DE4445038A1

DE4445038A1 - Semilinearantrieb für Stückgut

Info

Publication number: DE4445038A1
Application number: DE19944445038
Authority: DE
Inventors: Bernd Prof Dr Ing Laurisch; Stephan Dr Ing Baumann; Reiner Dipl Ing Keil; Rainer Dr Ing Titscher; Uwe A Dipl Ing Nuding; Dirk Dipl Ing Buchholz
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 1994-12-16
Filing date: 1994-12-16
Publication date: 1996-06-20

Description

Die Erfindung betrifft einen Semilinearantrieb für Stückgut zum Transport von Einzelstückgütern über kurze, mittlere und große Entfernungen.

Bei bekannten Transportantrieben für Stückgüter wird ein Zentralantrieb verwendet, so daß die gesamte Transportstrecke angetrieben wird. Das Hintereinanderschalten von einzelnen Förderern mit jeweils einem Antrieb bildet einen Kompromiß, da z. B. Gurtbandförderer eine technisch bedingte Mindestlänge besitzen. Gurtbandförderer besitzen darüberhinaus als Trag- und Zugmittel ein Gurtband, das translatorisch bewegt wird, dadurch entstehen Reibverluste, und es ist ständig ein Rücktransport des Gurtes auf der für den Transport nicht geeigneten Unterseite des Förderers notwendig.

Aus dem Stand der Technik bekannte Rollenbahnen werden ebenfalls durch einen zentralen Antrieb, in der Regel ein Elektromotor angetrieben. Das Drehmoment wird zu den Tragmitteln mit Hilfe eines Zugmittels, z. B. Ketten, übertragen. Dadurch ist immer ein Rücktransport des Zugmittels erforderlich. Die Tragmittel können nicht einzeln angesteuert werden.

Außerdem sind Tragrollen mit eingebautem Motor bekannt. Damit entfällt zwar der Nachteil eines gemeinsamen Zugmittels, es muß aber die elektrische Energie mittels mechanischen Kontakten auf die sich drehende Rolle übertragen werden.

Die genannten Stetigförderer sind in ihrer maximalen Länge begrenzt.

Der Einsatz von Unstetigförderern für den Transport von Stückgütern ist nur für längere Entfernungen sinnvoll. Nachteilig sind vor allem der erforderliche Transport und Rücktransport des Transportmittels.

Aus der DE 39 00 511 ist ferner eine automatische Guttransporteinrichtung mit linearmotorgetriebenen Transportelementen bekannt. Das zu transportierende Gut befindet sich auf einem eigenständigen Transportelement, das durch die in Reihe angeordneten Statorpole des Linearmotors entlang der Bewegungsbahn bewegt wird. Das Gut benötigt somit ein ihm zugeordnetes Transportmittel, was für die Lösung der Aufgabe nicht geeignet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Antrieb für den Transport von Stückgütern anzugeben, der bei einfachen Aufbau einen stetigen Transport über kurze, mittlere und große Entfernungen ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Rotor eines an sich bekannten Antriebes in das Tragmittel des Förderers integriert oder wenigsten fest mit dem Tragmittel verbunden ist. Als Tragmittel werden rotationssymmetrische Körper, vorzugsweise Rollen eingesetzt. Da in jedes Tragmittel ein Rotor integrierbar ist, sind die Tragmittel einzeln oder gruppenweise antreibbar. Vorzugsweise werden nur die Tragmittel angetrieben, die für den unmittelbaren Transport eines Stückgutes benötigt werden. Somit kann Antriebsenergie eingespart werden. Beim Einsatz von rotationssymmetrischen Körpern entfällt die translatorische Bewegung des Tragmittels, wie z. B. bei Gurtbandförderern und somit auch dessen Rücktransport.

