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Die
Erfindung betrifft einen Balancer zur Lastenbewegung von Bauteilen oder
Arbeitsgeräten für die Montage von Bauteilen mit
einer Balanciereinrichtung, mittels derer das Gewicht der zu bewegenden Bauteile
oder Arbeitsgeräte kompensierbar ist und ein im wesentlichen
lastfreies manuelles oder sensorgesteuertes Bewegen der Bauteile
oder Arbeitsgeräte in vertikaler Richtung ermöglicht.
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Balancer
zur Lastenbewegung sind in einer Vielzahl von Ausführungen
in bekannt. Sie werden vorrangig in der Fertigung nämlich
zum Tragen und Bewegen von Handwerkzeugen oder zum Bewegen von kleinen
bis großen Bauteilen für unterschiedliche Montagearbeiten
wie z. B. im Automobilbau benutzt. Für eine Reihe von Anwendungen
vor allem für die Bewegung von Arbeitsgeräten
sind Balancer bekannt, bei denen als Zugmittel ein Seil verwendet wird.
Bei Seilbalancern allgemein wird ein Seil von einer Seiltrommel
aufgerollt und abgerollt. Das Seil wird am Umfang nach der Art einer
eingängigen Schraube in einer Rille geführt. Die
Seiltrommel wird dabei in der Regel mit einem Pneumatikzylinder über eine
Mutter wie z. B. einer Kugelrollspindel angetrieben. Ein Seilende
ist in der Trommel befestigt und das andere freie Seilende trägt
das Lastaufnahmemittel. Der mit Fluiddruck beaufschlage Kolben des Pneumatikzylinders
begegnet der Tendenz der Last, das Seil abzuwickeln und kompensiert
so Lastdifferenzen des belasteten oder unbelasteten Lastseiles. In
der
DE 20 2004
006 138 U1 ist eine technische Lösung mit einem
Doppelseilbalancer beschrieben, bei denn innerhalb eines aufgehängten
Gehäuses eine Gewindespindel mit einer Spindelmutter angeordnet ist,
die mit einem Pneumatikzylinder beaufschlagt ist. Die Seiltrommel
ist auf Ihren Umfang mit zwei Seilrillen für zwei parallelgeführte
Lastseile versehen und die beiden Seile werden an zwei zueinander
beabstandeten Ablaufpunkten aus dem Gehäuse herausgeführt.
An den Seilenden ist hier ein Druckluftwerkzeug angehangen.
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So
ist aus der
DE 201
21 219 U1 eine Balanciereinrichtung bekannt, die auf einem
bodengeführten Hebezeug angeordnet ist. Die eigentliche
Balanciereinrichtung besteht aus einem Balancearm, der an einer
vertikalen Leitschiene geführt ist und mittels eines Pneumatikzylinders
auf dieser Leitschiene höhenverstellbar ist. Allerdings
ist auf Grund der Baulänge des Pneumatikzylinders die mögliche
Bewegungslänge in der die Balance gehalten werden kann relativ
gering.
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In
einer anderen Technischen Lösung wie in der
DE 44 47 019 A1 ist ein
Balancer für das manuelle Bewegen von Lasten, insbesondere
von Arbeitsgeräten in hängender Ausführung
beschrieben, wo mindestens ein Zugmittel an einem Ende ortsfest
mit dem Balancer und das andere Ende mit denn Lastaufnahmemittel
verbunden ist. Das Zugmittel ist dabei über vier Rollen
geführt. Zur Lastaufnahme ist des weiteren ein Tragbügel
angeordnet, der mit einem freien Ende einer Kolbenstange eines Pneumatikzylinders
verbunden ist. Der Pneumatikzylinder ist zur Steuerung mit Drucksensoren
versehen, die mittels einem druckgesteuerten Medium dem Gewichtsausgleich
bewirken. Auch dieser Balancer ist konstruktiv aufwendig.
