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Die Erfindung betrifft einen Manipulator zum Einsatz in einer Gießhalle umfassend ein mit einer Antriebseinrichtung versehenes Fahrgestell, eine über eine Hubeinrichtung mit dem Fahrgestell verbundene Montageplattform zur Anordnung einer Anschlusseinrichtung sowie eine mit einer Signalempfangseinrichtung versehene Steuereinrichtung zur Steuerung der Manipulatorbewegungen, wobei die Anschlusseinrichtung sowohl zur Verbindung mit einer Greifereinrichtung zur Handhabung stangenförmiger Werkzeuge als auch zur Verbindung mit einer Magazineinrichtung zur Aufnahme und Förderung von Stopfmassekörpern ausgebildet ist.
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Trotz der auch auf dem Gebiet der Hüttentechnik fortschreitenden Automatisierung von Prozessen werden in einer Gießhalle auch heute noch vielfach Handhabungen von Werkzeugen und Messeinrichtungen manuell von mit geeigneter Schutzkleidung versehenen Personen ausgeführt. Aufgrund der rauen Gießhallenumgebung ist dies mit nicht zu unterschätzenden Risiken für die beteiligten Personen verbunden, sodass besondere Anforderungen hinsichtlich der Arbeitssicherheit bestehen.
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Aufgrund der Vielzahl von unterschiedlichen Handhabungen, die notwendig sind, um die doch sehr unterschiedlichen Teilprozesse durchführen zu können, die zum Betrieb eines Schmelzofens in einer Gießhalle ausgeführt werden müssen und die etwa die manuelle Handhabung von stangenförmigen Werkzeugen, wie insbesondere Bohrstangen oder Rutenstangen, die in ein Bohrhammerwerk zur Öffnung des Abstichlochs eines Hochofens eingesetzt werden müssen, von Handhabungsstangen für Temperatursonden oder Probenlöffel, die in einen Abstichkanal eingebracht werden müssen, oder auch die Bestückung von Stichlochstopfvorrichtungen mit Stopfmassekörpern zum Verschluss eines Abstichlochs des Hochofens betreffen, konnte sich in der industriellen Praxis der Einsatz von Manipulatoren zur Ausführung der Teilprozesse angesichts dieser universellen Anforderungen bislang nicht durchsetzen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Manipulator für den Einsatz in einer Gießhalle vorzuschlagen, der den universellen Anforderungen beim Betrieb eines Hochofens gerecht wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe weist der erfindungsgemäße Manipulator ein mit einer Antriebseinrichtung versehenes Fahrgestell, eine über eine Hubeinrichtung mit dem Fahrgestell verbundene Montageplattform zur Anordnung einer Anschlusseinrichtung sowie eine mit einer Signalempfangseinrichtung versehene Steuereinrichtung zur Steuerung der Manipulatorbewegungen auf, wobei die Anschlusseinrichtung sowohl zur Verbindung mit einer Greifereinrichtung zur Handhabung stangenförmiger Werkzeuge als auch zur Verbindung mit einer Magazineinrichtung zur Aufnahme und Förderung von Stopfmassekörpern ausgebildet ist.
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Der erfindungsgemäße Manipulator ermöglicht die mannlose Ausführung sehr unterschiedlicher Handhabungstätigkeiten, sodass der Manipulator basierend auf einem mit einer Antriebseinrichtung versehenen und mittels einer fernsteuerbaren Steuereinrichtung versehenen Fahrgestell sowie einer Greifereinrichtung und einer Magazineirichtung, die ebenfalls mit der Steuereinrichtung gesteuert werden könne, in den jeweils unterschiedlichen Arbeitspositionen angeordnet und die Handhabung stangenförmiger Werkzeuge zur Bestückung einer Bohrhammervorrichtung genauso wie die Beschickung einer Stichlochstopfvorrichtung mit Stopfmassekörpern ausführen kann.
