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Antrieb für die Bewegung von Werkstückträgern Die Erfindung betrifft
einen Antrieb für die Bewegung von Werkstückträgern innerhalb einer Fertigungsstrasse
auf einer Transportbahn in vorbestimmte Positionen durch entlang des Weges unabhängig
voneinander wirksame Kraftquellen.
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Bei den der automatischen Fertigung dienenden Fertigungsstrassen oder
-systemen wird Jedes der Werkstücke auf einem Werkstückträger befestigt und beide
werden in die jeweilige Bearbeitungsstatlon transportiert, wo der Werkstückträger
nach seiner Positionierung geklemmt wird.
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EB sind Fertigungsatrassen bekannt, bei denen die Mitnahme von in
Abständen hintereinander auf einer Transportbahn
befindlichen Werkatfickträgern
durch mechanische Mittel, wie Kette, Spindel oder Hubkolben erfolgt0 Diese Mittel
werden von einer gemeinsamen Kraftquelle her angetrieben.
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Dadurch werden bei einem Bewegungsvorgang stets alle Werkstückträger
mit übereinstimmender Geschwindigkeit gemeinsam in eine Richtung bewegt. Die Verwirklichung
eines Fertigungsprogrammes, welches erfordert, dass die Werkstückträger an verschiedenen
Orten der Transportbahn unterachiedlichen Bewegungskomponenten unterworfen werden,
ist damit nicht möglich. Ausser diesen Mitteln wurde bereits eine Lösung veröffentlicht,
bei welcher die transportbahn mit Luftdüsen vergeben ist, durch welche Pressluft
auf die Werkstückträger so einwirkt, dass sie gleichsam fortgeblasen werden. Durch
die Anwendung solcher über die Transportbahn verteilter Kraftquellen, die voneinander
unabhängig wirksam werden können, ist es zwar denkbar, dass an verschiedenen Stellen
der Transportbahn unterschiedliche Bewegungsrichtungen und -grössen erzeugt werden.
Praktisch jedoch ist die Verwendung von Pressluft als Kraftquelle hierfür nicht
möglich. Der hauptsächliche Grund ist der hohe Autusand an Pressluft wegen ihres
schlechten Wirkungsgrades. Weavntliche Nachteile erheben sich auch durch den Eintlüss
der nirt auf die Umgebung, indem die Verschmutzung gefördert un dir Aufrechterhaltung
eines gleichbleibenden Klimas unmöglich wird. Ausserdem stellt sie eine beträchtliche
Geräuschquelle dar.
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Demgegenüber ist bereits bekannt, translatorische Bewegungen mittels
elektrischer Kraftquelle zu erzeugen, beispielsweise durch sogenante Linearmotoren.
Diese bestehen aus einem mit Spulenwicklungen versehenen Primäii teil und einem
kurzgeschlossenen Sekundärteil, von denen eins fest angeordnet ist, wihrend das
andere durch vom Primärteil ausgehende Kraftimpulse translatorisch bewegt wird.
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Es wurden bereits Fahrzeuge mittels Linearmotor angetrieben. Sie sind
zu diesem Zweck mit dem Primärteil versehen, welches sich entlang einer Schiene
bewegt, die das stillßteherlde Sekundärteil bildet. Bei dieser Ausführung ist Jedoch
das Fahrzeug mit einem stromerzeugenden Aggrewat auszurüsten, oder es besteht die
Schwierigkeit der Stromzuführung an die bewegten Wickiwigen.
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Zur Bewegung von Fahrzeugen aber kUrzere Wegstrecken hingegen findet
ein Linearmotor mit umgekehrtem Arbeitsprinzip Anwendung. Es handelt sich um eine
Einrichtung zum Beschleunigen und Bremsen von Flugkßrpern. Hierbei sind als Primärteil
sich symmetrisch gegenüberliegende Spulenwicklungen fest unterhalb eines Rollfeldes
angeordnet.
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Im Luftspalt zwischen diesen Spulen wird im Falle ihrer Erregung das
Sekundirteil bewegt. Es ist als flächiger KBrper ausgebildet, der mit einem Ende
Aber die Rollbahn herausragt, so dass ein Schleppseil eingehängt werden kann. Die
Spulen werden zur Beschleunigung des Sekundärteiles
an ein Drehstromnetz
und zum Bremsen an ein Gleichstromnetz angeschlossen. Hierbei kommt es Jedoch lediglich
darauf an, das Sekundärteil recht schnell auf grosse Geschwindigkeit zu bringen
bzw, über eine angemessene Wegstrecke zu bremsen. Mit dieser Einrichtung können
Jedoch nicht mehrere Körper nach Zurücklegung einer bestimmten Wegstrecke in vorbestimmte
Positionen gebracht werden, wie es für bestimmte Transportprobleme erforderlich
ist, Die Erfindung bezweckt, Werkst<1oktrlgor in voneinander unabhängig steuerbarer
Bewegungsrichtung und-grösse ökonomisch und ohne nachteiligen Einfluss auf die Umgebung
über vorbestimmte Wegstrecken genau in vorbestimmte Positionen zu fördern.