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Alle
bekannten Balancer, wo der Gewichtsausgleich mittels gesteuerter
Pneumatikzylinder erfolgt, haben den Nachteil, dass nur eine langsame und
schwerfällige Bewegung möglich ist. Zudem sind Balancer,
die mit ölartigen Fluiden arbeiten in bestimmten Anwendungsfällen
(z. B. in Lackierereien) problembehaftet. Bei großen zu
bewegenden Massen sind pneumatische nur bedingt einsetzbar, da die große
erforderliche Kolbenfläche selbst kleinste Regelanweichungen,
die z. B. durch die Hysterese unweigerlich hervorgerufen werden,
negativ beinflußt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen neuartigen Balancer
zur Lastenbewegung von Bauteilen oder Arbeitsgeräten, insbesondere
für die Montage von Bauteilen mit einer Balanciereinrichtung
von mittleren bis schweren Lasten zu schaffen, der zum einen sehr
schnell und genau das Anfahren von festen Positionen ermöglicht,
konstruktiv einfach und aus wenigen Bauteilen aufgebaut ist und
zum anderen auch variable Nutzlasten zuverlässig in Balance
hält.
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Die
Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der in den selbständigen
Ansprüchen offenbarten Erfindung. Weitere zweckmäßige
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist dabei an einem Grundgestell
eine Linearführung mit geeigneten Befestigungsmitteln angeordnet.
Auf dieser Linearführung ist mindestens ein gerader, gekrümmter,
abgewinkelter oder abknickbarer Balancerarm verschiebbar angeordnet und
geführt. Dieser Balancerarm ist mittels in seinem Inneren
angeordneter geeigneter Führungsteile wie z. B. Kugeln
und/oder Walzen spielfrei auf der Linearführung gelagert.
Dabei ist die Gleitreibung weitgehend minimiert. Am Balancerarm
kann eine variable Nutzlast angreifen. Weiterhin ist der Balancerarm
mit einem Balancerarmeingriffsteil versehen. An diesen Balancerarmeingriffsteil
greift formschlüssig ein am Gestell oder der Linearführung
angeordnetes Zugmittel ein. Das Zugmittel ist für Balancer
neuartig mit einem Servomotor spezieller Bauweise und Steuerung
verbunden. Im Servomotor ist, wie an sich bekannt, ein Drehwinkelgeber
angeordnet ist. Dessen Ausgang ist zwecks Signalauswertung mit einer
speziellen Mikroprozessorsteuerung und -regelung verbunden. Dabei
erfolgt bei der Steuerung des Balancers in völlig neuartiger
Bauweise ein ständiger getakteter Vergleich zwischen der
Bewegung der variablen Nutzlast und dem aktuell zugehörigen
Drehmoment des Servomotors. Dabei wird über den Drehwinklegeber
das abgegebne Wegesignal ermittelt und als Messgröße
zur digitalen Auswertung einer verbundenen Mikrorechnersteuerung
und -regelung aufgeschaltet. Das aktuell im Servomotor anliegende Drehmoment
wird als eine weitere Messgröße dem Mikrorechner
aufgeschaltet. Im Mikrorechner erfolgt ein Vergleich der beiden
Messgrößen nach einem vorgegebenen Algorithmus
in dessen Ergebnis über die Ansteuerung des Servomotors,
das Drehmoment nachgeregelt wird. Ist die tatsächlich gewünschte
Position erreicht, d. h. es erfolgt keine Veränderung des Wegesignals
mehr, entspricht das aktuelle Drehmoment der Haltekraft, die erforderlich
ist, um die in diesem Moment aufliegende Nutzlast in der gewählten Position
zu halten. Das Drehmoment wird dann auf diesem konstantem Wert gehalten.
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Besonders
vorteilhaft kann der Balancer zur Lastenbewegung ausgebildet werden,
wenn die Linearführung am Grundgestell vertikal angeordnet
ist. Dies ist für die meisten Einsatzfälle sinnvoll.
Für spezielle Anwendungsfälle ist aber auch eine
schräg verlaufende Anordnung der Linearführung
denkbar.
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In
einer möglichen Ausführung des erfindungsgemäßen
Balancers zur Lastenbewegung ist das Zugmittel als ein geschlossener
oder offener, in der Regel entsprechend den zu bewegenden Nutzlasten
verstärkter, Zahnriemen ausgebildet. Er kann wahlweise
an dem Grundgestell oder auch direkt an der Linearführung
befestigt geführt und umgelenkt sein. Erfolgt der Krafteintrag
von einer festarretierten Anordnung des Servomotors aus, ist in
diesem Fall das Balancerarmeingriffsteil bevorzugt als eine Zahnstange
ausgebildet und angeordnet.