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Im Gegensatz zu einer Mehrzahl von Manipulatoren, die entsprechend dem jeweilig auszuführenden Teilprozess individuell auf diesen Teilprozess abgestimmt ausgeführt sind, ist somit, insbesondere im Hinblick auf die mit der Anschaffung eines Manipulators verbundene finanzielle Investition, nur noch ein Manipulator notwendig, um voneinander unabhängige Teilprozesse in voneinander unabhängigen Arbeitspositionen ausführen zu können. Hiermit ist ein entscheidender Fortschritt im Bereich der Arbeitssicherheit ermöglicht, da ein möglicherweise bislang bestehendes Vorurteil hinsichtlich zu hoher Investitionskosten zur Verbesserung der Arbeitssicherheit nicht mehr haltbar ist.
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Insbesondere im Hinblick auf eine optimale Positionierung des Manipulators bei der Handhabung von stangenförmigen Werkzeugen erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Anschlusseinrichtung als Teleskopeinrichtung ausgebildet ist, derart, dass die Greifereinrichtung längs einer Teleskopachse gegenüber der Montageplattform verfahrbar ist, sodass etwa die Position des Fahrgestells bei der Handhabung der stangenförmigen Werkezeuge mittels der Greifereinrichtung auch bei sehr unterschiedlich ausgebildeten Bohrhammereinrichtungen optimal gewählt werden kann.
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Wenn die Anschlusseinrichtung, derart ausgebildet ist, dass die Magazineinrichtung längs der zweiten Teleskopachse gegenüber der Montageplattform verfahrbar ist, kann die Ausbildung der Teleskopachse jeweils hinsichtlich der Durchführung der unterschiedlichen Handhabungsvorgänge bei der Handhabung stangenförmiger Werkzeuge einerseits und der Magazineinrichtung andererseits optimiert werden.
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Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Teleskopachsen parallel zueinander angeordnet sind, derart, dass die Greifereinrichtung und die Magazineinrichtung in entgegengesetzte Richtungen verfahrbar sind, sodass etwa die Magazineinrichtung mit darin aufgenommenen Stopfmassekörpern zur Ausbildung eines Kontergewichts mittels der zweiten Teleskopachse entsprechend der Relativposition der Greifereinrichtung zum Fahrgestell ausgefahren werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn die Anschlusseinrichtung um eine parallel zur Montageplattform und quer zur Teleskopachse verlaufende Schwenkachse gegenüber der Montageplattform verschwenkbar ist, so dass mittels ein und derselben Schwenkachse sowohl eine Höhenverstellung der Greifereinrichtung gegenüber dem Fahrgestell als auch eine Neigungsverstellung der Magazineinrichtung gegenüber dem Fahrgestell bzw. der Montageplattform erfolgen kann.
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Vorzugsweise ist die Greifereinrichtung über eine Greiferaufnahme mit einem distalen Ende einer Teleskopstange der Anschlusseinrichtung verbunden, derart, dass die Greifereinrichtung um eine quer zur Teleskopachse verlaufende horizontale Schwenkachse verschwenkbar ist, so dass etwa die Ausrichtung der Greifereinrichtung in einer zu einer in einer Bohrhammereinrichtung angeordneten Bohrstange parallelen Ebene, die einen seitlichen Zugriff der Greifereinrichtung auf die Bohrstange ermöglicht, erfolgen kann.
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Wenn die Greifereinrichtung zur Ausbildung einer auf der ersten Teleskopachse angeordneten Rotationsachse eine Rotationseinrichtung aufweist, ermöglicht die Greifereinrichtung die Positionierung von stangenförmigen Werkzeugen mit unterschiedlicher Neigung gegenüber der Horizontalen sowie insbesondere eine Rotation des in der Greifereinrichtung aufgenommenen stangenförmigen Werkzeugs, was insbesondere Vorteile bei der Handhabung einer Handhabungsstange bei der Probenentnahme aus einem Abstichkanal bietet.
