DE202004017199U1

DE202004017199U1 - Lifting, rotating and swiveling unit to be used in assembly and transport, comprising integrated electric drives

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Publication number: DE202004017199U1
Application number: DE202004017199U
Authority: DE
Original assignee: INST INNOVATIVE TECHNOLOGIEN T; Institut fuer Innovative Technologien Technologietransfer Ausbildung und Berufsbegleitende Weiterbildung ITW eV
Current assignee: INST INNOVATIVE TECHNOLOGIEN T; Institut fuer Innovative Technologien Technologietransfer Ausbildung und Berufsbegleitende Weiterbildung ITW eV
Priority date: 2004-11-03
Filing date: 2004-11-03
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2014-11-04

Abstract

The unit comprises a linear drive with a prismatic rotor (1) provided with magnetic elements (2) and a carrier plate (8) positioned at the front. Coil elements (3) are arranged around the inner surface of the base (4) of the drive forming a cylindrical housing (5) with an annulus (7) open at the top and accommodating the rotor (10) of a torque drive serving as the swivel axis. The rotor (10) is attached to an element (14) used for joining the moving parts and is rotary joined to the rotor (1) of the linear drive. Coil elements (15) of the base (16) of a torque drive are arranged at an outer cylindrical part of the housing (13).

Description

Die Erfindung betrifft eine Hub-, Schwenk- und Dreheinheit für Handhabungs- und Montagetechnik, bestehend aus integrierten elektromotorischen Direktantrieben für eine Hubbewegung und eine Schwenk- und Drehbewegung.The The invention relates to a lifting, pivoting and rotating unit for handling and assembly technology, consisting of integrated electromotive Direct drives for a lifting movement and a pivoting and rotating movement.

Die hohen Anforderungen an Bauteil- und Fügetoleranzen, Oberflächengüte, Sauberkeit der Fügeflächen usw. in der automatisierten Fertigung und Montage feinwerk- und mikrotechnischer Produkte sind nur unter Reinraumbedingungen prozesssicher zu erfüllen. Die exakte Gewährleistung solcher definierten Umgebungsbedingungen durch Klimatisierung und Luftreinigung ist mit hohen Investions- und Betriebskosten der Produktionsanlagen verbunden. Die Hersteller sind daher bestrebt, die Größe der Reinräume zu minimieren. Der Raum für Einrichtungen zum Handhaben und Positionieren sowie für das Fügen ist dadurch stark eingeschränkt. Modulare Fertigungssysteme zur Herstellung feinwerk- und mikrotechnischer Produkte der Mikrofluidik, Mikrooptik, Optoelektronik, Mechatronik oder der Hochfrequenztechnik übernehmen Produktionslayouts aus der Mikroelektronikproduktion. Sie nutzen daher Roboter-Handhabungslösungen meist nur zum Kommissionieren, Zu- und Abführen der Bauteile und Baugruppen aus dem Reinraum. Die Roboter werden zum Beispiel zentral zwischensternförmig angeordneten Gerätemodulen mit ein- oder zweiachsigen Positioniereinheiten aufgebaut.The high demands on component and joining tolerances, surface quality, cleanliness the joining surfaces etc. in the automated production and assembly of fine and microtechnical Products can only be reliably fulfilled under clean room conditions. The exact warranty such defined environmental conditions by air conditioning and Air purification is associated with high investment and operating costs of the production equipment connected. The manufacturers are therefore anxious to minimize the size of the clean rooms. The room for Facilities for handling and positioning and for joining is severely limited. Modular manufacturing systems for the production of fine and microtechnical Products of microfluidics, micro-optics, optoelectronics, mechatronics or the high frequency technology Production layouts from microelectronics production. you use hence robot handling solutions usually only for picking, supply and removal of components and assemblies from the clean room. For example, the robots are centrally arranged between star-shaped device modules constructed with single or biaxial positioning units.

In der Mechatronik-Produktion, z.B. bei der Endmontage von Hochgeschwindigkeitsspindeln, der Kunststofftechnik, der Herstellung von Injektoren für Einspritzsysteme des Automobils oder beim Fügen von Mikrooptiken sind die zu bewältigenden Handhabungsaufgaben jedoch ungleich komplexer. Die Montage und Fügebedingungen der Bauteile mit hoher Zahl an Freiheitsgraden führen im Gegensatz zu Silizium basierten Mikrotechnologie und Mikroelektronik zu räumlichen Bewegungsabläufen, die wirtschaftlich nur mit automatischen Mehrachs-Handhabungssystemen (Industrierobotern) zu bewältigen sind. Dazu muss der Roboter jedoch direkt im Gerätemodul aufgebaut werden.In mechatronic production, e.g. in the final assembly of high-speed spindles, the plastics industry, the production of injectors for injection systems of the automobile or when joining Micro-optics are the ones to be mastered Handling tasks, however, much more complex. The assembly and joining conditions The components with a high number of degrees of freedom lead in contrast to silicon based on microtechnology and microelectronics spatial Movements, the economical only with automatic multi-axis handling systems To master (industrial robots) are. To do this, however, the robot must be set up directly in the device module.

