SPURGEFÜHRTE TRANSPORTEINRICHTUNG MIT ENERGIE- UND INFORMATIONSÜBERTRAGUNG

Spurgefuhrte Transporteinrichtung mit Energie- und Informationsübertragung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine spurgefuhrte Transpoπeinrichtung nach dem Oberbegriff des An¬ spruchs 1

Aus der Veröffentlichung von W Bode aus der Zeitschrift "Deutsche Hebe- und Fordertech¬ nik", 1986, H.12, S.19-26, von der die Erfindung ausgeht, ist ein Transportelelement zum Befördern von Gutern mit Elementen zum Antrieb und zur Spurfuhrung bekannt, wobei eine steuerbare Transporteinheit , eine Speicherungs- und Ein- und Ausgabeeinheit für Guter, sowie eine Datenverarbeitungs- und Informationsubertragungseinheit vorgesehen sind Durch drahtlose Übertragung von Daten zwischen Flurforderfahrzeugen als Transportelementen und einer zentralen Leitstelle wird eine Strategie zur raschen Verteilung der Guter festgelegt

Die Deutschen Offenlegungsschrift DE 39 26 401 AI beschreibt ein Magnetbahnsystem mit Paletten zum Transport von Personen- oder Gütercontainer. Guter in Behaltern auf Paletten werden in einer mit diesen synchron umlaufenden Be- und Entladeeinrichtung umgeladen Dazu werden externe Greifer eingesetzt, welche die Behalter anheben und bewegen können

Aus der Deutschen Patentschrift DE 39 42 009 C2 ist ein System zur Kontrolle und Uberwa- chung der Verteilung von Gütern mit einer programmierbaren Speichereinheit, einer Kom¬ munikationseinheit zwischen Transportbehältern auf einem Fahrzeug und einer Auswerte- einheit bekannt. Die programmierbare Speichereinheit ist fest mit dem Transportbehälter auf einem Fahrzeug verbunden und gilt als Kontroll- und Uberwachungseinheit für den gesamten Transportweg. Sie enthält alle Daten zur Darstellung der Art des Gutes im Transportbehälter und der Zieladresse. Die Daten werden an eine Auswerteeinheit außerhalb der die Guter transportierenden Fahrzeuge durch Auslesen der auf einer Speicherkarte gesammelten Trans¬ portdaten übertragen. Die Kontrolleinheit weist außerdem Sensoren und Aktoren zur Über¬ wachung des zu transportierenden Gutes auf.

Aus der Anmeldung PCT-GB-92/00220 ist eine Energieübertragung auf eine Transportein¬ richtung bekannt. In dieser Anmeldung wird eine Doppelleitung beschrieben, bei der die Lei¬ ter auf Stutzen aus magnetisch und elektrisch nichtleitendem Material befestigt sind. Diese Doppelleitung wird von einem E-formigen Ferritkern umgeben, dessen Mittelschenkel tief in den Raum zwischen den Leitern hineinragt und die Sekundärwicklung tragt, über welche Energie abgenommen und dem Verbraucher auf dem spurgeführten Fahrzeug zugeführt wird Die bekannte induktive Energieübertragung besteht im einfachsten Fall aus einem Mittelfre¬ quenzgenerator, der eine Leiterschleife mit einem Strom höherer Frequenz, beispielsweise im kHz-Bereich speist

Da bei Kurvenfahrten oder dem Passieren von Weichen das Fahrzeug nicht ohne ein gewisses Spiel auf seiner Spur laufen kann, sind die Einsatzmoglichkeiten einer solchen Energieüber¬ tragung begrenzt. Eine Steuerung für einen automatischen Belade- und Entladevorgang an den Haltepunkten sowie eine Informationsübertragung sind nicht vorgesehen

Bei einer Energieübertragung gemäß der Anmeldung PCT-GB-92/00220 sind die Doppellei¬ tungen nicht geschirmt und der Abstand der Leiter der Doppelleitung verursacht eine hohe Induktivität der Leitung. Der Abstand der Leitung muß deshalb einen Mindestwert haben, da die Mittelschenkel des E-Kerns, der die Sekundärwicklung tragt, zwischen den Leitern ge- fuhrt werden muß. Bei den hohen Übertragungsfrequenzen für die Energie verursachen Lei- tungsinduktivitaten dieser Größenordnung hohe induktive Spannungsabfalle, die durch einen hohen Aufwand an Kondensatoren kompensiert werden müssen. Daher ist auch die danach realisierbare Lange ein entscheidendes Hindernis für die praktische Anwendung auf längeren Strecken.

