-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Betreiben von Greif- oder Bewegungswerkzeugen, wie einen Greifer, einen Schlitten oder ähnliche Vorrichtungen, durch einen Stellantrieb, wie einen elektrischen Steuermotor.
-
2. Beschreibung des Standes der Technik
-
Auf dem Sektor der Werkzeuge zum Erfassen von Werkstücken, Gegenständen oder verschiedenen Körpern im Zuge der Phasen ihrer Produktion und/oder Handhabung und/oder ihres Zusammenbaus sind Greifer mit zwei funktionellen Organen in Form von Spannkloben mit Backen bekannt, die in zwei vorgesehene Richtungen zwischen zwei äußersten Positionen beziehungsweise in aktiver und inaktiver Position beweglich sind, das heißt in einer Schließ- und Öffnungsposition. Es sind auch Bewegungssysteme mit einem Organ bekannt, beispielsweise einem schlittenartigen Organ, das alternierende Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen ausführt.
-
Im Besonderen können solche Greif- oder Bewegungswerkzeuge oder -systeme durch einen Druckluftantrieb oder elektrisch gesteuert werden. Im Fall der Greifer mit Druckluftsteuerung werden die Spannkloben zweckmäßigerweise mit einem alternierend beweglichen Kolben in einer entsprechenden Kammer mittels einer Druckflüssigkeit verbunden und betrieben. Die elektrisch gesteuerten Greifer umfassen dagegen als Stellantrieb einen Elektromotor oder ein Solenoid, der/das die Spannkloben zum Greifen zwischen einer aktiven und inaktiven Position durch ein Mitnehmerorgan bewegt.
-
Gemäß den bekannten Ausführungen haben die elektrisch gesteuerten Greifer jedoch einen Stellantrieb und ein Getriebe, die in der Lage sind, auf die Spannkloben zum Greifen einen bestimmten Hub sowohl zur inaktiven als auch zur aktiven Position zu übertragen. Der daraus entstehende Nachteil besteht darin, dass man zumindest den aktiven Hub und die Greifkraft im Hinblick auf die Unterschiede bei den Nennabmessungen der Werkstücke oder Gegenstände nicht anpassen kann, welche das Werkzeug erfassen soll. Es kann in der Tat dazu kommen, dass diese Stücke oder Gegenstände aus verschiedenen Gründen, zumindest wegen der Bearbeitungstoleranzen, unterschiedliche Abmessungen haben, wodurch die kleineren mit nicht ausreichender Kraft und die größeren mit zu starker Kraft erfasst werden können. Das führt dazu, dass in einem Fall ein Werkstück oder ein Gegenstand nicht korrekt erfasst und im anderen Fall unerwünschte Belastungen auf den Stellantrieb und auf das Getriebe zur Übertragung der Bewegung ausgeübt werden.
-
Um diesem Nachteil entgegenzuwirken, verwendet man derzeit eine elektronische und mechanische Steuerung des elektrischen Stellantriebs, das heißt des Motorblocks zur Steuerung des Greifers, über ein ausgeklügeltes, komplexes und teures Programmierungs- und Kontrollsystem, sodass man den Antrieb abhängig von den Hüben des oder der gesteuerten beweglichen Organs/e fein einstellen kann. Anders ausgedrückt hängen die Hübe der Spannkloben direkt von der Rotation des Motors ab; wenn diese nicht genau ausgewählt, reguliert und kontrolliert ist, fehlt die korrekte Greifwirkung des Greifers. Um den Greifer in aktiver Position zu halten, das heißt in der Position zum Erfassen eines Stückes oder von Ähnlichem, muss der Motor überdies ständig in Betrieb sein, was zu einer entsprechenden Energieaufnahme führt.
-
Wenn andererseits die Stromzufuhr ungewollt unterbrochen wird, setzt dies den Greifer außer Betrieb, was zum Loslassen des Werkstücks führt.
-
Probleme dieser Art können auch bei Bewegungssystemen mit Schlitten mit einem einzigen Organ vorkommen, das zwischen zwei äußersten Positionen beweglich ist, die durch Endanschläge definiert sind.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Bedingungen und die Präzision beim Betreiben eines elektrisch gesteuerten Greif- oder Bewegungswerkzeugs der oben erwähnten Art zu verbessern und die oben dargelegten Probleme beim Stand der Technik zu lösen, indem das Getriebe zur Bewegungsübertragung vom elektrischen Stellantrieb zum beweglichen Organ oder zu den beweglichen Organen zwischen zwei äußersten Positionen darüber hinaus vereinfacht wird und indem, falls erforderlich, ein Erfassen der Stücke oder Gegenstände mit angepasster Kraft gewährleistet wird, auch wenn sie unterschiedliche Nennabmessungen haben.
