WO2023180002A1 - Lastausgleichsvorrichtung für eine hubapplikation mit einem zu hebenden bzw. zu senkenden gegenstand - Google Patents

Lastausgleichsvorrichtung für eine hubapplikation mit einem zu hebenden bzw. zu senkenden gegenstand Download PDF

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WO2023180002A1
WO2023180002A1 PCT/EP2023/054424 EP2023054424W WO2023180002A1 WO 2023180002 A1 WO2023180002 A1 WO 2023180002A1 EP 2023054424 W EP2023054424 W EP 2023054424W WO 2023180002 A1 WO2023180002 A1 WO 2023180002A1
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lifting
platform
force
spring
load balancing
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Steven Walther
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66F—HOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
    • B66F3/00—Devices, e.g. jacks, adapted for uninterrupted lifting of loads
    • B66F3/08—Devices, e.g. jacks, adapted for uninterrupted lifting of loads screw operated
    • B66F3/12—Devices, e.g. jacks, adapted for uninterrupted lifting of loads screw operated comprising toggle levers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66F—HOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
    • B66F7/00—Lifting frames, e.g. for lifting vehicles; Platform lifts
    • B66F7/06—Lifting frames, e.g. for lifting vehicles; Platform lifts with platforms supported by levers for vertical movement
    • B66F7/0608—Lifting frames, e.g. for lifting vehicles; Platform lifts with platforms supported by levers for vertical movement driven by screw or spindle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66F—HOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
    • B66F7/00—Lifting frames, e.g. for lifting vehicles; Platform lifts
    • B66F7/06—Lifting frames, e.g. for lifting vehicles; Platform lifts with platforms supported by levers for vertical movement
    • B66F7/065—Scissor linkages, i.e. X-configuration

Definitions

  • the invention relates to a load balancing device for hoists and similar applications according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention relates to a mechanically acting load balancing device for increasing the performance and efficiency of vertical lifting applications.
  • This should be able to be flexibly integrated into existing or newly designed lifting systems, whereby the drive train or the entire lifting mechanism is relieved and the efficiency of the entire system can be significantly increased.
  • This relief not only reduces the drive power and energy consumption, but also makes the entire lifting device smaller and lighter, increases the load capacity and thus increases the power density of the entire system.
  • the required solution should be light and easy to maintain after moving to a maintenance position.
  • the solution to this problem involves the interaction of mechanically acting spring elements with a scissor mechanism actuated by a spreading unit, which in turn supports a load-carrying device, hereinafter referred to as "plate- "form", works.
  • the solution according to the invention therefore shows a combination of mechanically acting spring elements with a scissor mechanism actuated by a spreader unit, which generates a uniform lifting force curve between two platforms that move vertically relative to one another.
  • That load balancing device is characterized by compact dimensions, a flexible handling and high performance with low production, assembly and maintenance costs.
  • a load balancing device is used for a lifting application with a device to be lifted or object to be lowered is proposed, with a movable platform, the platform carrying the object, and the platform being supported by at least one spring element to balance the load.
  • the spring element acts on a spreading unit, which directs a spring force of the spring element for spreading into a scissor arrangement, the spring force acting as a resulting lifting force on the platform through the scissor arrangement, and being formed by means of the spreading unit and the scissor arrangement
  • Lifting geometry provides an essentially constant lifting force over a significant lifting distance of the platform.
  • the load balancing device is also characterized by compact dimensions, flexible handling and high performance with low manufacturing, assembly and maintenance costs.
  • the spreader unit includes thrust struts, the thrust struts each being articulated between the spring accumulator and a scissor arm of the scissor arrangement.
  • the spreading unit advantageously acts on a curve geometry, the curve geometry determining the course of the leverage of the spreading unit on the scissor arrangement. This allows non-linear spring force curves to be compensated; In addition, it is possible to design a variable support force in the stroke course that is desired in some applications by means of a corresponding design of the curve geometry.
  • the curve geometry is formed by at least one curved surface of a scissor arm of the scissor arrangement, with the spring force of the spreading unit acting on the curved surface by means of a slider or a roller construction.