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In
einer besonders vorteilhaften, einfachen konstruktiven Ausführung
ist als Zugmittel zur Bewegung des Balancerarms ein offener, vertikal
eingespannter Zahnriemen direkt an der vertikalen Linearführung
angeordnet. Er ist jeweils am oberen und unteren Ende der Linearführung
befestigt. Der Servomotor ist direkt am verfahrbaren Balancerarm
befestigt, wobei der Balancerarm über geeignete Führungen
auf der Linearführung verschiebbar angeordnet ist. Der
Servomotor wird bei der Bewegung des Balancearms mit bewegt. Er
befindet sich also in einer fest definierten Position auf dem Balancerarm
und seine Antriebsseite ist mit dem Balancerarmeingriffsteil fest
verbunden. Auf der Servomotorwelle ist ein Zahnrad so angeordnet,
dass der Zahnriemen das Zahnrad über einen Winkel von mehr
als 45° umschlingen kann. Der Umschlingungswinkel wird
erreicht, indem zwei Zahnriemenumlenkrollen am Balancerarmeingriffsteil
angeordnet sind. Diese Bauweise des erfindungsgemäßen
Balancers ist konstruktiv besonders einfach und beliebig für
eine Vielzahl von Anwendungsfällen einsetzbar.
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In
einer Ausführung mit stationärer Anordnung des
Servomotors am Grundgestell des Balancer zur Lastenbewegung ist
auf der Welle eines Servomotors mindestens ein Antriebsritzel angeordnet. Am
Grundgestell ist des weiteren mindestens ein Umlenkritzel befestigt. Über
diese beiden Ritzel läuft ein geschlossener armierter Zahnriemen.
In die Zähne des Zahnriemens greift eine Zahnstange, die
mittels Balancerarmeingriffsteil am Balancerarm befestigt ist, ein.
Dadurch kann die Lastbewegung ebenfalls auf einfache Art und Weise
realisiert werden.
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Das
neuartige Balancerkonzept ist auch realisierbar für Knickarmbalancer
oder Balancer mit Schwenkausleger indem jeweils ein Servomotor über ein
Zugmittel mit einem Knickarm oder einem Schwenkausleger verbunden
ist.
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In
einer Erweiterung des Balancers ist es vorteilhaft, wenn bei Energieausfall
durch eine Mikroprozessorsteuerung und -regelung automatisch eine mechanisch,
pneumatisch oder elektrisch wirkende Blockiereinrichtung zur Arretierung
des Balancers in der entsprechenden Position auslöst wird.
Solcherart angeordneten Blockiereinrichtungen sind in verschiedenen
Ausführungen wie, z. B. Halteklauen, Haltekeile, Bremsbacken
oder mitlaufende Blockierritzel, die entweder auf die Linearführung,
das Zugmittel oder direkt auf die Welle des Servomotors wirken, denkbar.
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In
einer weiteren einfachen Ausführung kann am Balancer zur
Lastenbewegung direkt an der Linearführung eine mechanische
Feststelleinrichtung angeordnet sein die sich manuell betätigen
lässt um die Sicherheit des Bedieners zuverlässig
zu gewährleisten.
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Der
wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Balancers
liegt in der konstruktiv sehr einfachen und mit wenig Einzelteilen
auskommenden Ausführung des neuartigen Balancers sowie
seiner einfachen ohne Griffe und Geber auskommenden Bedienungsmöglichkeit.
Aufgrund der sehr schnellen Steuerung und Regelung des Drehmomentes
ist eine problemlose Bewegung von Hand durch den oder die Bediener
möglich, da die Massenträgheitsmomente durch die
sehr schnelle Drehmomentregelung ausgeblichen werden können.
Damit sind mit dem gleichen erfindungsgemäßen
Balancer, sowohl relativ leichte Nutzlasten von 20 kg als auch relativ
schwere Nutzlasten bis zu 350 kg manuell bewegbar. Als weitere Vorteil
ist durch die Umschaltung der Steuerung neben den Balancerbetrieb
auch ein Positionierbetrieb mit gesteuerter Anfahrt von definierten
wählbaren Positionen ausführbar.
