DE4322121A1 - Hin- und hergehender Hebemechanismus - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mechanischen, geradlini­ gen Vierstangenhebemechanismus bzw. Viergelenkhubmechanismus der zur Verwendung an einer Förderbandfertigungsstraße ge­ eignet ist, wobei Werkstücke, die entlang eines Förderers transportiert werden, behutsam vertikal, in einer geraden Li­ nie von dem Förderer gehoben werden, während der Mechanismus durch eine kurze Ruhephase oder Stillstand geht, und dann schnell nach oben zu einer über Kopf befindlichen Arbeitssta­ tion beschleunigt werden, wo das Gestänge einen Stillstand erreicht, so daß Arbeit an dem Werkstück verrichtet werden kann, wonach das Werkstück zurück zum Förderer gebracht wird und der Mechanismus seinen Lauf unter dem Förderer zu einem Stillstand fortsetzt, währenddessen er sich in einer Ruhepo­ sition befindet.

Sogenannte Geradlinien-Gestänge- oder Gelenkmechanismen sind zum Überführen von Werkstücken in und aus einer Presse oder Maschine bekannt und sind am vorteilhaftesten bei diesen An­ wendungsfällen, wegen der Genauigkeit der Positionierung der Werkstücke am Anfang und am Ende des Laufes des jeweiligen Mechanismusses. Zum Beispiel lehrt US-Patent 4,295,780 einen Geradlinie-Gestängeapparat zum automatischen Überführen von Werkstücken, welcher gekennzeichnet ist durch extrem reprodu­ zierbare Bewegungen während der Start- und Stopphasen dessel­ ben ebenso wie durch genaue Stoppstellungen. Dieses Merkmal wird durch die Tatsache erbracht, daß die Geschwindigkeits­ charakteristiken des Gestänge- und Kurbelmechanismusses sehr einer Sinuskurve ähneln, wobei die Kurve längere oder glat­ tere Fußteile aufweist, wodurch weiche Start- und Stopbewe­ gungen des Gestängemechanismusses möglich sind. In der Tat erreicht das Gestänge einen Stillstand an den Start- und Stoppstellungen.

Ein anderer weit verwendeter geradliniger Gestängemechanismus ist der sogenannte Scott-Russel-Mechanismus, worin ein os­ zillierendes Verbindungsglied in Kombination mit einer Anzahl von Zwischenverbindungsgliedern angeordnet ist, um einen nä­ herungsweise geradlinigen Lauf des Ausgangs-verbindungsglie­ des zu ergeben.

Die obigen Geradlinien-Mechanismen werden oft wegen ihrer In­ stabilität kritisiert, dort wo es eine Seitenbelastung an dem Mechanismus in einer Richtung quer zur erzeugten geraden Li­ nie gibt, wenn die Verbindungsglieder durch ihre jeweiligen genauen Bewegungen laufen, um einen geradlinigen Ausgang an das Ausgangsverbindungsglied zu liefern. Diese Mechanismen sind im allgemeinen auch voluminös, da die Verbindungsglieder übereinander laufen müssen, was es schwierig macht, eine Kon­ struktion zu erzeilen, welche in der Lage ist, auf Querbe­ lastungen zu reagieren.

US-Patent 4,545,266 von Brems versucht einige der Nachteile der oben beschriebenen Probleme, die mit Geradlinien-Gestän­ gemechanismen verbunden sind, zu lösen. Brems lehrt ein me­ chanisches Gestängesystem zum Erzeugen einer geraden Linie unter Verwendung von Verbindungsgliedern, welche sich in der erzeugten Bewegung nicht überschneiden. Die offenbarte Ver­ bindung lehrt ein steifes Kniehebelteil, welches eine zen­ trale Gelenkverbindung zu einem ersten Hänge-verbindungs­ glied, eine zweite Gelenkverbindung zu einen im wesentlichen linearen Führungsmechanismus und eine dritte Gelenkverbindung zu einem Ausgangspunkt aufweist, wobei die Dimensionen der Verbindungsglieder sowie der Abstand zwischen der äußeren Ge­ lenkverbindung und dem Führungsmechanismus und zwischen dem zentralen Gelenk und dem Ausgangspunkt im allgemeinen gleich sind, wodurch der Mechanismus als ein linearer Schlitten oder ein Geradliniengestänge verwendet werden kann.

