DE3510797C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Transporteinrichtung nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Bei üblichen Umsetzungs-Transportsystemen wird ein Wagen im allgemeinen von einer auf ihm montierten Antriebsquelle entlang eines vorbestimmten Transportwegs bewegt. Bei einem solchen Transportsystem sind jedoch aufgrund der Anbringung der Antriebs­ quelle Größe und Gewicht des Wagens erheblich.

Wenn ein Wagen sehr schnell läuft, entsteht das Problem, daß in Kurvenabschnitten eine große Zentrifugalkraft entsteht und Energiezufuhr notwendig ist.

Es wurde bereits ein Transportsystem vorgeschlagen, bei dem der Wagen nicht mit einer Antriebsquelle ausgestattet ist, sondern von außerhalb eine Vortriebskraft erhält, wodurch der Wagen auf­ grund der ihm eigenen Trägheit läuft. Zum Beispiel ist in einem Transportsystem mit linearem Induktionsmotor der Wagen mit einer Reaktionsplatte ausgestattet, in die ein sich mit der Zeit ändern­ der Induktionsfluß eingespeist wird, so daß in der Reaktionsplatte eine definierte Vorwärts- oder Rückwärts-Antriebskraft erzeugt wird. Diese Konstruktion ermöglicht eine Miniaturisierung des Wagens, so daß gleichzeitig dessen Gewicht verringert wird und der Wagen sehr schnell bewegt werden kann. In Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der DE-AS 12 48 558 eine Transporteinrichtung beschrieben, bei der es speziell um eine Schienen-Hängebahn geht, bei der die Führungsschienenanordnung aus zwei einander zugewandten Führungsschienen mit C-förmigem Querschnitt besteht. Jeder Wagen besitzt zwei Paare von Trag- und Führungsrollen, deren Querschnitt an den Innen-Querschnitt der Führungsschienen angepaßt ist und etwas kleiner als letzterer dimensioniert ist. Der Antrieb folgt in Steigungs- oder horizontalen Strecken mit einem Kettenantrieb oder dergleichen. In Gefälle­ strecken wird die Schwerkraft ausgenutzt. Dazu sind zum Vermeiden zu hoher Geschwindigkeiten spezielle Bremsvorrichtungen vorhanden. Zur Aufnahme seitlicher Bewegungen des Wagens sind auf jeweils einer Vertikal-Welle sitzende Stützrollen vorgesehen, die sich an einer der einander zugewandten Außenkanten der Führungsschienen abstützen.

Wie erwähnt, wird bei der bekannten Anlage durch spezielle Brems­ vorrichtungen erreicht, daß sich die Wagen in Gefällestrecken nicht zu stark beschleunigen.

Es mag zwar bei manchen Transportgütern wünschenswert sein, keine zu hohe Geschwindigkeiten der Wagen zuzulassen, grundsätzlich ist aber eine hohe Wagengeschwindigkeit vorteilhaft, da die Transportzeiten entsprechend gering sind. Verwendet man nun in einer Anlage, in der sich die Wagen mit hoher Geschwindigkeit bewegen, die oben näher beschriebenen Führungsrollen mit an den Innenquerschnitt der Führungsschienen angepaßtem Rollenquerschnitt, so ergibt sich folgendes Problem: Die Rollen rollen aufgrund der Schwerkraft auf den nach oben weisenden Flächen der unteren Schenkel der C-förmigen Schienen ab. In Kurven oder in Gefällestrecken oder in geraden Abschnitten nach Kurven kann es vorkommen, daß eine oder beide Rollen eines Rollen-Paares "abheben", so daß die Rolle mit der Unterseite des oberen Schenkels der C-förmigen Schiene in Berührung kommt. Die Drehrichtung der Rolle ist aber an der Berührungsstelle der Gesamtbewegungsrichtung des Wagens entgegengesetzt. Die Rolle und mit ihr der Wagen werden stark abgebremst. Es entstehen erhebliche, die Anlage auf Dauer stark beschädigende Reibungsverluste und starke Geräusche.