Transporteinrichtungen sind in der Produktionstechnik und Lagertechnik in vielerlei Ausfüh¬ rungsformen in Gebrauch. Beispielsweise gibt es in der Automobilindustrie ein Zuliefersystem für Montageteile, welche am Montageband benotigt werden, in Form einer Elektrohange- bahn, welche mit eigenem Antrieb und spurgeführt die einzelnen Arbeitsplatze anzufahren gestattet

In Hochregellagern befinden sich Behalter mit Gutern oder Paletten, die auf Fahrzeuge ver- laden werden müssen Dazu ist beispielsweise ein Hubforderer vorgesehen, welcher den Hö¬ henunterschied zwischen den Fahrzeugen und den Platzen im Hochregallager überwindet Das Fahrzeug dockt beispielsweise an dem Hubforderer an, welcher ihm zugewiesen wurde, und übergibt ihm die zu lagernde Palette Aufgrund der Kennung, die auf der Palette ange¬ bracht ist, oder die ihm vom Fahrzeug übermittelt wurde, kann der Hubforderer das Einsor- tieren der Palette beginnen

Ein Nachteil der bisher bekannten Transporteinrichtungen besteht dann, daß zum Fordern unterschiedliche aktive und passive Transportmittel benutzt werden Als aktive Transportmit¬ tel können dabei Wagen oder Fahrzeuge dienen, welche mit verschiedenen Einrichtungen zum Be- und Entladen ausgestattet sind Außerdem sind passive Transportmittel, wie Bahnen auf Rollen oder Radern, sehr dem Verschleiß unterworfen, wenn sie nicht mit der Magnet¬ schwebetechnik ausgerüstet sind Das gleiche gilt für die Spurfuhrung der Wagen Für die Steuerung und Lenkung der Güterströme und -wagen gibt es kein universell verwendbares System Die Informationsübertragung geschieht in der Regel nicht online und dann meist über Funkantennen üblicher Bauart Hier gibt es Probleme mit dem Empfang, wenn das Transport¬ element sich in einem geschlossenen Raum befindet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine spurgeführte Transporteinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzuentwickeln, daß eine unterbrochene Energie und Informationsversorgung zu einem Fahrzeug während der Bewegung längs einer praktisch beliebig langen Strecke störungsfrei und zuverlässig erfolgt

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs aufgeführ¬ ten Merkmale gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen beschrieben

Ein Anwendungsgebiet der Erfindung ist zunächst der Ersatz von Einrichtungen, bei denen die Energie über Schleifkontakte oder Schleppkabel zugeführt wird Bedeutende Anwendun- gen für die berϋhrungslose Übertragung elektrischer Energie bestehen bei Laufkatzen von Hebezeugen, Hochregallagern oder Magnetbahnen. Auch für Fahrstuhle wäre ein solches System zur Übertragung von Energie und Information in die Kabine von Vorteil Roboter, die eine bestimmte Wegstrecke abfahren und, sich um eine Achse drehen müssen, um an ver- schiedenen Einsatzorten tatig zu sein, können ebenfalls mit einem solchen System mit Energie versorgt werden.

Ein Vorteil einer solchen Anordnung ist zunächst das Entfallen von lose herumhangenden Leitungen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der besonderen Art der Informationsubertra- gung, welche besonders gegen Störungen gut abschirmbar ist und gleichzeitig eine hohe Übertragungsrate ermöglicht Für schienengebundene Fahrzeuge kann eine praktische ver¬ schleißfreie Fortbewegungsart von Vorteil sein In diesem Fall wäre die Magneteschwebe¬ technik einzusetzen

Es ist daher ein Vorteil der Erfindung, daß die Transportmittel für Waren so einheitlich sind, daß der Transport von Gutern schneller, sicherer und sowohl verschleißarm als auch umwelt¬ schonend durchgeführt werden kann Dabei ist es ein weiterer Vorteil, daß sowohl der Bin¬ nenverkehr über kurze Strecken, als auch größere durch eine universelle Transporteinrich- tung überwunden werden können

Die Vorteile der Erfindung zeigen sich auch in einer höheren Flexibilität im Transportwesen, da von einer zentralen Informationsverarbeitungs- und Steuerzentrale als Feststation samtli¬ che Fahrzeuge überwacht und automatisch gesteuert werden, wobei wiederum die Fahrzeuge ihre Ziele selbsttätig anfahren und alle auf einer Ebene stattfindenden Forderauftrage mit einer reibungs- und verschleißarmen Transporteinrichtung bewältigt werden. Insbesondere in Le¬ bensmittelbetrieben, wo Öl oder Abrieb von den mechanischen Komponenten sehr störend sind, ist es möglich, die Magnetschwebetechnik mit einem mit Magneten gesteuerten Antrieb und einer ebensolchen Führung einzusetzen, wobei die höchstmögliche Schonung der Umwelt erreicht wird. Der Wartungs- und Montageaufwand ist wesentlich geringer als bei Transpor- teinrichtungen mit mechanisch bewegten Teilen. Abrieb- und Gerauschentwicklung werden bei Rollenfbrderern, bei Gurtförderern und Sortern wesentlich höher sein. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß sie auf typisierten Palettenbehaltern bzw Trans¬ portelementen beruht. Ein Transportelement ist für die drei wesentlichen Transportfünktionen ausrüstbar Güter werden mit diesem Element.

