DE29813629U1 - Manipulator zur Bedienung von Prozessen mit insbesondere hoher Hitzeentwicklung - Google Patents

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Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt Dipl.-Phys. Buse

Postfach 20 14 62 Kleiner Werth 34 Dipl.-Phys. Mentzel

D-42214 Wuppertal D-42275 Wuppertal Dipl.-Ing. Ludewig

³⁶ Wupperta.,29. Juli 1998

Kennwort: „Manipulator"

Michael Fenne, Mettberg 30a, 45549 Sprockhövel

Manipulator zur Bedienung von Prozessen mit insbesondere hoher Hitzeentwicklung

Manipulatoren, wie sie bekanntermaßen in der Automobilindustrie eingesetzt und als Roboter bezeichnet werden, zeichnen sich durch Schnelligkeit, große Genauigkeit sowie Stetigkeit in der Ausführung ihrer Arbeitsprozesse aus und ersparen damit einerseits Personal und sind andererseits geeignet Sicherheitsaspekte zu erfüllen. Allerdings lassen sich derartige, vorbekannte Manipulatoren ohne Beeinträchtigung ihrer Funktion nicht bei rauhesten Betriebsbedingungen einsetzen, wie sie beispielsweise in Stahlwerken und Gießereien vorkommen.

Aufgabe der Neuerung ist es, einen Manipulator zu schaffen, der für die Prozeßbedienung in unterschiedlichen Höhenbereichen, unterschiedlichen Flächenbereichen und auch unterschiedlichen Neigungslagen einsetzbar ist sowie in ausreichend großem Abstand zum eigentlichen Prozeß ortveränderlich aufstellbar ist. Diese Aufgabe ist neuerungsgemäß mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Ein derartiger Manipulator läßt

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sich in hervorragender Weise benutzen, um Lanzen zum Injizieren von Gasen oder Feststoffprodukten in Schmelzen einzuführen. Dabei kann die Lanze in einer derartigen Weise bewegt werden, daß seitliche Verschwenkungen zur Bestreichung der Badoberfläche möglich sind. Außerdem läßt sich bei diesem Manipulator die Lanze um das Maß ihres Abbrandes in der Schmelze nachführen, so daß die Tauchtiefe des Lanzenendes in der Schmelze immer gewährleistet ist. Allerdings kann der Manipulator auf seinem Werkzeugschlitten statt eines Lanzenrohres auch elektrische, hydraulische oder pneumatische Werkzeuge aufnehmen, mit denen sich entsprechende Tätigkeiten oder Prozesse ausführen bzw. einleiten lassen. Derartige Anwendungen lassen sich in der Hauptsache bei Heißbereichen ausführen, um Personal vor Hitzeeinflüssen zu schützen, so daß keine lästige Schutzkleidung, Schutzbrillen oder Helme erforderlich sind, weil die Bedienung des Manipulators von einem Schaltraum oder Leitstand aus erfolgen kann, wenn dem Manipulator eine frei programmierbare Steuerung beigegeben ist. Dabei kann die Steuerung derartig gestaltet sein, daß verschiedene Programme für diverse Einsatzzwecke speicherbar sind, wobei die Ablaufprogramme auch in der Form automatisiert werden können, daß an verschiedenen Aufstellungsorten im Busstecker eine entsprechende Codierung vorgesehen ist, so daß sofort gemäß dem Busstecker am Aufstellungsort das zutreffende Programm aufgerufen und abgefahren werden kann.

Zur Sicherung der Endbereiche der Schwenkbewegungen des Manipulators ist die Drehbewegung des Hubgestelles in seinen Enddrehlagen durch Endschalter begrenzt, denen mechanische Anschlagpuffer nachgeschaltet sein können. Dabei erfolgt die Betätigung des Hubtisches und auch des Schwenkarmes vorzugsweise durch Hydraulikzylinder, die über in das Leitungssystem integrierte Magnetventile über die zuvor erwähnte Steuerung ansteuerbar sind.

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Zur Regulierung von Arbeitsgeschwindigkeiten sind sowohl der elektrische Getriebemotor zur Drehbewegung des Hubgestelles als auch der elektrische Getriebemotor für die Fahrbewegung des Werkzeugschlittens mittels jeweils eines Frequenzumwandlers in der Drehzahl stufenlos regelbar. Dabei mag zum Verfahren des Werkzeugschlittens auf der Führungsschiene dieser Werkzeugschlitten mittels eines vom ortsfest an der Führungsschiene festgelegten, elektrischen Getriebemotor angetriebenen Kettentriebes verfahrbar sein.

Wie bereits oben erwähnt, sind die Bauteile, wie Magnetventile, Frequenzumwandler, Schaltglieder und dergleichen in eine elektronische, Bauglieder umfassende Steuerung (SPS) einbezogen. Dabei kann die Steuerung einen Schaltpult mit Meisterschaltern (Joy-Stick) aufweisen, womit sich eine manuelle Prozeßsteuerung zur Ersteingabe in eine Programmsteuerung für einen ggf. mehrfach wiederholbaren Steuerzyklus erzielen läßt.