-
Dieses Ziel wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 erreicht.
-
Gemäß der Erfindung umfasst die Vorrichtung im Wesentlichen ein vom Stellantrieb betriebenes Mittel zur Übertragung der Bewegung, einen Zugschlitten, der mit dem Läufer verbunden ist und alternierende Bewegungen, die vom Stellantrieb über die Übertragungsvorrichtung erzeugt werden, durchführen kann, und zumindest ein elastisches Mittel, das vorgespannt zwischen dem Zugschlitten und dem Läufer sowohl zu deren Bewegungsrichtung als auch zur Verschiebungsrichtung des zumindest einen beweglichen Organs parallel. angeordnet ist, sodass der Läufer und der Zugschlitten sich sowohl gemeinsam wie eine starre Einheit verschieben können, bis die Vorspannung des elastischen Mittels unverändert bleibt, als auch unabhängig voneinander als Reaktion auf die Änderung der Vorspannung des elastischen Mittels, die aus einem Widerstand gegen die Bewegung des zumindest einen beweglichen Organs herrührt.
-
Das zu betreibende Werkzeug kann ein Schlitten mit einem einzelnen beweglichen Organ für eine alternierende Bewegung zwischen zwei Endanschlägen sein.
-
Das Werkzeug kann auch aus einem Greifer bestehen, der als bewegliche Organe zwei Spannkloben hat, die in entgegengesetzte Richtungen beweglich sind, um ein Stück oder einen Gegenstand jeweils zu erfassen oder loszulassen.
-
Im Wesentlichen hat der Zugschlitten, der durch den Stellantrieb über das Mittel zur Übertragung der Bewegung angetrieben wird, immer einen fixen Hub, während sich der Läufer linear auch im Hinblick auf den Zugschlitten verschieben und auf diese Weise unterschiedliche Hübe innerhalb gewisser Grenzen durchführen kann, welche vom Widerstand gegen die Bewegung abhängen, auf den das bewegliche Organ oder die beweglichen Organe treffen kann/können.
-
Damit weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zumindest die folgenden Vorteile auf:
- – eine komplizierte elektronische und mechanische Steuerung des elektrischen Stellantriebs ist nicht mehr erforderlich;
- – der elektrische Stellantrieb muss nicht mehr die Aufgabe erfüllen, das gesteuerte Organ oder die gesteuerten Organe genau in jede der äußersten Positionen, die sie einnehmen können, zu bringen und in diesen zu halten;
- – zumindest in eine Bewegungsrichtung jedes beweglichen Organs wird eine positive Kraft ausgeübt, die vom elastischen Mittel und nicht so sehr vom Stellantrieb herrührt;
- – das gesteuerte Werkzeug wird mit einem elastischen Hubausgleicher versehen, der zumindest im Fall eines Greifers ermöglicht, eine entsprechende Greifkraft durch die Spannkloben auch bei Werkstücken unterschiedlicher Größe zu kontrollieren;
- – durch die Auswahl der Vorspannung des elastischen Mittels kann die Kraft, die auf das gesteuerte bewegliche Organ oder die gesteuerten beweglichen Organe ausgeübt wird, zumindest entlang einer Richtung eingestellt werden;
- – die Drehung des elektrischen Stellantriebs wird ermöglicht und damit jene des Übertragungsnockens in die gleiche Richtung.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Weitere Details der Erfindung gehen deutlich aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die sich auf die beiliegenden Zeichnungen und Darstellungen eines Beispiels für die Anwendung der Antriebsvorrichtung an einem Greifwerkzeug in Form eines linearen Greifers mit zwei gegenüberliegenden, in entgegengesetzten Richtungen beweglichen Organen bezieht, wobei es sich von selbst versteht, dass eine entsprechende Antriebsvorrichtung auch in Verbindung mit zu steuernden Werkzeugen verwendet und daran angepasst werden kann, die ein einzelnes bewegliches Organ mit alternierender Bewegung haben, wie ein Schlitten oder ein ähnliches Organ.
-
In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine Explosionsansicht der Komponenten eines linearen Greifers, welcher die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält;
-
2 eine perspektivische Ansicht des Greifers, der mit den dazugehörigen Spannkloben in angenäherter Stellung zusammengebaut ist;
-
3 eine Vorderansicht des Greifers von 1 und die dazugehörigen Spannkloben in voneinander entfernter Position in gestrichelter Darstellung;
-
4 eine Ansicht des zusammengebauten Greifers von oben;
-
5 eine Ansicht des zusammengebauten Greifers von der Seite;
-
6 einen vergrößerten Querschnitt des Greifers in Richtung der Pfeile A-A in 4; und
-
7 einen ebenfalls vergrößerten Querschnitt des Greifers in Richtung der Pfeile B-B in 6.
