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Die Erfindung betrifft einen Manipulator nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Manipulator-Handhabungssystem nach dem Oberbegriff von Anspruch 6.
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Manipulatoren und Manipulator-Handhabungssysteme, die im Wesentlichen aus Stahl oder Aluminium bestehen, sind auf dem technischen Gebiet der Handhabungstechnik bereits bekannt. Mit Manipulatoren lassen sich Produktionsteile vertikal verfahren, das heißt anheben und absenken. Die Achse entlang derer die Manipulatoren Produktionsteile anheben und absenken wird in der Handhabungstechnik auch als Z-Achse bezeichnet. Die Hebetätigkeit übernimmt dabei in der Regel ein Antrieb des Manipulators. Die Manipulatoren werden an Fahrwerksträgern angehangen und sind an diesen in einer Y-Richtung verfahrbar angeordnet. Die Fahrwerksträger lassen sich ihrerseits als Laufbrücke manuell entlang von fest installierten Laufschienen in einer sogenannten X-Richtung verfahren. Die Fahrwerksträger liegen in der Regel als Kastenprofile, Rundrohre, T-Profile oder C-Profile vor.
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Für die Manipulatoren selbst sind Hubschlitten und Führungsstützen aus Stahl oder Aluminium bekannt, sodass die herkömmlichen Manipulatoren aufgrund ihrer Stahl und/oder Aluminiumbestandteile vergleichsweise schwer sind. Herkömmliche Manipulator-Handhabungssysteme erreichen somit als vollständiges System zum Verfahren von Massen-Produktionsteilen ein im Vergleich zum Transportgut hohes Eigengewicht, welches für die beweglichen Elemente des Handhabungssystems, wie Manipulator oder Y-Brücke, zur Nutzlast noch hinzugerechnet werden muss. Insbesondere beim manuellen Verfahren der Nutzlasten macht sich das hohe Gewicht von Stahl- oder Aluminiumfahrwerksträgern in Form von großen Trägheitsmomenten bemerkbar. Die Trägheitsmomente wirken sich dabei sowohl beim Beschleunigen als auch beim Abbremsen negativ auf das Bedienpersonal aus. Oft wird dadurch schon bei Nutzlasten, die eigentlich kein angetriebenes Handhabungssystem erfordern, der Einsatz eines angetriebenen Handhabungssystems doch erforderlich, um das sich aus Eigengewicht des zu bewegenden Fahrwerkträgers und Gewicht der Nutzlast zusammensetzende Gesamtgewicht im Rahmen der gesetzlichen Bestimmungen im Hinblick auf den Arbeitsschutz verfahren zu können.
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Ein weiteres Problem für ein herkömmliches Handhabungssystem mit schweren Fahrwerksträgern besteht dann, wenn viele Teile pro Zeiteinheit verfahren werden sollen, das heißt die Taktzeiten immer kürzer werden. Selbst wenn die Gewichte der einzelnen Teile vergleichsweise gering sind und beispielsweise in einem Bereich zwischen 2 kg und 20 kg liegen, werden durch die Vielzahl der während einer Arbeitsschicht manuell mit einem Handhabungssystem zu verfahrenen Produktionsteile hohe Tagestornagen erreicht, die im Bereich von mehreren Tonnen liegen können. Die vorstehenden Gesamtbelastungen, an denen das Eigengewicht des Manipulators und des Handhabungssystems einen erheblichen Anteil haben, schädigen die Gesundheit des Bedienpersonals und führen zu einer erheblichen Zahl von krankheitsbedingten Ausfällen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Manipulator sowie ein Manipulator-Handhabungssystem verfügbar zu machen, der bzw. das ein deutlich geringeres Eigengewicht im Vergleich zu Manipulatoren bzw. Manipulator-Handhabungssystemen, die großteils aus Stahl oder Aluminium bestehen, aufweist. Gleichzeitig sollen aber keine Kompromisse im Hinblick auf die Stabilität eingegangen werden und diesbezüglich den geforderten Sicherheitsbestimmungen, wie sie beispielsweise für Werkshallen der Automobilindustrie gelten, entsprochen werden. Insbesondere darf die leichtere Konstruktion der Manipulatoren und der Fahrwerksträger der Handhabungssysteme nicht zu Unfällen aufgrund von unerwarteten Brüchen führen. Gleichzeitig sollen insbesondere Teile mit einem vergleichsweise geringen Eigengewicht in hoher Frequenz aufgenommen, angehoben, abgesenkt, abgelegt und/oder verfahren werden können.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Hohlprofil für eine Teleskopachse nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Fahrwerksträger zur Aufnahme von Laufwagen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5.