Obwohl ein solches mechanisches Gestänge die Nachteile des Scott-Russell Mechanismusses überwindet, gibt es noch zahl­ reiche Probleme mit Brems′ Geradlinien-Gestänge, wie es in weiten Anwendungen verwendet wird. Zum Beispiel wird ein sol­ ches Geradlinien-Gestänge in einer Schweißpresse in US-Patent 4,600,095 von Brems verwendet, um eine Platte von einer Ruhe­ stellung, die unter dem Förderer vorgesehen ist, zu einer an­ gehobenen Stellung zu heben und während dieser geradlinigen Bewegung wird ein Werkstück von dem Förderer durch die untere Werkzeugbestückung aufgenommen, welche an der Platte ange­ bracht ist, und zu einer höheren Stellung gegen eine Werk­ zeugbestückung bewegt, welche an dem oberen Teil der Presse angebracht ist, um die Schweißvorgänge an dem Werkstück vor­ zunehmen. Um den Geradlinien-Gestänge von Brems zu verwenden, ist eine zusätzliche Struktur in dem Gestell der Schweiß­ presse erforderlich, um die gleitende Gelenkstütze aufzuneh­ men. Weiterhin beanspruchen die größeren Verbindungsglieder welche forderungsgemäß von gleicher Länge sein müssen, um den Geradlinien-Mechanismus gemäß der Lehre der Erfindung zu be­ treiben, beträchtlich mehr Platz, als der Scott-Russell-Me­ chanismus und erfordern ebenso spezielle Berücksichtigungen in der Auslegung eines Gegengewichtes, welches in den Grenzen der Platte liegt. Aufgrund der Einschränkung der Befesti­ gungspunkte auf die Platte sind die Seitenschubmöglichkeiten des Schweißknies weiter beschränkt. Endlich, und am wichtig­ sten, mißachtet der Geradlinien-Gestängeapparat vollständig die Geschwindigkeit der Eingangs- und Ausgangsbefestigungs­ verbindungen, was dazu führt, daß die Ausgangs- und Eingangs­ verbindungsglieder an den Anfangs- und Endgrenzen des Laufes mit einer relativ hohen Geschwindigkeit sich bewegen, was eine beträchtliche Kompensation in den Parametern des assozi­ ierten Zykloidenantriebs erfordert, um die hohen Trägheits­ kräfte in der obersten und untersten Stellung der Platte Rechnung zu tragen. Die Sperrigkeit des Gestänges, die Be­ schränkung der Seitenschubfähigkeiten, und die assoziierten Trägheitskräfte nicht nur der Verbindungsglieder, sondern auch der Gewichte der Werkzeugbestückung, die durch die Platte getragen wird (bis zu 5 Tonnen), hat zu dieser Zeit zu ungewünschten Vibrationen und Instabilitäten des mechanischen Schweißknies geführt.