-
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
In den Zeichnungen ist ein Greifer dargestellt, der im Wesentlichen einen Greiferkörper 10 umfasst, der aus einem Profilelement 11 besteht, das im Wesentlichen die Form eines umgekehrten U aufweist, an dem mittels Schrauben 12' beziehungsweise 13' eine Grundplatte 12 und zwei Kopfteile 13 an ihren entgegengesetzten Enden angebracht sind, sodass sie in ihrer Gesamtheit eine Kammer 14 begrenzen. Auf einer Seite, die sich gegenüber der Grundplatte 12 befindet, ist der Greiferkörper 10 mit einer Führungsrille 15 versehen, in der zwei bewegliche Organe in Form von Spannkloben 16, 17 geführt sind, die Bewegungen in entgegengesetzten Richtungen ausführen können, und zwar alternierend in einer Position, in der sie angenähert sind, und in einer Position, in der sie voneinander entfernt sind.
-
Im Besonderen kann die Führungsrille 15 den Querschnitt eines umgekehrten T haben, und die Spannkloben 16, 17 sind entsprechend gestaltet, um in der Führungsrille zu gleiten, wobei sie mit einer Oberseite zur Längsöffnung der Führungsrille 15 gewandt sind.
-
An den Spannkloben 16, 17 können jeweils – nicht dargestellte – Greifbacken befestigt werden, die abhängig von der Form der Stücke oder Gegenstände gestaltet sind, welche erfasst werden sollen. Um aktiv zu sein, das heißt, um ein Stück oder einen Gegenstand mit den Backen zu erfassen, kann der Greifer beispielsweise so konfiguriert sein, dass die beiden Spannkloben aneinander angenähert sind. Im inaktiven Zustand sind die Spannkloben dann voneinander entfernt. Die Verhältnisse können jedoch auch umgekehrt sein: Im inaktiven Zustand sind die Spannkloben angenähert, und im aktiven Zustand voneinander entfernt.
-
Auf der Oberseite des Greiferkörpers 10 ist ein Schutzplättchen 17a befestigt, das in Querrichtung zu einem Zwischenteil der Führungsrille 15 ausgerichtet ist. An ihren zueinander gewandten Enden haben die Spannkloben 16, 17 jeweils einen Teil, der sich unter das Schutzplättchen 17a – vgl. insbesondere 6 – erstreckt und stets geschützt ist, sodass das Eindringen von Schmutz und Fremdkörpern zwischen die Spannkloben im Zuge der alternierenden Verschiebungen von einer ihrer Positionen zur anderen verhindert wird.
-
Für ihre Verschiebungen sind die beiden Spannkloben 16, 17 mit einem Läufer 18 verbunden, der in der Kammer 14 untergebracht ist, die vom Greiferkörper 10 begrenzt wird, und alternierende lineare Bewegungen ausführen kann, die von einem elektrischen Stellantrieb 19, vorzugsweise einem Elektromotor, gesteuert werden, wie in der Folge beschrieben wird.
-
Die Verbindung der Spannkloben 16, 17 mit dem Läufer 18 kann auf jede geeignete Weise erfolgen, vorausgesetzt, dass diese sich als Reaktion auf die Verschiebungen des Läufers gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen bewegen.
-
Beispielsweise kann, wie hier dargestellt, ein erster Spannkloben 16 radial und starr am Läufer 18 befestigt sein, um dessen Bewegungen übereinstimmend zu folgen, und zwar durch einen Stift 20, der in eine Öffnung 20' geschlagen wird und sich durch eine Öse 21, die im Greiferkörper 10 zwischen der Kammer 14 und der Führungsrille 15 geschaffen ist, erstreckt und darin gleitet. Der zweite Spannkloben 17 kann dagegen mit dem Läufer 18 durch einen schwingenden Übertragungshebel 22 verbunden sein, sodass der Verschiebung des Läufers in eine Richtung eine Bewegung des Spannklobens 17 in die andere Richtung und daher in die entgegengesetzte Richtung zu jener des ersten Spannklobens 16 entspricht. Der Übertragungshebel 22 schwingt um einen mittleren Drehpunkt 22', der quer im Greiferkörper 10 eingelassen ist, und erstreckt sich zwischen dem Läufer 18 und dem zweiten Spannkloben 17 durch eine Öffnung 23, die ebenfalls im Greiferkörper zwischen der Kammer 14 und der Führungsrille 15 geschaffen ist.
