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Die Erfindung betrifft einen Werkstückträger gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Transfervorrichtung für Werkstückträger gemäß Patentanspruch 4.
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Ein Positioniermodul dient unter anderem zum schnellen Transportieren und präzisen Positionieren von Werkstückträgern mit darauf angeordneten Werkstücken. Ein derartiges Positioniermodul ist auch als Teil und/oder entlang einer Förderstrecke einsetzbar. Entlang der Förderstrecke können unter anderem ein oder mehrere Bearbeitungsstationen und ein oder mehrere Positioniermodule, vorzugsweise mit einem Positionierantrieb durch einen Linearmotor, angeordnet sein.
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Ein Positioniermodul mit einem Linearmotor ist beispielsweise aus dem Fachaufsatz Antriebstechnik, in der Fachzeitschrift „Konstruktion“, Ausgabe 9-2000, bekannt. Dort sind u.a. auf den Seiten 74 bis 78 verschiedenste Varianten von Linearmotoren für ein Positioniermodul gezeigt. Ferner ist aus der
DE 195 06 070 A1 eine Einlege- bzw. Entnahmevorrichtung für Werkstücke bekannt, bei der zumindest eine Antriebseinrichtung als Linearmotor mit Primär- und Sekundärteil ausgebildet ist, wobei am Sekundärteil als Kragarme ausgeführte Aufnahmeeinrichtungen angebracht sind.
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Aus der
DE 197 57 880 C2 ist eine Transfervorrichtung für eine taktweise Bewegung und Positionierung von Werkstückträgern in einem Bearbeitungszentrum aus mehreren, hintereinander angeordneten Bearbeitungsstationen mit Koppelelementen für den lösbaren Anschluss der Werkstückträger an einen Schlitten, der zwischen einer Anfangsposition und einer Endposition verfahrbar ist und Werkstückträger von einer zur nächstfolgenden Bearbeitungsstation mitführt, bekannt. Die Transfervorrichtung hat mehrere elektriche Linearantriebe mit jeweils einem Schlitten, wobei die Linearantriebe ein Primärteil mit einer stromdurchflossenen Spulenanordnung und ein Sekundärteil mit einer metallischen Induktionsplatte oder einem Permanentmagneten aufweisen.
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Aus der
DE 299 08 094 U1 ist ein Transportsystem mit einem entlang einer Laufbahn mittels einer Primärteil und Sekundärteil aufweisenden Linearmotorantriebseinrichtung bewegbaren Produktträger bekannt. Der Produktträger weist eine im wesentlichen ebene Grundplatte zum Transport von Gegenständen auf, wobei hier das Primärteil der Grundplatte und das Sekundärteil der Laufbahn zugeordnet ist.
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Gemäß Aufgabe vorliegender Erfindung soll ohne Beeinträchtigung der Genauigkeit die Positionierung eines Werkstückträgers in einem Positioniermodul vereinfacht werden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 4 gelöst. Insbesondere der Gegenstand des Anspruchs 4 stellt eine vorteilhafte Einbindung des Werkstückträgers und eines Positioniermoduls in einer Transfervorrichtung dar.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Mit der unmittelbaren Ausrüstung eines jeden Werkstückträgers selbst mit einem Primär- oder mit einem Sekundärelement wird erreicht, dass durch den mit dem Positioniermodul korrelierenden Linearantrieb eine erhebliche Vereinfachung der Positionierung bei gewährleisteter Genauigkeit des Werkstückträgers gegeben ist, da sich gesonderte Koppelelemente zwischen dem in das Positioniermodul einfahrenden Werkstückträger und dem dieses mitnehmenden Primär- oder Sekundärelement erübrigt. Hierbei bildet der Werkstückträger mit dem Primärelement oder mit dem Sekundärelement eine kompakte Baueinheit, wodurch auf Grund einer festen Zuordnung von Werkstückträger und einem der elektromagnetischen Antriebselemente eine verbesserte Handhabung und Positionierung hinsichtlich des zu befördernden und zu positionierenden Werkstückträgers gegeben ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist das Primärelement als Ständer und das Sekundärelement als Läufer des Linearantriebs ausgebildet, so dass sich der mit dem Sekundärelement verbundene Werkstückträger in vorteilhaftem Unterschied zum Stand der Technik gemäß Fachzeitschrift „Konstruktion“, Ausgabe September 9-2000, ohne Schleppkabel unabhängig von einem bestimmten Positioniermodul über eine uneingeschränkte Distanz befördern läßt.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist das Primärelement als Läufer und das Sekundärelement als Ständer des Linearantriebs ausgebildet, wobei sich diese Variante kostengünstig durch einen geringen Material- und Steuerungsaufwand sowie geringe Energieverluste auszeichnet.