Was entsprechend gebraucht wird, ist eine mechanische Schweißpresse, welche die gewünschten Hebecharakteristiken aufweist, ohne die optimalen Hebekinematikcharakteristiken zugunsten der Erfordernisse der Geradlinien-Kinematik aufzu­ geben. Solch ein mechanisches Gestängesystem würde eine Bewe­ gung erzeugen, welche einen Stillstand an den Anfangs- und Endgrenzen seiner Bewegung wie auch einen Zwischenstillstand erreicht, welcher als eine Funktion der Zeit veränderlich ist, so daß ein Werkstück auf der Platte einer Schweißpresse mit einer geradlinigen Vertikalbewegung in zwei aufeinander­ folgenden Schritten angehoben wird, um zuerst ein Werkstück auf einem Förderer zu ergreifen, der zwischen einer obersten und untersten Stellung des Laufes vorgesehen ist, und dann das Werkstück zu einer Arbeitsstation über den Förderer zu heben. Danach senkt das mechanische Gestängesystem die Platte mit einer geradlinigen Vertikalbewegung in zwei aufeinander­ folgenden Schritten zu einer ersten Ablage des Werkstückes auf den Förderer ab und kehrt dann in seine Ausgangsposition zurück. Die horizontale Anordnung des Fördersystems wird sich ändern und entsprechend muß der Mechanismus einstellbar auf Veränderungen der Mittelpunktaufnahme sein. Zum Beispiel lehrt Rasenberger, US-Patent 4,416,198 einen Antrieb zum Er­ zeugen der Bewegung für eine Druckerpresse mit dazwischenlie­ genden Stillständen einschließlich eines Vierstangengestän­ ges, welche eine Koppelkurbelbahn definiert, die nur teil­ weise überquerbar ist und gleiche koinzidierende Vorwärts- und Rückwärtsbahnen hat, und ein stillstand-erzeugendes ange­ triebenes Kniehebelpaar, welches damit verbunden ist, wobei die Koppelkurvenbahn einen Vertex darin aufweist, welcher die Koppelkurvenbahn in eine kurze Kurvenbahn zum Erzeugen eines Stillstandes und eine ausgedehnte Kurvenbahn aufweist, welche sich in einem Winkel zu der kurzen Kurvenbahn zum Erzeugen einer Bewegung erstreckt, wobei der Vertex der Koppelkurve identisch mit einem momentanen Pol ist, der den Start und das Ende des Stillstandes definiert. In Hinsicht auf die oben dargelegten Erfordernisse in bezug auf eine mechanische Schweißpresse ist die Lehre dieses Antriebs zum Erzeugen von Stillständen nicht für die Anwendung auf mechanische Schweiß­ pressen geeignet. Zum Beispiel erreicht die beschriebene Ver­ bindung nur einen Stillstand des Vierstangengestänges, wobei der andere Stillstand durch einen harmonischen Eingangsan­ trieb erzeugt wird. Der ausgedehnte Stillstand, der in dem Vierstangengestänge erzeugt wird, ist eine Funktion der Stellung der Verbindungsglieder und nicht eine Geschwindig­ keitsfunktion. Weiterhin wird gelehrt, daß der Stillstandsap­ parat gemäß der Lehre nur mit einem Einzelrichtungsantrieb läuft, wohingegen ein umkehrender Antrieb wesentlich für eine Vierstangengestängeanwendung ist, welche einen Stillstand aufweist, der an beiden Enden des Laufes mit einem variabel auftretenden Stillstand dazwischen erzeugt wird, wie im wei­ teren klar werden wird. Schließlich ist der Antrieb zum Er­ zeugen von Bewegung mit Stillständen wie er bei Rasenberger gelehrt wird, sehr komplex.

Brems US-Patent 3,789,676 lehrt einen hin- und herlaufenden Antriebsmechanismus zum Übertragen einer Ausgangsbewegung mit vorbestimmten Beschleunigungs- und Geschwindigkeitscharakte­ ristiken, welcher einen Stillstand am Anfang und am Ende sei­ nes Laufes wie auch ein Stillstand vorsieht, welcher genau am Mittelpunkt der gesamten Laufzeit zwischen dem Anfang und der Endposition seines Laufes auftritt. Dies wird ergänzt durch einen Hebemechanismus, der durch einen umkehrbaren elektri­ schen Motor über ein Schaltgetriebe angetrieben wird. Die Ausgangswelle des Schaltgetriebes hat eine daran vorgesehene Kurbel, an welcher ein festes Getriebe vorgesehen ist. Eine Getriebezahnstange ist mit dem festen Getriebe verbunden und durch eine Halterung, die an der Achse des festen Getriebes durch eine Welle gelagert ist, in Eingriff mit demselben ge­ halten. Die Steigungslinie der Zähne des festen Getriebes läuft durch die Achse einer Ausgangswelle. Diese Anordnung erzeugt eine zykloide Bewegung für die Getriebezahnstange, welche in Fig. 13 zum Stand der Technik gezeigt ist.