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Insbesondere bei der Handhabung von Bohrstangen erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Greifereinrichtung eine mit der Rotationseinrichtung verbundene Greiferplattform aufweist mit einem ersten an der Greiferplattform fixierten Greifer und einem gegenüber dem ersten Greifer mittels einer Teleskopeinrichtung parallel zur Greiferplattform verfahrbaren zweiten Greifer, da hierdurch der in seiner Position auf der Greiferplattform fixierte Greifer in Öffnungsstellung als Längsführungseinrichtung dienen kann, während der zweite Greifer in Schließstellung eine Zustellbewegung der Bohrstange bei einem Kupplungs- oder Entkupplungsvorgang beim Einsetzen oder einer Entnahme der Bohrstange aus der Bohrhammervorrichtung ausführen kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Magazineinrichtung ein mittels einer Heizeinrichtung beheizbares Magazingehäuse aufweist sowie eine Fördereinrichtung zur Förderung von im Magazingehäuse aufgenommenen Stopfmassekörpern zu einer am distalen Ende des Magazingehäuses ausgebildeten Ausgabeöffnung. Mittels der Heizeinrichtung ist eine Temperierung der im Magazingehäuse aufgenommenen Stopfmassekörpern möglich, so dass nachfolgend der Ausgabe der Stopfmassekörper in die Stichlochstopfvorrichtung die Ausgabe der Stopfmasse aus einem Mundstück der Stichlochstopfvorrichtung vereinfacht wird. Die Positionierung der Ausgabeöffnung am distalen Ende des Magazingehäuses ermöglicht in Kombination mit der Fördereinrichtung die Nutzung des Magazingehäuses als Zuführeinrichtung für die Zuführung der Stopfmassekörper in einen an der Stichlochstopfvorrichtung ausgebildeten Stopfmassezylinder, der zur Aufnahme von Stopfmassekörpern dient.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Manipulators anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen
- 1 eine isometrische Darstellung einer Ausführungsform des Manipulators in Verfahrkonfiguration;
- 2 eine Seitenansicht des in 1 dargestellten Manipulators;
- 3 eine Schnittdarstellung des in 2 dargestellten Manipulators;
- 4 eine erste Arbeitskonfiguration des in 2 dargestellten Manipulators mit einer angehobenen Montageplattform und gegenüber einer Anschlusseinrichtung ausgefahrenen Greifereinrichtung;
- 5 der in 4 dargestellte Manipulator in Draufsicht;
- 6 der in 2 dargestellte Manipulator in einer weiteren Arbeitskonfiguration mit einer gegenüber der Montageplattform verschwenkten Anschlusseinrichtung sowie einer gegenüber einer Greiferaufnahme verschwenkten Greifereinrichtung;
- 7 der in 6 dargestellte Manipulator in Seitenansicht;
- 8 der in 2 dargestellte Manipulator mit einer gegenüber der Montageplattform verschwenkten Anschlusseinrichtung und einer gegenüber der Anschlusseinrichtung ausgefahrenen Magazineinrichtung;
- 9 der in 2 dargestellte Manipulator in einer weiteren Arbeitskonfiguration, in der bei einer gegenüber der Montageplattform verschwenkten Anschlusseinrichtung sowohl die Greifereinrichtung als auch die Magazineinrichtung gegenüber der Anschlusseinrichtung ausgefahren sind.
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Wie insbesondere aus einer Zusammenschau der 1 und 2 hervorgeht, weist ein Manipulator 10 ein im vorliegenden Fall als Kettenfahrwerk ausgebildetes Fahrgestell 11 auf, auf dem eine Hubeinrichtung 12 angeordnet ist, die eine auf der Hubeinrichtung 12 angeordnete Montageplattform 13 mit dem Fahrgestell 11 verbindet. Wie die in 3 dargestellte Längsschnittdarstellung des in 5 dargestellten Manipulators 10 (Schnittlinienverlauf III-III) verdeutlicht, weist die Hubeinrichtung 12 eine Antriebseinrichtung 14 auf, die im vorliegenden Fall eine an einem Hydraulikzylinder 15 angeschlossene Hydraulikpumpe 16 umfasst. Ebenso wie die Hubeinrichtung 12 ist das Fahrgestell 11 mit einer hier nicht näher dargestellten Antriebseinrichtung versehen, die einen Antrieb von Gleisketten 17 des im Falle des vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiels des Manipulators als Kettenfahrwerk ausgebildeten Fahrgestells 11 ermöglicht.