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Die
Erfindung soll nachstehend in einem möglichen einfachen
Ausführungsbeispiel an Hand der 1 bis 3 näher
beschrieben werden.
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1 zeigt
eine perspektivische Abbildung eines erfindungsgemäßen
Balancers 4
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2 zeigt
eine Vorder- und Seitenansicht eines erfindungsgemäßen
Balancers 4
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3 zeigt
die Vergrößerung des Banlancerarms 5 in
Seitenansicht
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Auf
einen Grundgestell 1, an dem höheneinstellbare
Füße zur vertikalen Ausrichtung befestigt sind,
ist eine Linearführung 2 drehbar vertikal angeordnet.
An der Linearführung 2 ist oben und unten ein offener
verstärkter Zahnriemen 7 mit geeigneten technischen
Mitteln, wie z. B jeweils einer Spannplatte befestigt. Auf der Linearführung 2 ist
der Balancerarm 5 mittels geeigneter Führungsteile
verschiebbar geführt. In vorliegender Ausbildung besteht
der Balancerarm 5 aus einer tischartigen Balancerplatte
mit einem Führungsaufsatz, der in seinem Inneren mit geeigneten
Führungsteilen wie z. B. Kugeln und/oder Walzen spielfrei
auf der Linearführung gelagert ist. Am Balancerarm 5 ist
das Balancerarmeingriffsteil 6 befestigt. Gleichfalls ist
am Balancerarmeingriffsteil 6 mit seiner Antriebsseite,
der mit einer speziellen Mikroprossorsteuerung und -regelung versehene
Servomotor 3 direkt angeschraubt. Der Servomotor 3 wird
bei der Bewegung des Balancerarms 5 jeweils mit bewegt.
Er befindet sich also in einer fest definierten Position auf dem
Balancerarm 5 und damit auch in einer definierten Position
zum Zugmittel, dem verstärkten Zahnriemen 7. Auf
der Servomotorwelle 8 ist ein Zahnrad 9 mit einer
Teilung, der der Teilung des verstärkten Zahnriemens 7 entspricht,
so angeordnet, dass der Zahnriemen 7 das Zahnrad 9 über
einen Winkel von ca. 180° umschlingt. Durch diesen großen
Umschlingungswinkel ist eine spielfreie Kraftübertragung
von der Antriebswelle des Servomotors 3 über das
fest verbundene Zahnrad 9 auf den verstärkten
Zahnriemen 7 möglich. Damit die Umschlingung erreicht
werden kann, sind unterhalb und oberhalb seitlich versetzt zwei
Umlenkrollen 10 gelagert. Diese Umlenkrollen 10 dienen
gleichzeitig zur Seitenführung des verstärkten
Zahnriemens 7. Oben am Ende der Linearführung 2 ist
ein Kabelhalter 12 befestigt, der die Kabelführung 11 trägt,
in dem die Kabelzuführung zum Servomotor erfolgt. Der Servomotor 3 ist
mit einer Mikroprozessorsteuerung und -regelung verbunden und wird
dadurch angesteuert (nicht gezeichnet). Diese Bauweise des erfindungsgemäßen
Balancers ist konstruktiv besonders einfach und beliebig für
eine Vielzahl von verschiedenen Anwendungsfällen einsetzbar.
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Die
Erfindung ist anwendbar für alle Baugrößen
von Balancern sowohl für hängende Ausführungen
an Flurfördereinrichtungen als auch bei bodengeführten
Hebezeugen.
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- 1
- Grundgestell
- 2
- Linearführung
- 3
- Servomotor
- 4
- Balancer
- 5
- Balancerarm
- 6
- Balancerarmeingriffsteil
- 7
- Zugmittel
gleich Zahnriemen
- 8
- Servomotorwelle
- 9
- Zahnrad
- 10
- Umlenkrollen
- 11
- Kabelführung
- 12
- Kabelhalter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202004006138
U1 [0002]
- - DE 20121219 U1 [0003]
- - DE 4447019 A1 [0004]