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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Pneumatikgreifer zum Greifen verschiedener Bauteile, Objekte oder Körper durch Robotersysteme während deren Produktions- und/oder Handhabungs- und/oder Zusammenbauphasen. Und sie betrifft insbesondere einen Parallelpneumatikgreifer mit mindestens einem Paar von Greifbacken, die zum Öffnen und Schließen mit Hilfe eines einfach oder doppelt wirkenden Pneumatiksteuersystems linear in entgegengesetzten Richtungen beweglich sind.
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Stand dar Technik
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In dem hier betrachteten Gebiet sind bereits Pneumatikgreifer mit unterschiedlicher Gestalt und unterschiedlichen Abmessungen sowie verschiedenen Greif- oder Klemmkräften bekannt und verfügbar. Auch sind unter diesen verschiedenen Arten von Pneumatikgreifern Parallelgreifer des so genannten Langhubtyps oder des Weitöffnungstyps bekannt, die im Wesentlichen einen Greiferkörper und zwei in dem Körper arbeitende Pneumatiksteuerkolben aufweisen, die zueinander in entgegengesetzte Richtungen beweglich sind und die jeweils eine koaxiale Druck-/Zugstange haben. Sie weisen ferner zwei innerhalb des Greiferkörpers parallel zu den Steuerkolben gleitende Führungssäulen, die von diesen mitgeschleppt werden, und mindestens zwei Greifbacken oder Finger auf, die von den Kolben zwischen einer aktiven Position zum Greifen eines Bauteils und einer inaktiven Position zum Freigeben des Bauteils bewegbar sind.
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In einem Ausführungsbeispiel liegen und arbeiten die pneumatischen Steuerkolben in parallelen Kammern, die in dem Greiferkörper gebildet sind, während die Führungssäulen zwei an der Zahl sind und in longitudinalen Sitzen geführt sind, die ebenfalls in dem Greiferkörper entlang der Seiten der Kammern für die Kolben gebildet sind.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel fluchten die Pneumatikkolben und arbeiten in derselben Kammer, wobei die entsprechenden Stangen in entgegengesetzte Richtungen und parallel zu Führungssäulen gerichtet sind, die ebenfalls longitudinal innerhalb des Greiferkörpers entlang der Seiten der Kammer geführt sind. Dies ist beispielsweise durch die Dokumente
JP 62-132005 und
US 6,309,003 offenbart.
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In jedem Fall zeigen und erstrecken sich die Stange eines ersten Kolbens und eine Führungssäule in Richtung der Außenseite des Greiferkörpers durch eines seiner Enden, während sich die Stange des zweiten Kolbens und die andere Führungssäule in Richtung der Außenseite des entgegengesetzten Endes des Greiferkörpers erstrecken und in diese zeigen.
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Eine der Greifbacken oder einer der Finger des Greifers ist sowohl mit der Stange eines Kolbens als auch mit einer Säule verbunden, die in dieselbe Richtung zeigen. Die andere Greifbacke ist sowohl mit der Stange des anderen Kolbens als auch mit der Säule verbunden, die in die entgegengesetzte Richtung zeigen. Üblicherweise ist jede Greifbacke mit der zugehörigen Stange und Säule nicht direkt, sondern über einen Stützsockel verbunden.
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Die Greifbacken werden abhängig von der Verlagerung der Kolben in entgegengesetzte Richtungen in eine aktive Stellung oder in eine passive Stellung verlagert.
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Diese Parallelgreifer können dazu verwendet werden, ein Bauteil von dessen Außenseite oder, falls das Werkstück einen Hohlraum hat, von dessen Innenseite zu greifen. Um das Bauteil von außen zu greifen, werden die Greifbacken in die aktive Stellung gebracht, indem die Kolben derart verlagert werden, dass die Greifbacken von einer Stellung, in welcher sie weit voneinander entfernt sind, in eine Stellung bewegt werden, in welcher sie nah beieinander sind. Im Gegensatz dazu, werden die Greifbacken, um das Bauteil auf der Innenseite zu greifen, in die aktive Stellung gebracht, indem die Kolben derart verlagert werden, dass die Greifbacken von einer Stellung, in der sie nah beieinander sind, in eine Stellung bewegt werden, in der sie weit voneinander entfernt sind.