1 auf diesem selbst gelagert und transportiert,

2. be- und entladen, dh auf die Fahrstrecke gebracht und von dieser wieder entfernt und

3 nach dem Entfernen des Transportelements von der Fahrstrecke gegebenenfalls zu¬ sammen mit diesem gelagert

Diese drei Funktionen werden zum Zwecke der schnellen Auftragsbearbeitung in einem uni¬ versell verwendbaren Transportelement weitgehend vereinigt. Das bedeutet, daß ein Trans¬ portelement auch mittels einer Weiche selbständig in ein Lager fahren kann, um dort auf Ab¬ rufbereit zu stehen. Die Universalitat der Transporteinrichtung zeigt sich darin, daß zum Anfordern bestimmter Guter, die in kurzer Zeit verfügbar sein müssen, nicht erst ein Wagen längs einer Strecke losgeschickt werden muß Es genügt ein über die Datenleitung geschick¬ ter Befehl, um die gewünschten Guter sofort und auf dem kürzesten Weg ans Ziel zu dirigie¬ ren. Der in dem Transportelement befindliche Speicher kann über die Informationsübertra¬ gung mittels eines Mikroprozessors auch selbsttätig nach einer vorgegebenen Zeit das Ziel ansteuern und seinen Auftrag ausführen. Jedes Transportelement ist damit Teil eines inte¬ grierten, intelligenten Transportsystems, bzw einer Transporteinrichtung, die auch die beruh- rungslose Stromversorgung überwacht.

Einsatzgebiete der Erfindung sind Lagerhaltung und das Zusammenstellung von Kommissio- nen. Diese Aufgaben werden mit hohem Automatisierungsgrad durchgeführt. Es ist damit zu rechnen, daß diese Transportelemente infolge der Integrationsmoglichkeiten elektronischer Schaltkreise in hohen Stuckzahlen und zu vergleichsweise günstigen Kosten herstellbar sind

Ein weiteres Beispiel für die Erfindung ist das Umsetzen der Transportelemente durch einen Hubforderer auf eine Fahrbahn in einer höheren oder niedrigeren Ebene. Dies ist zum Über¬ winden größerer Höhenunterschiede zwischen Forderstrecken, welche eine größere Länge aufweisen, vorteilhaft. Einerseits kann dadurch die hohe Geschwindigkeit der Fahrzeuge aus¬ genutzt werden und andererseits braucht das Stückgut nicht auf andere Transportmittel um¬ geladen werden. Ein solcher Hubforderer sorgt beispielsweise für das Umsetzen der Fahrzeu- ge von Stockwerk zu Stockwerk in der Montageabteilung einer Maschinenfabrik. Dabei ist in jedem Stockwerk eine Fahrstrecke für die Transportelemente oder Fahrzeuge vorgesehen.

Ein solches Fahrzeug oder Wagen ist dabei nur der mechanische Teil des Transportelements. Er besteht aus beispielsweise einer Ladefläche zum Übernehmen und Stauen von Gütern, Transportbehältern oder Paletten, einem Antriebsteil zur Kraftübertragung vom Wagen auf die Transportschiene. Führungselemente sind zur Spurhaltung und evtl. Spurwechsel bei Weichen oder Rangiereinrichtungen vorgesehen

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Antriebsmotor ein Linear¬ motor mit passivem Stator in der Strecke. Bei Verwendung eines Linearmotors ist es vorteil¬ haft, das Gewicht des Transportelements einschließlich der zuladbaren Güter durch ein ma¬ gnetisches Levitationssystem zu kompensieren. Diese schwebende Aufhängung muß durch eine an den Seiten des Fahrzeugs angebrachte Spurführung stabilisiert werden. Dies kann ebenso wie das Schweben des Fahrzeugs durch Magnete erfolgen, welche über eine Luftspaltregelung für eine genaue Spurführung sorgen

Die Ladefläche eines solchen Fahrzeugs kann je nach Verwendungszweck auch unterschied¬ lich gestaltet sein. Beispielsweise ist ein Quergurtförderer sehr nützlich zum Be- und Entladen von Behältern oder Paletten. Selbstverständlich kann zum Zusammenstellen von Kommissio¬ nen ein Behälter mit dem Fahrzeug verschiedene Stationen anfahren und mit Teilen aus dem Lagerbestand beladen werden.

Auch das Transportelement selbst kann auf einer Art Rangierbahnhof aus der Fahrstrecke herausrangiert und zwischengelagert werden. Dies wird beispielsweise dann der Fall sein, wenn die Zahl der Fahrzeuge auf der Strecke anforderungsbedingt Schwankungen unterwor¬ fen ist. Selbstverständlich können auch beladene Fahrzeuge zwischengelagert werden

Für Schwertransporte und beim Ausfall der magnetischen Abstandregelung ist an jedem Fahrzeug auch ein Rollensystem zum spurgeführten Verfahren auf der Fahrstrecke ein weite¬ res bevorzugtes Anwendungsbeispiel der Erfindung. Dabei kann es durchaus sein, daß bei geringerer Last oder beim Leertransport die magnetische Schwerkraftkompensation einge¬ schaltet wird und den Wagen soweit anhebt, daß die Rollen außer Funktion gesetzt werden Im Folgenden wird das Transportelement hinsichtlich der Ausgestaltung der Energie- und Informationsübertragung näher betrachtet.

Ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung ist die Energieübertragung. Bedeutende Anwen¬ dungen für die berührungslose Übertragung elektrischer Energie bestehen bei Laufkatzen von Hebezeugen, Einschienenhängebahnen, Behälterförderanlagen, Hochregallagern oder Ma¬ gnetbahnen.

Ein Vorteil einer solchen Anordnung wäre der Wegfall von lose herumhängenden Leitungen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der besonderen Art der Informationsübertragung, welche besonders gegen Störungen gut abschirmbar ist und gleichzeitig eine höhere Übertragungsra- te ermöglicht.

Andererseits beruht das sichere Funktionieren der Erfindung auf dem Zusammenwirken einer in die Fahrstrecke integrierten berührungslosen Energieübertragung mit den ebenfalls inte¬ grierten Mitteln zum Informationsaustausch. Die Informationsübertragung ist ebenfalls in die Strecke integriert und ermöglicht gleichfalls eine hohe Übertragungsgüte, welche praktisch frei von Störeinflüssen elektromagnetischer Felder ist. Die Trag- und Führungsschienen der Transportfahrzeuge bieten dem Energie- und Informationsübertragungssystem mechanischen Schutz.

Die induktive Energieübertragung bei Mittelfrequenz auf tranlatorisch bewegte Transporte¬ lemente der Fördertechnik ist zwar, wie bereits geschildert, an sich bekannt, jedoch ist die technische Auslegung dann so beschaffen, daß die Transportelemente auf ihrer spurgeführten Bahn mit sehr geringem Spiel laufen müssen. Diese Beschränkung entfällt durch die Erfin¬ dung. Durch die Kombination mit der Informationsübertragung wird das Transportsystem in vieler Hinsicht sehr flexibel. Es wird möglich, mehrere Fahrzeuge über eine Strecke zu schik- ken, sie unabhängig voneinander zu steuern und ihre Bewegungen untereinander sowie zu Fertigungsprozessen nach Bedarf zu koordinieren.

Das gleichzeitige, unabhängige Übertragen elektrischer Leistung zu mehreren Transportele¬ menten auf langen Übertragungsstrecken bei Einzelleistungen bis in den 10 kW-Bereich sind wesentliche Kennzeichen dieser Anwendungen. Hierfür sind Übertrageranordnungen erfor- derlich, welche die Leistung über Luftspalte bis in den cm-Bereich bei vertretbarem Aufwand und gutem Wirkungsgrad übertragen, möglichst kleine induktive Spannungsabfalle auf den Ubertragungsstrecken aufweisen und bei denen ausstreuende magnetische Felder im Hinblick auf die Exposition des Menschen und die elektromagnetische Vertraglichkeit unbedenklich sind Diese Eigenschaften werden im wesentlichen durch die geometische Gestaltung der induktiven Ubertragerelemente erreicht

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung wird in der "koaxialen" Anordnung der Leiter gese¬ hen. Der Mitteileiter ist am Ende des Fahrweges mit dem U-formigen Außenleiter verbunden, so daß der Strom vom Mittelleiter über die Außenwandungen zurückfließt Der Strom ver¬ teilt sich auf zwei Außenwände Trotz der niedrigen Eindringtiefe findet der Strom einen großen Querschnitt vor Die koaxiale Anordnung gewährleistet zum einen eine möglichst kleine Induktivität der Leitung, so daß größere Ubertragungslangen möglich sind und erfüllt gleichzeitig auch die Abschirmung der .Anordnung gegenüber ausstreuenden Feldern Das Streufeld Φ _n liegt im wesentlichen nur innerhalb des Koaxialleiters und zwar im Inneren des Mittelleiters und um diesen herum Da das Abschirmgehause mit der Ruckleitung vereint ist, hat man einen zusatzlichen Vorteil dadurch, daß Leitermateπal eingespart wird Man spart außerdem wegen der kleineren Induktivitäten eine bedeutende Zahl von Kondensatoren zur Kompensation der induktiven Spannungsabfalle