-
Außerdem weisen die Ende des Schwinghebels 22 jeweils eine vorzugsweise zylindrische oder kugelförmige Rollfläche auf und greifen in entsprechende Sitze 25, 25', die in einem unteren Teil des zweiten Spannklobens 17 beziehungsweise in einem oberen Teil des Läufers 18 geschaffen sind.
-
Der Läufer 18 ist seinerseits mit einem Zugschlitten 26 verbunden, der in der Kammer 14 des Greiferkörpers 10 aufgenommen ist, und kann alternierende lineare Bewegungen ausführen, die vom elektrischen Stellantrieb 19 über ein Mittel zur Bewegungsübertragung gesteuert werden, das vorzugsweise aus einem Drehnocken 27 besteht, wie in den Zeichnungen dargestellt ist. Der Zugschlitten 26 wird in der Kammer 14 parallel zu seiner Bewegungsrichtung und zu jener des Läufers 18 geführt und steht mit dem Übertragungsnocken 27 über mechanische Kontaktmittel in Wechselwirkung. Um seine Verschiebungen zu ermöglichen, hat der Zugschlitten 26 selbstverständlich eine geringere Länge als jene der Kammer 14, in der er geführt wird.
-
Genauer gesagt sind der Läufer 18 und der Zugschlitten 26 nicht starr verbunden, sondern es befindet sich mindestens ein elastisches Mittel 28 dazwischen, das auf der Bewegungslinie dieser beiden verbundenen Komponenten 18, 26 angeordnet ist und dort wirkt.
-
Der Zugschlitten 26 hat in der Bewegungsrichtung zwei Schultern 29 in einem bestimmten Abstand voneinander; der Läufer 18 hat eine geringere Länge als jene des Abstands zwischen den Schultern 29 und ist zwischen Letzteren beweglich untergebracht; das zumindest eine elastische Mittel 28 ist mit einer bestimmten Vorspannung und auf jeden Fall komprimierbar zwischen einer Schulter 29 des Zugschlittens 26 und einem Ende des Läufers 18 angeordnet, wie in der 6 dargestellt.
-
Im dargestellten Beispiel besteht das elastische Mittel 28 aus einer oder mehreren parallelen oder koaxialen Spiralfedern 28a und ist an nur einem Ende des Läufers 18 angebracht. Es könnte aber auch anders beschaffen sein, und überdies könnte man ein elastisches Mittel an jedem Ende des Läufers 18 zwischen diesem und jeder Schulter 29 des Zugschlittens 26 anbringen.
-
Der Übertragungsnocken 27 ist angrenzend an die Grundplatte 12 des Greiferkörpers positioniert, wird dort durch ein Lager 30 gehalten und ist um eine Achse X drehbar, da er mit der Ausgangswelle 19a des elektrischen Stellantriebs 19 verzapft ist. Am Rand weist der Nocken 27 ein Profil auf, das von einem ersten ungefähr halbkreisförmigen Nockenteil 27' mit Totwinkelfunktion und mit einem ersten Radius R und von einem zweiten, diametral entgegengesetzten Nockenteil 27'' definiert wird, der einen zweiten Radius r hat, welcher kleiner als der Radius des ersten Teils ist.
-
Die beiden Nockenteile verbinden sich miteinander über Zwischenebenen 27a, und der Größenunterschied zwischen ihren Radien R und r entspricht dem Höchstwert der Hübe der Spannkloben zwischen ihren äußersten Positionen.
-
Die mechanischen Kontaktmittel zwischen dem Zugschlitten 26 und dem Übertragungsnocken 27 bestehen aus zwei kleinen Kontaktwalzen 31a, 31b, die am Schlitten 26 mit entsprechenden Stiften 32a, 32b angebracht sind und gegen das Profil des Nockens auf entgegengesetzten Seiten davon aufliegen. Wie in 7 dargestellt, können die kleinen Kontaktwalzen 31a, 31b in einer Reihe mit entsprechenden Einrückungen 33 in der Grundplatte 12 des Greiferkörpers 10 angeordnet sein und sich in den Einrückungen verschieben, indem sie den Bewegungen des Zugschlittens 26 folgen, die aus der Rotation des Nockens entstehen.