Weitere Einzelheiten und Vorteile werden an Hand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen funktionellen Aufbau des Semilinearantriebes

Fig. 2 mit Distanzkörper verbundene Elektromagnete

Fig. 3 einen Stator aus Elektromagneten

Fig. 4 ein Tragmittel mit Darstellung von Rotor und Stator

Fig. 5 einen Schnitt durch Tragmittel und Stator

Fig. 6 eine Winkelanordnung der Brücken auf den Rotorscheiben

Fig. 7 ein Tragmittel mit Rotor und Stator

Fig. 8 einen Schnitt durch Tragmittel und Stator

Fig. 9 eine Einzelheit mit Scheibe und Brücken

Fig. 10 eine Winkelanordnung der Brücken auf den Scheiben

Fig. 11 Impulsdiagramm für Ausführungsbeispiel 1

Fig. 12 Impulsdiagramm für Ausführungsbeispiel 2

Fig. 13 gemäß Ausführungsbeispiel 3 ein Tragmittel mit verdrehtem Rotor

Fig. 14 gemäß Ausführungsbeispiel 4 ein Semilinearantrieb mit pneumatischem Antrieb

Fig. 15 ein Flügelrad mit pneumatischem System

Fig. 16 Impulsdiagramm für Ausführungsbeispiel 4

Fig. 17 eine Tragmittelanordnung in V-Form

Fig. 18 eine Tragmittelanordnung in Kastenform

Fig. 19 eine Tragmittelanordnung in kreisförmigen Kurven.

Der Stator 2 als das aktive Element des Antriebs treibt den Rotor 13 an. Sein Aufbau ist vom verwendeten physikalischen Wirkprinzip abhängig und wird in den Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Vorteilhaft werden die Statoren 2 für die einzelnen Tragmittel 1 taktweise in Transportrichtung in der Art angesteuert, daß das Tragmittel 1 so eingeschaltet wird, daß es bei Erreichen des Gutes seine erforderliche Nenndrehzahl erreicht hat. Wenn das Gut das Tragmittel wieder verläßt, wird der Antrieb wieder ausgeschaltet.

Gemäß Fig. 1 werden die einzelnen Statoren 2 durch eine Steuerung 5 und das Transportmittel durch eine Leitsteuerung 7 gesteuert.

Die Leitsteuerung 7 bestimmt für alle Teilantriebe 18 des Semilinearantriebes entsprechend der gewünschten Transportgeschwindigkeit die erforderlichen Führungsgrößen Sollwinkelgeschwindigkeit, -winkelbeschleunigung in Abhängigkeit der Zeit und die Drehrichtung. Die Transportgeschwindigkeit liegt zwischen 0 und einem vom Stückgut und den betrieblichen Erfordernissen abhängigen Maximalwert, wobei Transportgeschwindigkeit gleich null bedeutet, daß die Güter auf den Tragmitteln in ihrer Position gehalten werden und nicht mittels anderer Kräfte, z. B. ihrer eigenen Schwerkraft bei geneigter Anordnung des Semilinearantriebes transportiert werden.

Die Steuerung 5 steuert für den einzelnen Teilantrieb in Abhängigkeit der oben beschriebenen Führungsgrößen der Leitsteuerung und weiterer mittels Meßeinrichtungen 3 gewonnen Informationen, wie Winkelgeschwindigkeit des Tragmittels 1, die Zuführung der Antriebsenergie.

Bei den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 werden die Tragmittel elektromagnetisch angetrieben. Ein Stator 2 des eines Teilantriebs des Semilinearantriebs nach Fig. 3 besteht aus einer Anzahl von Elektromagneten 10 nach Fig. 2.

Der Elektromagnet 10 besteht aus einem Grundkörper 14 aus magnetisch leitfähigen Material, zwei Polkörpern 15 ebenfalls aus magnetisch leitfähigen Material und mindestens einer Wicklung 11 aus elektrisch leitfähigen Material. Die Elektromagnete eines Stators können miteinander verbunden sein, einmal mittels magnetisch nicht leitfähigen Distanzkörper 16 wie in Fig. 2, zum anderen können auch auf einem Grundkörper 14 mehr als zwei Polkörper 15 und mehr als eine Wicklung 11 angebracht sein. Jeweils zwei Polkörper 15, der dazwischen liegende Grundkörper 14 und die dazugehörigen Wicklungen 11 bilden dann einen Elektromagnet. Der Stator nach Fig. 3 besteht aus drei Elektromagneten.