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Wie insbesondere 2 zeigt, befindet sich auf der Montageplattform 13 eine Anschlusseinrichtung 18, die eine Verbindung einer an einer Frontseite 19 des Manipulators 10 installierten Greifereinrichtung 20 mit der Montageplattform 13 ermöglicht. Weiterhin dient die Anschlusseinrichtung 18, wie 2 zeigt, zur Verbindung einer Magazineinrichtung 21 mit der Montageplattform 13.
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Wie insbesondere aus einer Zusammenschau der 3, 4 und 8 hervorgeht, ist die Anschlusseinrichtung 18 als Teleskopeinrichtung ausgebildet und weist zwei, im vorliegenden Fall übereinander angeordnete Teleskopauszüge 22, 23 mit jeweils einer Teleskopstange 24 bzw. 25 auf. Dabei dient die Teleskopstange 24 zum Anschluss an die Greifereinrichtung 20, wobei hierzu die Teleskopstange 24 an ihrem distalen Ende über eine Greiferaufnahme 26 mit der Greifereinrichtung 20 verbunden ist.
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Die Verbindung der Magazineinrichtung 21 mit der Anschlusseinrichtung 18 erfolgt über eine Verbindung eines distalen Endes der Teleskopstange 25 des Teleskopauszugs 23, wobei, wie ein Vergleich der 4 und 8 miteinander verdeutlicht, die Teleskopstangen 24, 25 längs parallel zueinander verlaufender Teleskopachsen 27, 28 in entgegengesetzte Richtungen erfolgt.
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Wie 6 zeigt, ist die Greifereinrichtung 20 über eine Schwenkachse 29 mit der Greiferaufnahme 26 verbunden, derart, dass die Greifereinrichtung 20 um die quer zur Teleskopachse 27, im vorliegenden Fall also senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufende, horizontale Schwenkachse 29 verschwenkbar ist. Weiterhin ist die Anschlusseinrichtung 18 über eine parallel zur Montageplattform 13 und quer zur Teleskopachse 27 verlaufende, also wie die Schwenkachse 29 ebenfalls sich senkrecht zur Zeichnungsebene erstreckende Schwenkachse 30 gegenüber der Montageplattform 13 verschwenkbar. Dabei weist ein Schwenkantrieb zum Verschwenken der auf der Montageplattform 13 angeordneten Gesamtanordnung, die die Anschlusseinrichtung 18, die Greifereinrichtung 20 und die Magazineinrichtung 21 umfasst, wie in 3 dargestellt, einen vorzugsweise unterhalb der Montageplattform 13 angeordneten Schwenkzylinder 32 auf.
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Wie 3 zeigt, dient die Magazineinrichtung 21 zur Aufnahme einer Mehrzahl von Stopfmassekörpern S, die durch eine in einer Oberseite eines Magazingehäuses 33 ausgebildete, mit einem Schwenkdeckel 34 verschließbare Beschickungsöffnung 35 auf eine im Magazingehäuse 33 angeordnete, hier als Förderband ausgebildete Fördereinrichtung 36 aufgegeben werden können. Mittels der Fördereinrichtung 36 können die Stopfmassekörper S durch eine am distalen Ende des Magazingehäuses 33 und mit einem Schwenkdeckel 37 verschließbare Ausgabeöffnung 38 ausgegeben werden. Eine an Innenflächen von Seitenwänden 39, 40 des Magazingehäuses 33 ausgebildete Heizeinrichtung 41 ermöglicht vor Ausgabe der Stopfmassekörper S aus dem Magazineinrichtung 21 eine Temperierung der Stopfmassekörper S.
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Wie insbesondere 9 zeigt, wird durch ein Zusammenwirken der die Montageplattform 13 gegenüber dem Fahrgestell 11 anhebenden Hubeinrichtung 12 mit einem Verschwenken der Anschlusseinrichtung 18 gegenüber der Montageplattform 13 um die Schwenkachse 30 und einem Ausfahren der Magazineinrichtung 21 mittels des Teleskopauszugs 23 der Anschlusseinrichtung 18 eine Positionierung der Ausgabeöffnung 38 oberhalb einer in 9 lediglich schematisch angedeuteten Beschickungsöffnung B einer Stichlochstopfvorrichtung ermöglicht, ohne dass das Fahrgestell 11 des Manipulators 10 die Positionierung der Ausgabeöffnung 38 oberhalb der Beschickungsöffnung B beeinträchtigen könnte.