Aus dem DE-GM 68 00 224 ist eine Hängebahn bekannt, bei der auf einer T-Schiene ein Wagen mit zwei oberen Stützrad-Paaren und einem unteren Reibrad abrollt. Das Reibrad wird direkt von einem Motor angetrieben und von einer starken Feder gegen die Unterseite des Querstücks des T-Profils gedrückt. Abgesehen davon, daß eine solche Konstruktion nur relativ geringe Transportgeschwindigkeiten zuläßt, besteht ein weiteres Problem darin, daß enge Kurven kaum oder überhaupt nicht durchfahren werden können, da die Achsen der beiden Stützrad-Paare und die Achse des antreibenden Reibrades die Spitzen eines Dreiecks bilden, was bedeutet, daß die zwischen den Stützrädern auf der einen Seite und dem Reibrad auf der anderen Seite verlaufende Schiene stets mehr oder weniger ge­ streckt verlaufen muß.

Aus dem DE-GM 19 56 894 ist eine Laufkatze bekannt, bei der inner­ halb einer Profilschiene ein Stützrad-Paar angeordnet ist, während zur seitlichen Abstützung auf der Außenseite des Profils zwei Räder mit vertikaler Achse abrollen. Auch hier tritt das Problem auf, daß bei einem Wechsel der Belastungsrichtung - soweit dieser bei der bekannten Anordnung überhaupt zulässig ist - starke Rei­ bungskräfte an der Innenseite des Profils wirksam werden.

In dem DE-GM 18 08 681 ist eine Transportbahn beschrieben, bei der sich an drei Außenflächen einer im Querschnitt rechteckigen Führungs­ schiene Rollen bzw. Rollenpaare abstützen. Eine dreidimensionale Bewegung der Wagen ist nicht möglich, da die Wagen auf der Unter­ seite nicht abgestützt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Transporteinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzten Art derart weiter­ zubilden, daß sowohl eine dreidimensionale Bewegung, also eine Bewe­ gung in alle möglichen Richtungen, möglich ist, als auch ein ver­ schleißarmer, praktisch reibungsloser Betrieb der Wagen in der Füh­ rungsschienenanordnung - praktisch ohne störende Geräuschentwicklung - gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Transporteinrichtung gegen­ über den oben beschriebenen Einrichtungen besteht darin, daß der Antrieb durch mehrere verteilt angeordnete Antriebsvorrichtungen oder Antriebsstationen erfolgt. Der Wagen wird in einer Antriebs­ station impulsartig beschleunigt und läuft dann aufgrund seiner Massenträgheit bis zur nächsten oder übernächsten Antriebsstation, wo er erneut beschleunigt, verzögert oder vollständig abgebremst werden kann. Aufgrund der besonderen Lagerung des Wagens entstehen während des allein durch Massenträgheit aufrechterhaltenen Bewegungs­ vorgangs keine Reibungsverluste. Die erste und die zweite Gruppe von Rädern stützt den Wagen in alle denkbaren Richtungen, nach links, nach rechts, nach oben und nach unten. Die Rad-Paare sind derart angeordnet, daß der Wagen auch scharfe Krümmungen ohne Schwierig­ keiten durchlaufen kann.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht von einem Wagen und Führungsschienen gemäß der Er­ findung,

Fig. 2 eine Schnittansicht des Transportwegs für den Wagen,

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4a eine perspektivische Ansicht zur Veran­ schaulichung des Prinzips eine linearen Induktionsmotors,

Fig. 4b eine graphische Darstellung, die die Be­ ziehung zwischen Induktionsfluß und Wir­ belströmen darstellt,

Fig. 5 eine schematische Skizze von Transport­ wegen,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines modi­ fizierten Wagen, und