  • the spreading unit has a spreading wedge geometry at least on one side. This makes a particularly compact design possible. In addition, even flat spring characteristics can be easily integrated into constant load compensation or a constant supporting force can be implemented. Depending on the application, it may make sense to provide an expanding wedge arrangement at one end of the tension spring and push struts at the other end of the spring. A combination of a curve geometry with shear struts or an expanding wedge arrangement is also possible. If the load balancing device is dimensioned accordingly, it can also perform a vertical guiding function; The supported hoist can then be structurally simpler and limited to the lifting function.
  • FIG. 1 shows two embodiments Al, A2 of the transmission kinematics according to the invention of the load balancing device with push struts as a spreading device in a schematic representation
  • Figures 2-5 further embodiments B, C, D, E of the gear kinematics according to the invention of the load balancing device with alternative spreading devices in a schematic representation
  • Figure 6 shows a technical implementation of variant Al with vertical guidance function in lowered (lower) and extended (upper) position
  • Figure 7 shows a technical implementation of variant D with vertical guidance function in lowered (lower) and extended (upper) position
  • Figure 8 shows a technical implementation of variant D without vertical guidance function in the lowered (lower) and extended (upper) position
  • Figure 9 shows a technical implementation of an integration of the
  • Figure 10 shows a technical implementation of variant D
  • Figure 11 shows a technical implementation of the variant Al as a lifting table with a push chain double motor drive in the lowered (lower) and extended (upper) position.
  • FIG. 1 shows schematically on the left two embodiment variants Al, A2 of the transmission kinematics of the device according to the invention with transmission elements and on the right the associated force-stroke curve.
  • the figure shows two centrally connected, mutually pivotable scissor arms (3), to which two also pivotally mounted push struts (4) are connected, the opposite side of the push struts being mounted coaxially.
  • a tension-acting spring energy storage device (5) is also connected coaxially.
  • the movable platform, with which the weight of the object to be moved is introduced into the arrangement, is not shown in the schematic representations of Figures 1 - 5 for reasons of clarity.
  • the tensile force emanating from the energy storage (spring arrangement) causes the scissor arms (3) to spread apart via the push struts (4).
  • the compensation force (F) acts at the ends of the scissor arms.
  • Figures 2, 3 and 5 show variants B, C and E. These solutions each include the expanding wedge technology in different combinations and are particularly suitable for spring accumulators with flat characteristics, which have, for example, commercially available tension springs or, advantageously, oval wire tension springs. By adjusting the stroke curve geometry (variants D and E), the force-stroke curve can also be optimally coordinated.
  • the shape of the stroke curves makes it possible to influence the force-stroke curve of the device. It can be seen from the force-stroke curve shown schematically in Figure 1 that an almost constant lifting force can be achieved. If the real force curve is compared with an ideally acting constant force curve, linearity deviations of less than ⁇ 1% are technically feasible. A linearity deviation of ⁇ 15% is considered the upper limit in relation to the cost-benefit ratio.
  • the floating bearing guide shown in variants B, 0, D and E can also be dispensed with if a straight-line, vertical guide function is not required due to the application, or. the lifting platform already has a vertical guide. This is often the case when existing lifting devices are retrofitted with a load compensation device.
  • FIG. 1 and variant D from FIG. 4 show modifications in other combinations of spreading means.
  • Figure 6 shows a technical implementation of the variant Al. This explains the interaction of the gear elements of the mechanism.
  • the spring accumulator integrated into the lifting mechanism consists of a spring package, which is made up of two compression springs mounted one inside the other. These are mechanically integrated between the thrust struts in such a way that the spring storage unit acts like a tension spring. By using solid compression springs, a particularly high power density can be achieved.
  • Figure 7 shows a first technical embodiment of variant D ( Figure 4) with a straight-line, vertical guiding function of the load balancing device according to the invention.
  • Four parallel-acting high-performance oval wire tension springs serve as spring accumulators, which have a higher power density, higher spring preload and lower spring rates compared to round wire tension springs.
  • the number of springs can increase or decrease the compensation load;
  • coupling means (not shown) can also be provided in order to be able to react to different loads during operation.
  • the lifting curve is part of the scissor arm contour, with the expansion shaft being axially guided by a centrally installed shaft.
  • Figure 8 shows a technical version of variant D ( Figure 4) without a guide function with 4 oval wire tension springs acting in parallel as energy storage.
  • the floating bearing side guidance was omitted, which means that the straight, vertical guidance function is no longer necessary.