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Die Bewegungen der Greifbacken von einer Stellung in die andere kann über einen mit dem Steuerkolben verbundenen Zahnstangengetriebemechanismus synchronisiert werden.
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Solche pneumatischen Greifer sind jedoch nicht frei von Beeinträchtigungen und Nachteilen.
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Ersichtlich beschränkt das Vorhandensein der longitudinalen Sitze für die Führungssäulen, die parallel zu den Seiten der Steuerkolben in demselben Greiferkörper angeordnet sind, den zur Bildung der Kolbenkammer bzw. der Kolbenkammern verfügbaren Raum. Dementsprechend hat die Kammer bzw. haben die jegliche Kammern eine reduzierte oder jedenfalls relativ kleine Bohrungsöffnung im Vergleich zu den transversalen Dimensionen des Greiferkörpers, so dass jeder Kolben einen ebenso kleinen Durchmesser hat, was zu einer begrenzten Klemmkraft führt.
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Um unter diesen Bedingungen eine höhere Klemmkraft zu erreichen, ist es daher erforderlich, größere Greifer zu verwenden, die ungünstigerweise ein größeres Volumen beanspruchen und auch schwerer sind, sowie schwieriger herzustellen sind.
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Zudem kann jede Veränderung in der Länge der Schließ- und Öffnungshübe des Greifers bezüglich der zu greifenden Bauteile wie benötigt durchgeführt werden, indem entweder die Greifbacken durch andere Backen mit unterschiedlichen Dicken ersetzt werden oder dadurch, dass diese mit Abstandshaltern versehen werden.
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Die Stangen der Kolben und die Führungssäulen können mit Dichtungen versehen sein. Aber gemäß den Lösungen, die bisher durch den Stand der Technik gegeben sind, führt der Verschleiß dieser Dichtungen zum Eindringen von Schmutz und/oder Flüssigkeiten in den Greiferkörper, wodurch der Greifer in feuchter Umgebung arbeiten muss, was die Effektivität und den Lebenszyklus des Werkzeugs reduzieren kann.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine effektive Lösung zu den oben genannten Beeinträchtigungen und Nachteilen des Standes der Technik bezüglich paralleler Pneumatikgreifer des Langhubtyps oder des Weitöffnungstyps anzugeben, um deren Leistung in Bezug auf deren Klemmkraft zu verbessern, um sicherzustellen, dass die Greifbacken zentriert und geführt sind und um eine Dichtungswirkung gegen externe Wirkstoffe und einen zuverlässigen Betrieb des Greifers bei jeglichen Einsatzbedingungen sicherzustellen.
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Die vorliegende Erfindung wurde auf Grundlage der Überlegung ersonnen, dass für dieselbe Form und transversalen Abmessungen eines Pneumatikgreiferkörpers die Steuerkolben einen größeren Durchmesser und der Greifer eine höhere Klemmkraft haben könnten, wenn man auf die Führungssäulen entlang der Seiten der Kolbenkammern verzichtet. Zudem könnte eine verbesserte Dichtungswirkung an den Führungsmitteln und den Druck-/Zugmitteln erreicht werden.
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Dementsprechend wurde die Aufgabe der Erfindung durch einen parallelen Pneumatikgreifer gemäß der Präambel des Anspruchs 1 gelöst, bei dem die Führungssäulen und die Druck-/Zugstangen alle direkt vor dem entsprechenden Kolben verbunden sind und jede Greifbacke direkt an den Enden der Säulen eines entsprechenden Steuerkolbens befestigt werden können.
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Die Anordnung der Steuerkolben in einer Linie und die direkte Befestigung der Führungssäulen vor den Kolben und damit innerhalb des Profils der Kolben beansprucht keinen Raum entlang deren Seiten. Dadurch können die Kammer, die durch den Greiferkörper definiert ist, und gleichermaßen jeder Steuerkolben Querschnittsdimensionen haben, die ähnlich zu denjenigen des Greiferkörpers sind, wobei offensichtlicherweise die Dicke der Wand abgezogen werden muss, die ihn außen definiert. Dadurch haben die Kammer und alle Kolben einen Querschnitt, der sehr viel größer als der von herkömmlichen Pneumatikgreifern mit einem Greiferkörper derselben Größe ist.