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Vorteilhafterweise sind das Primär- oder das Sekundärelement am Werkstückträger ein- oder mehrseitig, insbesondere symmetrisch, angebracht, so dass einerseits eine kostengünstige Ausgestaltung des Werkstückträgers und andererseits ein von Reibungsverlusten freies Befördern des Werkstückträgers durch einen symmetrischen Luftspalt zwischen jeweils zwei korrespondierenden Antriebselementen mittels eines elektomagnetischen Kräftegleichgewichts ermöglicht ist.
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Zweckmäßigerweise ist ein elektromagnetisches Wanderfeld von dem Primärelement erzeugt, um dem hierbei als Läufer ausgebildeten Sekundärelement die zu seiner Beförderung benötigte Kraft bereitzustellen.
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Zweckmäßigerweise ist das Wanderfeld durch ein Spulensystem, insbesondere im Sinne eines Synchronmotor- bzw. eines Asynchronmotor-Antriebes, ausgebildet, so dass bei einem geringen Platzbedarf eine ausgereifte und kostengünstige Antriebstechnik zum Einsatz kommen kann.
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Vorteilhafterweise ist ein erster Teil des Spulensystems zur Positionserfassung und/oder Rückhaltung des Werkstückträgers bei Übergabe von dem Fördersystem zu dem Positioniermodul vorgesehen, wobei eine platz- und kostenbegünstigende Synergie durch die Nutzung ein und derselben Spulenteile für mehrere Funktionen zum Tragen kommt.
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Mit Vorteil ist ein an den ersten Teil anschließender zweiter Teil des Spulensystems zur Positionierung des Werkstückträgers in dem Positioniermodul vorgesehen, so dass mit einem durchgängigen, standardisierten Spulensystem im Anschluß an den ersten Teil des Spulensystems die gewünschte Funktion zur Positionierung des Werkstückträgers erzielt werden kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein inkrementelles Messsystem mit absoluter Genauigkeit zur Positionserfassung des Werkstückträgers bei seiner Positionierung in dem Positioniermodul vorgesehen, um eine platz- und kostensparende Ist-Wert-Ermittlung einsetzen zu können.
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Hinsichtlich der Transfervorrichtung für Werkstückträger unter Verwendung zumindest eines erfindungsgemäßen Positioniermoduls ist es möglich, ein vorhandenes Fördersystem derart auszugestalten, dass bereits ein oder mehrere zu dem Positioniermodul kompatibele oder angepaßte, das heißt mit einem Primär- oder einem Sekundärelement versehene Werkstückträger eingesetzt bzw. gegebenenfalls nachträglich integriert werden können.
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Vorteilhafterweise ist mit einer niveaugleichen Anordnung im Übergabebereich zwischen einer ersten Transportebene des Fördersystems einerseits und einer zweiten Transportebene des Positioniermoduls andererseits gewährleistet, dass eine von zusätzlichen Adapter- oder Koppelelementen freie Übergabe der Werkstückträger gegeben ist.