Der neuerungsgemäße Manipulator ist anhand eines Ausführungsbeispieles, bei dem Ingredienzen über ein Lanzenrohr in eine Schmelze eingeführt werden können, anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.

Der Manipulator weist ein Untergestell 10 auf, in welches ein Schrankteil 11 integriert ist, in welchem eine elektronische Bauglieder umfassende Steuereinheit untergebracht werden kann. In einem separaten Schutzgehäuse des Untergestells 10 ist ein elektro-hydraulisches Pumpenaggregat 12 mit Magnetventilen sowie ein elektrischer Getriebemotor 13 untergebracht. Dieser Getriebemotor 13 dient dem Antrieb eines Drehkranzes 14, der einerseits am Untergestell 10 und andererseits an einem darüber angeordneten Hubgestell 15 befestigt ist. Dieses Hubgestell 15 umfaßt einen hydraulisch anhebbaren und absenkbaren Hubtisch 16, an dem ein Schwenkrahmen 17

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angelenkt ist, der über einen Hydraulikzylinder 18 neigungseinstellbar ist. Dabei mag der Schwenkrahmen 17 in einem Winkelbereich „A" zwischen O und 75° gegenüber der Horizontalen verschwenkt werden können. Am Schwenkrahmen 17 ist eine Führungsschiene 19 festgelegt, die aus einem Trägerrohr oder aber wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Profilträger bestehen kann. Am Ende der Führungsschiene ist ein Getriebemotor 20 angeordnet, der beispielsweise über einen Kettentrieb 21 einen an der Führungsschiene 19 verfahrbaren Werkzeugschlitten 22 vor- und zurückfahren kann. Dieser Werkzeugschlitten 22 haltert bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine als Werkzeug fungierende, rohrförmige Lanze 23, die einerseits mit einer zumindest bereichsweise schlauchförmigen Förderleitung 24 verbunden ist, während das freie Ende der Lanze 23 in die Schmelze eines Schmelzofens 25 eintaucht.

Sowohl die Schwenkbewegung des Hubgestelles 15 als auch der Hubweg „B" des Hubtisches 16 sowie die Schwenkbewegung des Schwenkrahmens 17 und schließlich auch die Fahrbewegung des Werkzeugschlittens 22 sind durch Endschalter begrenzt, wobei zur Sicherheit noch jeweils Anschläge bzw. Puffer vorgesehen sind. Um den Manipulator auch in seiner Gesamtheit vom einen zum anderen Aufstellort transportieren zu können, kann das Untergestell vorteilhaft mit nicht dargestellten Rollen bestückt sein. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel befinden sich unter der Plattform des Untergestelles 10 Einschubstücke 26 beispielsweise zur Umfassung der Gabeln eines Gabelstaplers, mit dessen Hilfe der gesamte Manipulator vom einen zum anderen Aufstellort transportiert werden kann. An gefährdeten Stellen ist der Manipulator durch eine entsprechende, in strichpunktierten Linien angedeutete Schutzvorrichtung 27 beispielsweise gegen Hitzestrahlung sowie Stahl- und Schlackenspritzer gesichert.

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Der Manipulator kann in seinem Ablauf durch die zuvor erwähnte SPS-Steuerung gefahren werden. Dabei mag zunächst eine manuelle Betätigung des Manipulators über die Meisterschalter (Joy-Sticks) durchgeführt werden, um den Manipulator zu automatisieren, was bedeutet, daß die reproduzierbaren Bewegungen des Manipulators durch das infolge Handbetrieb eingespeicherte Programm ablaufen können. Ausgehend von der Stellung bei Arbeitsbeginn kann die Winkelstellung der Lanze, die Hubhöhe und der Schwenkweg manuell eingeleitet werden. Zwischen jeden dieser ausführenden Befehle wird in üblicher Weise eine Taste zur Einprogrammierung gedrückt. Wenn dieser gesamte Ablauf einschließlich des Rückfahrens des Manipulators in Ruhestellung durchgeführt ist, wird eine das Programm komprimierende Taste gedrückt. Dadurch rechnet sich die Steuerung dann den gesamten Bewegungsablauf, auch wenn er von der Bedienungsperson nur in kleinen Schritten durchgeführt wurde, immer zu den einzelnen Endpunkten, zu denen die Taste gedrückt wurde aus, und führt diese vollkommen simultan, ohne Rückbewegungen durch. Dabei ist es von erheblichem Vorteil, daß mit dem neuerungsgemäßen Manipulator seitliche Schwenkbewegungen zur Bestreichung der Badoberfläche ausgeführt werden können. Ebenso ist die Nachführung der Lanze mit einer dem Abbrand angepaßten Geschwindigkeit vorteilhaft, weil die Tauchtiefe des Lanzenendes in der Schmelze praktisch nicht variiert. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, daß der Werkzeugschlitten 22 mit variablen Geschwindigkeiten programmiert werden kann, wie z. B. Schnellfahrt zum Heranfahren an die Behandlungspositionen, danach langsame Fahrt zum Erreichen des Behandlungspunktes und Kriechfahrt für die Nachführung der Lanze bei deren Abbrand.