Das Problem bei der Verwendung eines zykloiden Antriebs zum Erzeugen von Stillständen an beiden Enden des Laufes wie auch an seinem Mittelpunkt ist, daß die Verbindungsglieder, welche mit diesem Typ von Antrieb verbunden sind, einen harmonischen Stillstand bei zumindest einem Ende (Beginn oder Ende) seines Laufes ergeben, welcher erforderlich ist, um die Platte fest­ zustellen, um der Abwärtskraft, die durch die Werkzeugbestüc­ kung an der Schweißpresse, wenn diese Arbeit an dem Werkstück ausführt, entgegenzuwirken. Weiterhin erzeugt der zykloide Antrieb, wie oben ausgeführt ist, einen Stillstand an beiden Enden des Laufes und an dem genauen Zeitmittelpunkt der Ge­ samtzeit zum Laufen durch die vollständige Bewegung der Ver­ bindungsglieder. Die Verschiebung der Platte zum Erreichen der Positionen des Zeitmittelpunktes ist daher sehr be­ schränkt, weil die Aufnahmeposition für das Werkstück sich an dem genauen Mittelpunkt der gesamten Zeit befinden muß, die zum Durchlaufen des Gesamtschubes der Platte erforderlich ist, wodurch eine geringe Flexibilität für die Positionierung des Förderers zur Verfügung steht, welcher durch die mechani­ sche Schweißpresse läuft, wegen der Beschleunigungs- und Ge­ schwindigkeitscharakteristiken infolge dessen, daß die Auf­ nahmeposition genau an den Zeitmittelpunkt der gesamten Zeit liegt, welche für eine vollständige Auf- und Abwärtsbewegung der Platte erforderlich ist.

Endlich, wenn der Antrieb an seine jeweiligen Enden des Laufes zu seiner vollen Stillstandsposition geführt wird, hat der Antrieb eine unendliche Leistungsmultiplikation an der jeweiligen Stillstandsposition der Endpunkte, was irgendeine Form von Abbruchsausgangseinrichtung als Sicherheitsmerkmal zum Schutz der mechanischen Schweißpresse erfordert. Dement­ sprechend wird ein Vierstangengestängesystem gebraucht, worin der Mittelpunktstillstand eines Zykloidenantriebs vorteilhaft verwendet wird, um ein Werkstück von einem Fördersystem, das mit einer mechanischen Schweißpresse verbunden ist, aufzuneh­ men und wobei die Endpunktstillstände durch das Vierstangen­ gestänge selbst, statt durch den zykloiden Antrieb, erzeugt werden, um zusätzliche Sicherheitseinrichtungen in Verbindung mit den Endpunktstillständen des zykloiden Antriebs zu ver­ meiden, wie auch um eine Einstellbarkeit des Auftretens eines Zwischenstillstandes zu ermöglichen, so daß der Schub der Platte eingestellt werden kann und das Werkstück von dem För­ derer aufgenommen werden kann, welcher die Schweißpresse in einem vorbestimmten Abstandsbereich von der unteren Still­ standsposition der Platte durchquert. Eine solche Anordnung vermeidet die möglichen Gefahren, die mit Endpunktstillstän­ den von zykloiden Antrieben einhergehen, und erlaubt einen Bereich von Mittelpunktaufnahmen des Werkstücks von dem För­ derer durch geeignete Einstellung des Vierstangengestänges und zugehörigen Verbindungen zwischen dem Vierstangengestänge und dem zykloiden Antrieb. Weiterhin muß aufgrund der Anwen­ dung des Gestängesystems in einer Schweißpresse das Gestänge in der Lage sein, ungefähr 5 Tonnen durch einen Schub von 45 bis 61 cm in weniger als 2 Sekunden ohne Vibration oder In­ stabilitäten zu bewegen. Der Hebemechanismus sollte relativ kompakt sein, weil er notwendigerweise unter dem Förderer aufgestellt werden muß. Der Hebemechanismus muß strukturell starr in den Quer-, Längs- und Vertikalrichtungen sein, um den Kräften zu widerstehen, die durch die Arbeit, die an dem Werkstück geleistet wird und auf den Hebemechanismus durch die besonderen Vorgänge übertragen wird, die an dem Werkstück vorgenommen werden, wenn der Hebemechanismus sich in seiner gehobenen Stellung befindet, zu widerstehen. Natürlicherweise ist es wünschenswert, daß der Hebemechanismus schnell zu der Position des Förderers anhebt, behutsam das Werkstück er­ greift und aufnimmt und danach wieder schnell an das Ende seiner oberen Grenze seines Laufs aufsteigt, um die Werkzeug­ bestückung anzulegen, so daß Arbeit an dem Werkstück verrich­ tet werden kann. Nach dem Abschluß des Arbeitsvorgangs muß sich der Hebemechanismus schnell auf die Höhe des Förderers absenken, das Werkstück behutsam darauf ablegen und in seine Ruhestellung unter dem Förderer hinabfahren, wodurch dem För­ derer erlaubt ist, auf das nächste Werkstück weiterzuschal­ ten, wonach der Zyklus sich wiederholt.

