JP4560748B2

JP4560748B2 - レール上において案内される走行車を有する案内システム

Info

Publication number: JP4560748B2
Application number: JP13460799A
Authority: JP
Inventors: ルドルフ・グーデル; ヴアルテル・ツーラウフ; ハンス−ウルリヒ・クルト
Original assignee: ギユーデル・グループ・アクチエンゲゼルシヤフト
Priority date: 1998-04-16
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2019-04-07
Also published as: EP0950597A1; EP0950597B1; US6220174B1; JP2000052978A; DE59811424D1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レール上において案内される走行車の駆動歯車が、力作用点においてレールに取付けられるラックの歯部に噛み合い、走行車の案内要素が、相応する支持点において側方に配置された案内面上で案内され、ラックの歯部のピッチ線が、少なくとも１つの側方案内面に対してあらかじめ規定された一定の間隔を有し、力作用点と支持点とによって規定された直線が、常に現在の走行方向に対して垂直であるように、駆動歯車と案内要素が配置されているレール上において案内される走行車を有する案内システムに関する。さらに本発明は、このような案内システムのためのレール、及びシャーシに関する。
【０００２】
【従来の技術】
所定の位置に正確に着くことができる送りシステムは、例えば自動製造において不可欠である。加工片は、このような送りシステムによって、１つの加工位置から次のものへ送ることができ、かつここにおいて自動的に受け渡すことができる。
【０００３】
金属レール上においてローラを有する個々の送り車が動くシステムは周知である。ローラは、典型的に電動機によって駆動されている。ローラ駆動は、異なった曲率半径を有する区間を問題なく構成することができるので、レールの経過を確定する際に大きな自由度を可能にするが、ただしローラ駆動は、それ自***置に関して正確ではない（スリップのため）。相応して精度は、追加的な位置センサによりかつそれに所属の制御回路によってしか達成することができない。多数の走行車を有する装置において、安全上の理由から加えてブロック制御を設けなければならない。
【０００４】
位置精度は、例えば歯車及びスピンドル駆動によって達成できることが周知である。このような駆動装置は、例えば位置正確に可動の加工ユニット（フライス盤、ボール盤等）を有する機械において使用される。典型的な適用例は、組み立て自動装置の回転フレーム又は回転台である。ピニオン又は駆動される歯車の回転数によって、送りが正確に決められている。
【０００５】
しかし周知の歯車駆動装置は、もっぱら直線の又はもっぱら回転する運動の実施にしか適していない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、加速又は制動の際反作用トルクがシャーシに作用しない案内システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するため本発明によれば、走行車が、少なくとも１つのシャーシを有し、このシャーシの揺動軸線がラックの歯部のピッチ線の力作用点を通って延びている。現在の走行方向は、ピッチ線の接線によって規定されている。
【０００８】
歯部の本発明による幾何学的構成に基づいて、かなりの程度まで任意のレール案内部を有する歯車駆動される案内システムが実現できる。（直線区間に加えて）左及び右曲線だけでなく、同じ装置に種々の曲率半径も統合できる。
【０００９】
なるべくピッチ線は、案内レールの横断面の中央垂線を通って延びている。中央を外れた配置は、同様に可能である。案内要素として、通常案内ローラが利用される。しかし摺動要素も可能である。
【００１０】
本発明による走行車は、少なくとも１つであるが、なるべく２つのシャーシを有する。このシャーシは、方向変化の際に、シャーシの回転又は揺動軸線が、歯部のピッチ線を通って延びているように構成されている。したがって揺動軸線は、力作用点を通り、かつ駆動歯車の回転軸線に対して平行である。走行車が１つだけのシャーシを有する場合、走行車の重心は、前記の揺動軸線の上にあるようにする。それにより駆動力（加速又は制動力）が走行車（又はそのシャーシ）に反作用トルクを生じないことが達成される。