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Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:
- 1 ein Positioniermodul mit Werkstückträgern als Teil einer Transfervorrichtung in einer Drausicht,
- 2 ein Positioniermodul mit einem Werkstückträger in einer Schnittdarstellung, und
- 3 eine weitere Ausführungsvariante eines Positioniermoduls mit einem Werkstückträger in einer Schnittdarstellung.
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In 1 ist ein Positioniermodul 1 mit Werkstückträgern 2a-2e und eine Transfervorrichtung 3 gezeigt. Das Positioniermodul 1 ist dabei einerseits zum Einbau in die Transfervorrichtung 3 und/oder zum Einbau in den Verlauf eines elektromechanischen oder -pneumatischen Fördersystems 4 vorgesehen, wobei die Transfervorrichtung 3 ihrerseits Teil des Fördersystems 4 sein kann. Das Positioniermodul 1 ist hierbei im Fördersystem 4 zur Übergabe eines oder mehrerer Werkstückträger 2a-2e angeordnet, so dass eine dabei enstehende Übergabestelle als Teil der Transfervorrichtung 3 umfaßt ist.
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Das elektromechanische Fördersystem 4 kann in an sich bekannter Weise z.B. als Riemen-, Ketten- oder Schneckenantrieb oder als äquivalentes kraft- und/oder formschlüssiges Antriebssystem ausgebildet sein. Vorteilhafterweise ist das Positioniermodul 1 zu verschiedenen Fördersystemen kompatibel.
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Das Positioniermodul 1 weist ein Primärelement 5 und der Werkstückträger 2d ein Sekundärelement 6 auf, so dass die Wirkungsweise eines elektromagnetischen Linearantriebs 7 gegeben ist. Der elektromagnetische Linearantrieb 7, der zur Positionierung der Werkstückträger 2a-2e in dem Positioniermodul 1 vorgesehen ist, kann auf verschiedenste Weisen nach dem Stand der Technik ausgebildet sein.
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Dabei ist erfindungsgemäß jeder Werkstückträger 2a-2e mit dem Primärelement 5 oder mit dem Sekundärelement 6 in einer kompakten Baueinheit zusammengefaßt und jedes Positioniermodul 1 mit dem dazu korrespondierenden Sekundärelement 6 bzw. dem Primärelement 5 versehen. Das Primärelement 5 kann demnach als Ständer und das Sekundärelement 6 als Läufer des Linearantriebs 7 oder in einer umgekehrten Zuordnung ausgebildet sein. Je nach Ausführungsvariante steht somit das Positioniermodul 1 mit zumindest einem darin bewegbaren Werkstückträger 2a-2e mittels dem jeweiligen Primärelement 5 und dem jeweiligen Sekundärelement 6 in einer elektromagnetischen Wechselwirkung.
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Durch den Linearantrieb 7, insbesondere durch das Primärelement 5, ist ein elektromagnetisches Wanderfeld erzeugt. Das Wanderfeld ist durch ein Spulensystem 8, insbesondere im Sinne eines Synchronmotor- bzw. eines Asynchronmotor-Antriebes, ausgebildet. Ein als eine ferromagnetische Metallschiene ausgeführtes Sekundärelement 6 des Asynchronmotor-Antriebes wirkt als magnetischer Rückschluß für das Primärelement 5, in dem Wirbelströme induziert werden.
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Das somit gemäß 1 enstehende Magnetfeld erzeugt in Verbindung mit dem Wanderfeld des Primärelements 5 eine Kraft, wodurch eine translatorische Bewegung des dem jeweiligen Sekundärelement 6 zugehörigen Werkstückträgers 2a-2e erzeugt ist. Eine kreisbogenförmige Bewegung des Werkstückträgers 2a-2e ist gleichwohl möglich.