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Der Erfindung liest die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb für die Bewegung
von Werkstückträgern innerhalb einer Fertigungßstrasse auf einer Transportbahn in
vorbestimmte Positionen durch entlang des Weges unabhangig voneinander wirksame
elektrische Kraftquellen zu schaffen.
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Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, dass als Kraftquellen
mehrere wechselweise und durch Impulserregung zusammenwirkende Primär- und Sekundärteile
an sich bekannter Linearmotoren Anwendung finden. Die Primärteile sind in Abständen
sowohl einzeln als auch gruppenweise
auf der Transportbahn verteilt
und die Sekundärteile sind am Werkstückträger angeordnet. Die in Gruppen angeordneten
Primärteile liegen parallel oder winklig, oder parallel und winklig zueinander.
Bestimmte Primrteilgruppen sind durch vom Werkstückträger betätigte Schalter in
aufeinander folgendem Wechsel an ein Drehstrom- oder Gleichstromnetz anschliessbar.
Jedes der Sekundärteile besteht aus einer Platte mit hoher magnetischer Leitfähigkeit,
welche dem Primärteil zugewandt mit einer Platte hoher elektrischer Leitfähigkeit
belegt ist, und beide sind länger als jedes der wie sie gerichteten Primärteile.
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In die Platte mit hoher elektrischer Leitfähigkeit sind quer zu ihr
zwei parallele Streifen mit hoher magnetischer Leitfähigkeit eingebettet, von denen
jeder breiter ist als die Breite der Nuten der Primärteile und deren gegenseitiger
Mittenabstand dem zweier ungleichnamiger Pole der Primär teile entspricht.
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In den Zeiclmungen ist der Erfindungagedanke beispielsweise dargestellt.
Es zeigen: Abb. 1 dell Teil einer Transportbahn mit möglichen Anordnulben von Linearmotoren
und einem Werksttlckträger Abb. 2 die Grobpositionierung eines Werkstnckträgers
in einer vorbestimmten Position durch auf der Bahnfläche angeordnete Schalter, Schnitt
nach Linie II-II in Abb. 1
Abb. 3 die Feinpositionierung.
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Der in Abb. 1 dargestellte Teil besteht wie die gesamte Transportbahn
in bekannter Weise aus einzelnen Abschnitt ten 1 bia 5, von denen let letzterer
als Kreuzungsabschnitt 5 besonders ausgebildet ist. Jeder dieser Abschnitte 1 bis
5 besitzt Führungsflächen wie 1.1 und Laufflächen wie 1.2 für die zu transportierenden
Werkstückträger, z.B. G, sowie tiefliegende Flächen wie 1.3 zur Berestigung der
Primärteile, z.B. T bis 15, der verwendeten Linearmotore.
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Bei diesen Dargestellung wurde auf konstruktive Notwendigkeiten, die
sich aus allgemeinen, nicht den Erfindungsgedanken berührenden Gesichtspunkten ergeben,
verzichtet.
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Die Ausführung von Lionearmotoren ist bekannt, weswegen die Primärteile
7 bis 15 in Abb. 1 und 2 nur andeutungsweise dargestellt wurden. In Abb. 3 sind
ihre Nauptbestandteile angedeutet, nämlich der Grundkörper 15, dessen zahnartige
Teile 15.1 die Magnetpole ausbilden, zwischen denen eine Dreiphasenwicklung 15.2
liegt.
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An der Unterseite jedes Werkstückträgers 6 ist mindestens ein Sekundärteil
16 befestigt, welches mit verschiedenen der Primärteile 7 bis 15 als Linearlotor
zusammenwirkt, nämlich denen, die von ihm bestrichen werden. Jedes der Sekundärteile
16 besteht mindestens aus einer Platte 16.1 aus Material hoher elektrischer Leitfähigkeit
und einer
Platte 16.2 aus Material hoher magnetischer Leitfähigkeit
für den magnetischen Rückschluss. Beide sind aus Granden des Start- und Bremsweges
l;er als jedes der Primirteile 7 bis 15. Die Darstellung zeigt einige der möglichen
Anordnungen von Primärteilen. Diese Anordnugen können den vorliegenden Gegebenheiten
angepasst werden. Bedingung ist, daßs die Werkstückträger 6 eirwandfrei bewegt werden.
