DE3806347A1 - Transportsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Transportsystem für z.B. Werkstücke in einer Fertigungsstraße oder Montagestraße bzw. Gegenstände in einem Lager, bestehend aus einem Schienennetz und mehreren, rechnergesteuert auf dem Schienennetz verfahrbaren Laufwägen, die einen eigenen Antrieb besitzen.

Bisher wurden für den Transport von Werkstücken in Fertigungs­ straßen und insbesondere in Montagestraßen überwiegend Transportsysteme eingesetzt, bei denen die einzelnen Werk­ stückträger miteinander verbunden sind und ein gemeinsamer Antrieb für dieses z.B. Montageband vorgesehen ist. Solche Systeme sind jedoch sehr unflexibel, da Störungen im Arbeitsab­ lauf an einer Stelle dazu führen können, daß das gesamte Band angehalten werden muß. Hierdurch entstehen Produktionsausfälle, die mit hohen Kosten verbunden sind. Außerdem erfordern der­ artige Transportbänder einen hohen Aufwand für die Wartung und Instandhaltung.

Es sind auch bereits Transportsysteme bekannt auf der Basis von mehreren, individuell von einem zentralen Prozeßrechner aus gesteuerten Laufwägen mit eigenem Antrieb. Ein derartiges System ist beispielsweise in der internationalen Patentanmeldung W0 87/00 493 beschrieben.

Die Schienen dieses bekannten Systems, auf denen die Transportwägen laufen, besitzen einen zylinderförmigen Querschnitt und dienen gleichzeitig der Stromversorgung der Antriebe in den Wägen. Die Laufrollen der Wägen sind auf einer Seite flach und auf der anderen Seite konisch gestaltet, damit die Seitenführung gewährleistet ist.

Dieses bekannte Transportsystem besitzt mehrere Nachteile. So lassen sich damit entweder keine oder jedenfalls nur schwach gekrümmte Kurven realisieren. Entsprechend sind zusätzliche Einrichtungen nötig, mit denen die Wägen seitlich oder in der Höhe umgesetzt werden müssen, denn in der Regel ist es erforderlich, das Transportsystem an die räumlichen Gegebenheiten z.B. einer Fertigungshalle anzupassen.

Außerdem neigen die Wägen wegen des einseitig angreifenden Antriebs in der Beschleunigungsphase zum Verkanten. Weiterhin ist das System nicht für den Transport von schweren Lasten in Dauerbetrieb geeignet. Denn abgesehen davon, daß die Schienen ja isoliert befestigt werden müssen, sind Schienen und Rollen wegen der nur punktförmigen Auflagefläche starkem Verschleiß ausgesetzt. Schließlich besteht die Gefahr eines Kurzschlusses, wenn auf den Schienen versehentlich Gegenstände abgelegt werden. Die offenliegenden Stromschienen gefährden außerdem das Bedienpersonal.

Es ist die Aufgabe der vorliegenen Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen und ein Transportsystem zu schaffen, das es erlaubt, schwere Lasten individuell gesteuert auch auf gekrümmten Bahnen mit kleinem Krümmungsradius zu bewegen.

Ausgehend von einem Transportsystem der vorstehend genannten Art wird diese Aufgabe gemäß den Merkmalen im Kennzeichen des Anspruches 1 dadurch gelöst, daß

• - die Laufwägen auf ebenen Schienen laufen, die das Gewicht von Laufwagen und transportierem Gegenstand aufnehmen,
• - eine mittig angeordnete Führungsschiene vorgesehen ist, die von separaten Führungsrollen an den Laufwägen kontaktiert wird.

Da die Seitenführung der Laufwägen durch die mittig angeordnete Führungsschiene unabhängig von den Schienen erfolgt, von denen die Last aufgenommen wird, können die Wägen auch engen Kurven gut folgen. In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, eine der Führungsrollen gleichzeitig als Antriebsrolle auszubilden, so daß auch der Antrieb mittig in der neutralen Faser der Wägen angreift und ein Verkanten der Wägen in der Beschleunigungsphase vermieden ist.

Besonders vorteilhaft für eine zwangsfreie Führung auf engen Radien ist es, wenn die mittig angebrachten Rollen, d.h. Führungsrolle und Antriebsrolle um eine senkrechte Achse schwenkbar gelagert sind.