Die Erfindung ist eine Vierstangenhebevorrichtung, worin ein Stillstand sowohl an der Anfangsgrenze wie auch an der End­ grenze seines Laufes (oder an beiden Enden seines Schubes) so erzeugt wird, daß Arbeit an einem Werkstück ausgeführt werden kann. Das Werkstück wird von einem Förderer durch das Vier­ stangengestänge zu einem Zwischenpunkt angehoben, welcher so gewählt ist, daß er eine variable Zeitfunktion der erforder­ lichen Gesamtzeit für einen vollen Schub wie auch innerhalb eines vorbestimmten Abstandes vom Mittelpunkt des Gesamt­ schubs des Gestängemechanismusses während des Intervalls, wenn ein Stillstand erzeugt wird durch einen assoziierten zy­ kloiden mechanischen Antrieb, welcher einen Stillstand er­ zeugt bei einem genauen Mittelpunkt seines Schubes äquidi­ stanz zwischen dem Anfang und dem Ende seines Schubes oder Laufes. Das Werkstück, das an der unteren Werkzeugbestückung vorgesehen ist, die an der Platte angebracht ist, wird zum Ende des Laufes der Vierstangenverbindung zu einer oberen Werkzeugbestückungsstation bewegt, welche die Arbeit an dem Werkstück ausführt. Die geradlinige Bewegung, die notwendig ist, um eine geeignete Ausrichtung der Werkzeugbestückung zu ergeben, kann durch irgendeinen passenden Mechanismus wie ein Scott-Russell Mechanismus oder eine relativ einfache verti­ kale Platte, die an der Platte montiert ist, welche zwischen einem Satz von Walzen angebracht ist, welche an der umgeben­ den Struktur vorgesehen sind, zur Verfügung gestellt werden. Der Vierstangenapparat lehrt die kinematische Bereitstellung von Anfang und Ende von Schubstillständen einschließlich der Beschleunigungs- und Abbremsungscharakteristiken hinein und aus den gewünschten Stillständen. Ein zykloides Antriebssy­ stem wird vorzugsweise verwendet, um den hebenden Vierstan­ genmechanismus anzutreiben, damit die gewünschte Beschleuni­ gungs- und Abbremsungscharakteristiken hinein und aus einem Zwischenstillstand erreicht wird, der mit dem Ergreifen eines Werkstücks auf dem Förderer assoziert ist, welcher den Vier­ stangenmechanismus innerhalb eines vorbestimmten Bereiches von Orten zwischen den Anfangs- und Endpositionen des Vier­ stangenhebesystems durchquert. Daher wird dem zykloiden An­ trieb nur die Lieferung eines dazwischenfallenden oder zwi­ schenliegenden Stillstandes anvertraut und nicht der Anfang oder das Ende von Schubstillständen. Diese einzigartige Kom­ bination erlaubt dem zykloiden Antrieb in Kombination mit dem Vierstangengestänge so "abgestimmt" zu werden, daß der dazwi­ schenliegende Stillstand nicht an dem genauen Mittelpunkt des Schubes auftreten muß, wie es im Stand der Technik gelehrt wird. Der dazwischenliegende Stillstand kann nun so program­ miert werden, daß er dem Vierstangenhebemechanismus erlaubt, das Werkstück auf dem Förderer bei einer unendlichen Anzahl von Orten innerhalb eines vorbestimmten Bereiches über oder unter dem genauen Mittelpunktstillstand zu ergreifen, unab­ hängig vom erforderlichen Zeitelement für den Lauf zu dem ge­ nauen Aufnahmepunkt ohne Rücksicht auf den Mittelpunktstill­ stand, der durch den zykloiden Antriebsmechanismus erzeugt wird.