  • the expansion shaft is guided along the centrally installed lifting curve using a profile roller.
  • An increase in the compensation force is achieved by adding spring elements in pairs. It is therefore also technically possible to implement the embodiment shown in FIG. 8, for example. only 2 or with 6 or 8 tension springs acting in parallel.
  • the high spring preload wound into the oval wire tension springs allows the desired compensation force to be generated without having to additionally pretension the springs. Since the Tension springs have moved together on a block in the upper stroke position, no additional measures for force or Energy separation of the energy storage can be achieved.
  • Figure 9 shows the integration of two load balancing devices acting in parallel from Fig. 5 into an existing lifting and lowering conveyor device.
  • This lifting and lowering conveyor device is used to convey a body shell in series production of motor vehicles.
  • the load on the hoist with the drive train is partially relieved and, on the other hand, the load-carrying capacity of the device is increased (here by 40%). Since this retrofitting involves relatively little effort and there is no need for a costly overall conversion of the lifting and lowering conveyor device to accommodate higher loads, this results in considerable economic advantages.
  • AGVs automated guided vehicles
  • the load balancing device shown in Figure 11 with guidance and drive function can be used as a lifting table for high loads of up to 3 tons on driverless transport vehicles.
  • the drive function is carried out here via two electrically synchronized push chain drives and the vertical guidance and load balancing function via two Centrally installed load balancing devices from Figure 6 are realized.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lastausgleichsvorrichtung für eine Hubapplikation mit einem zu hebenden bzw. zu senkenden Gegenstand, mit einer beweglichen Plattform, wobei die Plattform den Gegenstand trägt, wobei die Plattform zum Lastausgleich durch zumindest ein Federelement (5) unterstützt ist. Dabei wirkt das Federelement (5) auf eine Spreizeinheit (4, 6, 7), welche eine Federkraft des Federelementes (5) zum Spreizen in eine Scherenanordnung (3) leitet, wobei durch die Scherenanordnung die Federkraft als eine resultierende Hubkraft hebend auf die Plattform wirkt, und wobei durch die mittels der Spreizeinheit (4, 6, 7) und der Scherenanordnung (3) gebildete Hubgeometrie eine im wesentlichen konstante Hubkraft über eine wesentliche Hubstrecke der Plattform gegeben ist. Durch eine Anpassung der Geometrie, insbesondere der Länge/Größe der konstruktiven Elemente der Spreizeinheit und der Länge der Schenkel der Scherenanordnung, kann die Größe und die Linearität bzw. Konstanz der Unterstützungskraft (Hubkraft) auf einfache Weise eingestellt werden. Die Lastausgleichsvorrichtung zeichnet sich zudem durch kompakte Abmessungen, eine flexible Handhabung und eine hohe Leistungsfähigkeit bei geringem Fertigungs-, Montage- und Wartungsaufwand aus.

Description

Beschreibung
Lastausgleichsvorrichtung für eine Hubapplikation mit einem zu hebenden bzw . zu senkenden Gegenstand
Die Erfindung betri f ft eine Lastausgleichsvorrichtung für Hubwerke und ähnliche Anwendungen gemäß dem Oberbegri f f des Patentanspruchs 1 .
Die Erfindung betri f ft eine mechanisch wirkende Lastausgleichsvorrichtung zur Leistungs- und Ef fi zienzsteigerung von vertikalen Hubapplikationen . Diese soll flexibel in bestehende oder neu konzipierte Hubsysteme integriert werden können, wodurch der Antriebsstrang bzw . die gesamte Hubmechanik entlastet und damit die Ef fi zienz des Gesamtsystems signi fikant gesteigert werden kann . Durch diese Entlastung können nicht nur die Antriebsleistung und der Energieverbrauch gesenkt , sondern auch die gesamte Hubvorrichtung entsprechend kleiner und leichter dimensioniert , die Tragfähigkeit erhöht und somit die Leistungsdichte des Gesamtsystems gesteigert werden .
Die Publikation US 2011 / 0240409 Al - Bacon "SCISSOR LI FT ASSEMBLY" zeigt einen Hubtisch mit Scherenkinematik, bei dem eine motorisch angetriebene Spindel zwischen zwei Schenkeln eines Scherenpaars angeordnet ist , wobei der Hubtisch im abgesenkten Zustand eine geringe Bauhöhe aufweist .