Die Anzahl der gleichzeitig von Strom durchflossenen Elektromagneten 10, bestehend aus zwei Polkörpern 15, einer Wicklung 11 und einen Grundkörper 14, wird als Kanalzahl n festgelegt.

Der im Tragmittel 1 integrierte Rotor besteht aus h = 1 . . . h_max starr miteinander gekoppelten Scheiben 17 aus magnetisch nicht leitenden Material. Auf den h Scheiben befinden sich jeweils eine gleiche Anzahl von b Brücken 9, die in Abhängigkeit von dem durch sie abgedeckten, konstanten Bogenmaß über die h Scheiben 17 um einen konstanten Winkel versetzt angebracht sind, so daß bei jedem Impuls von einem Polkörper 16 eines Elektromagneten 10 über eine Brücke 9 zum anderen Polkörper 16 und dem Grundkörper 14 dieses Elektromagneten ein magnetisch geschlossenen Kreis gebildet wird. Das heißt, sobald eine Brücke 9 in das magnetische Feld eines Elektromagneten 10 eingezogen ist, ist die Winkeldifferenz zwischen dem nächsten aktiven Elektromagneten und der von ihm am nächsten stehenden Brücke konstant. Die Anordnung der Elektromagneten 10 zu den beschriebenen Brücken 9 ergibt sich aus der Beziehung e*b/n 4, wobei e_max/n eine natürliche Zahl ist.

Die Steuerung 5 des Semilinearantrieb mit elektromagnetischem Antriebsprinzip gewinnt mittels einer Meßeinrichtung 9 Informationen über die Winkelgeschwindigkeit und/oder der Winkeldifferenz zwischen beliebigen Brücken 9 und beliebigen Elektromagneten 10 und bekommt Führungsinformationen, wie Winkelgeschwindigkeit, Winkelbeschleunigung und Drehrichtung von der Leitsteuerung 7. Daraus steuert sie mittels eines Soll-Ist-Vergleichs der vorliegenden Meß- und Führungsinformationen das Drehfeld des Semilinearantriebes. Dazu wird mittels der Eingangsinformation der Winkeldifferenzmeßeinrichtung 3 die Position des Rotors innerhalb eines Erwartungsbereiches, der abhängig ist von der Anzahl b der Brücken 9, der Anzahl der Elektromagneten 10 und der Kanalzahl n, bestimmt und in direkter Abhängigkeit von den über die Scheiben 17 starr gekoppelten und in definierter Position stehenden Brücken 9 und Elektromagneten 10 sowie der vorgegebenen Drehrichtung des Semilinearantriebes der als erste zu aktivierende Elektromagnet 10 bestimmt und angesteuert und danach die weiteren Elektromagnete angesteuert. Die Impulsdauer der Ansteuerung des dann aktiven Elementes ist zeitlich definiert durch den weiter unten in seinen Abhängigkeiten formulierten Winkel und einem kritischen Winkel, an dem das übertragbare Drehmoment sein Maximum erreicht hat und die Drehwinkeldifferenz zwischen aktiven Elektromagnet 10 und konstruktiv zugeordneter Brücke 9 ein Optimum erreicht hat. Diese Winkeldifferenz ist abhängig vom Luftspalt zwischen Polkörper 15 und Brücke 9, dem Radius der Scheiben 17, der Länge des Eisenweges in den Polkörpern 15, dem Grundkörper 14 und der Brücke 9 sowie der relativen Permeabilität µ_r der verwendeten magnetisch leitfähigen Materialien. Die Steuerung 5 soll eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung realisieren. Dazu wird das Tragmittel mit integrierten Rotor 1 in dem weiter oben festgelegten Drehwinkelbereich über das Anlegen eines konstanten Stromes an die Wicklungen 11 des aktiven Elektromagneten 10 auf eine gleichförmige Geschwindigkeit beschleunigt, deren Betrag im wesentlichen durch seine konstruktive Gestaltung begrenzt ist. Weiterhin wird durch die Steuerung der Stromfluß im aktiven Elektromagneten 10 bei konstantem Winkelbereich ρ_Beginn-ρ_krit so variiert, daß die konstruktiv eingeschränkte Geschwindigkeit auf die durch den Prozeß vorgegebene Geschwindigkeit v_max erhöht wird. Da die Momentangeschwindigkeit während des gesamten Beschleunigungs vorganges permanent erfaßt und ausgewertet wird, besteht weiterhin die Möglichkeit, daß unter Vorgabe einer geforderten Geschwindigkeit und damit eines konstanten Stromflusses über die sich in Abhängigkeit von der Momentangeschwindigkeit ändernde Zeitdauer des Stromflusses die geforderte Geschwindigkeit erreicht wird. Die Steuerung 5 hält die Sollgeschwindigkeit dadurch ein, daß ein ständiger SOLL/IST- Vergleich zwischen den weiter oben genannten Meßeinrichtungen und den von der Leitsteuerung 7 vorgegebenen Führungsinformationen durch die Steuerung 5 durchgeführt wird und bei Bedarf wahlweise durch Erhöhung der Stromstärke I oder durch Verlängerung des Ansteuerintervalls die Geschwindigkeit geregelt wird.