Zur leichtgängigen Übertragung der Last auf die ebenen Schienen können beispielsweise wälzgelagerte, zylindrische Rollen oder sogenannte Kugelumlaufschuhe verwendet werden. Letztere setzen den Seitwärtsbewegungen des Laufwagens bei der Kurvenfahrt nur sehr geringe Widerstände entgegen und sind gleichzeitig hoch belastbar.

Wenn wälzgelagerte Laufrollen verwendet werden, kann es vorteilhaft sein, diese ebenso wie die Führungsrollen schwenkbar zu lagern und noch zusätzlich hinsichtlich der Schwenkbewegung mit den Führungsrollen zu koppeln, um die Leichtgängigkeit der Kurvenfahrt noch zu unterstützen.

Zur Kraftübertragung der Antriebsrolle auf die Führungsschiene ist Formschluß zwischen Rolle und Schiene erforderlich. Verwendet man für die Antriebsrolle geeignetes Material, z.B. Kunststoff, dann sorgt die Eigenelastizität der Rolle in Verbindung mit einem geringen Überstand - bezogen auf die Laufrollen des Wagens selbst - für den nötigen Formschluß. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, die Antriebsrolle an die Führungsschiene anzufedern. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, die Andruckkraft der Rolle definiert einzustellen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, die ebenen Schienen aus mehreren, aneinandergereihten und vorzugsweise gehärteten Bändern aufzubauen, die auswechselbar auf einer Tragstruktur befestigt sind. Die Bänder können dann bei Bedarf ausgewechselt werden, beispielsweise wenn sie verschlissen sind oder wenn das Schienennetz umgebaut werden soll.

Aufgrund der Eignung des Systems, auch Kurven mit engem Krümmungsradius zu folgen, ist es möglich, Höhenunterschiede ohne zusätzlich Aufzüge zu überbrücken, indem die Schienen spiralförmig verlegt werden. Damit die Laufwägen die damit verbundenen Steigungen bewältigen können, ist es zweckmäßig, die Führungsschiene im Bereich der Steigung mit einer Verzahnung zu versehen. In diese Verzahnung greift dann ein Ritzel in der Antriebsrolle des Laufwagens ein.

Zur Steuerung und Stromversorgung der Antriebe der Laufwägen sind separate, vorzugsweise verdeckt eingebaute Stromschienen vorgesehen. Durch diese Maßnahmen ist die Gefahr von Kurz­ schlüssen des Systems vermieden. Außerdem ist es zweckmäßig, jeden Laufwagen mit mindestens einem Näherungssensor zu ver­ sehen. Damit lassen sich Kollisionen zwischen verschiedenen Laufwägen zuverlässig verhindern.

Das System läßt sich so auslegen, daß die verschiedenen Lauf­ wägen in jeder Situation individuell mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten von einem zentralen Leitrechner aus gesteuert werden. Hierfür ist es erforderlich, jedem Laufwagen einen Datenträger zuzuordnen, der eine spezielle Kennung für diesen Laufwagen trägt. Es ist jedoch auch möglich, die Geschwindig­ keit, Start- und Stopfunktion für jeden Laufwagen gleichartig auszubilden und die Wägen an den jeweiligen Bearbeitungs­ stationen oder Montagestationen anzusprechen, die gerade ange­ fahren werden. Hierzu können die Stromschienen abschnittsweise aufgetrennt und an die jeweiligen Steuerteile der Stationen angeschlossen werden. Beide Betriebsarten erlauben ein individuelles Anfahren bzw. Positionieren des jeweiligen Lauf­ wagens an Montage- oder Bearbeitungsstationen bzw. in Ablage­ einheiten von Lagersystemen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Fig. 1-3 der beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1 ist eine Schnittzeichnung des Schienenaufbaus für das Transportsystem mit aufgesetztem Laufwagen;

Fig. 2 zeigt einen Bereich des Schienennetzes des Transportsystems mit Laufwagen in Aufsicht;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm der für den Betrieb der Lauf­ wägen (3) aus Fig. 1 bzw. 2 verwendeten Steuerung.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, ist für die Montage des Schienennetzes eine Tragstruktur (2) vorgesehen, die sich auf mehreren Füßen bzw. Ständern (1) abstützt. Die Tragstruktur (2) besitzt einen etwa U-förmigen Querschnitt. Auf der Oberseite der beiden U-Schenkel sind die beiden ebenen Schienen (5 a und 5 b) befestigt, von denen das Gewicht des darauf aufgesetzten Laufwagens (3) aufgenommen wird. Die Schienen (5 a und 5 b) sind flache, gehärtete Stahlbänder mit schwalbenförmigem Quer­ schnitt. Sie werden auf der Tragstruktur auswechselbar durch Spannpratzen (6 a bzw. 6 b) gehalten. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, setzt sich das Schienennetz aus mehreren, aneinander an­ stoßenden Schienen bzw. Bändern zusammen, wobei der Stoß (26) der Bänder bzw. Schienenteile schräg zur Fahrtrichtung der Wägen (3) verläuft, so daß ein ruhiger Lauf gewährleistet ist.