Die Druckschri ft US 5 , 833 , 198 A - Graetz "MECHANICALLY OPERATED LI FT TABLE" zeigt ebenso einen Hubtisch mit Scherenkinematik, bei dem ein Federelement zwischen den Schenkeln eines Scherenpaars angeordnet ist , wobei die Federkennlinie derart gewählt ist , dass sich der Hubtisch bei einer Beaufschlagung mit einem Lastpaket im Wesentlichen um die Bauhöhe des Lastpakets absenkt und sich eine im Wesentlichen lastunabhängige Gesamthöhe des belasteten Hubtisches ergibt .
Bislang wurden beispielsweise bei Hubvorrichtungen, wie in DE 10 2012 020 264 B4 beschrieben, Druckfederelemente zwischen Unterrahmen und Oberrahmen bzw . Hubplattform platziert , um so eine Entlastung des Hubwerks sowie des Antriebsstrangs zu erzielen . Diese direkte Anbindung bringt einige Nachteile mit sich . So werden beispielsweise massive Führungselemente und aufwendige Federlagerungen benötigt , um das Ausknicken der Druckfederelemente zu verhindern . Denn sollten Seitenkräfte auf die Federelemente einwirken, würde dies die Lebensdauer erheblich reduzieren . Damit eine signi fikante Entlastung des Hubwerks auch in oberer Stellung erfolgt , muss aufgrund der flachen Federkennlinie eine hohe Federvorspannung auf die Federelemente aufgebracht werden . Bei Wartungsarbeiten am Hubsystem muss j edoch die in der Federvorspannung gespeichert Energie sicher vom Hubsystem getrennt bzw . entkoppelt oder eingeschlossen werden, was zu aufwendigen Wartungskonzepten und ggf . zusätzlichen Vorrichtungen führt .
Des Weiteren kann nachteilig bei einer direkten Einbindung der Federelemente kein konstanter Kraftverlauf über den gesamten Hub erzeugt werden, da die Federkraft beim Zusammenfahren gemäß der Federkennlinie zunimmt .
Lösungen mit Ausgleichsgewichten, wie sie beispielsweise von Personenauf zügen bekannt sind, leisten zwar eine konstante Unterstützung über die gesamte Hubhöhe , sind aber meistens nicht mobil einsetzbar und weisen hohe bewegte Massen auf und sind daher für viele industrielle Einsatz zwecke nicht geeignet .
Es ist also eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lastausgleichsvorrichtung für eine Hubapplikation (Hubanwendung, Hubwerk, Hub-Senkfördereinrichtung, Hubtisch oder dergleichen) vorzuschlagen, die über eine Hubhöhe eine möglichst lineare und dabei möglichst konstante Unterstützungskraft bietet . Die geforderte Lösung soll dabei leicht sein und nach Anfahren einer Wartungsposition gefahrlos zu warten sein .
Die Lösung dieser Aufgabe umfasst das Zusammenwirken aus mechanisch wirkenden Federelementen mit einem durch eine Spreizeinheit betätigen Scherenmechanismus , der wiederum unterstützend auf ein Lastaufnahmemittel , im Folgenden als " Platt- form" bezeichnet , wirkt . Die erfindungsgemäße Lösung zeigt dabei also eine Kombination aus mechanisch wirkenden Federelementen mit einem durch eine Sprei zeinheit betätigten Scherenmechanismus , welcher einen gleichmäßigen Hub- Kraftverlauf zwischen zwei vertikal zueinander beweglichen Plattformen erzeugt . Jene Lastausgleichsvorrichtung zeichnet sich durch kompakte Abmessungen, eine flexible Handhabung und eine hohe Leistungs fähigkeit bei geringem Fertigungs- , Montage- und Wartungsaufwand aus .