Da sie zweckmässigerweise einheitlich ausgeführt werden, sind insbesondere die durch
sie zu bewegenden Massen von weßentlichem Einfluss. Hauptsächlich diese bestimmen
die lage des Schwerpunktes vol Werkstückträger 6. Eine evtl. extrem aussermittige
Schwerpunktalage kann erfordern, das zur Minderung der auftretenden Drehmomente
in einer Richtung Jeweils zwei zur Mitte parallele Primärteile wie 8, S, 11, 12
und 13, 15 angeordnet werden müssen, während es genicht, dass in der anderen Richtung
jeweils ein Prmärteil, wie 7, 14 und 10, mittig angeordnet ist. Der Kreuzungsabschnitt
5 Jedoch mulis beiden Richtungen gene'n und ist deshalb sowohl mit zwei parallelen,
wie 13, 15, als auch einem mittigen Primärteil 14 zu versehen. Weitere, den jeweilige
Anforderungen besser genügende Anordnungen sind denkbar. Es muss jedoch gewährleistet
werden, das stets ein wirksames der Primärteile 7 bis 15 von einem Sekundärteil
16 überdeckt wird. Pur die dargestellte Anordnung der Primärteile 7 bis 15 ist somit
eine Gruppe von Sekundärteilen 16 an der Unterseite Jedes der Werkstückträger 6
in
der Weise vorzusehen, wie sie auf dem Werkstückträger 6 andeutungsweise durch die
unterbrochenen Linien umrissen ist.
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In Abb. 2 wird gezeigt, wie der Werkstückträger 6 über die Primärteile
13 und 15 auf den Kreuzungsabschnitt 5 gelangt. An der Unterseite des Werkstückträgers
6 ist eins seiner Sekundgrteile 16 angedeutet. In die Laufflächen des Kreuzungsabschnittes
5 sind Schalter S bis S eingelassen.
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4 In Abb. 3 ist tiber einei angedeuteten Primärteil, z.B. 15, ein
Sekundirteil 16 abschnittsweise dargestellt. In dessen Platte mit hoher elektrischer
Leitfähigkeit t 16.1 s'ifld wie bei allen zwei Streifen 16.11 aus Material hoher
magnetischer Leitfähigkeit eingebettet. Sie sind beide symmetrisch zur Mitte der
Platte 16.1 angeordnet. Jeder dieser Streifen 16.11 ist breiter als die Breite der
Nuten zwischen den Teilen 15.1. Der gegenseitige Mittenabstand der Streifen 16.=
entspricht dem zweier ungleichnamiger Pole der Primärteile 7 bis 15.
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Für die Bewegung eines Werkstückträgers 6 auf dieser Transportbahn
ergibt sich folgende Wirkungsweise: Im Stillstand befindet sich der Werkstückträger
6 in mittiger Lage auf dem Abschnltt 4 und seine beiden parallelen
Sekundärteile
16 liegen somit mittig über den Primärteilen 11 und 12. Aus dieser Position bewegt
sich der Werkstückträger 6 heraus, wenn die Dreiphasenwicklungen 15.2 der Primärteile
11 und 12 durch Anschluss an ein Drehstromnetz erregt werden. Dies erfolgt von Steuertugseinrichtungen
her, die das Bewegungaprogramm beinhalten. Mit Erregung der Dreiphasenwicklungen
15.2 durch Drehstrom bildet sich über Jedem der prmärteile 11 usld 12 ein elektromagnetisches
Wanderfeld, welches eine der Pol teilung der Primärteile 7 bis 15 und der Netzfrequenz
entsprechend synchrone Geschwindigkeit besitzt. Dadurch werden in den zugeordneten
Sekundärteilen 16 des Werkstückträgers 6 Wirbelströme induziert, die nach bekannten
physikalischen Gesetzmässigkeiten die Sekundärteile 16 und somit den Werkstückträger
6 dem Wanderfeld nachziehen. Dabei verhindert der u.a. durch Reibungskräfte, die
am Werkstückträger 6 angreifen, bedingte, Schlupf, dass die Sekundärteile 16 die
Geschwindigkeit des Wanderfeldes annehmen. Zur Gewährleistung eines sicheren Bewegungsablautes
dürfen Jedoch die WerkstücktrMger 6 eine bestimmte Geschwindigkeit nicht überschreiten.
Somit werden die Primärteile 7 bis i5 im Falle der Erregung nur mit Impulsen betrieben.