Die auf das Schienennetz (5 a/5 b) aufgesetzten Laufwägen (3) sind als ebene, rechteckige Platten ausgebildet und jeweils mit vier zylindrischen, wälzgelagerten Laufrollen (4 a bis 4 d) versehen. Mit diesen Laufrollen (4 a bis 4 d) setzt der Wagen (3) auf die Schienen (5 a, 5 b) auf.

Jeder Laufwagen besitzt an seiner Unterseite eine Antriebsrolle (13 a) und eine Führungsrolle (13 b). Die Antriebs- und Führungsrollen (13 a bzw. 13 b) sind mittig, in der neutralen Faser des Wagens angeordnet und stehen in Formschluß mit einer ebenfalls mittig auf der Tragstruktur (2) befestigten Führungsschiene (14) mit konischem Querschnitt der Berührzone zwischen Rolle (13) und Führungsschiene (14). Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind sowohl die Antriebsrolle (13 a) als auch der sie antreibene Getriebemotor (12) des Laufwagens (3) über ein Befestigungsteil (22) an einer drehbar an der Unterseite des Laufwagens (3) gelagerten Halteplatte (24) angebracht. Die Drehachse (A) der Halteplatte (24) verläuft senkrecht und schneidet die neutrale Faser des Laufwagens bzw. der Tragstruktur. Die im Schnitt nach Fig. 1 nicht dargestellte Führungsrolle des Laufwagens (3) ist auf gleichartige Weise an der Unterseite des Wagens (3) befestigt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Laufwagen (3) wie in Fig. 2 dargestellt auch engen Kurven relativ zwangsfrei folgen kann.

An der Innenseite des rechten Schenkels der Tragstruktur (2) sind außerdem zwei übereinander liegende Stromschienen (7 a und 7 b) angebracht. Diese Stromschienen (7 a, 7 b) werden von Schleifern (9 a bzw. 9 b) kontaktiert, die an einem Halter (8) an der Unterseite des Wagens mittels isolierter Kontaktstifte (10 a und 10 b) befestigt sind. Die Schienen (7 a und 7 b) versorgen den Getriebemotor (12) mit der nötigen Betriebsspannung von vorzugsweise 42 Volt und dienen außerdem zur Übertragung von Kommandosignalen an das Steuerteil (11) des Antriebs. Das Steuerteil (11) enthält u.a. die Regelelektronik für den Motor (12). Dieser Teil wird noch anhand von Fig. 3 beschrieben werden.

Jeder Laufwagen (3) ist außerdem mit einer Handhabe (15) versehen, mit der der Laufwagen manuell in jeder Position auf dem Schienennetz arretiert werden kann. Hierzu dient eine mit der Handhabe (15) verbundene Zugstange (28). Diese Zugstange hintergreift mit ihrem unteren Ende die Backen (16 a und 16 b) einer in Fahrtrichtung des Wagens (3) geschlitzten Arretierschiene. An die Zugstange (28) ist außerdem ein Schalter (19) angesetzt, der mit der Motorregelung (11) verbunden ist und den Antrieb bei Betätigung der Handhabe (15) abschaltet.

An einer Stirnseite des Wagens (3) sind zwei Abstandssensoren (18 a und 18 b) um einen Gummipuffer (17) herum angeordnet. Diese Sensoren (18 a und 18 b) dienen als Kollisionsschutz und verhindern, daß der jeweilige Wagen auf Hindernisse bzw. einen bereits vor ihm zum Stillstand gekommenen Wagen auffährt. Hierauf wird noch anhand von Fig. 3 eingegangen werden.