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Gelöst wird diese Aufgabe auch durch ein Manipulator-Handhabungssystem nach Anspruch 6.
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Weitere vorteilhafte Manipulator-Handhabungssysteme ergeben sich aus den Unteransprüchen 7 bis 12.
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Gelöst wird diese Aufgabe demnach durch einen Manipulator, welcher einen Hubzylinder, einen Traglastseilzug, mindestens eine Führungsstütze, einen Hubschlitten und eine Hubwagenführung aufweist, wobei mindestens eine Führungsstütze ein Profilrohr und/oder der Hubschlitten aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) ist.
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Ein Manipulator, welcher ein oder mehrere Bauteile aus einem leichten Material wie kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) umfasst, erleichtert dem Bedienpersonal, eine Vielzahl an Produktionsteilen in X-Richtung oder/und in Y-Richtung zu verfahren. Gerade beim Verfahren von Massen-Produktionsteilen fällt das Eigengewicht des Manipulators deutlich in Gewicht, insbesondere wenn der Fahrwerksträger der Y-Brücke seinerseits aus leichtem Material wie CFK besteht. Insbesondere die beim Beschleunigen und Abbremsen auftretenden Trägheitskräfte werden durch Manipulatoren mit Führungsstützen und/oder Hubschlitten deutlich verringert und für das Bedienpersonal in einen körperlich gut tolerierbaren Bereich abgesenkt. Die Verwendung von handelsüblichen Profilrohren aus CFK gewährleistet außerdem ein vergleichsweise günstiges Preis-Leistungs-Verhältnis für den erfindungsgemäßen Manipulator.
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Vorteilhaft ist, dass der Manipulator zwei oder mehrere Führungsstützen aufweist, die als Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) gefertigt sind, wobei die Profilrohre aus CFK vorzugsweise Rundrohre, Vierkantrohre oder Sechskantrohre sind.
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Ein Manipulator mit zwei Führungsstützen bzw. entsprechenden Profilrohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) bietet eine verbesserte Führung gegenüber Manipulatoren mit nur einer Führungsstütze. Das geringe Gewicht des CFK begünstigt die Bauweise mit zwei Profilrohren als Führungsstützen zusätzlich.
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Vorteilhaft ist auch, dass die Hubwagenführung als mindestens ein Laufwagen oder/und mindestens ein Führungselement ausgestaltet ist, wobei der Laufwagen bzw. das Führungselement Führungslaufrollen aufweisen.
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Mit Laufwagen und/oder Führungselementen lässt sich der Hubschlitten ohne Verkannten gut führen. Während der Laufwagen üblicherweise fest mit dem Hubschlitten verbunden ist, sind Führungselemente in der Regel an der bzw. den Führungsstützen fixiert.
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Vorteilhaft ist außerdem, dass der Hubzylinder als Pneumatikzylinder, Hydraulikzylinder oder elektrisch angetriebener Hubzylinder ausgelegt ist.
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Pneumatikzylinder, Hydraulikzylinder und elektrisch angetriebenen Hubzylinder sind die üblichen Typen für Hubzylinder und dementsprechend als gängige Bauteile im Handel mit erhältlich.
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Ferner ist auch verteilhaft, dass die Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) der Führungsstütze und/oder der Hubschlitten in Bereichen der Laufflächen von Führungslaufrollen des Laufwagens und/oder des Führungselements Profilauflageelemente angeordnet sind, die vorzugsweise aus Metall bestehen.
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Profilauflageelemente helfen, den Verschleiß der Oberfläche der Profilrohre bzw. des Hubschlittens aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) zu verringern, ohne das Gewicht der betreffenden Bauteile beträchtlich zu erhöhen.
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Gelöst wird die Aufgabe auch durch ein Manipulator-Handhabungssystem welches einen Manipulator nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungen und ein Handhabungssystem aufweist, wobei das Handhabungssystem mindestens einen Fahrwerksträger zur Aufnahme von Laufwagen und mindestens einen Laufwagen umfasst, wobei der Fahrwerksträger mindestens ein Profilrohr aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) und Halterungen an den Profilrohrenden aufweist und wobei der Manipulator am Laufwagen entlang des Fahrwerkträgers verfahrbar angeordnet ist.