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Ein erster Teil 9 ist unter Mitverwendung des bereits bestehenden Spulensystems 8 zur Positionserfassung und/oder Rückhaltung eines oder mehrerer Werkstückträger 2a-2e bei Übergabe von dem Fördersystem 4 zu dem Positioniermodul 1 oder zu der Transfervorrichtung 3 vorgesehen. Somit ist eine vorteilhafterweise Doppelfunktion des Spulensystems 8 gegeben.
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Die dem Positioniermodul 1 und/oder der Transfervorrichtung 3 hierbei zugrundeliegende fördertechnische Funktion basiert auf einem Ablaufplan, der sich aus mehreren Ablaufschritten zusammensetzt. Die Positionserfassung bezieht sich dabei unter anderem auf einen ersten Ablaufschritt A1, wobei bei einem der Werkstückträger 2a-2e bei der Übergabe von dem Fördersystem 4 zu dem Positioniermodul 1 in einem Einzugsbereich 11 eine Überdeckung zwischen dem Werkstückträger 2d, beispielsweise eines Dauermagneten und insbesondere des Sekundärelements 6, und einer ersten Spule 10, insbesondere des Primärelements 5, des Spulensstems 8 gegeben ist.
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Der Dauermagnet oder das Sekundärelement 6 dienen dabei als ein sogenanntes Referenzelement, mit dessen Hilfe ein Nullpunkt- oder auch Offset-Effekt erzielt werden kann. Es erfolgt also während des Ein- oder Durchlaufs des Werkstückträgers 2d in bzw. durch das Positioniermodul 1 eine sogenannte dynamische Referenzierung, wodurch eine Überprüfung der Anwesenheit des Werkstückträgers 2d ermöglicht ist.
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Zeitgleich mit dem Ablaufschritt A1 erfolgt beim Einfahren beispielsweise des Werkstückträgers 2d in das Positioniermodul 1 die vorgenannte Überdeckung, die ein Messsystem 12 auslöst oder ansteuert. Hierbei ist der Werkstückträger 2d dynamisch - stillstands- und zeitverlustfrei - synchronisiert und somit präzise erfaßt und auf das Positioniermodul 1 abgestimmt.
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Die sogenannte dynamische Synchronisierung erfolgt also lageunabhängig während des Ein- oder Durchlaufs eines der Werkstückträger 2a-2e in bzw. durch das Positioniermodul 1. Die dynamische Synchronisation findet durch eine sinuide, gedämpfte Bewegung der Werkstückträger 2a-2e statt. Ein wesentlicher, aus der dynamischen Synchronisation resultierender Vorteil besteht darin, dass sich die Zykluszeiten und der Abstand von Werkstückträger zu Werkstückträger 2a-2e im Positioniermodul 1 reduzieren.
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Das Messsystem 12 auf inkrementeller Basis kann gleichwohl auch auf der Basis weiterer, an sich bekannter, Detektierungsprinzipien ausgeführt sein. Wesentliche Bestandteile des Messsystems 12 sind unter anderem ein Maßband 13, welches ggf. auch an der Unterseite 14 der Werkstückträger 2a-2e angebracht sein kann und ein Tast-/Lesekopf 15, der mit einem definierbaren ersten Luftspalt 16 gemäß 2 zu dem Maßband 13 anordbar ist. Das Maßband 13 weist eine Nullmarke zur Offsetkorrektur der Referenzlage von Primarelement 5 zu Sekundärelement 6 auf. Das Messsystem 12 ist zur genauen Positions- und Bewegungserfassung der Werkstückträger 2a-2e bei ihrer Positionierung in dem Positioniermodul 1 vorgesehen.
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Eine weitere Funktion des ersten Teils 9 des Spulensystems 8, die in dem Ablauf schritt A1 liegt, besteht darin, dass diese im Sinne einer Vorstopper-/ Rückhaltefunktion, also als elektrischer Haltemagnet für die Werkstückträger 2a-2e, eingesetzt werden kann. Dabei kann ein sogenannter Werkstückträgerstau gezielt aufgebaut werden, um je nach Bedarfs- oder Anlagensituation die Durchsatzrate der Werkstückträger 2a-2e zu verringern oder zu erhöhen.