Auch die Informationsübertragung mit Hilfe eines geschlitzten Koaxialkabels bietet im Zu¬ sammenspiel mit der beruhrungslosen Energieübertragung viele Vorteile Es gibt keine Stö¬ rungen der Wellenausbreitung durch Dritte, keine Reflexion oder Abschattung, mit denen Funksignale, beispielsweise in einem hohen Regallager, gestört werden können Die zur Ab- Strahlung notigen Schlitze sind je nach Anwendung peπodisch oder nicht periodisch (nur Nahfeld) angeordnet Der Datendurchsatz kann ein bis 4 MBit/sec betragen Damit ist ein autonomer Fahrbetrieb mit einem Fahrzeug möglich, welches alle Automatisierungs- und Steuerungsaufgaben selbsttätig erledigt Das Transportelement enthalt Sensoren, welche er¬ kennen, an welcher Strecke der Stelle sich das Fahrzeug befindet Komplizierte Identifizie- rungssysteme für Fahrzeuge entfallen damit Es ist sogar eine Kommunikation zwischen den einzelnen Fahrzeugen möglich Außerdem kann ein Zentralrechner eine Ferndiagnose veran¬ lassen Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung naher erläutert

Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht der Transporteinrichtung, Fig. 2 ein Blockschaltbild der beruhrungslosen Informationsübertragung

Fig. 3 eine Kombination von Energieübertragung und Informationsübertragung, Fig. 4 das Prinzip der Informationsübertragung über einen Wellenleiter mit Blockschaltbild, Fig. 5 die mechanische Integration der Energieübertragung und der Informationsubeπra gung über einen Leckwellenleiter; Fig. 6 den Aufbau des Transportelements,

Fig 7 eine Ausführungsform von Energie- und Informationsübertragung Fig. 8 eine Ausführungsform von Energie- und Informationsübertragung mit parallel zur Bewegungsebene liegenden Spalten zwischen der primären Leiteranordnung und dem Ubertragerkopf, Fig. 9 eine Darstellung der Integration des Außenleiters der Energieübertragung in die Trag- und Führungsschiene, Fig. 10 die Anordnung des offenen Koaxialleiters im Längsschnitt bzw in Draufsicht, Fig. 1 1 einen Querschnitt durch den koaxialen Leiter mit dem Übertragerkopf, Fig. 12 den Querschnitt durch die Koaxialleiteranordnung an einer Stelle, an der sich im Augenblick kein bewegtes System befindet und

Fig 13 eine besonders vorteilhafte, detaillierte Ausführungsform einer Koaxialleiteran¬ ordnung mit Übertragerkopf im Querschnitt

Die Erfindung wird zunächst anhand der schematischen Darstellung in Fig. 1 beschrieben

Das zum Transport bestimmte Transportelement 10 lauft beispielsweise auf Rollen 18 und diese auf Schienen 16, wobei der Antrieb mit Hilfe eines Motors 17 durchgeführt wird Sei¬ tenführung und Art des Antriebs sind für das in Fig. 1 dargestellte Prinzip unwichtig, jedoch ist eine verschleißarme Antriebsart anzustreben. Die Energie für den Antrieb des Motors und für weitere Servoantriebe wird durch die berührungslose Energieübertragung sichergestellt Letztere besteht aus Übertragerkopf 2 mit der Wicklung W ₂ als mit dem Transportelement 10 bewegtem Sekundärteil und dem ortfesten Primarteil des Übertragers, das aus Mittelleiter 6 und Außenleiter 7 sowie einem Steg 5 aufgebaut ist. Der Mittelleiter 6 ist in einer Leiterstut- ze bzw einen Steg 5 aus Kunststoff eingelassen Der Kern des Ubertragerkopfes 2 besteht vorzugsweise aus einem Ferrit-Material

Das Primarelement ist eine zu einer Seite hin offene E-formige Anordnung Diese ist an der Tragschiene 16 befestigt Der Primarteil wird von einem Mittelfrequenzgenerator 1 1 gespeist

Die Informationsübertragung geht von einer Feststation 12 aus, welche Daten über ein mit Öffnung 3 versehenes Koaxialkabel 1 längs der Schienenstrecke übertragt Eine „Patch"- Antenne 14 leitet die Daten an eine Mobilstation weiter, welche auf dem Wagen montiert ist, der auf Schienen 16 lauft

In Fig 2 ist die innere Struktur der Datenübertragung genauer dargestellt Von der Feststa¬ tion 12 aus wird mittels eines Fahrprogramms oder einer Software U aus einem Netz oder Datenspeicher N über einen Adaptermodul Ad und einen HF-Sende/Empfangsteil HF-S und HF-E über einen Schalter S/E der Wellenleiter 1 gespeist. Der Sende- und Empfangsteil, so¬ wie die Datenverarbeitung auf den Transportelementen 10 sind in Fig 2 mit dem Bezugszei¬ chen 20 versehen Der Aufbau dieser Einheit entspricht der Anordnung in der Feststation 1 Der Wellenleiter besteht beispielsweise aus einem mit Schlitzen 3 versehenen Kupferleiter 9 eines Koaxialkabels mit dem Innenleiter 13, dem Isolator 15 und dem Mantel 19 Der Quer- schnitt kann kreisförmig oder aber quadratisch sein Am Wellenleiter werden die Signale über ein ebenso aufgebautes HF-Modem und einen Adaptermodul auf einen Mini-PC MC übertra¬ gen, welcher die Befehlsausführung über eine Einheit BI sowie die in der Einheit zusammen¬ gefaßte Antriebssteuerung und Betätigung von Aktoren bestimmt, welche von Sensoren ge¬ steuert sind. Diese Konfiguration führt dazu, daß das System der einzelnen Transportelemen- te 10 eine hohe Flexibilität besitzt, da jeder Wagen unabhängig vom anderen fahren kann

Dafür sind an bestimmten Stellen auch Ausweichmoglichkeiten mit Hilfe von Weichen vorge¬ sehen.