Die Aufgabe wird insbesondere durch die Vorrichtung aus Patentanspruch 1 gelöst . Dabei wird eine Lastausgleichsvorrichtung für eine Hubapplikation mit einem zu hebenden bzw . zu senkenden Gegenstand vorgeschlagen, mit einer beweglichen Plattform, wobei die Plattform den Gegenstand trägt , und wobei die Plattform zum Lastausgleich durch zumindest ein Federelement unterstützt ist . Dabei wirkt das Federelement auf eine Sprei zeinheit , welche eine Federkraft des Federelementes zum Sprei zen in eine Scherenanordnung leitet , wobei durch die Scherenanordnung die Federkraft als eine resultierende Hubkraft hebend auf die Plattform wirkt , und wobei durch die mittels der Sprei zeinheit und der Scherenanordnung gebildete Hubgeometrie über eine wesentliche Hubstrecke der Plattform eine im wesentlichen konstante Hubkraft gegeben ist . Durch eine Anpassung der Geometrie , insbesondere der Länge/Größe der konstruktiven Elemente der Sprei zeinheit und der Länge der Schenkel der Scherenanordnung, kann die Größe und die Linearität bzw . Konstanz der Unterstützungskraft (Hubkraft ) auf einfache Weise eingestellt werden . Die Lastausgleichsvorrichtung zeichnet sich zudem durch kompakte Abmessungen, eine flexible Handhabung und eine hohe Leistungs fähigkeit bei geringem Fertigungs- , Montage- und Wartungsaufwand aus .
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben . Deren Merkmale und Vorteile können bedarfsweise sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander realisiert werden . Vorteilhaft ist die Hubgeometrie derart ausgestaltet , dass eine sich im Hubverlauf ändernde Federkraft durch eine sich im Hubverlauf ändernde Hebelwirkung im Wesentlichen kompensiert ist . Das ergibt eine im wesentlichen konstante Unterstützung, also einen optimierten Lastausgleich, auch bei steilen Federkennlinien, und macht in vielen Fällen eine hohe Federvorspannung zur Verwendung der Feder in einem möglichst linearen Arbeitsbereich obsolet .
In einer konstruktiv einfachen Aus führungs form umfasst die Sprei zeinheit Schubstreben, wobei die Schubstreben j eweils zwischen dem Federspeicher und einem Scherenarm der Scherenanordnung angelenkt sind .
Vorteilhaft wirkt die Sprei zeinheit auf eine Kurvengeometrie , wobei die Kurvengeometrie den Verlauf der Hebelwirkung der Sprei zeinheit auf die Scherenanordnung vorgibt . Dadurch können nichtlineare Verläufe der Federkraft ausgeglichen werden; zudem ist es damit möglich, eine in manchen Anwendungen gewünschte veränderliche Unterstützungskraft im Hubverlauf mittels einer entsprechenden Ausprägung der Kurvengeometrie zu gestalten . Dabei wird in einer konstruktiv einfachen und kompakten Variante die Kurvengeometrie durch zumindest eine gekrümmte Oberfläche eines Scherenarms der Scherenanordnung gebildet , wobei die Federkraft der Sprei zeinheit mittels eines Gleitstücks oder einer Rollenkonstruktion auf die gekrümmte Oberfläche wirkt .
In einer Variante weist die Sprei zeinheit zumindest einseitig eine Sprei zkeilgeometrie auf . Damit ist eine besonders kompakte Bauform möglich . Zudem können damit auch flache Federkennlinien gut in einen konstanten Lastausgleich bzw . eine konstante Stützkraft umgesetzt werden . Je nach Anwendungs fall kann es sinnvoll sein, an einem Ende der Zugfeder eine Sprei zkeilanordnung vorzusehen, und an einem anderen Ende der Feder Schubstreben . Auch eine Kombination einer Kurvengeometrie mit Schubstreben oder einer Sprei zkeilanordnung ist möglich . Bei entsprechender Dimensionierung der Lastausgleichsvorrichtung kann diese auch eine vertikale Führungs funktion ausüben; das unterstützte Hubwerk kann dann konstruktiv einfacher ausgeführt sein und sich auf die Hubfunktion beschränken .
Aus führungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lastausgleichsvorrichtung und vorteilhafte Ausgestaltungen sind nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben .