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Ein zweiter Teil 17 des Spulensystems 8, der sich an dessen ersten Teil 9 anschließt, übernimmt von dem ersten Ablaufschritt A1 bis zu einem zweiten Ablaufschritt A2 die Aufgabe des Transports, wobei ab dem zweiten Ablaufschritt A2 die Positionierung der Werkstückträger 2a-2e in dem Positioniermodul 1 erfolgt. Zu dem Transport zählt auch das Ein- und Ausschleusen sowie das Wechseln der Werkstückträger 2a-2e. Die damit erreichbare Positioniergenauigkeit liegt in einem Bereich von ≤ 0,005 mm und insbesondere bei ≥ ± 0,001 mm und ist demnach deutlich höher als bei herkömmlichen Systemen.
Zudem lassen sich die Wechselzeiten der Werkstückträger 2a-2e in dem Positioniermodul 1 auf ≥ 0,3 s reduzieren.
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Am Positioniermodul 1 ist optional eine Umkehr der Transportrichtung für die Werkstückträger 2a-2e vorsehbar. Alternativ dazu kann durch das Positioniermodul 1 als Werkstückträgerwechsel -und/oder als Antriebssystem im Sinne einer zusätzlichen Achse über eine geregelte Bewegung die auf den Werkstückträgern 2a-2e angeordneten Werkstücke leichter einer vorzunehmenden Bearbeitung innerhalb eines Zyklus 18 zwischen dem Ablaufschritt A2 und einem dritten Ablaufschritt A3 zugeführt werden. Ein geregeltes Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsprofil für die Positionierung der Werkstückträger 2a-2e ist demnach ohne formschlüssig gekoppelte Antriebssysteme möglich. Im Anschluß an den Ablaufschritt A3 folgt ein vierter Ablaufschritt A4, mit dem das Ausschleusen der Werkstückträger 2a-2e auf das ggf. angeordnete Fördersystem 4 einsetzt.
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Eine für die Informationsversorgung zwischen einer Steuer-/Regeleinheit 19, einem oder mehreren Positioniermodulen 1, der Transfervorrichtung 3, eingesetzten Bearbeitungsstationen 20 und den Werkstückträgern 2a-2e erforderliche Datenübertragung kann in an sich bekannter Weise, beispielsweise mittels Leseköpfe, eines Bussystems oder über ein Funksystem ausgeführt werden. Datenträger 21 vom Typ Moby-I können dabei an den Werkstückträgern 2a-2e vorgesehen werden.
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In 2 ist ein Positioniermodul 1 mit einem der Werkstückträger 2a-2e in einer Schnittdarstellung und das Fördersystem 4 beabstandet über den ersten Luftspalt 16 zu einem der Werkstückträger 2a-2e gezeigt. Das Messsystem 12 ist an der Unterseite 14 an dem Fördersystem 4 angebracht. An der Unterseits 14 ist zudem eine Zugänglichkeit für Bearbeitungsschritte gegeben. Als Teil des Fördersystems 4 ist beiderseits in einer zur Förderstrecke senkrecht verlaufenden Richtung jeweils ein Schenkel 22 angeordnet, der eine Stützfunktion aufweist. Das jeweilige Sekundärelement 6 ist beiderseits des Fördersystems 4 den beiden Primärelementen 5 zugeordnet.
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Durch eine ein- oder mehrseitige, insbesondere symmetrische, Anbringung des Sekundärelements an den Werkzeugträgern 2a-2e, sind diese durch das dabei entstehende elektromagnetische Kräftegleichgewicht gehalten und geführt und bewirken dabei einen zweiten und einen dritten konstanten Luftspalt 23 bzw. 24. Zusätzlich können beiderseits der Werkzeugträger 2a-2e Führungselemente 25 angeordnet sein, die ersatzweise oder zur Unterstützung zur Einhaltung des zweiten und des dritten Luftspalts 23 bzw. 24 beitragen. Die Führungselemente können, in an sich bekannter Weise, nach dem Stand der Technik ausgebildet werden.