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Da der erfindungsgemäße Parallelpneumatikgreifer im Durchmesser größere Kolben im Vergleich zu ähnlichen herkömmlichen Pneumatikgreifern haben kann, wird er eine höhere Klemmkraft bieten oder kann für dieselbe Kraft volumen- und gewichtsmäßig kleiner sein. Zudem arbeitet jeder Kolben direkt auf alle Führungssäulen, die mit diesem in einer koaxialen Art und Weise verbunden sind, so dass die vorhandenen Schubkräfte voll ausgenutzt werden.
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Die Führungssäulen, die mit jedem Steuerkolben verbunden sind, können zwei, drei oder mehr an der Zahl sein und stellen für die Kolben Lagerung, Zentrierung und, falls diese zylindrisch sind, Drehfestigkeit sowie Steifigkeit der Greifbacken sicher.
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Insbesondere stellt zudem ein bewegliches Verbindungsglied, das zwischen den Kolben angeordnet ist, deren synchronisierte Bewegungen in entgegengesetzte Richtungen sicher, um die Greifbacken zwischen den geschlossenen und offenen Stellungen korrekt zu verlagern.
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Vorzugsweise ist das zwischengeschaltete Verbindungsglied nun einfach durch ein Element gebildet, welches um einen entsprechenden zentralen Stift schwingt und gleitend mit den zueinanderweisenden Teilen der Steuerkolben verbunden ist.
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Zwischen dem Greiferkörper, seiner Köpfe und den Führungssäulen sind ferner Dichtungen vorgesehen, wobei die Dichtungen derart wirken, dass sie sowohl ein statisches als auch ein dynamisches Dichtungssystem bilden, das das Eindringen von sowohl Schmutz als auch Flüssigkeiten in den Greiferkörper von außen mit einem Schutzgrad von mindestens der Klasse IP67 verhindern.
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Figurenkurzbeschreibung
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Weitere Details der Erfindung werden anhand der Beschreibung deutlich, die im Folgenden unter Verweis auf die angefügten Zeichnungen gegeben ist, welche nur illustrativen Zwecken dienen und nicht beschränkend aufzufassen sind. In diesen zeigen;
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1 eine Explosionsdarstellung der Komponenten eines Parallelpneumatikgreifers mit zwei Greifbacken;
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2 und 3 eine axonometrische Ansicht des Parallelpneumatikgreifers der 1 im zusammengebauten Zustand in der geschlossenen bzw. offenen Stellung;
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4 und 5 eine Seitenansicht und einen longitudinalen Schnitt entlang der Pfeile A-A des Parallelpneumatikgreifers in der geschlossenen Stellung;
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6 und 7 eine Seitenansicht und einen longitudinalen Schnitt entlang der Pfeile B-B des Parallelpneumatikgreifers in der offenen Stellung;
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8 eine Explosionsdarstellung der Komponenten eines Pneumatikgreifers mit drei winkelmäßig beabstandeten Greifern;
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9 und 10 eine axonometrische Ansicht des Greifers mit drei Backen der 8 in zusammengebautem Zustand in der geschlossenen bzw. offenen Stellung;
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11 einen Querschnitt durch den geschlossenen Greifer der 9; und
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12 einen Querschnitt durch den offenen Greifer der 10.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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In dem in den 1 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der erfindungsgemäße Greifer einen Greiferkörper 21 auf, der intern eine longitudinale Kammer 22 definiert, die zwei in einer Linie angeordnete pneumatische Steuerkolben 23 beherbergt.
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Vorzugsweise ist der Greiferkörper 21 aus einem extrudierten Profil mit quadratischem Querschnitt gebildet, das einen axialen Hohlraum aufweist. Die longitudinale Kammer 22 wird an ihren entgegengesetzten Enden durch zwei Köpfe 24 geschlossen, die jeweils mit dem Greiferkörper über Schrauben 25 und mindestens eine zwischengeschaltete Dichtung 26 verbunden sind. Die longitudinale Kammer 22 kann zylindrisch sein, wobei die Steuerkolben 23 einen Querschnitt und einen Durchmesser entsprechend jenem der Kammer 22 haben.