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Die Vorteile eines Manipulators mit einer Führungsstütze und/oder einem Hubschlitten aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) wurden bereits vorab beschrieben. Mit dem erfindungsgemäßen Manipulator-Handhabungssystem, welches neben dem Manipulator außerdem einen Fahrwerksträger mit einem oder mehreren Profilrohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) umfasst, kann das Eigengewicht des Fahrwerkträgers um 50 % bis 75 % gegenüber herkömmlichen Fahrwerksträgern aus Stahl oder Aluminium verringert werden. Die Gewichtsersparnis ergibt sich dadurch, dass die Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) eine sehr hohe Steifigkeit des Materials bezogen auf seine Dichte hat und über eine hohe Zug- und Biegefestigkeit verfügt. Ein besonderer Vorteil ergibt sich gerade aus der Kombination von leichtgewichtigem Manipulator mit Profilrohren aus CFK und einem Fahrwerkträger in Y-Richtung mit Profilrohren aus CFK, da in diesem Fall die positiven Eigenschaften, wie geringes Gewicht und geringe Trägheitskräfte beim Beschleunigen oder Abbremsen des Manipulators mit angehängtem Produktionsteil als Nutzlast, sich addieren und das Eigengewicht des Manipulator-Handhabungssystems im Vergleich zu den zu verfahrenen Produktionsteilen besonders gering ist.
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Es ist auch vorteilhaft, dass eine Sicherungseinrichtung vorgesehen ist, wobei vorzugsweise in mindestens einem Profilrohr des Fahrwerkträgers und/oder durch einen Rohrabschnitt des bzw. der Laufwagen ein Sicherungsseilzug angeordnet ist, der jeweils an den endständigen Halterungen des Fahrwerkträgers befestigt ist.
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Den möglichen Spontanbrüchen von Profilrohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), die unter anderem auf eine unzureichende Druckstabilität des kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffs zurückzuführen sind, wird durch das Einziehen von einem oder mehreren Sicherungsseilen Rechnung getragen. Die Sicherungsseile fangen im Fall eines Spontanbruches die am Fahrwerksträger verfahrbar angeordnete Nutzlast, wie beispielsweise Laufwagen mit daran angehängtem Manipulator ab, sodass Verletzungen des Bedienpersonals vermieden werden.
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Ferner ist es vorteilhaft, dass der Manipulator an zwei Laufwagen über eine Laufwagenbrücke entlang des Fahrwerkträgers verfahrbar angeordnet ist und vorzugsweise zwischen Manipulator und Laufwagenbrücke ein Drehlager angeordnet ist.
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Eine Laufwagenbrücke mit einem Drehlager für den Manipulator ermöglicht eine Drehbarkeit des Manipulators um 360°. Somit können Produktionsteile in unterschiedlichen Ausrichtungen in verschiedenen Winkeln mit einem Greifer am Manipulator aufgenommen bzw. abgelegt werden.
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Vorteilhaft ist weiterhin, dass der Fahrwerksträger mindestens zwei Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) umfasst, die jeweils an ihren Enden Halterungen aufweisen, wobei in mindestens einem der Profilrohre aus CFK ein Sicherungsseilzug angeordnet und an den endständigen Halterungen befestigt ist und wobei die Profilrohre aus CFK vorzugsweise Rundrohre, Vierkantrohre oder Sechskantrohre sind.
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In Handhabungssystemen mit Fahrwerksträger lassen sich auf einem Fahrwerksträger mit zwei Profilrohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) besonders leicht Laufwagen mit Laufrollen auf beiden Seiten verfahrbar anordnen, insbesondere bedarf es keiner weiteren Führungselemente am Laufwagen. Fahrwerksträger mit drei und mehr Profilrohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) können für Handhabungssysteme vorgesehen sein, die für den Transport von besonders hohen Lasten ausgelegt sein sollen. Rundrohre, Vierkantrohre und Sechskantrohre sind gängige Profilsrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), die regulär im Handel als Meterware erhältlich sind.
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Besonders vorteilhaft ist, dass auf den oberen Bereichen des Profilrohrs bzw. der Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) Profilauflageelemente angeordnet sind, die vorzugsweise aus Metall bestehen.
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Bei einem Handhabungssystem, bei dem auf der Oberseite der Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) des Fahrwerkträgers die Laufrollen des Laufwagens und gegebenenfalls zusätzliche Laufelemente zur Nachführung einer Energiekette laufen, üben die Laufrollen insbesondere von den Laufwagen einen punkt- und linienförmigen Druck auf die Oberseite der Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) aus, die das Material oft auf Dauer nicht verkraften kann. Deshalb werden zur Stabilisierung auf den Oberseiten weitgehend verschleißfreie Profilauflageelemente angeordnet und verklebt, die vorzugsweise aus Metall bestehen, wie beispielsweise Aluminium.
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Es ist ebenfalls besonders vorteilhaft, dass die Profilauflageelemente aus Aluminium gefertigt sind und als Laufflächen für Laufrollen der Laufwagen vorgesehen sind, wobei die Laufwagen vorzugsweise mehr als zwei obere Laufrollenachsen aufweisen.