-
Insgesamt können sich der Läufer 18 und der Zugschlitten 26 sowohl bei Vorhandensein eines einzelnen elastischen Mittels als auch von zwei elastischen Mitteln auf entgegengesetzten Seiten sowohl gemeinsam wie eine starre Einheit bewegen, bis die Spannung des elastischen Mittels 28/28a unverändert bleibt, als auch unabhängig voneinander aufgrund einer Kompression und anschließenden Ausdehnung, denen das elastische Mittel ausgesetzt sein kann.
-
Mit dem Greifer in Ruheposition hält die Wirkung des oder der elastischen Mittel/s 28/28a den Läufer 18 in einer bestimmten statischen Position zum Zugschlitten 26 oder besser, wobei Letzterer unbeweglich bleibt, neigt dazu, die Spannkloben 16, 17 normalerweise in die Richtung zum Erfassen des Stücks mit ihren Backen zu verschieben.
-
Wenn der elektrische Stellantrieb in Betrieb ist, bewirkt er die Drehung des Übertragungsnockens 27, dessen Profil in Wechselwirkung mit den kleinen Kontaktwalzen 31a, 31b die Verschiebung des Zugschlittens 26 und damit des Läufers für einen Antrieb der Spannkloben 16, 17 bewirkt, indem sie alternierend angenähert oder entfernt werden. Wenn der erste Teil des Profils 27' – mit dem größeren Radius R – des Übertragungsnockens 27 unter der Annahme, dass der Greifer wie in dem in den Zeichnungen dargestellten Beispiel ausgelegt ist, um ein Stück oder einen Gegenstand zu erfassen, wenn die Spannkloben angenähert sind, mit der kleinen Kontaktwalze 31a – in 7 auf der rechten Seite – in Verbindung kommt, werden der Schlitten 26 und der Läufer 18 in die Richtung der Annäherung der Spannkloben verschoben. Wenn dagegen der erste Teil 27' des Nockens mit der anderen kleinen Kontaktwalze 31b – in 7 auf der linken Seite – in Verbindung kommt, sind der Schlitten und der Läufer in die entgegengesetzte Richtung verschoben, wobei sich die Spannkloben voneinander entfernen.
-
Es genügt daher, dass der erste Teil 27' des Nockenprofils 27 sich zu der einen oder anderen kleinen Kontaktwalze 31a, 31b dreht und mit ihr verbindet, um Öffnungs- und Schließbewegungen zu erzeugen, das heißt den aktiven und inaktiven Hub der Spannkloben. Solange irgendein Widerstand gegen ihre Bewegung und die Verschiebung der Spannkloben fehlt, bewegen sich der Zugschlitten 26 und der Läufer 18 gemeinsam wie eine Gesamtheit dank des/der elastischen Mittel/s 28/28', das/die sich zwischen ihnen befindet/n.
-
Aufgrund ihres Winkelbereichs oder des toten Winkels, der, wie oben erwähnt, ungefähr halbkreisförmig ist, ist es ausreichend, dass irgendein Teil des ersten Nockenteils 27' mit einer der kleinen Kontaktwalzen 31a, 31b in Verbindung kommt, um einen Hub der Spannkloben in die eine oder andere Richtung zu bewirken, auch wenn die Drehung des elektrischen Stellantriebs nicht genau dem Hub der Schlitten entspricht. Sobald die Backen der Spannkloben auf das zu erfassende Stück treffen und daher einen Widerstand im Hinblick auf ihre Verschiebung vorfinden, tritt das/treten die elastische/n Mittel in Aktion, das/die einerseits eine relative Bewegung des Läufers im Hinblick auf den Schlitten und andererseits die Kraft zum Erfassen des Stücks unabhängig von der Eigenkraft des Stellantriebs definiert/en.
-
Dasselbe geschieht, wenn das gesteuerte Organ ein einzelnes Organ ist, wie das Gleitelement mit alternierender Bewegung eines Schlittens, und dieses Organ die Mittel erreicht, die seine Hübe begrenzen.
-
Schließlich sei angemerkt, dass bei der oben beschriebenen Vorrichtung Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der Bereich des Zwecks der Erfindung verlassen wird. So kann anstelle eines Nockens als Übertragungssystem für die Steuerung des Zugschlittens und dadurch des Läufers und des/der zu steuernden Organs/e ein Pleuelwerk oder Ähnliches zur Anwendung kommen. Außerdem können auf einer Seite des Körpers 10 in dazu vorgesehenen Rillen Fühler, zum Beispiel Magnetfühler, vorgesehen sein, welche die Positionen des Läufers und dazu entsprechend die aktive und inaktive Position des gesteuerten Werkzeugs durch mindestens ein magnetisches Mittel 35 (siehe 1), das direkt oder indirekt mit dem Läufer verbunden ist, messen können.