Fig 3 zeigt beispielhaft eine Kombination von Energie- und Informationsübertragung, bei der die Informationsübertragung die Leiter 6 und 7 der Energieubetragung benutzt Zu diesem Zweck ist an der Einspeisestelle zum Energieubertager ein Koppelelement K vorgesehen, das beispielsweise als Filter ausgeführt ist. Es überlagert dem Mittelfrequenzstrom aus dem Gene¬ rator MFG eine höhere Frequenz zur Informationsübertragung. Da die Informationsübertra¬ gung sowohl in der Richtung von dem stationären System zum Fahrzeug als auch in der um- gekehrten Richtung arbeitet, ist am Eingang des Koppelelements K ein Sende- Empfangsschalter S/E vorgesehen, der abwechselnd Modulatoren Mo und Demodulatoren D für die Informationsübertragung ein- und ausschaltet Auf dem bewegten System sind die Wicklungen W ₂ und W ₂ des Ubertragerkopfes ebenfalls an ein als Filter ausgeführtes Kop- pelelement K ^' angeschlossen, das wieder die Trennung von Energie E und Informationen vornimmt Die Energie wird den Verbrauchern VB zugeleitet

Fig. 4 zeigt die gleiche Struktur der Informationsübertragung mit einem separaten Wellen¬ leiter 1 Hierbei ist die Informationsübertragung völlig unabhängig von der Energieubertra- gung Der Wellenleiter wird vorteilhaft in dem für industnelle wissenschaftliche und medizini¬ sche Zwecke freigegebenen ISM-Band betrieben, weil dies bei einer Tragerfrequenz von 2,4 Ghz eine schnelle Datenübertragung gewährleistet und wegen der genngen Reichweite keine Beeinträchtigung der öffentlichen Nachrichtenübertragung erfolgen kann Der Wellenleiter ist ein Leclcwellenleiter, in dessen unmittelbarer Nahe eine Antenne oder Nahfeldsonde auf dem bewegten System geführt wird und die Information zwischen beiden Koppelelementen über¬ tragt

Wie das Blockschaltbild zeigt, wird die Information über die Koppelelemente K auf den Wellenleiter 1 übertragen und auch von ihm abgenommen Dabei sorgt ein Schalter S/E da- für, daß zwischen Sende- und Empfangsbetrieb umgeschaltet werden kann (bidirektionaler Betrieb) Sowohl auf der Primär- als auch auf der Sekundarseite dieser Informationsübertra¬ gung werden die Signale moduliert, bzw demoduliert und von einer Ablaufsteuerung jeweils bestimmt, ob Daten empfangen oder übertragen werden sollen

In der Fig 5a ist eine beispielhafte Integration von Energieubertragungssystem und Informa¬ tionssystem dargestellt. Der Leckwellenleiter 1 ist am oberen Ende der Leiterstutze 5 über dem Mittelfrequenzleiter 6 angeordnet. Der Leckwellenleiter kann mit periodisch angeordne¬ ten Querschlitzen 3 (s Fig. 5b) oder einem durchgehenden Langsschlitz nach Fig 5 c verse¬ hen sein Die in Gruppen periodisch angeordneten Querschlitze bewirken eine Abstrahlung, durch welche die Kopplung zu einer dielektrischen Patch- Antenne 14 erfolgt. Diese Ubertra- gungsart erfordert einen Mindestabstand zwischen Leckwellenleiter und Patch- Antenne, um ein Hochfrequenzfeld gleichbleibender Intensität in der Umgebung der Patch- Antenne zu er¬ zeugen. Die Patch-Antenne wird daher vorzugsweise seitlich neben dem Ubertragungskopf angeordnet. Der durchgehende Langsschlitz im Leckwellenleiter führt zur Ausbildung eines Nahfeldes in seiner unmittelbaren Umgebung. In diesem Fall ist eine Anordnung der Nahfeld¬ sonde 14 wie in Fig 9 gezeigt, im Inneren des Übertagerkopfes in einem Maximalabstand zum Leckwellenieiter von Vorteil