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Durch die Verwendung von Profilauflageelementen aus Aluminium werden die Laufflächen für die Laufrollen der Laufwagen auf den Profilrohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) hinreichend verschleißfrei ausgelegt, ohne das Gewicht des Fahrwerkträgers unverhältnismäßig im Hinblick auf das geringe Eigengewicht der Profilrohre aus CFK zu erhöhen. Die Verwendung von Laufwagen mit drei und mehr oberen Laufrollenachsen ermöglichen eine verbesserte Verteilung der auftretenden Druckkräfte auf drei Punkte pro Seite bzw. Profilrohr, wobei idealerweise die Spur der Laufrollen versetzt zueinander ist, sodass die Druckkräfte zusätzlich auf drei Linien pro Seite bzw. Profilrohr verteilt werden. Üblicherweise sind pro Achse eines Laufwagens zwei Laufrollen vorgesehen, sodass im Idealfall die Druckkräfte des Laufwagens mit daran angehängter Nutzlast auf insgesamt sechs Druckpunkte bzw. Drucklinien auf den Fahrwerkträger verteilt werden.
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Es kann außerdem vorgesehen sein, dass die endständigen Halterungen mindestens ein Halteelement, eine Abdeckplatte und eine Aufhängung aufweisen.
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Ein modularer Aufbau der endständigen Halterungen eines Fahrwerkträgers in einem Handhabungssystem mit Halteelementen, wie beispielsweise Halteklammern, Kopfplatten und Aufhängungen macht preisgünstige und leichte Fahrwerksträger verfügbar, da die Bestandteile im Handel erworben werden können und nicht speziell angefertigt werden müssen.
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Weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren, welche eine Ausführungsform eines Manipulators mit Profilrohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) sowie eine Ausführungsform für ein Manipulator-Handhabungssystem nach der Erfindung illustrieren, erläutert. Im Einzelnen zeigt:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Manipulators mit einem Hubschlitten in ausgefahrener Position,
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2 eine perspektivische Ansicht eines Manipulators mit einem Hubschlitten in eingefahrener Position
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3 eine seitliche Detailansicht des Laufwagens, der entlang der Führungsstützen läuft,
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4 einen Querschnitt des Laufwagens aus der 3,
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5 eine seitliche Detailansicht des Führungselements, das entlang des Hubschlittens läuft,
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6 eine Draufsicht auf das Führungselement aus der 5,
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7 einen Fahrwerksträger mit einer Laufbrücke mit dem Manipulator aus der 1,
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8 eine perspektivische Gesamtansicht eines Manipulator-Handhabungssystems.
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Die nachfolgende ausführliche Beschreibung der 1 bis 9 bezieht sich auf verschiedene Ausführungsformen des Manipulators mit mindestens einer Führungsstütze mit einem Profilrohr aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) beziehungsweise auf verschiedene Ausführungsformen des Manipulator-Handhabungssystems. Insbesondere müssen die Darstellungen als Skizzen nicht zwangsläufig maßstabsgetreu sein. Einige Teile können schematisiert und/oder übertrieben dargestellt sein.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Manipulators 1 mit zwei parallel zueinander angeordneten Profilrohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) als Führungsstützen 2. In der gezeigten Ausführungsform sind Rundrohre dargestellt, es können aber auch beispielsweise Vierkant- oder Sechskantprofilrohre aus CFK verwendet werden. Die beiden Profilrohre aus CFK bilden einen Spalt 2a, durch den ein Laufwagen 3 eingeführt wird. Der Laufwagen 3 weist in der Regel mindestens vier Führungslaufrollen 3a auf, wobei in der in 1 dargestellten Ausführungsform 8 Führungslaufrollen vorgesehen sind. Darüber hinaus weist der Laufwagen 3 auch üblicherweise mindestens 2 Führungslaufrollen 3b auf. Die Führungsrollen 3a und 3b des Laufwagens 3 bilden ein Führungssystem für den Hubschlitten 4. Der Laufwagen 3 ist mit dem Hubschlitten 4 fest verbunden.
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Als weitere Führung für den Hubschlitten 4 ist ein Führungselement 5 vorgesehen, welches vorzugsweise drei Führungslaufrollen 5a aufweist, die in der dargestellten Ausführung sternförmig zueinander angeordnet sind und die entlang des Hubschlittens 4 aufwärts und abwärts verfahrbar angeordnet sind.