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Insbesondere sind die Steuerkolben 23 entlang einer Linie angeordnet und sind in der Kammer 22 in entgegengesetzten Richtungen beweglich, so dass diese abwechselnd aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind. Um den Steuerkolben 23 eine enge Annäherung zueinander zu erlauben, während deren Gesamtlänge begrenzt bleibt, sind die zueinander weisenden Teile der beiden Steuerkolben 23 schräg geschnitten oder abgeschrägt, so dass diese einander überlappen können (vgl. 5).
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Diese Steuerkolben 23 sind jeweils mit mindestens einer Umfangsdichtung 27 zum Abdichten gegenüber der inneren Oberfläche der Kammer 22 versehen. Die Hin- und Herbewegungen der Steuerkolben 23 in entgegengesetzte Richtungen werden von einem Antriebsfluid, typischerweise Luft, bewirkt. Das Antriebsfluid wird dazu abwechselnd durch Fluideinlass- und Fluidauslasslöcher 28, 29, welche in dem Greiferkörper 21 auf entgegengesetzten Seiten jedes Steuerkolbens 23 vorgesehen sind, in die Kammer 22 zugeführt und aus dieser abgelassen.
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Um synchronisierte Bewegungen der Steuerkolben 23 sicherzustellen sind diese durch ein Verbindungsglied 30 miteinander verbunden, das schwingend um einen zentralen Stift 31 montiert ist, der in den Greiferkörper 21 eingesetzt ist. Das Verbindungsglied 30 ist ferner an seinen entgegengesetzten Enden mit Schlitzen 32 versehen, welche an mit den Steuerkolben 23 verbunden Stiften 33 eingreifen und mit diesen zusammenwirken.
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Beide Steuerkolben 23 sind mit Führungssäulen 34 versehen, wobei die Säulen des einen Kolbens in entgegengesetzter Richtung zu den Säulen des anderen Kolbens zeigen. Insbesondere sind an jedem Steuerkolben 23, beispielsweise über Schraubenverbindungen, zwei oder mehrparallele Führungssäulen 34 (vier in dem gezeigten Beispiel) befestigt. Die Führungssäulen 34 erstrecken sich von den Steuerkolben 23 selbst in Richtung der Außenseite der Kammer 22 durch entsprechende Führungslöcher 35, die in jedem Kopf 24 ausgebildet sind. Mindestens eine Radialdichtung 36 ist zwischen jeder Führungssäule 34 und dem entsprechenden Führungsloch 35 angeordnet. Vorzugsweise sind alle Führungssäulen 34 identisch und haben einen Querschnitt, der voll ist oder zur Gewichtsreduzierung zumindest teilweise hohl ist.
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Eine Greifbacke 37 (in den 4 bis 7 in gebrochenen Linien gezeigt), die jeweils in Abhängigkeit der Form des zu greifenden Bauteils ausgestaltet sein kann, ist lösbar an den Enden der Führungssäulen 34 jedes Steuerkolbens 23 befestigt.
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Vorteilhafterweise kann jede Greifbacke 37 direkt an den entsprechenden Führungssäulen 34 ohne die Notwendigkeit von zwischengeschalteten Mitteln befestigt werden, obwohl es jedoch nicht ausgeschlossen ist, dass ein Stützsockel zwischen jeder Greifbacke 37 und den Führungssäulen 34 verwendet wird, an welchem diese befestigt werden muss.
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In jedem Fall hat der Greifer zwei Greifbacken 37, die in entgegengesetzten Richtungen parallel zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung der Bewegung der Steuerkolben 23 folgend bewegbar sind.
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In der ersten Stellung sind die Führungssäulen 34 in den Greiferkörper 21 zurückgezogen und die Greifbacken 37 sind nahe beieinander (siehe 2, 4 und 5).
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In der zweiten Stellung stehen die Führungssäulen 34 longitudinal aus dem Greiferkörper 21 hervor und die Greifbacken 37 sind voneinander beabstandet (siehe 3, 6 und 7).