【００１１】
とくに有利な構成によれば、シャーシは、３点案内部を有する。すなわち側方案内又は方向の制御は、基本的に３つのローラによって受持たれる。一方の案内面において２つのローラが、他方において１つだけが走行する。側方案内の３つの点は、例えば３０゜ないし４０゜の開き角を有する二等辺三角形を形成している。
【００１２】
なるべく３つのローラのうち２つは、弾性支持されている。同じ側に配置されたものが問題になり、かつその結果、同じ案内面上において走行する。３つより多くの案内ローラを設けてもよい（その際、弾性支持の数は相応して整合できる）。２つの案内ローラだけをシャーシの揺動軸線に対して対称的に設けると、安定性が問題になることがある（振動、ローリング運動）。
【００１３】
３点支持の有利な構成は、任意の曲率半径に対して幾何学的に正確な歯噛み合いを可能にする。
【００１４】
なるべく車の重量は、分離した支持ローラによって支持される。これらの支持ローラは、弾性支持する必要はない。レールは、例えば大体において扁平な長方形横断面を有し、この横断面の外側にある狭い面は、支持ローラのために案内面を形成し、かつその上及び下にある縁範囲の面は、走行面を形成している。走行車がレール上に立っているか、又はここにつるされているかに応じて、ラックは、レールの上側又は下側の広い面に構成されている。
【００１５】
案内レールとラックは、高い精度を有するように製造しなければならない。両方の部分は、個々に製造することができ、かつそれから互いに結合する（ねじ止め、溶接）ことができる。曲線における歯部の幾何学的構造を適正にするために、互いに噛み合った歯部を有する２つの同一の直線ラックを配置することができ、かつそれから一緒に所望の半径に曲げることができる。しかし案内レールとラックを直接１つの加工片からフライス加工することも可能である。案内レールは、有利に支持体に取付けられており、この支持体は、必要な静的な負荷能力を有するので、レールシステムの精密に製造される成分は、寸法と重量に関して最小に維持することができる。支持体は、特別の精度判定基準を持たないＩ型支持体であることができる。レールは、なるべく大体において全長において（例えば規則的に間隔を置いた取付け要素によって）、支持体に取付けられているので、その自己安定性も保証されている。最後に支持体に電流レールも取付けることができる。
【００１６】
本発明による案内システムは、モジュラー構成することができる。すなわち種々のレール片（直線、左曲線、右曲線の）を準備することができ、これらのレール片を利用者によって必要に応じて個別的に送りシステムにまとめることができる。転てつ器、交差点又は持ち上げ位置との組合せにおいて、広い範囲の可能性が生じる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次の詳細な説明及び特許請求の範囲の全体から本発明のそれ以上の有利な構成及び特徴の組合せが明らかである。
【００１８】
基本的に図において同じ部分は、同じ参照符号を備えている。
【００１９】
図１は、本発明の基本方式を概略的に示している。レール１は、例えばＩ型支持体１０の脚に取付けられている。レール１は、板又は帯状又はテープ状の扁平な要素の形をしており、かつ高級鋼からなる。狭い面２．１、２．２は、案内面として使われ、下側及び上側縁面３．１、３．３又は３．２、３．４は走行面として使われる。
【００２０】
レール１の下側において、縁面３．１と３．３の間の範囲にラック４が取付けられている。このラックの歯部５は、有利な構成によれば、そのピッチ線６がちょうどレール１の中央に延びているように配置されている。
【００２１】
個別的には次のことに注意する：レール１の長手方向に関する横断面において考察して、ピッチ線６（又は横断面を通るその突抜け点）は、（この例において）鏡像対称に構成されたレール１の中央垂線７上にある。換言すれば：両方の狭い面２．１、２．２が２つの平行な面を定義することを前提とし、かつちょうどこれら両方の仮想の面の間の中央に第３の面を定義すれば、歯部５のピッチ線６は、この第３の面にある。
【００２２】
駆動歯車の回転軸線は、中央垂線７に対して平行になっている（したがって図１において垂直でありかつ水平ではない）。相応して歯部５は、水平方向に示されている。
【００２３】