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Die Aufwärts- und Abwärtsbewegungen des Hubschlittens 4 werden durch einen Hubantrieb, bestehend aus einem Hubzylinder 7, an dem ein Traglastseilzug 6 über eine Umlenkrolle 6a angeordnet ist, unterstützt. Das eine Ende des Traglastseilzugs 6 ist am unteren Ende der Führungsstützen 2 bzw. den Profilrohren aus CFK der Führungsstützen fixiert, während das andere Ende des Traglastseilzugs 6 an einer Flanschtransverse 4a, die am unteren Ende des Hubschlittens 4 angeordnet ist, befestigt. Der Hubzylinder 7 kann als Pneumatikzylinder, Hydraulikzylinder oder als ein elektrisch angetriebener Hubzylinder vorliegen. Durch Einfahren des Hubzylinders 7 wird der Hubschlitten 4 angehoben und durch Ausfahren des Hubzylinders 7 wird der Hubschlitten 4 abgesenkt. Die 1 zeigt den Hubschlitten 4 in einer weit abgesenkten Position.
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Durch die Umlenkung des Traglastseiles 6 über die Umlenkrolle 6a ist der Hubweg des Hubschlittens 4 doppelt so groß wie der Hubweg des Hubzylinders 7.
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An der Flanschtraverse 4a werden Greifer zur Aufnahme von Lastgewichten wie zum Beispiel von Produktionsteilen angeflanscht. An der Flanschtraverse 4a ist üblicherweise auch der Bedienhandgriff 4b zum manuellen Verfahren des Manipulators entlang aller Achsen, das heißt in Z-Richtung, in X-Richtung und/oder in Y-Richtung, angeflanscht. Die Z-Achse beschreibt dabei die vertikale Bewegung entlang der Hubachse des Manipulators, die X-Achse beschreibt die Bewegung der Fahrwerksträgerbrücke entlang den fest an der Decke montierten Profilschienen. Das Verfahren des Manipulators entlang der Fahrwerksträgerbrücke erfolgt definitionsgemäß in Y-Richtung.
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In 2 ist der Manipulator 1 aus 1 allerdings in einer bis fast zum Anschlag angehobenen Position des Hubschlittens 4 dargestellt. In dieser Position ist der Hubzylinder 4 fast ganz eingefahren und das Traglastseil 6 liegt nahezu vollständig in zwei von der Umlenkrolle 6a aus betrachtet in etwa gleich langen Abschnitten vor, die zueinander parallel angeordnet sind.
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Eine detaillierte Seitenansicht des Laufwagens 3 ist der 3 zu entnehmen. Der Laufwagen 3 weist zur Führung entlang der Profilrohre der Führungsstütze 2 mehrere Führungslaufrollen 3a auf. Für die Führung des Laufwagens 3 im Spalt 2a zwischen den beiden Profilrohren sind ein oder mehrere Führungslaufrollen 3b vorgesehen. Die in 3 dargestellte Ausführungsform hat insgesamt acht Führungslaufrollen 3a und zwei Führungslaufrollen 3b, wobei nur vier der acht Führungslaufrollen zu erkennen sind.
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In 4 ist der Laufwagen 3 in einem Querschnitt zu erkennen, wobei nur vier der acht Führungslaufrollen zu erkennen, die in der Querschnittsebene liegen. Zwischen den beiden Achsen des Laufwagens 3, also der oberen und der unteren Achse ist eine der beiden Führungslaufrollen 3b zu erkennen.
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Das Führungselement 5 in einer detaillierten Seitenansicht ist in 5 abgebildet. Das Führungselement 5 weist in der Regel drei Führungslaufrollen 5a auf, die vorzugsweise sternförmig zueinander angeordnet sind.
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In der 6 ist das Führungselement 5 in einer Aufsicht zu sehen. Das Führungselement 5 weist neben zwei verschraubbaren Klammern für zwei Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) auf der linken Seite, auf der rechten Seite drei Führungslaufrollen 5a auf, die zueinander sternförmig angeordnet sind und die bei einer Hubbewegung des Manipulators in Z-Richtung entlang des Hubschlittens 4 verfahrbar angeordnet sind. Durch die Halteklammern wird das Führungselement 5 an den Profilrohren aus CFK fixiert.