Das Transportelement, welches in Fig. 6 als eine Art Palette dargestellt ist, besteht aus einem Antriebsteil An, welcher in der unteren Ebene zusammen mit Spurführung SP und der Gen¬ funktion GL symbolisch dargestellt ist Diese untere Ebene zusammen mit der obersten Ebene L, welche für die Lagerung von Gütern G vorgesehen ist, bilden eine Art herkömmlichen spurgeführten Wagen Dieser Wagen wird durch eine Informationsebene INF bzw 20, zu einem autarken System des Transportelements 10 (so Fig 1 ) ergänzt Diese mittlere Ebene empfangt Daten von einer Feststation 12, welche für den Informationsaustausch wie be¬ schrieben einen Sender und einen Empfanger enthalt. Außerdem ist eine Datenverarbeitung DA vorgesehen, welche Aktoren A und Sensoren Se (s Fig 2) bedienen kann Dadurch ist es möglich, beispielsweise eine magnetische Spurführung und Schwerkraftkompensation mit Abstandsregelung durchzuführen Die Regelung des Antriebs geschieht nach Maßgabe der von der Zentrale ZE übermittelten Vorgaben Außerdem wird der Abstand der einzelnen Transportelemente, bzw. Fahrzeuge, durch Informationsaustausch zwischen den Fahrzeugen geregelt, so daß keine Kollisionen vorkommen können. Die oberste Ebene der Lagerung und Ein- und Ausgabe L ist vielseitig ausrustbar, beispielsweise mit einem Hubelement oder einem Rollenf rderer Die Informationsübertragung mit normaler Wellenausbreitung, wie in Fig 6 dargestellt, betrifft allerdings nur die Versorgung längerer Freiluftstrecken über mehr als 1 km. Hier könnten , falls keine Weichen dazwischen liegen, auch Glasfaserkabel eingesetzt werden. Sie sind aus Kostengründen und wegen der geringen Dampfung als Zwischenglieder vorteilhaft.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 7 dargestellt. Dabei ist das äußere U-Profil 7 des Primarelements der Energieübertragung gleichzeitig als Tragelement für das Koaxialkabel für die Informationsübertragung benutzt. Das Profil besteht vorzugsweise aus Aluminium. Bei Verwendung von Stahl für die Stütze 16 ist es vorteilhaft, die leitfähigen Teile für die Energieübertragung aus etwa 2 mm starkem Aluminiumblech in U-Form in das Stahlprofil einzulegen. In dieses U-Profil 7 wird dann der Steg 5 eingesetzt, welcher zu gro¬ ßen Teilen aus einem Ferrit besteht und beispielsweise mit Schrauben an dem Stahlprofil 16 befestigt wird. Die Rollen 18, welche den Wagen tragen, sind über den Achstrager 21 am Wagenkasten 22 befestigt. Zur Führung des Wagens und Vermeidung von zu großen Seiten- ausschlagen bei Kurvenfahrten sind Fuhrungsrollen 23 vorgesehen, von denen hier lediglich eine auf der Seite gezeigt wird. Diese Fuhrungsrolle ist ebenfalls mit einem Achstrager an dem Wagenkasten 22 befestigt Dem geschlitzten Koaxialkabel gegenüber befindet sich die Patch- Antenne 14 zur Informationsübertragung

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung nach Fig 8 ist die Integration des Ener- gieubertragers in das Streckenprofil 16 nicht so weit getrieben, das Stahlprofil dient hier lediglich zur Aufnahme und zum Schutz des Energieubertragers und des Informationsuber- tragers vor mechanischer Beschädigung Die Anordnung von Tragrolle und Seitenführungs- rolle ist hier nur eine der vielen Möglichkeiten, wobei die Konstruktionsmerkmale weitgehend mit denen der Fig 7 übereinstimmen

Energieübertragung und Informationsübertragung sind voneinander unabhängig an der Trag¬ schiene 16 befestigt. Die horizontale Lage der Leiterstutze 5 und des Ubertragerkopfes 2 gewahrleisten das bei Kurvenfahrten notwendige hoπzontale Spiel Falls Weichen vorgesehen sind, kann der bewegliche Teil mit Energie- und Informationsubertragungselementen 1 und 2 nach rechts ausscheren

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung nach Fig 9 ist der Trager 16 mit einem E- formigen Profil versehen, wobei das U-formige Teil 7 der Energieübertragung ein elektrisch gut leitendes Teil des Tragers 16 ist Es besteht beispielsweise aus reinem Aluminium Die Patch- Antenne 14 befindet sich dem Wellenleiter 1 gegenüber auf der Basis des U-fbrmigen Übertragerkopfes 2