Dabei zeigen :
Figur 1 zwei Aus führungs formen Al , A2 der erfindungsgemäßen Getriebekinematik der Lastausgleichsvorrichtung mit Schubstreben als Sprei zvorrichtung in schematischer Darstellung,
Figuren 2-5 weitere Aus führungs formen B, C, D, E der erfindungsgemäßen Getriebekinematik der Lastausgleichsvorrichtung mit alternativen Sprei zvorrichtungen in schematischer Darstellung,
Figur 6 eine technische Umsetzung der Variante Al mit vertikaler Führungs funktion in gesenkter (unterer ) und ausgefahrener ( oberer ) Stellung,
Figur 7 eine technische Umsetzung der Variante D mit vertikaler Führungs funktion in gesenkter (unterer ) und ausgefahrener ( oberer ) Stellung,
Figur 8 eine technische Umsetzung der Variante D ohne vertikale Führungs funktion in gesenkter (unterer ) und ausgefahrener ( oberer ) Stellung,
Figur 9 eine technische Umsetzung einer Integration der
Variante D in eine bestehende Hub-Senkfördereinrichtung,
Figur 10 eine technische Umsetzung der Variante D als
Hubtisch mit Elektrozylinder-Doppelmotorantrieb gesenkter (unterer) und ausgefahrener (oberer)
Stellung, und
Figur 11 eine technische Umsetzung der Variante Al als Hubtisch mit Schubketten-Doppelmotorantrieb gesenkter (unterer) und ausgefahrener (oberer) Stellung .
Die Figur 1 zeigt links schematisch zwei Ausführungsvarianten Al, A2 der Getriebekinematik der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Getriebeelementen und rechts jeweils den dazugehörigen Kraft- Hubverlauf. In der Figur sind zwei mittig verbundene, gegeneinander schwenkbare Scherenarme (3) dargestellt, an denen jeweils zwei ebenfalls schwenkbar gelagerte Schubstreben (4) angebunden sind, wobei die Gegenseite der Schubstreben koaxial gelagert ist. Hierzu ist, ebenfalls koaxial gelagert, ein auf Zug wirkender Federenergiespeicher (5) angebunden. Die bewegliche Plattform, mit der die Gewichtskraft des zu bewegenden Gegenstandes in die Anordnung eingebracht wird, ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in den schematischen Darstellungen der Figuren 1 - 5 nicht dargestellt.
Durch die vom Energiespeicher (Federanordnung) ausgehende Zugkraft wird über die Schubstreben (4) das Auseinanderspreizen der Scherenarme (3) erzielt. An den Enden der Scherenarme wirkt infolgedessen die Kompensationskraft (F) .
Wenn auf eine geradlinige, vertikale Führungsfunktion applikationsbedingt verzichtet werden kann, können die Loslagerführungen (2) der Variante Al entfallen, woraus wiederum Bauraum- und Kostenvorteile resultieren. Diese Ausführung ist schematisch in der unteren Hälfte der Figur 1 anhand der Variante A2 dargestellt.
Es ist ebenso möglich, fest- oder loslagerseitig anstelle der Schubstreben eine Hubkurvengeometrie (7) (kurz: Hubkurve oder Kurvengeometrie) an die Scherenarme (3) anzubringen, um so mittels einer entlang der Hubkurve laufenden Spreizwelle ein Aufspreizen der Schere (3) zu erreichen; solche Varianten D und E sind in den Figuren 4 und 5 dargestellt . Hinweis : Im Folgenden wird das Bezugs zeichen ( 3 ) sowohl für den Scherenmechanismus ( kurz : Schere ) als auch für einen einzelnen Scherenarm verwendet .
Die Figuren 2 , 3 und 5 zeigen die Varianten B, C und E . Diese Lösungen umfassen in unterschiedlichen Kombinationen j eweils die Sprei zkeiltechnik und eignen sich besonders für Federspeicher mit flachen Kennlinien, die beispielsweise handelsüblichen Zugfedern oder vorteilhaft Ovaldrahtzugfedern aufweisen . Durch die Anpassung der Hubkurvengeometrie (Varianten D und E ) kann zudem der Kraft- Hubverlauf optimal abgestimmt werden .
Die gewählten Verhältnisse von Scherenarm- und Schubstrebenlängen in Verbindung mit der Lage der Schwenkachsen und der Federkennlinie sowie ggf . die Ausprägung der Hubkurven erlauben es , den Kraft- Hubverlauf der Vorrichtung zu beeinflussen . Am schematisch dargestellten Kraft- Hubverlauf in Figur 1 ist zu erkennen, dass eine nahezu konstante Hubkraft erreicht werden kann . Wird der reale Kraftverlauf mit einem ideal wirkenden Konstant-Kraf tverlauf verglichen, so sind Li- nearitätsabweichung von unter ± 1 % technisch realisierbar . Als Obergrenze bezogen auf das Kosten- Nutzenverhältnis wird eine Linearitätsabweichung von ± 15% angesehen .