Knickarm- und Scara-Roboter besitzen in den Achsen mechanische Übertragungslieder, die selbst eine wesentliche Quelle für Kontamination der Reinraumumgebung darstellen. Um den Roboter-Bauraum im unmittelbaren Arbeitsraum gering zu halten und Dynamik und Stabilität zu gewährleisten, werden die einzelnen Achsen über Zahnriemen, Wellen und Präzisionsgetriebe zur Untersetzung der hohen Drehzahlen mit den Motoren in der Basis des Roboters verbunden. Die mechanische Übertragung führt zu Verschleiß, Abrieb und damit Partikelkontamination des Reinraumes. Die in der Bauart begründete ungünstige Anordnung der Industrieroboter über dem Arbeitsbereich der Reinraummontagezelle behindert die zur Einhaltung der Reinraumklassen 10 oder 1 erforderliche turbulenzarme Verdrängungsströmung (Laminar Flow) zur Luftreinigung. Der Luftstrom reißt, bevor er die Arbeitsebene erreicht, an den darüber stehenden großzügig abgedichteten Roboterarmen und -gelenken ab. Die kontaminierte Raumluft wird dann in der Arbeitsebene nicht mehr verdrängt bzw. Ausgetauscht. Die mechanischen Glieder der Antriebe sind zudem sehr wartungsintensiv und wartungsunfreundlich.articulated arm and Scara robots have mechanical transmission links in the axes, itself an essential source of contamination of the clean room environment represent. To the robot space in the immediate workspace The individual will be kept low and dynamic and stable Axes over Timing belts, shafts and precision gears for reducing the high speeds with the motors in the base connected to the robot. The mechanical transmission leads to wear, abrasion and thus particle contamination of the clean room. The in the style founded unfavorable Arrangement of industrial robots over the Workspace of the cleanroom mounting cell obstructs compliance cleanroom classes 10 or 1 required low turbulence displacement flow (laminar Flow) for air purification. The airflow breaks before moving to the working plane reached to the above standing generously sealed Robot arms and joints. The contaminated room air is then no longer displaced or exchanged in the work plane. The Mechanical links of the drives are also very maintenance-intensive and maintenance-friendly.

In der Zeitschrift „Konstruktion", Ausgabe 07-08/2003, Rubrik Produkte + Systeme (Automatisierung), Seite 28, ist ein Roboter beschrieben, der eine Hub- und Schwenkeinheit betrifft. Die Hub- und Schwenkbewegungen sind von elektromotorischen Direktantrieben konzipiert. Dabei ist koaxial auf den Läufer eines Linearmotors der Rotor eines Elektromotors mittels Umlaufführung aufgesetzt. Diese Konstruktion weist den Nachteil auf, dass verhältnismäßig hoch gebaut werden muss, was sich auf den Raumbedarf der Einrichtung bei der Kleinhaltung eines Reinraumes nachteilig bemerkbar macht und zu einer verhältnismäßig hohen Momentenbelastung der Einheit nach der Aufnahme von Handhabungs- und Montagetechnik führt.In the journal "Construction", issue 07-08 / 2003, Products + Systems (Automation), page 28, is a robot described, which relates to a lifting and pivoting unit. The lifting and slewing motions are of electromotive direct drives designed. It is coaxial with the rotor of a linear motor of Rotor of an electric motor mounted by means of circulation guide. This construction has the disadvantage of having to build relatively high, what about the space requirements of the device in the small housing a clean room disadvantageously noticeable and to a relatively high Moment load of the unit after receiving handling and Assembly technology leads.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hub-, Schwenk- und Dreheinheit für Handhabungs- und Montagetechnik, bestehend aus integrierten elektromotorischen Direktantrieben für eine Hubbewegung und eine Drehbewegung, zu entwickeln, die insbesondere für Reinraumumgebung geeignet ist und verhältnismäßig klein und flach ist.task The invention relates to a lifting, pivoting and rotating unit for handling and assembly technology, consisting of integrated electromotive Direct drives for a lifting movement and a rotary motion, in particular, to develop for cleanroom environment is suitable and relatively small and is flat.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Hubachse aus einem Linearmotor besteht, dessen Läufer prismatisch ausgebildet ist und durch eingeklebte Magnetplatten einen Dauermagneten bildet sowie am vorderen Ende eine Trägerplatte aufweist und über eine Längsbohrung verfügt; ein Ständer des Linearmotors mit seinen innen angeordneten Spulenkörpern ein zylindrisches Gehäuse mit einem oben offenen Ringraum bildet, in dem Ringraum ein Rotor eines Torquemotors als Schwenk- und Drehachse angeordnet ist, der Rotor über eine Aufnahmeplatte zum Ankoppeln der Handhabungs- und Montagetechnik auf der Trägerplatte mittels einer Umlauflagerung gehalten sowie durch Führungselemente am Läufer des Linearmotors dreh- schwenkbar gelagert ist, sowie Spulenkörper eines Ständers des Torquemotors am äußeren zylindrischen Gehäuseteil angeordnet sind.According to the invention Task solved by that a lifting axis consists of a linear motor, the rotor prismatic is formed and bonded by magnetic plates a permanent magnet forms and at the front end has a support plate and a longitudinal bore features; a stand of the linear motor with its internally arranged bobbins cylindrical housing forms with an open-topped annulus, in the annulus a rotor a torque motor is arranged as a pivot and rotation axis, the Rotor over a receiving plate for coupling the handling and assembly technique on the carrier plate by means of held a circulation storage and by guide elements on the runners of the Linear motor is rotatably mounted, and bobbin one stand of the torque motor on the outer cylindrical housing part are arranged.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt eine teilweise geschnittene schematische Darstellung einer Hub-, Schwenk- und Dreheinheit.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The accompanying drawing shows a partially sectioned schematic representation of a lifting, swivel and Rotary unit.