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Sofern das jeweilige Primärelement 5 und/oder das jeweilige Sekundärelement 6 in Verbindung mit den Werkstückträgern 2a-2e als Läufer ausgebildet ist oder auf Grund einer oder mehrerer erweiterten Funktionen eine Stromzufuhr benötigt, kann durch eine Zusatzfunktion ein Vesorgungsstrom über zumindest einen Akkumulator oder über eine durch Schleifkontakte aktivierte Strombahn zugeschaltet werden. Die Funktionsfähigkeit des jeweiligen elektromagnetischen Elements 5,6 ist somit erst bei Bedarf, ggf. erst innerhalb des Positioniermoduls 1, gegeben.
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In 3 ist eine weitere Ausführungsvariante des Positioniermoduls 1 mit alternativ ausgeführten Werkstückträgern 2a-2e in einer Schnittdarstellung gezeigt. Die Ausführungsvariante gemäß 3 unterscheidet sich von der Ausführungsvariante gemäß 2 dadurch, dass nur auf einer Seite eine Paarung bestehend aus Primär- und Sekundärelement 5 bzw. 6 ausgebildet ist, wobei das Primärelement 5 in das Sekundärelement 6 einführbar ist.
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An der der einen Seite gegenüberliegenden anderen Seite ist hierbei ein formschlüssiges Führungsmittel 26 angeordnet, so dass eine konstante Beabstandung zwischen den beiden elektromagnetischen Elementen 5,6 gewährleistet ist. Das Führungsmittel 26 kann ggf. auch in einer kraft- und/oder formschlüssigen Variante ausgebildet sein. Darüber hinaus ist das Messsystem 12 seitlich neben dem Führungsmittel 26 angeordnet, wobei eine andersartige Anordnung oder Ausführung ebenfalls realisierbar ist.
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Im Falle, dass die Transfervorrichtung 3 als Teil eines Fördersystems 4 für einen oder mehrere Werkstückträger 2a-2e unter Verwendung zumindest eines im Verlauf des Fördersystems 4 angeordneten Positioniermoduls 1 eingesetzt ist, erfolgt vorteilhafterweise eine Übergabe eines oder mehrerer der mit dem Primärelement 5 oder mit dem Sekundärelement 6 versehenen Werkstückträger 2a-2e von bzw. zu dem elektromechanischen Fördersystem 4 zu bzw. von dem Positioniermodul 1. Dies kann ohne Hilfsmittel mit einer niveaugleichen Anordnung im Übergabebereich 27 gemäß 1 zwischen einer ersten Transportebene 28 des Fördersystems 4 einerseits und einer zweiten Transportebene 29 des Positioniermoduls 1 andererseits gemäß 2 und/oder 3 erreicht werden.
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Das systemkompatibele Positioniermodul 1, das mit Werkstückträgern 2a-2e zusammenwirkt, die mit entsprechenden Sekundärelementen 6 ausgestattet sind, kann demnach einzeln oder in Verbindung mit der Transfervorrichtung 3 im Sinne eines offenen - erweiter- und austauschbaren - Antriebs-und/oder Positioniersystems in einem standardisierten Förder- oder Transportsystem eingesetzt und nachgerüstet werden. Es ermöglicht beispielsweise eine kraftschlüssige Halterung der Werkstückträger 2a-2e vor einer Bearbeitungsstation und bietet durch seine autarke Stationsausbildung die Möglichkeit zu einer Systemausbildung mit einem ausgesprochen hohen Nutzungsgrad bei einer hohen Verfügbarkeit durch herkömmliche Puffer für Werkstückträger vor den jeweiligen Stationen.