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7 zeigt ein Manipulator-Handhabungssystem, welches aus X-Profilschienen 40, einem Y-Fahrwerksträger 10 und einem Manipulator 1 besteht, wobei der Manipulator 1 Hubbewegungen entlang einer Z-Richtung vollziehen kann und außerdem über die Aufhängung am Handhabungssystem entlang der X-Richtung und/oder in Y-Richtung verfahrbar ist. Zum Verfahren der Fahrwerksträgerbrücke 10 entlang der fest an der Decke einer Werkshalle zu montierenden X-Schienen 40 sind die Laufwagen 30 vorgesehen. Zum Verfahren des Manipulators 1 entlang der Fahrwerksträgerbrücke 10 sind die Laufwagen 20 vorgesehen, wobei die Laufwagen 20 über eine Laufwagenbrücke 25 miteinander gekoppelt sind. An der Laufwagenbrücke 25 ist vorzugsweise ein Drehlager 26 angeordnet, an dem wiederum der obere Profilflansch 8 des Manipulators fixiert ist. Somit lässt sich der Manipulator 1 nicht nur in allen drei Raumrichtungen verfahren, sondern kann darüber hinaus um bis zu 360° um seine eigene Achse rotieren, um Produktionsteile zu ergreifen bzw. ablegen zu können.
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In 8 ist das Manipulator-Handhabungssystem aus 7 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. In dieser Figur sind außerdem die drei Raumrichtungen durch Doppelpfeile dargestellt, welche die entsprechenden Freiheitsgrade für Verfahrbewegungen anzeigen.
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Eine weitere Ausführungsform bezieht sich auf ein Handhabungssystem der Erfindung, welches aus einem Fahrwerksträger und einem Laufwagen besteht. Der erfindungsgemäße Fahrwerksträger und der Laufwagen können wiederum über Laufwagen in einem weiteren Fahrwerksträger verfahrbar eingehängt sein.
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In dieser Ausführungsform weist der Fahrwerksträger zwei Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) auf, die jeweils durch endständige Halterungen (nur eine endständige Halterung ist dargestellt) mit dem Laufwagen belastbar verbunden sind. Auf den Profilrohren aus CFK bzw. auf Profilauflageelementen laufen die Laufrollen des Laufwagens, wobei in der gezeigten Ausführungsform zwei obere und zwei untere Laufrollenachsen, vorgesehen sind. Die Laufrollen an den oberen Laufrollenachsen ermöglichen die Verfahrbarkeit des Laufwagens auf den Profilrohren aus CFK, die Laufrollen an den unteren Laufrollenachsen können den Laufwagen gegen Verkippen schützen und dabei auf der Unterseite der Profilrohre aus CFK abrollen.
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Eine endständige Halterung setzt sich aus Halteelementen, einer Aufhängung und einer Abdeckplatte zusammen. Mit Hilfe der Halteelemente werden die Profilrohre aus CFK in einem vorgegebenen Abstand zueinander fixiert. Der eingestellte Abstand richtet sich nach der Beschaffenheit der auf dem Fahrwerksträger einzusetzenden Laufwagen. Die Halteelemente können als miteinander verschraubbare Halteklammern ausgeführt sein. An den Halteelementen kann die Aufhängung des Fahrwerksträgers beispielsweise durch Verschrauben befestigt werden. Das obere Ende der Aufhängung ist in Bohrungen in den Seitenwangen des Laufwagens verankert. Die Profilrohre aus CFK können zu ihrem Schutz in Manschette bzw. Abschlussstutzen verankert sein. In diesem Fall werden die Profilrohre aus CFK zusammen mit den Manschetten bzw. Abschlussstutzen mit den Halteelementen fixiert.
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Zur Absicherung der Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) sind ein oder mehrere Sicherungsseilzüge vorgesehen, die in den Abdeckplatten der endständigen Halterungen befestigt sind. Die Sicherungsseilzüge sind vorgesehen, um ein Herabfallen der Laufwagen im Fall eines Bruchs der Profilrohre zu verhindern. Eine Seilzugsicherung der Profilrohre aus CFK ist notwendig, da sich im Gegensatz zu den meisten metallischen Werkstoffen, wie beispielsweise Stahl oder Aluminium, Brüche des kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffs nicht frühzeitig andeuten. Daher kann ein Fachmann im Fall von Profilrohren aus CFK ein spontanes Zerbrechen eines oder mehrerer Profilrohre nicht rechtzeitig erkennen, um Bedienpersonal, angehängte Nutzlasten und Manipulatoren rechtzeitig in Sicherheit zu bringen. Bei Verwendung von einem oder mehreren Sicherungsseilzügen bleibt der Laufwagen bzw. bleiben die Laufwagen mit ihren angehängten Nutzlasten und/oder Manipulatoren im Fall eines Zerbrechens der Profilrohre aus CFK am Sicherungsseilzug bzw. an den Sicherungsseilzügen hängen, ohne Personen oder Folgesachschäden zu verursachen.