In der Zeichnung ist ein Linearmotor als eine Hubachse der Hub-, Schwenk- und Dreheinheit ausgebildet. Sie besteht aus einem Läufer 1, der prismatisch und mit eingeklebten Magnetplatten 2 als Dauermagnet versehen ist. Am vorderen Ende weist der Läufer 1 eine Trägerplatte 8 auf. Der Läufer 1 und die Trägerplatte 8 verfügen zur Gewichtserleichterung über eine Längsgangsbohrung 9. Ein Ständer 4 des Linearmotors ist als ein zylindrisches Gehäuse 5 der Hub-, Schwenk- und Dreheinheit mit einem nach oben offenen Ringraum 7 ausgebildet, das am inneren Umfang Spulenkörper 3 trägt. Der Läufer 1 wird durch am Ständer 4 angeordnete Führungselemente 6 in Hubachsrichtung geführt. In dem oben offenen Ringraum 7 ist ein Rotor 10 eines Torquemotors für die Schwenk- und Drehbewegung angeordnet, der eingeklebten Magentplatten 11 als einen Dauermagneten aufweist und mit einer Aufnahmeplatte 14 zum Ankoppeln der Handhabungs- und Montagetechnik sowie über eine Umlauflagerung 12 auf der Trägerplatte 8 gehalten und durch die Führungselemente 6 am Läufer 1 des Linearmotors gelagert sowie dreh- und schwenkbar angeordnet ist, und Spulenkörper 15 eines Ständers 16 des Torquemotors am äußeren zylindrischen Gehäuseteil 13 angeordnet sind.In the drawing, a linear motor as a lifting axis of the lifting, pivoting and rotating unit is formed. It consists of a runner 1 , the prismatic and with glued magnetic disks 2 is provided as a permanent magnet. At the front end, the runner points 1 a carrier plate 8th on. The runner 1 and the carrier plate 8th have a longitudinal bore for weight reduction 9 , A stand 4 of the linear motor is considered a cylindrical housing 5 the lifting, swiveling and rotating unit with an upwardly open annulus 7 formed on the inner circumference bobbin 3 wearing. The runner 1 gets through on the stand 4 arranged guide elements 6 guided in Hubachsrichtung. In the open-topped annulus 7 is a rotor 10 a Torquemotors arranged for the pivoting and rotating movement, the glued Magentplatten 11 as a permanent magnet and with a receiving plate 14 for coupling the handling and assembly technology as well as a circulation storage 12 on the carrier plate 8th held and by the guide elements 6 at the runner 1 the linear motor is mounted and arranged rotatable and pivotable, and bobbin 15 a stand 16 of the torque motor on the outer cylindrical housing part 13 are arranged.

11: Läuferrunner
22: Magnetplattenmagnetic disks
33: Spulenkörperbobbins
44: Ständerstand
55: Gehäusecasing
66: Führungselementeguide elements
77: Ringraumannulus
88th: Trägerplattesupport plate
99: LängsgangsbohrungLongitudinal bore
1010: Rotorrotor
1111: Magnetplattenmagnetic disks
1212: Umlauflagerungcirculating storage
1313: Gehäuseteilhousing part
1414: Aufnahmeplattemounting plate
1515: Spulenkörperbobbins
1616: Ständerstand

Claims

Lifting, pivoting and rotating unit for handling and assembly technology, consisting of integrated electromotive direct drives for a lifting movement and a pivoting and rotating movement, characterized in that a lifting axle consists of a linear motor whose rotor ( 1 ) is formed prismatic and by glued magnetic disks ( 2 ) forms a permanent magnet and at the front end a support plate ( 8th ) and via a longitudinal bore ( 9 ); a stand ( 4 ) of the linear motor with its internally arranged bobbins ( 3 ) a cylindrical housing ( 5 ) with an open-topped annular space ( 7 ), in the annulus ( 7 ) a rotor ( 10 ) is arranged as a pivoting and rotating axis of a torque motor, the rotor ( 10 ) via a receiving plate ( 14 ) for coupling the handling and assembly technique on the carrier plate ( 8th ) by means of a circulation storage ( 12 ) and by guide elements ( 6 ) on the runner ( 1 ) of the linear motor is pivotally mounted, and bobbin ( 15 ) of a stand ( 16 ) of the torque motor on the outer cylindrical housing part ( 13 ) are arranged.