Die für eine gewünschte Geschwindigkeit notwendige Impuladauer hängt ab von den
zu transportierenden Iiassen, der Länge des zurückzulegenden Weges sowie dem über
diesen Weg eintretenden Energieverlust. Zur Minderung
des letztgenannten
Einflusses Ist es notwendig, die Lauffläche wie 1.2 für die Werkstflckträger 6 und
auch die zu ihrer Führung dienenden Flächen wie 1.1 mit rsibungs mindernden Elementen,
wie Rollen und dergleichen, zu versehen. Am zweckmässigsten erscheit es, die Werkstückträger
6 auf Lu£tpolster zu bewegen. Die tür die Bewegung notwendige Impuladauer kann von
einem Rechner ermittelt und an Steuerungseinrichtungen weitergegeben werden. Soll
also der Werkstückträger 6 mit bestimmter Geschwindigkeit von dem Abschnitt 4 auf
den freuzungsabschnitt 5 bewegt werden, werden die Primärteile 11 und 12 nur zur
die errechnete Dauer an das Drehstromnetz angeschlossen. Durch den erhaltenen Kraftimpuls
beschleunigt, gelangt der Werkstückträger 6 über die Primärteile 13, 14, 15 des
Kreuzungsabsohnittes 5. Die' Schalter S bis S die: in Abb.
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2 dargestellt sind, dienen dazu, ihn über. ei,n Abschnitt, beispielsweise
dem Abschnitt 5, zum Stillstand zu bringen.
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Der ankommende Werkstückträger 6 gelangt erst über die beiden Schalter
S und S , was Jedoch noch ohne Folgen l ist. Erst wenn der Schalter S betätigt wurde,
werden die 3 Primärteile 13 und 15 in der Bewegung des Werkstückträgers 6 entgegengesetzter
Richtung erregt, wodurch die Sekundärteile 16 eine Gegenstrombremsung erfahren.
Die Wirkungsdauer dieser Gegenkraft kann mit Hilfe eines Rechners so bemessen werden,
dass eine Bewegung entgegen der ursprünglichen Bewegungsrichtung ausgeschlossen
wird, also eine
hinreichend grosse Geschwindigkeitsrestkomponente
erhalten bleibt. ereicht der Werkstückträger 6 nunmehr den Schalter S4, wird dadurch
die gleichzeitige Betätigung der Schalter S und S die Mehrphasenwicklung der Primär-1
4 teile 11, 12 an eine Gleichspannung geschaltet. Durch das so erzeugte stehende
Magnetfeld wird auf den Werkstückträger 6 eine richtkraftlose Bremswirkung ausgeübt.
Führt dieser Bremsprozess nicht zum Stillstand des Werkstückträgers X, so werden
nach Freigabe des Schalters S die Primär teile 11, 12 wiederum und zwar so, an ein
Drehstromnetz angeschlossen, dass sich ein Wanderfeld mit einem der Bewegung des
Werkstückträgers 6 entgegenerichteten Verlauf bildet. Diese Gegenstrombremsung hält
solange an, bis der Werkstückträger 6 wiederum beide Schalter S und 1 S betätigt,
was wiederum die Gleichstrombremung auslöst.
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Durch diese Beeinflussung mit Kraftimpulsen wechselnder Richtung erfolgt
eine Hin- und Herbewegung des Werkstückträgers G und schlieschlich Beine grobe Lagefesselung
innerhalb der Grenzen, die durch die Signalschalter S1 und S festgelegt sind. Das
durch Gleichstrom erzeugte stehen-4 de Magnetfeld entzieht dabei dem Werkstückträger'
6 Energie, bis schliesslich seine Stillsetzung erreicht ist. Es ist natürlich möglich,
weitere Schalter in anderen Richtungen an anderen Stellen der Transportbahn vorzusehen.
Eine genau mittige Lage wird hiermit allerdings nicht gewährleistet. Diesem Zweck
dienen die Streifen 16.11. Mit ihrer
Hilfe wird die genau mittig.
Lage des Werkstückträgers 6 auf dem Abschnitt 5 bewirkt, die mit der vorher geschilderten
Schaltung vorbereitet wurde. Die gewählte Breite und die Anordnung dieser Streifen
16.11 bedingen, dass sib durch den vorbereiteten Stillstand über jeweils zwei ungleichnamige
Pole der Primärteile, wie in Abb. 3 ftir 15 dargestellt, gelangen. Dies. Pole bilden
sich bei Erregung der Dreiphasenwicklung 15.2 mit Gleichstrom aus. Das dabei entstehende
Magnetfeld hat das Bestreben, eine minimale lange der Feldlinien zu bilden, so dass
diese nicht über die Platte 16.1, sondern über das Material mit geringaram magnetischen
Widerstand der Streifen 16.11 in die Platte 16.2 eingehen, wodurch sich ein geschlossener
sagnetischer Kreis bildet. Dieser Fellinienverlauf verursacht Krkfte, die die Streiten
16.11, wie dargestellt, in eine magnetische Vorzugslage zwingen. Eine darauf abgestimmte
sinnvolle Anordnung der Streifen 16.11 im Sekundärteil 16 und damit am Werkstückträger
6 führen damit die endgültige Mittenlage xoxo, desselben herbei.