Die Steuerung 5 ermöglicht einen reversierbaren Betrieb durch eine Veränderung der Reihenfolge der Ansteuerung der Elektromagnete 10.

Im Ausführungsbeispiel 1 nach Fig. 4 werden im Tragmittel 1 vier Scheiben 17 mit je 3 Brücken als Rotor integriert. Die Brücken 9 befinden sich auf der Oberfläche des Tragmittels 1. Das Tragmittel 1 selbst ist eine Rolle, die im Lager 8 mit niedrigem Lagerwiderstand gelagert ist. Der Stator 2 besteht aus vier Elektromagneten 10, die mittels drei Distanzkörper 16 verbunden sind.

In Fig. 6 ist die Winkelanordnung der Brücken 9 und Scheiben 17 zu sehen. Die Winkeldifferenz zwischen zwei Brücken 9 auf einer Scheibe 17 beträgt 120°. Zwei nacheinander anzusteuernde Scheiben 17 sind um 30° versetzt. Im Ausführungsbeispiel 1 werden die Elektromagnete 10 in der Reihenfolge e1, e2, e3 und e4 angesteuert. In Fig. 11 ist das dazugehörige Impulsdiagramm für eine Umdrehung des Tragmittels zu sehen. Die Impulsdauer ist in einer Winkeleinheit angegeben, die tatsächlichen Zeitlängen sind abhängig u. a. von der Transportgeschwindigkeit.

Im Ausführungsbeispiel 2 nach Fig. 7 werden im Tragmittel 1, eine Rolle, wobei aber die Scheiben einen kleineren Durchmesser als die eigentliche Tragrolle besitzen, drei Scheiben 17 mit je einer Brücke 9 als Rotor integriert. Die Brücke 9 geht senkrecht durch die Scheibe 17. Die Winkeldifferenz zwischen zwei nacheinander anzusteuernden Scheiben 17 beträgt 60°. Im Ausführungsbeispiel 2 werden die Elektromagnete 10 in der Reihenfolge e1, e2 und e3 angesteuert. In Fig. 12 ist das dazugehörige Impulsdiagramm für eine Umdrehung eines Tragmittels zu sehen. Für die Impulsdauer gilt das für Ausführungsbeispiel 1 gesagte.