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Generell können Sicherungsseilzüge für einzelne, mehrere oder für alle Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) vorgesehen sein. Die gewählte Anzahl der Sicherungsseilzüge ist unter anderem davon abhängig, für welche auf den Fahrwerksträger einwirkenden Gewichtskräfte bzw. Maximalbelastung das Handhabungssystem bzw. dessen Fahrwerksträger ausgelegt sein müssen.
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Die Aufhängungen der endständigen Halterungen sind bei einer weiteren Ausführungsform beidseitig der Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) an Laufwagen eines übergeordneten Fahrwerkträgers befestigt. Während der Fahrwerkträger aus Profilrohren aus CFK besteht, die mit einem oder mehreren Sicherungsseilzügen gesichert sein müssen, die in den Abdeckplatten befestigt sind, ist der übergeordnete Fahrwerksträger ein herkömmliches Schienenprofil (sog. X-Schiene), wie es in der Handhabungstechnik üblicherweise aus Stahlprofil oder Aluminiumprofil zum Einsatz kommt und als Meterware in langen Strängen erhältlich ist. Schienenprofile aus Stahl, Aluminium oder anderen im Vergleich zu CFK schweren Werkstoffen bietet sich in der Regel dann an, wenn ein übergeordneter Fahrwerksträger nicht selbst verfahrbar angeordnet ist, wie es beispielwese bei einer Montage direkt unter der Decke einer Werkshallte der Fall ist, also den sogenannten X-Schienen.
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Neben den Laufrollen an der oberen Laufrollenachse des Laufwagens sind auch Laufrollen der Energiekette auf dem Profilrohr aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) verfahrbar angeordnet. Die Energiekette dient zur Versorgung des Laufwagens und der daran verfahrbar angeordneten Manipulatoren mit Energie, wie beispielsweise Pressluft oder elektrischer Strom.
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Eine weitere Ausführungsform zeigt zusätzliche Profilauflageelemente, die auf den oberen Abschnitten der Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) fixiert sind. Die Profilauflageelemente können aus einem verschleißarmen Material bestehen, welches den durch die Laufrollen an den oberen Laufwagenachsen des Laufwagens ausgeübten Belastungen lange Stand hält. Vorzugsweise sind die Profilauflageelemente aus Metall wie beispielsweise Aluminium gefertigt.
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Der Sicherungsseilzug verläuft in einer weiteren Ausführungsform nicht durch eines der Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), sondern durch eine Hohlkammer bzw. einen Rohrabschnitt des Laufwagens. Bei dieser Ausführungsform ist der vergleichsweise schwere Laufwagen mit angehängter Nutzlast selbst gegenüber einem Herabfallen im Falle eines Bruchs der Profilrohre aus CFK direkt gesichert. Lediglich die Bruchstücke des oder der zerbrochenen Profilrohre aus CFK können Herabfallen, falls nicht zusätzliche Sicherungsseilzüge, welche durch die Profilrohre aus CFK verlaufen, vorgesehen sind.
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Der Fahrwerksträger des Handhabungssystems einer anderen Ausführungsform ist allerdings für größere Belastungen ausgelegt. Zunächst sind Sicherungsseilzüge durch alle Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) vorgesehen (dargestellt sind zwei Profilrohre aus CFK mit Sicherungsseilzügen). Darüber hinaus werden die Druckpunkt- und Drucklinienbelastungen auf den oberen Laufflächen der Profilrohre aus CFK besser verteilt, da in der gezeigten Ausführungsform ein Laufwagen mit drei oberen Laufwagenachsen vorgesehen ist. Somit können die auf die Profilrohre aus CFK des Fahrwerksträgers ausgeübten Belastungen in Form von Druckpunkten und Drucklinien auf insgesamt sechs Laufrollen verteilt werden.
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Bei einem Handhabungssystem einer zusätzlichen Ausführungsform weist der Laufwagen eine weitere Laufwagenachse mit einer (oder mehreren) Laufrolle(n) auf, das (die) auf einem oberhalb der Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) angeordneten Profilrohr aus CFK verfahrbar angeordnet ist (bzw. sind). Bei dieser Ausführungsform können verschiedene Sicherungsseilzüge vorgesehen sein. Zum Beispiel können Sicherungsseilzüge, welche durch die Profilrohre (nur ein Sicherungsseilzug 16a ist dargestellt), verlaufen und an der Abdeckplatte befestigt sind, vorgesehen sein. Außerdem kann auch ein Sicherungsseilzug vorgesehen sein, der durch eine Hohlkammer des Laufwagens verläuft und an der Halterung befestigbar ist, wie beispielsweise an einem der Halteelemente, der Aufhängung und/oder der Abdeckplatte.
