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 - Google Patents
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Description
【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 (7)
- 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。
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