Das gesamte Transportsystem besteht wie bereits gesagt aus mehreren Laufwagen des in Fig. 1 bzw. 2 dargestellten Aufbaues und einem Schienennetz, welches beispielsweise durch mehrere Montage- bzw. Bearbeitungsstationen hindurchführt. Die Steuerung dieses Systems ist im Blockschaltbild nach Fig. 3 dargestellt. Kernstück der Anlage ist ein Prozeßrechner (21), der beispielsweise auch die einzelnen Bearbeitungsstationen zentral steuert und deshalb bereits vorhanden ist. Dieser Rechner ist in üblicher Weise mit einem Monitor (23) und einer Tastatur (24) bzw. einem Bedienfeld für die Dateneingabe ver­ sehen. Der Rechner (21) steuert außerdem die Datenkommunikation zu den an ihn angeschlossenen Subsystemen wie z.B. den Steuer­ rechnern der einzelnen Bearbeitungsmaschinen eines Fertigungs­ systems.

Für die Überwachung des Transportbandes ist ein eigener Positionsrechner (25) vorgesehen. Dieser Positionsrechner (25) ist ebenfalls an den zentralen Prozeßrechner (21) ange­ schlossen. Er erhält vom Rechner (21) unter anderem Information darüber, ob einer der Transportwägen (3) in eine der Be­ arbeitungs- oder Montagestationen eingefahren ist oder ein­ fahren soll. Der Vorgang des Einfahrens und Positionierens wird mit Hilfe von Referenzpunktnocken (27) in den Stationen ge­ steuert.

Der zentrale Prozeßrechner (21) meldet dem Positionsrechner (25) des Transportsystems außerdem, wann beispielsweise ein Bearbeitungs- oder Montagevorgang abgeschlossen ist und der zugehörige Transportwagen mit dem transportieren Werkstück die jeweilige Station wieder verlassen kann.

Aus den Daten des Prozeßrechners (21) berechnet der Positionsrechner (25) für jeden auf dem Schienensystem laufenden Transportwagen (3) die Zustandsgrößen für dessen Antrieb. Hierunter sind die Start-Stopfunktion, Vor- Rückwärstfahrt und die Höhe der Fahrgeschwindigkeit der Wägen (3) zu verstehen. Die zugehörigen Steuersignale werden über den zentralen Prozeßrechner (21) an die einzelnen Bearbeitungsstationen gemeldet und dort als Modulationsspannung in die Stromschienen (7 a, 7 b) des Transportsystems eingespeist.

Die Elektronik jedes Laufwagens (3) enthält neben der Motor­ regelung (11) ein Modul (20), das eine für den jeweiligen Wagen (3) typische Kennung besitzt. Über diese Kennung werden die für den jeweiligen Wagen geltenden Steuerdaten aus der Modulations­ spannung extrahiert und zur Regelung des Motors (12) umgesetzt. An die Motorregelung (11) sind außerdem die beiden Sensoren (18 a und 18 b) angeschlossen, welche zum einen den Kollisions­ schutz des Wagens (3) darstellen und außerdem als Personen­ schutz dienen. Diese Sensoren (18 a und 18 b) bewirken, daß bei Annäherung an einen z.B. vorausfahrenden oder stillstehenden Wagen oder ein Hindernis über einen vorgegebenen Mindestabstand hinaus der Antrieb des Wagens (3) abgeschaltet wird. Eine Abschaltfunktion übt auch der Schalter (19) der anhand von Fig. 1 beschriebenen Arretiereinrichtung (15) aus.

Durch diesen Aufbau ist es möglich, für jeden einzelnen Transportwagen (3) bzw. Werkstückträger frei und individuell nicht nur die Geschwindigkeit, sondern auch das Beschleunigungs- bzw. Verzögerungs- oder Bremsverhalten zu steuern. Mechanische bzw. elektromechanische Stoppereinrichtungen zur Vereinzelung der Wagen, wie sie nach dem Stand der Technik nötig sind, entfallen daher. Die Wägen (3) können deshalb nach Belieben an Montage- bzw. Bearbeitungseinheiten oder auch z.B. in Ablageeinheiten eines Lagers positioniert werden. Bei entsprechender Ausgestaltung des Schienennetzes ist es weiterhin möglich, bestimmte Bearbeitungsstationen wiederholt anzufahren, beispielsweise wenn im Zuge einer nachgeordneten Prüfung festgestellt wird, daß die Bearbeitung unvollständig war.