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Gleichzeitig mit der in 9 dargestellten ausgefahrenen Anordnung der Magazineinrichtung 21, die bei einer mit Stopfmassekörpern S befüllten Magazineinrichtung 21 ein beträchtliches Kippmoment M auf das Fahrgestell 11 erzeugen kann, ist es möglich zur Kompensation dieses Kippmoments die Greifereinrichtung 20 mittels des Teleskopauszugs 22 der Anschlusseinrichtung 18 in die entgegengesetzte Richtung auszufahren.
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Wie aus einer Gegenüberstellung der 5 und 7 deutlich wird, die jeweils die Greifereinrichtung 20 in unterschiedlichen Arbeitskonfigurationen zeigt, weist die Greifereinrichtung 20 eine Greiferplattform 42 auf, die mittels einer an der Greifereinrichtung 20 ausgebildeten Rotationseinrichtung 43 um eine im vorliegenden Fall mit der Teleskopachse 27 des Teleskopauszugs 22 zusammenfallende Rotationsachse 44 drehbar ist. Somit kann die Greiferplattform 42, die einen ersten an der Greiferplattform 42 fixierten Greifer 45 und einen gegenüber dem ersten Greifer mittels einer Teleskopeinrichtung 46 parallel zur Greiferplattform 42 verfahrbaren zweiten Greifer 47 aufweist, wie in 5 dargestellt, mit einer Teleskopachse 48, auf der beide Greifer 45, 47 angeordnet sind, parallel zu einer Flurebene F, auf dem der Manipulator 10 mittels des Fahrgestells 11 verfahrbar ist, oder senkrecht zur Flurebene F angeordnet werden.
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Bei der in 5 dargestellten horizontalen, also zur Flurebene parallelen Ausrichtung der Greifereinrichtung 20 kann diese mittels der, wie 6 zeigt, als Greifzangen ausgebildeten Greifer 45, 47 eine in 5 angedeutete Bohrstange BS erfassen und diese ausgehend von einer geeigneten Positionierung des Fahrgestells 11 auf der Flurebene F mittels eines Zusammenwirkens der Hubeinrichtung 12, mit einem Verschwenken der Anschlusseinrichtung 18, einem Ausfahren der Teleskopeinrichtung 22 und einem Verschwenken der Greiferplattform 42, wie insbesondere in 6 dargestellt, in ein Hammerwerk eines hier nicht näher dargestellten Bohrhammers eingesetzt oder diesem entnommen werden. Dabei ermöglicht die Teleskopeinrichtung 46 eine geeignete Beabstandung der Greifer 45, 47 voneinander.
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Die in 7 dargestellte gegenüber der Flurebene F senkrechte Ausrichtung der Greifereinrichtung 20 kann insbesondere zur Handhabung einer in 7 angedeuteten Rutenstange RS verwendet werden, mit der etwa ein Probenentnahmegefäß in einer geeigneten Relativposition gegenüber einem Abstichkanal positioniert und eine Bewegung des Probenentnahmegefäßes zur Probenentnahme durchgeführt werden kann.
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Abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel des Manipulators 10, bei dem das Fahrgestell 11 als Kettenfahrwerk ausgebildet ist, ist es natürlich auch möglich, die Ausgestaltung des Fahrgestells an die jeweiligen Umgebungsverhältnisse bzw. an eine vorhandene Infrastruktur, wie beispielsweise ein Schienensystem, angepasst auszuführen. In jedem Fall kann der Manipulator so ausgestattet werden, dass sämtliche vom Manipulator bzw. dessen Komponenten ausgeführten Bewegungen ferngesteuert oder mittels einer am Manipulator bzw. den Arbeitsstationen des Manipulators, also etwa eine Stichlochstopfvorrichtung, einem Bohrwerk oder einem Abstichkanal, installierten Sensorik erfolgen.