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Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Handhabungssystems wird beschrieben, bei welcher der Sicherungsseilzug, der durch eine längliche Hohlkammer des Laufwagens verläuft und diesen gegenüber einem Herabfallen im Falle eines Spontanbruchs der Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) absichert, an der Aufhängung der endständigen Halterung des Fahrwerksträgers befestigt ist. Für die Fixierung des Sicherungsseilzug in der Aufhängung ist eine Bohrung in der Aufhängung vorgesehen. Der durch die Bohrung hindurchgeführte Sicherungsseilzug wird beispielsweise durch eine Abschlusskugel auf der zu den Profilrohren aus CFK 11 abgewandten Seite gesichert.
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Neben den Laufrollen der oberen Laufrollenachsen des Laufwagens sind auch Laufrollen auf der Oberseite der Profilrohre aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) verfahrbar angeordnet. Die Laufrollen sind Führungsrollen einer Energiekette, welche den Laufwagen bzw. den daran angehängten Manipulator (mit einer daran angehängten Nutzlast) mit Energie, wie zum Beispiel mit Pressluft und/oder elektrischer Energie und/oder einer Hydraulikleitung und/oder einer Vakuumleitung versorgt.
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Ferner werden weitere Ausführungsformen des Fahrwerkträgers des erfindungsgemäßen Manipulator-Handhabungssystems offenbart:
- A. Fahrwerksträger 10 zur Aufnahme von Laufwagen 20, welcher mindestens ein Profilrohr 11 und zu dem Profilrohr 11 bzw. zu den Profilrohren 11 endständige Halterungen 13 umfasst, wobei mindestens ein Profilrohr 11 des Fahrwerksträgers 10 aus kohlenstoffverstärktem Kunststoff (CFK) besteht und wobei in mindestens einem Profilrohr 11 des Fahrwerkträgers 10 ein Sicherungsseilzug 16 angeordnet ist, der jeweils an den endständigen Halterungen 13 befestigt ist.
- B. Fahrwerksträger 10 zur Aufnahme von Laufwagen 20 nach Ausführungsform A, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrwerksträger 10 mindestens zwei Profilrohre 11 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) umfasst, die jeweils an ihren Enden Halterungen 13 aufweisen, wobei in mindestens einem der Profilrohre 11 aus CFK ein Sicherungsseilzug 16 angeordnet und an den endständigen Halterungen 13 befestigt ist und wobei die Profilrohre 11 aus CFK vorzugsweise Rundrohre, Vierkantrohre oder Sechskantrohre sind.
- C. Fahrwerksträger 10 zur Aufnahme von Laufwagen 20 nach Ausführungsform A oder B, wobei dass auf den oberen Bereichen des Profilrohrs 11 bzw. der Profilrohre 11 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) Profilauflageelemente 12 angeordnet sind, die vorzugsweise aus Metall bestehen.
- D. Fahrwerksträger 10 zur Aufnahme von Laufwagen 20 nach einer der Ausführungsformen A, B oder C, wobei dass die Profilauflageelemente 12 aus Aluminium gefertigt sind und als Laufflächen für Laufrollen 22 von Laufwagen 20 vorgesehen sind.
- E. Fahrwerksträger 10 zur Aufnahme von Laufwagen 20 nach einer Ausführungsformen A, B, C oder E, wobei die endständigen Halterungen 13 mindestens ein Halteelement 15, eine Abdeckplatte 17 und eine Aufhängung 14 aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Manipulator
- 2
- vertikale Führungsstütze
- 2a
- Spalt zwischen zwei Führungsstützen
- 3
- Laufwagen
- 3a
- äußere Führungslaufrolle des Laufwagens 3
- 3b
- zentrale (innere) Führungslaufrolle des Laufwagens 3
- 4
- Hubschlitten
- 4a
- Flanschtraverse
- 4b
- Bedienhandgriff
- 5
- Führungselement
- 5a
- Führungslaufrollen des Führungselements 5
- 6
- Traglastseilzug
- 6a
- Umlenkrolle
- 7
- Hubzylinder
- 8
- oberer Profilflansch
- 10
- Fahrwerksträger (Y-Richtung)
- 11
- Rohr aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK)
- 12
- Profillauflageelement
- 13
- Halterung
- 14
- Aufhängung
- 15
- Halteelement
- 16
- Sicherungsseilzug
- 17
- Abdeckplatte
- 20
- Laufwagen auf dem Fahrwerksträger aus CFK
- 22
- Laufrolle des Laufwagens 20
- 25
- Laufwagenbrücke
- 26
- Drehlager
- 30
- Laufwagen zur verfahrbaren Fixierung des Handhabungssystems in einem Schienenprofil 40
- 40
- Schienenprofil (X-Richtung)