Wie bereits erwähnt, gibt das dargestellte Ausführungsbeispiel die Neuerung nur beispielsweise wieder, die keinesfalls allein darauf beschränkt ist. Es sind vielmehr noch mancherlei Verbesserungen und andere Ausgestaltungen

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des Gegenstandes gemäß der Neuerung denkbar. So lassen sich beispielsweise verschiedenartige Werkzeuge auf dem Werkzeugschlitten aufsatteln, wie beispielsweise ein Zangenglied zum Einsetzen eines Schlackenstopfens in den Schmelzenausguß eines Konverters, oder aber zum Zugeben von verpackten Legierungselementen in Blechgebinden in eine Schmelze durch die Ofentüre hindurch. Außerdem lassen sich Probenahmelanzen oder Temperaturlanzen in Lichtbogenöfen, Schmelzen oder auch Pfannen einfahren.

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Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt Dipl.-Phys. Buse

Postfach 2014 62 Kleiner Werth 34 Dipl.-Phys. Mentzel

D-42214 Wuppertal D-42275 Wuppertal Dipl.-Ing. Ludewig

Wuppertal, 29. J U U 1998

Kennwort: „Manipulator"

Michael Fenne, Mettberg 30a, 45549 Sprockhövel

Bezugszeichenliste:

10 Untergestell

11 Schrankteil

12 Pumpenaggregat

13 Getriebemotor

14 Drehkranz

15 Hubgestell

16 Hubtisch

17 Schwenkrahmen

18 Hydraulikzylinder

19 Führungsschiene

20 Getriebemotor

21 Kettentrieb

22 Werkzeugschlitten

23 Werkzeug/Lanze

24 Förderleitung

25 Schmelzofen

26 Einschubstück

27 Schutzvorrichtung

A Winkelbereich B Hubweg

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Claims (7)

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   Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt Dipl.-Phys. Buse

   Postfach 20 14 62 Kleiner Werth 34 Dipl.-Phys. Mentzel

   D-42214 Wuppertal D-42275 Wuppertal Dipl.-Ing. Ludewig

   Wuppertal, 29. JuU 1998

   Kennwort: „Manipulator"

   Michael Fenne, Mettberg 30a, 45549 Sprockhövel

   Schutzansprüche:

   1.) Manipulator zur Bedienung von Prozessen mit insbesondere hoher Hitzeentwicklung, in dessen ggf. verfahrbarem Untergestell (10) eine elektrische Steuereinheit, ein elektro-hydraulisches Pumpenaggregat (12) mit Magnetventilen sowie ein elektrischer Getriebemotor (13) für die Drehbewegung eines zwischen Untergestell (10) und einem darüber liegendem Hubgestell (15) angeordneten Drehkranzes (14), wobei das Hubgestell (15) einen hydraulisch anhebbaren und absenkbaren Hubtisch (16) aufweist, der einen mittels eines weiteren Hydraulikzylinders (18) neigungseinstellbaren Schwenkrahmen (17) lagert, der seinerseits eine Führungsschiene (19) haltert, an welcher ein in linearer Richtung durch einen elektrischen Getriebemotor (20) vor- und zurückfahrbarer Werkzeugschlitten (22) für die Aufnahme elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbarer Werkzeuge (23) angeordnet ist.
2. 2.) Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung des Hubgestells (15) in seinen Enddrehlagen durch

   TELEFON (0202) 55 70 22 COMMERZBANK AG CREDIT- U. VOLKSBANK EG POSTGIROAMT VAT-No. TELEX 8 591606 wpald WUPPERTAL 4 129 805 WUPPERTAL 103490014 KÖLN 72634-506 DE 121035988 TELEFAX (0202) 57 15 01 BLZ 330 40001 BLZ 330 60098 BLZ 37010050

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   Endschalter begrenzt ist, denen mechanische Anschlagpuffer nachgeschaltet sind.
3. 3.) Manipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung des Hubtisches (16) und auch des Schwenkrahmens (17) durch Hydraulikzylinder (18) erfolgt, die über in das Leitungssystem integrierte Magnetventile ansteuerbar sind.
4. 4.) Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der elektrische Getriebemotor (13) zur Drehbewegung des Hubgestells (15) als auch der elektrische Getriebemotor (20) für die Fahrbewegung des Werkzeugschlittens (22) mittels jeweils eines Frequenzumwandlers in ihrer Drehzahl stufenlos regulierbar sind.
5. 5.) Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugschlitten (22) mittels eines vom ortsfest an der Führungsschiene (19) festgelegten elektrischen Getriebemotor (20) angetriebenen Kettentriebes (21) verfahrbar ist.
6. 6.) Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile wie Magnetventile, Frequenzumwandler, Schaltglieder und dergleichen in eine elektronische Bauglieder umfassende Steuerung (SPS) einbezogen sind.
7. 7.) Manipulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung ein Schaltpult mit Meisterschaltern (Joy-Sticks) aufweist, womit sich eine manuelle Prozeßsteuerung zur Ersteingabe in eine Programmsteuerung für einen ggf. mehrfach wiederholbaren Steuerzyklus erzielen läßt.