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Insbesondere entspricht die erste Stellung in dem gezeigten Beispiel einem geschlossenen Zustand der Greifbacken 37, nämlich einer aktiven Stellung des Greifers zum Greifen eines Bauteils oder Objekts. Die zweite Stellung entspricht einem offenen Zustand der Greifbacken 37, nämlich einer inaktiven Stellung des Greifers. Mit entsprechend angepassten und ausgerichteten Greifbacken 37 kann der Greifer jedoch auch aktiv sein, wenn die Greifbacken 37 voneinander entfernt sind und inaktiv sein, wenn sie nahe beieinander sind.
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Die Dichtung 27 an jedem Steuerkolben 23 zusammen mit den Dichtungen 36 um die Führungssäulen 34 und der Dichtung 26 zwischen jedem Kopf 24 und dem Greiferkörper 21 stellen einen effektiven Schutz des Werkzeugs gegen das Eindringen von Schmutz oder Fluiden von außen sicher. Dieser Schutz ist weiter verbessert dadurch, dass um jede Führungssäule 34 zwischen dem Steuerkolben 23 mit dem sie verbunden ist und der entsprechenden Dichtung 36 eine Druckluftkammer gebildet wird. Die Druckluftkammer wirkt als Barriere, die den Eintritt jeglicher Substanzen von außen verhindert.
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In dem oben beschriebenen Beispiel ist der Greifer mit zwei entgegengesetzten Greifbacken 37 versehen. Vorteilhafterweise können außer dem Greiferkörper 21 und dem Verbindungsglied 30 dieselben Komponenten auch für das Ausführungsbeispiel des Pneumatikgreifers mit drei oder mehr Greifbacken 37 verwenden werden.
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Exemplarisch zeigen die 8 bis 12 einen Pneumatikgreifer, der drei Greifbacken 37 aufweist, die winkelmäßig um eine zentrale Achse X beabstandet sind. In diesen Figuren wurden dieselben Bezugszeichen verwendet, um Komponenten zu bezeichnen, die identisch oder äquivalent zu jenen des linearen Greifers sind, wie er in den 1 bis 7 gezeigt ist.
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In diesem anderen Ausführungsbeispiel definiert ein Greiferkörper 121 drei Kammern 122, die gleichmäßig um die zentrale Achse X beabstandet und jeweils von einem Endkopf 24 geschlossen sind. Die Kammern 122 kommunizieren an ihren in Richtung der zentralen Achse X zeigenden Enden und beherbergen jede einen Steuerkolben 23. Zwei oder mehr Führungssäulen 34 sind mit jedem Steuerkolben 23 verbunden und erstrecken sich nach außen durch Führungslöcher 35, die in den entsprechenden Köpfen ausgebildet sind. Zur Synchronisierung der Bewegung der Steuerkolben 23 zwischen den geschlossenen und offenen Stellungen der Greifbacken 37 ist ein Verbindungsglied 130 vorgesehen, wobei dieses Verbindungsglied 130 kreisförmig ist oder drei radiale Arme hat und drehbar um einen zentralen Pin 131 angeordnet ist. Das Verbindungsglied 130 ist ferner mit den drei Steuerkolben 23 über Stifte 133 verbunden, die mit Schlitzen 132 zusammenarbeiten.
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Auch in diesem Fall ist an jedem Kolben 23 eine Dichtung 27, eine Dichtung 26 zwischen jedem Kopf 24 und dem Greiferkörper 121 und eine Dichtung 36 um jede Führungssäule 34 zwischen letzterer und dem Führungsloch 35 im Kopf vorgesehen. Dadurch wird sowohl ein statischer als auch ein dynamischer Schutz des Greifers gegen das Eindringen von Schmutz oder Fluiden von außen sichergestellt.
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Zudem kann in beiden Fällen der Greifer mit Federn versehen sein (nicht gezeigt), die zwischen den Führungssäulen 34 angeordnet sind und so wirken, dass die Greifbacken 37, selbst dann, wenn kein Antriebsfluid vorhanden ist, in der geschlossenen Stellung gehalten werden. Ferner können die mit jedem Steuerkolben 23 verbundenen Führungssäulen 34 in ein balgförmiges Schutzteil gehüllt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 62-132005 [0004]
- US 6309003 [0004]