Im Ausführungsbeispiel 3 ist ein Tragmittel 1 mit verdrehtem Rotor zu sehen. Der Rotor 13 besteht nur aus einer Scheibe 17 mit drei um jeweils 120° versetzten Brücken 9, die gleichmäßig über die Länge des Tragmittels 1 verdreht sind in der Art, daß die Winkeldifferenz von zwei gleichen Punkten auf den beiden Seiten des Tragmittels 2*π*n beträgt, wobei n der Kanalzahl entspricht. Das Impulsdiagramm entspricht dem vom Ausführungsbeispiel 2.

Beim Ausführungsbeispiel 4 wird als Antriebsenergie pneumatische Energie benutzt. Das Tragmittel 1 ist wiederum eine Rolle, auf deren Welle 19 befindet sich mindestens ein starr gekoppeltes Flügelrad 20 mit jeweils mindestens einem Flügel 21. Wenn mehr als ein Flügelrad 20 existiert, können diese auf einer oder auf beiden Seiten des Tragmittels 1 befestigt sein.

Für alle Flügel 21 eines Flügelrades 20 gilt, daß zwei benachbarte Flügel 21 eine konstante Winkeldifferenz besitzen.

Als Stator 2 nach Fig. 15 wird ein pneumatisches System bestehend aus mindestens einer Düse 22, deren Luftstrom durch ein Ventil 23 gesteuert wird, und aus einem aus der Technik bekannten System zur Erzeugung und Übertragung der pneumati schen Energie 24.

Das aktive Ventil 23 wird angesteuert, wenn die Differenz zwischen der Düse 22 und dem anzutreibenden Flügelrad minimal ist. Der während der Impulsdauer des Ventils 23 vom Tragmittel 1 erreichten Drehwinkel heißt aktiver Drehwinkel.

Die Anzahl der parallel angetriebenen Flügelräder 21 heißt ebenfalls Kanalzahl n. Beim parallelen Antrieb von zwei Flügelrädern 21 stimmen Flügelanzahl 21, Düsenanzahl 22 und Winkeldifferenzen überein.

Bei mehr als einer Düse 22 pro Flügelrad 20 berechnet sich die Winkeldifferenz von zwei nacheinander aktiven Düsen 22 entweder aus dem Quotienten der Winkeldifferenz von zwei Flügeln 21 und der Anzahl der Düsen 22, oder der Summe dieses Quotienten mit dem n-fachen der Winkeldifferenz von zwei Flügeln, wobei n eine natürliche Zahl ist, d. h. die Winkeldifferenz zwischen der nächsten aktiven Düse 22 und dem dazugehörigen Flügelrad 20, gemessen bei Impulsbeginn der aktiven Düse 22, ist für alle Takte konstant, oder der aktive Drehwinkel ist für alle Takte konstant.

Bei mehr als einem Flügelrad 20 sind diese so versetzt angeordnet, daß oben genannte Bedingung ebenfalls erfüllt ist.

In Fig. 16 ist das Impulsdiagramm für das Ausführungsbeispiel 4, der Rotor 2 bestehend aus zwei Flügelrädern 20 mit je vier Flügeln 21 und als Stator 2 je eine Düse 22.

Die Steuerung 5 des Semilinearantrieb mit pneumatischem Antriebsprinzip gewinnt mittels einer Meßeinrichtung 9 Informationen über die Winkelgeschwindigkeit und/oder der Winkeldifferenz zwischen beliebigen Flügel 21 und beliebigen Düsen 22 und bekommt Führungsinformationen, wie Winkelgeschwindigkeit, Winkelbeschleunigung und Drehrichtung von der Leitsteuerung 7. Daraus steuert sie mittels eines Soll-Ist-Vergleichs der vorliegenden Meß- und Führungsinformationen die Druckfunktion des Ventils 23 des Semilinearantriebes. Dazu wird mittels der Eingangsinformation der Winkeldifferenzmeßeinrichtung 3 die Position des Rotors innerhalb eines Erwartungsbereiches, der abhängig ist von der Anzahl der Flügel 21, der Anzahl der Düsen 22 und der Kanalzahl n, bestimmt und in direkter Abhängigkeit von den über die Flügelräder 20 starr gekoppelten und in definierter Position stehenden Flügel 21 und Düsen 22 sowie der vorgegebenen Drehrichtung des Semilinearantriebes das als erstes zu aktivierende Ventil 23 bestimmt und angesteuert und daran anschließend die weiteren Ventile 23 derart angesteuert, daß aus den Düsen 22 Druckluftimpulse abgegeben werden.