Fig. 7 eine Querschnittansicht eines modifizierten Transportwegs für den Wagen.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, enthält ein Wagen 1 ein Gehäuse 2, welches einen Gegenstand aufzunehmen ver­ mag, und eine Reaktionsplatte 3, die vertikal vom Boden des Gehäuses 2 nach unten absteht. Die Reaktionsplatte 3 besteht aus einem elektrischen Leiter, wie Kupfer, Alu­ minium oder dergleichen, und sie erhält eine nach vorne oder nach hinten gerichtete Antriebskraft, die erzeugt wird durch die von den Statoren 9 erzeugte Magnetkraft. Zwei Paare von Rädern (geführten Elementen) 4, die von den Seitenflächen des Gehäuses 2 abstehen, befinden sich sowohl auf der Vorder- als auch auf der Hinterseite des Wagens. Außerdem sind zwei Paare von Rädern 5 für beide Enden jedes Seitenrahmens des Wagens vorgesehen. Somit sind insgesamt acht Räder 5 vorgesehen. Der Trans­ portweg 6 des Wagens 1 wird gebildet durch ein Paar U-förmige, einander zugewandte Führungsschienen 7. Der Ab­ stand a zwischen den sich gegenüberliegenden Innenflächen 7 a der Führungsschienen 7 ist geringfügig größer als der Abstand b zwischen den Außenumfangsbereichen der Räder 4. Der Abstand c zwischen den oberen und den unteren Flan­ schen der Schienen ist etwas größer als der Abstand d zwischen den Außenumfangsabschnitten der vertikal fluch­ tenden Räder 5. Die Innenfläche 7 a und die einander zu­ gewandten Innenflächen 7 b und 7 c der oberen und der unteren Flansche dienen als Führungsflächen für die Räder 4 und 5. Unterhalb der Transportbahn 6 ist ein linearer Induktionsmotor (Linearmotor) 8 vorgesehen. Der Linear­ motor 8 besteht aus einer Reaktionsplatte 3 am Boden des Gehäuses 2 als bewegliches Teil und einem auf gegenüber­ liegenden Seiten der Reaktionsplatte 3 angeordneten Paar von Statoren 9. Wie in den Fig. 3 und 4a gezeigt ist, ent­ hält jeder Stator 9 ein mit ausgestanzten Zähnen und Nuten zur Aufnahme von (nicht gezeigten) Wicklungen versehenes Paket von Elektroblechen. Zwischen der Reak­ tionsplatte 3 und den Statoren 9 befindet sich Spalte g vorbestimmter Breite.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4a und 4b das Prinzip der Erzeugung einer Vorwärts- oder Rück­ wärts-Antriebskraft des Linearmotors erläutert. Fig. 4a zeigt in perspektivischer Ansicht eine flache Platte eines Einseitentyp-Linearmotors, während Fig. 4b die Beziehung zwischen dem magnetischen Fluß bg und den Wirbelströmen veranschaulicht. Wenn durch die Wicklungen der Statoren ein zwei- oder ein dreiphasiger Wechselstrom geschickt wird, erhält man folgenden Augenblickswert bg(T) der Flußdichte in den Spalten g:

bg=Bg cos(wt- π x/ τ) (1)

wobei:

Bg:Scheitelwert der Flußdichtew=2π f:Kreisfrequenz der Quellenspannung (rad/s)f:Frequenz (Hz)t:Zeit (s)x:Abstand (m) entlang der Statorflächeτ:Polteilung

Die Polteilung τ repräsentiert die Länge einer halben Periode der Flußdichte bg. Da der von den Statoren 9 er­ zeugte Induktionsfluß ein Wechselfluß ist, werden in der Reaktionsplatte 3, d. h. dem beweglichen Teil, entspre­ chend dem Lenzschen Gesetz Wirbelströme erzeugt. In Fig. 4a repräsentieren die Symbole ○ und × im Abschnitt der Reaktionsplatte 3 Stärke und Richtung der Wirbel­ ströme. Der Momentanwert jr des Wirbelstroms wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:

jr=Jr sin(wt- π x/ τ-ϕ) (2)

wobei

Jr:Scheitelwert des Wirbelstromsϕ:Phasendifferenz, verursacht durch die Impe­ danz der Raktionsplatte 3.

Da die Flußdichte bg in den Spalten ein Verschiebungsfeld bildet, erzeugt das Produkt aus Flußdichte bg und Augen­ blickswert des Wirbelstroms einen kontinuierlichen Schub F entsprechend der Linke-Hand-Regel von Fleming. Obschon dieser Schub F gemäß Fig. 4a in die linke und die rechte Richtung erzeugt wird, würde die Reaktionsplatte 3 nach links bewegt werden, weil bg×jr im linken Bereich gemäß Fig. 4b größer ist als im rechten Bereich. Um die Reaktions­ platte 3 mit einer Rückwärts-Antriebskraft zu beaufschlagen, sollte durch die Wicklungen der Statoren 9 ein Wechsel­ strom mit umgekehrter Phase geschickt werden. Die Stärke des Schubs F läßt sich variieren, indem man die Frequenz f oder die Amplitude des Wechselstroms variiert.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 soll nun die Transportbahn 6 zum Leiten des Wagens 1, der mit der Antriebskraft beauf­ schlagt wird, erläutert werden. Die in Fig. 5 dargestellte Transportbahn 6 enthält eine Weiche 10, durch die die Laufrichtung des in Richtung des Pfeils A bewegten Wagens 1 ausgewählt wird, so daß der Wagen entweder entlang der oberen Transportbahn 6 a oder entlang der unteren Transportbahn 6 b bewegt wird, wobei letztere von der Bahn 6 a in verti­ kaler Richtung mit Abstand angeordnet ist. Unterhalb der Bahnen 6, 6 a und 6 b befinden sich Statoren 9, die der Reaktionsplatte 3 des Wagens 1 eine Vorwärts- oder Rück­ wärts-Antriebskraft vermitteln.