Die Wägen des beschriebenen Transportsystems sind ohne weiteres in der Lage, Werkstücke bzw. Lasten von 500 kg zu transportieren. Aufgrund des anhand von Fig. 1 und 2 beschriebenen mechanischen Aufbaues und der Trennung in Antriebs- bzw. Führungsrollen einerseits und Lastrollen andererseits ergeben sich kleine Reibwiderstände auch bei der Fahrt in eng dimensionierten Kurven. Es ist deshalb ausreichend, einen Antrieb mit einer Leistung von ca. 0,5 bis 1 kW für die Laufwägen (3) vorzusehen.

Das beschriebene Transportsystem ist für verschiedene Einsatzzwecke geeignet: So kann es anstelle von Montagebändern in der Automobilindustrie eingesetzt werden oder anstelle der in der Werkzeugindustrie gebräuchlichen Paletten- Transportsysteme. Außerdem ist es für den Einsatz zur Bestückung von Zwischenlagern oder Endlagern sehr gut geeignet.

Claims (16)

1. Transportsystem für z.B. Werkstücke in einer Fertigungsstraße oder Montagestraße bzw. Gegenstände in einem Lager, bestehend aus einem Schienennetz und mehreren, rechnergesteuert auf dem Schienennetz verfahrbaren Lauf­ wägen, die einen eigenen Antrieb besitzen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• - die Laufwägen (3) auf ebenen Schienen (5 a, 5 b) laufen, die das Gewicht von Laufwagen und transportiertem Gegenstand aufnehmen,
• - eine mittig angeordnete Führungsschiene (14) vorgesehen ist, die von separaten Führungsrollen (13 b) an den Laufwägen (3) kontaktiert wird.

2. Transportsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufwägen (3) separate Antriebsrollen (13 a) besitzen, die ebenfalls die Führungsschiene (14) kontaktieren.

3. Transportsystem nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrolle (13 b) bzw. die Antriebsrolle (13 a) um eine senkrechte Achse schwenkbar gelagert sind.

4. Tansportsystem nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß separate Stromschienen (7 a, 7 b) zur Versorgung der Antriebe der Laufwägen (3) vorgesehen sind.

5. Transportsystem nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufwägen zylindrische Rollen (4 a-4 d) besitzen, mit denen sie auf den ebenen Schienen (5 a, 5 d) laufen.

6. Transportsystem nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (4 a-4 d) ebenfalls um eine senkrechte Achse schwenkbar gelagert sind.

7. Transportsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrolle (13 b) bzw. die Antriebsrolle (13 a) mit den zylindrischen Laufrollen (4 a-4 d) bezüglich der Schwenkbewegung gekoppelt ist.

8. Transportsystem nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufwägen (3) Kugelumlaufschuhe besitzen, mit denen sie auf den ebenen Schienen (5 a, 5 d) laufen.

9. Transportsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungs- bzw. Antriebsrolle (13 b, 13 a) an die Führungsschiene (14) angefedert ist.

10. Transportsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Schienen (5 a. 5b) aus einer Aneinanderreihung mehrerer auswechselbar auf einer Tragstruktur befestigter Laufbahnen bestehen.

11. Transportsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schienen (5 a, 5 b) mit Steigung verlegt sind und die Führungsschiene (14) mit einer Verzahnung versehen ist, in die ein Ritzel an der Antriebsrolle (13 a) des Laufwagens (3) eingreift.

12. Transportsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannung für die Antriebe (12) der Lauf­ wägen (3) mit den Steuersignalen eines Prozeßrechners (21) moduliert ist.

13. Transportsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Laufwagen (3) ein Modul (20) zur Decodierung der Steuersignale sowie mindestens einen in Laufrichtung messenden Näherungssensor (18 a, 18 b) enthält, und daß das Modul und der Sensor mit der Regelelektronik zu dem Antrieb (12) des Laufwagens (3) verbunden ist.

14. Transportsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Modul (20) einen spezifischen, den Laufwagen (3) individuell charakterisierenden Datenträger enthält.

15. Transportsystem nach Anspruch 4 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportsystem mehrere Bearbeitungs-, Montage-, Lade- oder Entladestationen be­ dient und die Steuersignale und die Betriebsspannung für die Laufwägen an den Stationen in die Stromschienen einge­ speist werden.

16. Transportsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Laufwagen (3) eine Einrichtung (15) zur Arretierung des Laufwagens auf dem Schienennetz (5 a, 5 b) besitzt.