Wie bereits Anhand der Variante A2 beschrieben, kann auf die in den Varianten B, 0, D und E gezeigte Loslagerführung auch verzichtet werden, wenn eine geradlinige , vertikale Führungsfunktion applikationsbedingt nicht benötigt wird, bzw . die Hubplattform bereits eine vertikale Führung besitzt . Dies ist oft dann der Fall , wenn bestehende Hubvorrichtungen mit einer Lastausgleichsvorrichtung nachgerüstet werden .
Im Folgenden werden technische Umsetzungsmöglichkeiten der Varianten aus Figur 1 und der Variante D aus Figur 4 sowie Anwendungsbeispiele dazu aufgezeigt ; die Varianten B, 0 und E zeigen Abwandlungen in anderen Kombinationen von Sprei zmitteln . Die Figur 6 zeigt eine technische Umsetzung der Aus führungsvariante Al . Diese erläutert das Zusammenwirken der Getriebeelemente des Mechanismus ' . Der hier in die Hubmechanik integrierte Federspeicher besteht aus einem Federnpaket , welches sich aus zwei ineinander montieren Druckfedern zusammensetzt . Diese sind mechanisch so zwischen die Schubstreben eingebunden, dass die Federspeichereinheit wie eine Zugfeder wirkt . Durch die Verwendung von massiven Druckfedern kann eine besonders hohe Leistungsdichte erzielt werden .
Die Figur 7 zeigt eine erste technische Aus führung der Variante D ( Figur 4 ) mit geradliniger, vertikaler Führungs funktion der erfindungsgemäßen Lastausgleichsvorrichtung . Als Federspeicher dienen hier 4 parallel wirkende Hochleistungs- Ovaldrahtzugfedern, die im Vergleich zu Runddrahtzugfedern eine höhere Leistungsdichte , höhere Federvorspannungen und geringere Federraten aufweisen . Durch die Federnanzahl kann die Kompensationslast erhöht oder verringert werden; dazu können auch Kupplungsmittel (nicht dargestellt ) vorgesehen sein, um im Betrieb auf unterschiedliche Lasten reagieren zu können . Im gezeigten Beispiel ist die Hubkurve Bestandteil der Scherenarmkontur, wobei die Sprei zwelle mittels einer mittig verbauten Welle axial geführt wird .
Die Figur 8 zeigt eine technische Aus führung der Variante D ( Figur 4 ) ohne Führungs funktion mit 4 parallel wirkenden Ovaldrahtzugfedern als Energiespeicher . Bei dieser Aus führung wurde auf die loslagerseitige Führung verzichtet , wodurch die geradlinige , vertikale Führungs funktion entfällt . Die Führung der Sprei zwelle entlang der mittig verbauten Hubkurve erfolgt hier vorteilhaft mittels einer Profillaufrolle . Eine Erhöhung der Kompensationskraft wird durch das paarweise Hinzufügen von Federelementen erzielt . Es ist somit auch technisch möglich, die in Figur 8 gezeigte Aus führung mit bspw . nur 2 oder mit 6 oder 8 parallel wirkenden Zugfedern zu betreiben . Durch die in den Ovaldrahtzugfedern eingewundene , hohe Federvorspannung kann die gewünschte Kompensationskraft erzeugt werden, ohne die Federn zusätzlich vorspannen zu müssen . Da die Zugfedern in der oberen Hubstellung auf Block zusammengefahren sind, müssen hier im Wartungs fall keine zusätzlichen Maßnahmen zur Kraft- bzw . Energietrennung des Energiespeichers getrof fen werden .
Die Figur 9 zeigt die Integration von zwei parallel wirkenden Lastausgleichsvorrichtungen aus Abb . 5 in eine bestehende Hub- Senkfördervorrichtung . Diese Hub- Senkfördervorrichtung wird zur Förderung einer Rohkarosse in der Kraftfahrzeug- Serienfertigung genutzt . In der Industrie besteht häufig der Wunsch, bestehende Anlagen in ihrer Leistungs fähigkeit zu erhöhen . In diesem Beispiel wird durch Integration der Aus führungsvariante D aus Figur 4 teilweise das Hubwerk mit Antriebsstrang entlastet und zum anderen Teil die Tragfähigkeit der Vorrichtung (hier um 40% ) erhöht . Da diese Nachrüstung mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand verbunden ist und ein kostspieliger Gesamtumbau der Hub- Senkfördervorrichtung auf höhere Traglasten entfällt , resultieren daraus erhebliche wirtschaftliche Vorteile .