Die Anlage mit dem oben beschriebenen Aufbau arbeitet wie folgt: Die Beaufschlagung des Wagens 1 mit einer Antriebs­ kraft erfolgt durch Einspeisen eines zwei- oder dreiphasigen Wechselstroms in die Wicklungen der Statoren, damit ein Induktionsfluß erzeugt wird; dadurch wird Wirbelstrom induziert. Das Produkt aus Fluß und Wirbelstrom ruft einen kontinuierlichen Schub F entsprechend der Linke-Hand-Regel von Fleming hervor. Wenn der Wagen 1 auf diese Weise mit Schub beaufschlagt wird, würden die am Gehäuse 2 befestig­ ten Räder 4 und 5 aufgrund der Trägheit des Wagens laufen, wobei sie durch die U-förmigen Führungsschienen 7 geleitet werden. Die Führungsschienen 7 besitzen Führungsflächen 7 a, die eine Querbewegung des Wagens 1 verhindern. Außerdem weisen die Führungsschienen 7 Führungsflächen 7 b und 7 c auf, die eine Vertikalbewegung des Wagens 1 verhindern.

Andererseits weist der Wagen 1 entlang der Führungsflächen 7 a rollende Räder 4 und entlang der Führungsflächen 7 b und 7 c rollende Räder 5 auf. Demzufolge kann der Wagen nur in Richtung A laufen, während eine Bewegung in andere Rich­ tung verhindert wird. Auch wenn daher die Führungsbahn 6, die den Wagen 1 leitet, in horizontaler oder in vertikaler Richtung gebogen ist, kann sich der Wagen 1 ohne zu ent­ gleisen in dreidimensionaler Richtung bewegen. Obschon die in Fig. 5 dargestellte Transportbahn nur in vertikaler Richtung gebogen ist, kann die Bahn auch in einer horizon­ talen Ebene gebogen sein. Bei dieser Ausführungsform ver­ ringern die Räder 4 und 5 an dem Wagen 1 den Reibungswider­ stand an den Führungsflächen 7 a, 7 b und 7 c, so daß eine hohe Laufgeschwindigkeit des Wagens auch dann sicherge­ stellt wird, wenn der Wagen aufgrund der ihm eigenen Trägheit läuft. Da die eine seitliche Bewegung des Wagens 1 verhindernden Räder 4 am vorderen und am hinteren Ende des Wagens 1 vorhanden sind, lassen sich die seitlichen Ab­ messungen des Wagens 1 klein halten, wobei dennoch die Ladekapazität des Gehäuses 2 auf einem konstanten Wert gehalten wird. Der Wagen 1 läßt sich also miniaturi­ sieren.

Abwandlungen der oben beschriebenen Ausführungsformen sind möglich. So zum Beispiel können an den Seitenflächen des Wagens 1 zur Verringerung der Bauteilezahl gemäß Fig. 6 vier Räder 5 vorgesehen sein, die mit den oberen und unteren Flanschen 7 b und 7 c jeder Führungsschiene in Ein­ griff gelangen. Außerdem können gemäß Fig. 7 einander gegenüberliegende Führungsschienen L-förmigen Querschnitts vorgesehen sein, deren einer Schenkel jeweils zwischen Rädern 5 eingeklemmt wird. In Fig. 7 tragen gleiche und ähnliche Teile wie in Fig. 6 entsprechende Bezugszeichen. Obschon bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ein linearer Induktionsmotor zur Bereitstellung der An­ triebskraft verwendet wurde, können auch andere Typen von Linearmotoren eingesetzt werden, zum Beispiel ein linearer Schrittmotor oder ein linearer Gleichstrommotor.