幾何学的な配向は、次のように書換えることもできる：歯部５に脚線９及び頂部線８が付属することができる。（ラック４が湾曲しているとき、脚線９の代わりに脚円によって、頂部線８の代わりに頂部円によって、かつピッチ線６の代わりにピッチ円によって又は転がり円によって述べることができる。脚線９及び頂部線８は、擬似的に中央垂線７の２つの異なった側にある。基本的に例えば脚線９が中央垂線７に関して左に（すなわち狭い面２．１の方に向いた側に）配置されているか、又は右に配置されているかどうか、すなわち歯部が左に向いているか、又は右に向いているかどうかは、問題にならない
【００２４】
図２及び３は、本発明によるレール１によってシャーシ１１がどのように案内されるかを示している。図２の表示において、レール１は上から考察される。走行車２１は、レール１の下にあり、かつ例えば２つの同じシャーシに関節状につるされている。図３は、同じ構造を横断面において示している。
【００２５】
本発明のとくに有利な構成の意味において、側方案内のために案内ローラ１５．１ないし１５．３が設けられている。案内ローラ１５．１と１５．２は、シャーシ１１の一方の側壁１６に支持されている。２つの弾性支持部１８．１、１８．２は、両方の案内ローラ１５．１及び１５．２を狭い面２．２に押付けている。第３の案内ローラ１５．３は、シャーシ１１の対向する側壁１７に弾性支持せずに支持されている。
【００２６】
両方の側壁１６、１７の間隔は、レール１の幅よりもいくらか大きいので、シャーシは、レール１をｕ型につかむことができる。さらにこの例において側壁１６、１７は、レール１の狭い面２．１、２．２に向かって凸状に湾曲している。したがってシステム内に存在するレールの最小の曲率半径に相応して、これらの側壁は、シャーシの中央から外側に向かっていくらか互いに離れるように延びている。
【００２７】
３つの案内ローラ１５．１ないし１５．３の回転軸線は、二等辺三角形の角を形成している。（三角形の両方の同じ辺は、一方において案内ローラ１５．１と１５．３かつ他方において１５．２と１５．３の軸線の結合線によって形成される。）三角形の開き角は、なるべく３０°と４０°の間の範囲にある。
【００２８】
開き角が小さすぎると、案内の安定性が害される。すなわち垂直軸線の回りの振り子又はローリング運動が生じることがある。その逆に前記の角度が大きすぎると、弾性支持された案内ローラ１５．１及び１５．２は、不必要に大きなばね行程を持たなければならない（このことは、とくに比較的密な曲線を走行しようとするとき、又は大幅に異なった曲率半径が存在するとき）。
【００２９】
両方の案内ローラ１５．１及び１５．２のうちの一方は、常に先行し、かつもう一方は追従する。例えば直線区間から湾曲したところへ移行する際に、弾性支持部１８．１、１８．２は、方向変化又はシャーシ揺動運動の穏やかな開始を配慮している。
【００３０】
狭い面２．１における案内ローラ１５．３の支持点２４は、前記の案内ローラ１５．３が弾性支持されておらず、それ自体弾性も持たないので、シャーシ１１に関して一義的に固定されている。歯車１３と案内ローラ１５．３との間の間隔は、一定である。本発明によれば、力作用点１４と支持点２４によって定義される方向は、常に現在の走行方向に対して垂直である。この走行方向は、力作用点１４におけるピッチ線への接線によって定義されている。
【００３１】
本発明の重要な特徴は、（図２において図平面に対して垂直な）シャーシ１１の揺動軸線（図３における参照符号２２参照）が、ちょうど歯部５のピッチ線６の力作用点１４を通って延びているという点にある。このことは、レール１が直線であるか、又は（なんらかの半径で左へ又は右へ）湾曲しているかどうかに関係ない。
【００３２】
走行車２１は、典型的に２つのシャーシを有する。一方は、電気駆動装置１２を利用し、その歯車１３が、ラック４の歯部５に噛み合っている。ピッチ線６は、レール１に沿って狭い面２．１から一定の間隔を有し、この狭い面は、案内ローラ１５．３を案内する。ラック４は、歯車１３と剛体の案内ローラ１５．３との間にある。
【００３３】
走行車２１の位置は、数値制御されるモータによって正確に管理することができる。電流及び制御信号は、電流ピックアップによって、例えば支持体１０に取付けられた電流レール２３から取出すことができる（図３参照）。
【００３４】
揺動軸線２２が、力作用点（歯部５と歯車１３との間の接触点又は歯車１３の転がり円又はピッチ円２０とピッチ線６の接触点）を通って延びていることによって、始動又は制動の際に、シャーシにトルクは及ぼされない。したがってさらに前に述べた不所望な振り子又はローリング運動は、励起されることはない。さらに幾何学的に正確な歯噛み合いが保証される。
【００３５】