Die Fig 10 bis 12 stellen das Prinzip der zu einer Seite offenen koaxialleiterahnlichen Anord¬ nung zur Energieübertragung im Detail dar Im Ubertragerkopf 2 umfaßt ein U-formiger Ferritkern 2 den Mittelleiter 6 und leitet den magnetischen Fluß Φdurch die Sekundärwick¬ lung W2 (s Fig 1 1) Der Mittelleiter 6 wird an einem Ende über einen Mittelfrequenzgenera¬ tor gespeist, so daß er den Strom I _j führt Er ist an dem von der Speisequelle entfernten En- de mit dem Gehäuse verbunden Der Strom teilt sich hier wegen der Symmetrie der Anord¬ nung in zwei gleichgroße Teilstrome I _j /2 und fließt über das Gehäuse zu dem Mittelfre¬ quenzgenerator MFG zurück (Fig 10) Infolge der bei hohen Frequenzen in massiven Leitern wie dem U-formigen Gehäuse (beispielsweise aus Aluminium) auftretende Stromverdrangung, häufig auch als Skineffekt bezeichnet, verteilt sich der Strom nicht gleichmaßig in den Gehausewandungen, sondern dringt von Innen her nur entsprechend der Eindπngtiefe δ _j : in die Gehausewandungen ein (s Fig 12) Die Eindringtiefe betragt bei 25 kHz und Aluminium etwa 0,5 mm. Der Strom verteilt sich auch nicht gleichmäßig über den inneren Umfang des U-Profils, sondern fließt vorwiegend an den Stellen der größten magnetischen Feldstarken

Auf den Streckenabschnitten, an denen sich, wie Fig 12 zeigt, kein Ubertragerkopf befindet, sind das die dem Mittelleiter 6 gegenüber und am nächsten liegenden Stromführungsbereiche der Ausdehnung bj Für die Ruckleitung steht daher nur ein Querschnitt zur Verfügung, der sich aus der stromführenden Breite b\ und der durch die Frequenz und die Mateπaleigen- schaften bestimmten Eindringtiefe δ£ des Mittelfrequenzstromes ergibt Der Innen- oder Mittelleiter 6 wird vorteilhafterweise aus Mittelfrequenzlitze oder Hochfrequenzlitze herge- stellt, um die Stromverdrangung in diesem Bereich zu eliminieren

Durch die begrenzte Eindringtiefe des Stromes und die ungleichmäßige Verteilung der Stromdichte auf den Innenseiten des Abschirmgehauses können der wirksame Widerstand und die Verluste in der Ruckleitung 7 großer als in dem Innenleiter 6 aus Mittelfrequenzlitze sein.

Durch die Formgebung von Innenleiter und dem Rück- oder Außenleiter, der gleichzeitig als Abschirmung und Gehäuse 7 dient, ist daher ein möglichst breiter Stromführungsbereich der Breite b _j am inneren Gehauseumfang anzustreben Dies geschieht am zweckmäßigsten in einer Form, wie Fig. 13 zeigt, indem der Innenleiter 6 schmal und mit einer möglichst großen Höhe H ausgeführt wird.

Die Abmessungen der gesamten Übertrageranordnung und die zum Übertragen einer be¬ stimmten Leistung erforderliche Stromstarke I werden entscheidend durch die Große des wirksamen Luftspalts im magnetischen Kreis bestimmt.

Damit der Luftspalt des magnetischen Kreises der den magnetischen Fluß führt, nicht großer sein muß als das mechanische Spiel δ\ und §2 ^des Ubertragerkopfes, können in die Stutze S des Mittelleiters Ferritkorper 5 eingesetzt werden. Diese Ferritteile erhohen die Induktivität des Mittelleiters praktisch nicht, weil sich der Strom in den Seitenwanden nach physikalischen Gesetzen stets räumlich so einstellt, daß die Induktivität ein Minimum wird, d. h der Strom vorwiegend auf den den Mittelleitern gegenüberliegenden Seitenteilen fließt.

Bei dem U-fbimigen Ferritkern 2 in Fig. 13 wie in Fig. 5a besteht die Sekundärwicklung aus zwei Teilwicklungen W2 und W2', die auf beiden Schenkeln des Kerns direkt gegenüber dem in der Höhe H ausgedehnten Innenleiter angeordnet sind. Durch diese Wicklungsanordnung wird ein hoher magnetischer Koppelfaktor zum Primärleiter 6 und eine optimale Ausnutzung des verfügbaren Wickelraums bei kleiner Bauform und Induktivität des Koaxialleiters er- reicht.

Für viele Anwendungen der berührungslosen Energieübertragung, wie z. B. auch in der For¬ dertechnik, werden Übertrageranordnungen benotigt, bei denen sich mehrere Verbraucher mit beliebig veränderbarem Leistungsbedarf auf derselben Ubertragungsstrecke bewegen können Das Einsetzen mehrerer Übertragerköpfe in den offenen Koaxialleiter oder in die primäre Leiterschleife 6, führt elektrisch zu einer Reihenschaltung der bewegbaren Verbraucher

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird in den Koaxialleiter ein konstanter Mittelfrequenzstrom l\ eingeprägt. Dazu sind elektronische Leistungsstellglieder mit Vorteil zu verwenden, welche ausgangsseitig unterschiedliche Verbraucher mit den erforderlichen Spannungen und Strömen speisen. Auf der Eingangsseite werden in den Kreis des eingepräg¬ ten konstanten Stroms des Koaxialleiters I\ den Windungen der Verbraucher entsprechende Spannungen eingeprägt.