Ein weiteres Anwendungsgebiet für Lastausgleichsvorrichtungen sind Hubapplikationen, die auf fahrerlosen Transport f ahrzeu- gen ( FTF) zum Einsatz kommen . Hierbei kommt der Aspekt der Energieersparnis und Leistungssteigerung besonders stark zum Tragen, da die Energiebereitstellung bzw . -Versorgung mit einem hohen Aufwand verbunden ist und in den meisten Fällen die Hubleistung den begrenzten Faktor dahingehend darstellt .
Bei der in Figur 10 gezeigten Lastausgleichsvorrichtung für ein FTF wurde sowohl eine vertikale Führungs- als auch Antriebs funktion integriert , woraus sich die Verwendung als Hubtisch ergibt .
Die in Figur 11 dargestellte Lastausgleichsvorrichtung mit Führungs- und Antriebs funktion kann als Hubtisch für hohe Traglasten bis 3t auf fahrerlosen Transport fahrzeugen eingesetzt werden . Die Antriebs funktion wird hier über zwei elektrisch zueinander synchronisierte Schubkettenantriebe und die vertikale Führungs- und Lastausgleichs funktion über zwei mittig verbaute Lastausgleichvorrichtungen aus Figur 6 realisiert .

Claims

Patentansprüche
1. Lastausgleichsvorrichtung für eine Hubapplikation mit einem zu hebenden bzw. zu senkenden Gegenstand, mit einer beweglichen Plattform, wobei die Plattform den Gegenstand trägt, wobei die Plattform zum Lastausgleich durch zumindest ein Federelement (5) unterstützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (5) auf eine Spreizeinheit (4, 6, 7) wirkt, welche eine Federkraft des Federelementes (5) zum Spreizen in eine Scherenanordnung (3) leitet, wobei durch die Scherenanordnung die Federkraft als eine resultierende Hubkraft hebend auf die Plattform wirkt, und dass durch die mittels der Spreizeinheit (4, 6, 7) und der Scherenanordnung (3) gebildete Hubgeometrie eine im wesentlichen konstante Hubkraft über eine wesentliche Hubstrecke der Plattform gegeben ist.
2. Lastausgleichsvorrichtung Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizeinheit (4, 6, 7) Schubstreben (4) umfasst, wobei die Schubstreben (4) jeweils zwischen dem Federelement (5) und einem Scherenarm der Scherenanordnung (3) angelenkt sind.
3. Lastausgleichsvorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizeinheit (4, 6, 7) auf eine Kurvengeometrie (7) wirkt, wobei die Kurvengeometrie (7) den Verlauf der Hebelwirkung der Spreizeinheit (4, 6, 7) auf die Scherenanordnung (3) vorgibt.
4. Lastausgleichsvorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvengeometrie (7) durch zumindest eine gekrümmte Oberfläche eines Scherenarms der Scherenanord- nung (3) gebildet ist, wobei die Federkraft über die
Spreizeinheit (4, 6, 7) mittels eines Gleitstücks oder einer Rollenkonstruktion auf die gekrümmte Oberfläche wirkt .
5. Lastausgleichsvorrichtung nach einem der vorhergehenden
Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizeinheit (4, 6, 7) zumindest einseitig eine Spreizkeilgeometrie aufweist.
PCT/EP2023/054424 2022-03-21 2023-02-22 Lastausgleichsvorrichtung für eine hubapplikation mit einem zu hebenden bzw. zu senkenden gegenstand WO2023180002A1 (de)

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EP22163264.9 2022-03-21
EP22163264.9A EP4249420A1 (de) 2022-03-21 2022-03-21 Lastausgleichsvorrichtung für eine hubapplikation mit einem zu hebenden bzw. zu senkenden gegenstand

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH07267594A (ja) * 1994-03-30 1995-10-17 Central Conveyor Kk 電動テーブルリフタ
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