案内ローラ１５．１ないし１５．３に加えて、それぞれの側壁１６又は１７に４つの走行ローラが設けられている。図２において上側に、すなわち縁面３．２及び３．４において走行する４つの走行ローラ１９．１ないし１９．４が記入されている。走行ローラ対１９．１／１９．２又は１９．３／１９．４は、小さな相互間隔を置いて取付けられている。（両方の走行ローラ１９．１及び１９．２は、この例において案内ローラ１５．１、１５．２によって制限される長手区間内に場所を有する。）案内ローラ１５．３の軸線は、走行ローラ１９．３と１９．４の間の中央にある。
【００３６】
上側の４つの走行ローラ１９．１ないし１９．４に対して対称に、下側に別の４つの走行ローラが設けられている（図３に、これら別の４つの走行ローラのうち２つだけが示されている、参照符号１９．５及び１９．６参照）。シャーシ１１は、このローラ装置に基づいて傾くことはない。
【００３７】
前記の構成は、本発明の枠内において多様に変形することができる。シャーシは、つるす代わりに、立てて配置してもよい。レールは、傾いていてもよい
【００３８】
案内ローラと走行ローラ又は支持ローラとの間に、どうしても機能的な分離が存在しなければならないわけではない。すなわち所定のローラが車の案内のため及び重量の支持のために使われる構造を選択してもよい。レールは、例えば側方縁において対称的に面取りされていてもよい。それどころかレールの横断面が非対称であることが考えられる。
【００３９】
レールは、通常平面内に延びている。すなわち曲率半径は、レールの帯型によって定義された平面内にある。しかしレールの方向が、大きな区間にわたってゆっくりと変化することによって、この平面から外れる（“平らなランプ”）ことが排除されるわけではない。
【００４０】
レールがＩ型支持体等によって支持されていることは、明らかに強制的ではない。これは、全く自己支持してもよい。
【００４１】
用途に応じて、案内ローラは、硬く又は弾性的であることができる。必要な場合には、弾性的なタイヤは、弾性支持を不要にすることができる（例えばレールの曲率半径がきわめて大きいとき）。
【００４２】
要約すれば、本発明によれば、任意の線案内の際に、比較的わずかな制御技術的な費用で正確な位置決めを可能にする案内システムが提供されることがわかった。加えて本発明は、コンピュータ制御された加工片加工による大きな機械の際であれ、製造装置における又はそれどころか遊園地における送りシステムとしてであれ、多様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレールの幾何学的構造を示す概略的な斜視図である。
【図２】湾曲したレール上におけるシャーシの案内を示す概略的な平面図である。
【図３】図２に示した装置の概略的な断面図である。
【符号の説明】
１レール
４ラック
５歯部
６ピッチ線
７中央垂線
１０支持体
１１シャーシ
１３歯車
１４揺動軸線
１５案内要素
１９走行ローラ

Claims

レール上において案内される走行車の駆動歯車が、力作用点においてレールに取付けられるラックの歯部に噛み合い、走行車の案内要素が、相応する支持点において側方に配置された案内面上で案内され、ラックの歯部のピッチ線が、少なくとも１つの側方案内面に対してあらかじめ規定された一定の間隔を有し、力作用点と支持点とによって規定された直線が、常に現在の走行方向に対して垂直であるように、駆動歯車と案内要素が配置されているものにおいて、走行車が、少なくとも１つのシャーシ（１１）を有し、このシャーシの揺動軸線（２２）がラック（４）の歯部（５）のピッチ線（６）の力作用点（１４）を通って延びていることを特徴とする、レール上において案内される走行車を有する案内システム。
ラック（４）の歯部（５）のピッチ線（６）が、常にレール（１）の横断面の中央垂線（７）を通って延びていることを特徴とする、請求項１に記載の案内システム。
案内要素（１５．１ないし１５．３）が、３点案内部を形成していることを特徴とする、請求項１に記載の案内システム。
同じ案内面上において案内される案内要素（１５．１，１５．２）が、弾性支持されていることを特徴とする、請求項３に記載の案内システム。
走行ローラ（１９．１ないし１９．４）が設けられており、これらの走行ローラが、上から及び下からレール（１）にはまっていることを特徴とする、請求項１ないし４の１つに記載の案内システム。
レール（１）が、帯状に構成され、かつ支持体（１０）に取付けられており、この支持体が、安定性又は支持能力を保証していることを特徴とする、請求項１ないし５の１つに記載の案内システム。
レール（１）が、直線の区間及び左及び右に湾曲した区間を有することを特徴とする、請求項１ないし６の１つに記載の案内システム。