die Batterie periodisch oder während der Fahrzeugbewegung permanent "ge­ rüttelt" oder geschaukelt wird (um Schlammbildung in der Batterie zu verhindern).

6. Fördersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Energiespeicher ein elektri­ scher Kondensator (oder ein Kondensatorenbatterie) mit aus­ reichender Kapazität eingesetzt wird.

7. Fördersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stromabnehmer (5) aus min­ destens 2 in Fahrtrichtung angeordneten Schleifkontakten (6) besteht (Fig. 5 und Fig. 8) und daß das Fahrzeug mit einer Schaltung (9) ausgestattet ist, die bewirkt, daß Strom aus der Schleifleitung nur dann aufgenommen wird, wenn alle Schleifkontakte (6) elektrischen Kontakt mit den leitenden Abschnitten (2) der Schleifleitung haben.

8. Fördersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stromabnehmer (5) mit Zu­ satzschleifkontakten (7, Fig. 9) versehen ist, welche in Fahrtrichtung gesehen jeweils vor und hinter dem Stromabneh­ merkontakt (6) angeordnet sind und welche keinen Strom für die Antriebsmotoren und Energiespeicher Aufnehmen, sondern lediglich zur Stromaufnahmesteuerung dienen:
Die Schaltung (9) bewirkt, daß nur dann Strom über die Strom­ abnehmerkontakte (6) aufgenommen wird, wenn alle Zusatzschleif­ kontakte (7) elektrischen Kontakt mit einem leitenden Ab­ schnitt (2) der Schleifleitung haben.

9. Fördersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher zusätzlich zu seiner Speicherfunktion auch zum Unterdrücken der Funkenbil­ dung bei Kontaktunterbrechungen an der Schleifleitung genutzt wird (z. B. durch Erweitern der Schaltung).

10. Fördersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein mechanischer Energiespeicher (z. B. Feder- oder Girospeicher) eingesetzt wird.

11. Fördersystem nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassung der Schleifleitung (Schleifleitungskanal 1) zum mechanischen Führen der Fahrzeuge genutzt wird (mit oder ohne Servounterstützung der Lenkung am Fahrzeug).

12. Fördersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Fahr-Antrieb und die Lenkung des Fahrzeugs durch 2 Antriebsmotoren, deren Drehgeschwindigkeit sich verändern läßt, bewerkstelligt wird, und von welchen ei­ ner das linke (13a), der andere das rechte Rad (13b) an der Lenk-Antriebsachse (11) antreibt, wobei die Lenkstellung der Lenk-Antriebsachse durch Steuern der Drehzahlen der 2 ange­ triebenen Räder (13a und 13b) fixiert oder verändert wird. Zu diesem Zweck ist am Fahrzeug ein mechanischer Trassenabta­ ster (15), welcher bei der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs entlang der Rille des Stromzuführungskanals gleitet (oder rollt), angebracht, durch dessen Bewegungen am Fahrzeug quer zur Fahrtrichtung der Verlauf der Strecke abgetastet wird (Fig. 5 bis 7). Der Taster (15) ist mit dem Verstellglied einer Gebereinheit (16) verbunden, über welche die Drehge­ schwindigkeiten der 2 Antriebsmotoren so gesteuert werden, daß beim Verschieben des Verstellgliedes der Gebereinheit (16) nach rechts (in Bezug auf die Gebereinheit, in Fahrt­ richtung gesehen) die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung des rechten Rades (13b) kleiner wird als die des linken (13a), wodurch das rechte Rad vom linken überholt wird und dadurch die Stellung der Lenk-Antriebsachse (11) verändert wird (Lenkung nach rechts, Fig. 6), beim Verschieben des Verstel­ lgliedes durch den mechanischen Trassenabtaster (15) nach linkes - umgekehrt.
Je weiter das Verstellglied der Gebereinheit (16) von seiner neutralen (mittleren) Stellung an der Gebereinheit nach links oder nach rechts verschoben wird, desto größer der Unter­ schied der Geschwindigkeiten der Vorwärtsbewegung des linken und rechten Antriebsrades (durch Verstellen der Drehgeschwin­ digkeiten der Antriebsmotoren).
In der mittleren (neutralen) Stellung des Verstellgliedes (bezogen auf die Gebereinheit) sind die Geschwindigkeiten der Vorwärtsbewegung des linken und des rechten Rades gleich (Geradeausfahrt).

13. Fördersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebereinheit (mit Trassenab­ taster 15) am Fahrzeug so angeordnet ist (Fig. 6), daß sie durch die Lenkbewegungen der Antrieb-Lenkachse (11) aus der Geradeausstellung in Kurvenfahrtstellung so mitbewegt wird, daß durch diese Bewegung das Verstellglied der Gebereinheit (16) in Richtung seiner Neutralstellung (bezogen auf die Gebereinheit) bewegt wird (z. B. an einer mit der Antriebs- Lenkachse (11) verbundenen Lenkdeichsel (12, Fig. 5, 6 und 7).

14. Fördersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Trassenabtaster (15) eine Rolle mit horizontaler Drehachse eingesetzt wird.

15. Fördersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Trassenabtaster (15) ein Bolzen mit vertikaler Drehachse eingesetzt wird.

16. Fördersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Trassenabtaster (15) einer von den zwei Stromabnehmern (5) genutzt wird.

17. Fördersystem nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder der Fahrzeuge nicht direkt auf dem Boden, sondern auf Profilen, welche als Laufflächen für die Räder oder als Führungsprofile dienen, laufen.

18. Fördersystem nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifleitungskanal (1) im Fußboden versenkt verlegt ist, wobei seine Oberkante bündig oder auch nicht bündig mit der Oberfläche des Fußbodens ist (Fig. 2).

19. Fördersystem nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifleitungskanal (1) auf der gesamten Trasse oder nur auf Teilen der Trasse direkt auf dem Fußboden (ohne Versenken) oder über dem Fußboden verlegt ist (Fig. 3).

20. Fördersystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der auf dem Fußboden verlegte Schleifleitungskanal (1) seitlich mit Rampen (4, Fig. 4) versehen ist, hauptsächlich um das Überfahren durch allerlei Fahrzeuge (z. B. Gabelstapler) zu erleichtern.

21. Fördersystem nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Trasse der Flurför­ derbahn auf unterschiedlichen Ebenen verlegt sind (E1, E2, Fig. 10), z. B. auf dem Fußboden und auf einem Schutzgit­ tersteg (18) oder auf unterschiedlichen Stockwerken eines Gebäudes.
Die Fahrzeuge können durch Hub-Senkwerke (17) von einer Ebene auf die andere gehoben bzw. abgesenkt werden.