Claims (7)

1. Transporteinrichtung, mit einem mit Rädern versehenen Wagen (1), einer Führungsschienenanordnung, die horizontal und/oder vertikal verlaufende Abschnitte aufweist sowie Seiten-Führungsflächen (7 a) für die Seitenführung und obere und untere Führungsflächen (7 b, 7 c) für die Auf-/Ab-Führung des Wagens (1) aufweist, und einen Antrieb, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - Der Antrieb weist mehrere Antriebsvorrichtungen (9) auf, die mit Abstand voneinander an bestimmten Stellen der Führungsschienenanordnung (7) angebracht sind, um auf den Wagen (1) eine Vortriebskraft oder eine Bremskraft zu übertragen, damit sich der Wagen (1) aufgrund seiner Massenträgheit zwischen den Antriebsvorrichtungen (9) bewegt und
• - eine erste Gruppe von Rädern (4) umfaßt Rad-Paare, die an einer der Seiten-Führungsflächen (7 a) abrollen und von denen jedes Rad durch eine Vertikal-Welle am Wagen (1) auf einer in seitlicher Richtung verlaufenden geraden Linie gelagert ist, um eine zweite Gruppe von Rädern (5) umfaßt auf jeder Wagenseite ein vorderes und ein hinteres Rad-Paar, von denen je ein Rad auf der oberen und ein Rad auf der unteren Führungfläche (7 b, 7 c) abrollt und mittels einer in seitlicher Richtung der Führungs­ anordnung und des Wagens orientierten Horizontal-Welle am Wagen gelagert ist, wobei die Räder jeweils eines Rad- Paares auf einer in Auf-/Ab-Richtung verlaufenden geraden Linie angeordnet sind.

2. Transporteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führungsschienenanordnung (7) zwei parallele Führungsschienen umfaßt, daß jede Führungsschiene einen ersten Abschnitt mit einer dem Wagen (1) gegenüberliegenden Seiten­ fläche und einem oberen und einem unteren Ende aufweist, wobei sich der erste Abschnitt bezüglich des Wagens in Auf-/ Ab-Richtung erstreckt, daß jede Führungsschiene einen zweiten Abschnitt mit einer Unterseite (7 b) und einen dritten Abschnitt mit einer Oberseite (7 c) aufweist, daß der zweite und der dritte Abschnitt sich vom oberen bzw. vom unteren Ende des ersten Abschnitts in Richtung auf den Wagen erstrecken, und daß die Seitenfläche des ersten Abschnitts der beiden Führungs­ schienen die Seiten-Führungsflächen (7 a) bilden, während die Unterseite und die Oberseite des zweiten und des dritten Abschnitts die oberen bzw. die unteren Führungsflächen für die Auf-/Ab-Führung des Wagens bilden.

3. Transporteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führungsschienenanordnung (7) zwei parallele Führungsschienen umfaßt, daß jede Führungsschiene einen ersten Abschnitt mit einer dem Wagen (1) gegenüberliegenden Seiten­ fläche aufweist, wobei sich der erste Abschnitt in Auf-/Ab- Richtung bezüglich des Wagens (1) erstreckt, daß jede Führungs­ schiene einen zweiten Abschnitt mit einer Oberseite und einer Unterseite aufweist, der sich von dem Ende des ersten Ab­ schnitts in Richtung auf den Wagen erstreckt, und daß die Seitenflächen der ersten Abschnitte der beiden Führungs­ schienen die Seiten-Führungsflächen bilden, während die Ober­ seite bzw. die Unterseite der zweiten Abschnitte der Führungs­ schienen die obere bzw. untere Führungsschiene bilden.

4. Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem ein vorderes und ein hinteres Ende aufweisenden Wagen (1) die erste Gruppe von Rädern (4) ein erstes Rad-Paar aufweist, das an den Seiten- Führungsflächen (7 a) abrollt und am vorderen Ende des Wagens (1) montiert ist, und daß die erste Gruppe von Rädern ein zweites Rad-Paar aufweist, welches ebenfalls an den Seiten- Führungsflächen (7 a) abrollt und am hinteren Ende des Wagens (1) gelagert ist.

5. Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zwei Seitenflächen aufweisende Wagen die zweite Gruppe von Rädern (5) an seinen Seiten­ flächen lagert, und zwar jeweils ein Rad-Paar am vorderen und am hinteren Ende auf jeweils einer Wagen-Seite.

6. Transporteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Räder (5) der zweiten Gruppe zwischen den am vorderen bzw. am hinteren Ende angebrachten Rädern der ersten Gruppe von Rädern (4) angeordnet sind.

7. Transporteinrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder (4) der ersten Gruppe zwischen zwei Ebenen angeordnet sind, die definiert werden durch die Horizontal-Wellen der Räder (5) der zweiten Gruppe, die an der oberen bzw. an der unteren Führungsfläche (7 b, 7 c) abrollen.