Beim Semilinearantrieb mit pneumatischen Antrieb können der Bereich der Tragmittel und der Flügelräder ein offenes System darstellen. Es ist aber auch möglich, daß beide Bereiche hermetisch gegeneinander und gegen die Umwelt abgeschlossen sind. Die für die Druckimpulse notwendige Luft wird dann dem Bereich der Tragmittel entzogen, derart, daß dort ein statischer Unterdruck oder ein dynamisch mit Unterdruck erzeugter Luftstrom in Transportrichtung entsteht und die Absatzbewegungswiderstände der Güter verringert werden. Der Semilinearantrieb besteht aus mehreren hintereinander angeordnete Teilantrieben 18. Ein Teilantrieb 18 besteht aus einem Tragmittel 1 und den weiter unten beschriebenen dazugehörigen Baugruppen.

Die Tragmitteln 1 mit integriertem Rotor werden in Lagern 8 mit niedrigem Lagerwiderstand gelagert. Die Tragmittel 1 können so angeordnet sein, daß auf spezielle Führungsmittel verzichtet werden kann, z. B. in gerader Ausführung in V-Form oder Kastenform sowie als parabelförmige, ellipsenförmige, hyberbelförmige oder kreisförmige Kurve. Ausführungsvarianten sind in den Fig. 17 bis 19 zu sehen. Der Aufbau des Rotors hängt vom physikalischen Wirkprinzip des Antriebes, dem elektromechanischen oder dem pneumatischen ab.

Bezugszeichenliste

1 Tragmittel mit integriertem Rotor
2 Stator
3 Meßeinrichtung
4 Stelleinrichtung
5 Steuerung
6 Führungsgröße
7 Leitsteuerung
8 Lager
9 Brücke
10 Elektromagnet
11 Wicklung
12 Führungsmittel
13 Rotor
14 Grundkörper
15 Polkörper
16 Distanzkörper
17 Scheibe
18 Teilantrieb
19 Welle
20 Flügelrad
21 Flügel
22 Düse
23 Ventil
24 pneumatisches System
25 Stückgut

Claims

1. Semilinearantrieb für Stückgut, insbesondere für den Transport einzelverpackter kleingewichtiger Stückgüter, die entlang einer Bewegungsbahn auf rotationssym metrischen Tragmitteln (1) bewegbar sind, gekennzeichnet dadurch, daß der Antrieb der Tragmittel (1) aus einem an sich bekannten Stator (2) besteht, der entlang der Bewegungsbahn angeordnet ist und Rotoren (13), die in das Tragmittel (1) integriert sind oder wenigstens mit diesen fest verbunden sind.

2. Semilinearantrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Tragmittel (1) Rollen oder Kugeln sind, die V-förmig angeordnet sind.

3. Semilinearantrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Tragmittel (1) einzeln oder gruppenweise ansteuerbar sind.

4. Semilinearantrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Rotoren (13) durch Flügelräder und der Stator (2) durch Luftdüsen gebildet wird und die Luftdüsen entlang der Bewegungsbahn auf die Flügelräder gerichtet sind, und die Rotoren (13) durch Druckluftimpuls antreibbar sind.

5. Semilinearantrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Rotoren (13) scheibenförmig, mit einer oder mehreren Brücken (9) pro Scheibe, aufgebaut sind.

6. Semilinearantrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Rotor (13) spiralförmig um das Tragmittel (1) verläuft.