Die Fig. 1, 2, 3 und 4 zeigen diagrammartig den Betrieb einer mechanischen Schweißpresse mit einem Förderer und einem ein Werkstück hebenden und senkenden Tisch;

Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung des verbesserten Vierstangenmechanismusses, wie er in einem Tischhebesystem ausgeführt ist;

Fig. 6 ist eine fragmentarische Längsvorderansicht des ver­ besserten Vierstangenmechanismusses mit dem Tischhebesystem in der voll aufrechten Stellung;

Fig. 7 ist eine Ansicht ähnlich zu Fig. 6, die den Vier­ stangenmechanismus in der voll abgesenkten Stellung in Ruhe zeigt;

Fig. 8 ist eine hervorhebende Ansicht, die entlang der Linie 8-8 von Fig. 5 genommen wurde;

Fig. 9A und 9B erläutern schematisch den Anfang und das Ende von Schubstillständen des Vierstangenmechanismusses je­ weils in der Ruheposition bzw. in der voll angehobenen Posi­ tion;

Fig. 10 zeigt eine graphische Kinematikdarstellung der Ver­ schiebung des Werkstückhaltetisches vs. Zeit für den verbes­ serten Vierstangenhebemechanismus des Tischhebesystems;

Fig. 11 zeigt eine graphische Kinematikdarstellung der Ge­ schwindigkeit des Werkstückhaltetisches vs. Uhrwinkel des Kniehebels für den verbesserten Hebemechanismus des Tischhe­ besystems;

Fig. 12A erläutert eine Seitenansicht eines bisherigen Scott-Russell-Geradlinien-Mechanismusses, wie er in dem Tischhebesystem in der voll herabgefahrenen Stellung ausge­ führt ist;

Fig. 12B ist eine Seitenansicht des Scott-Russell-Mechanis­ musses, wie er in dem Tischhebesytem in der voll angehobenen Position ausgeführt ist;

Fig. 13 erläutert einen Vergleich der Tischverschiebung vs. Zeit und der Tischgeschwindigkeit vs. Uhrwinkel eines Tisch­ hebesystems des Standes der Technik, das einen typischen zy­ kloiden Antrieb des Standes der Technik verwendet, um Still­ stände in Verbindung mit den bisherigen mechanischen Schweiß­ pressen zu erhalten;

Fig. 14 erläutert einen Vergleich der Verschiebung des Werk­ stückhaltetisches vs. Zeit mit der Kurve der phasenverscho­ benen zykloiden Antriebsgeschwindigkeit vs. Uhrwinkel in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, worin das Vierstangengestänge den Anfang und das Ende von Schubstill­ ständen erzeugt;

Fig. 15 erläutert einen Vergleich der Kurve der Verschiebung des Tischhebesystems vs. Zeit nach dem Stand der Technik mit der der vorliegenden Erfindung für ein Tischhebesystem, das einen Zwischenstillstand über der mittleren Schubposition aufweist;

Fig. 16 ist eine fragmentarische hervorhebende Ansicht des verbesserten Tischhebemechanismusses, die die Schnittstelle des zykloiden Antriebsausgangs mit dem Vierstangengestänge­ eingang illustriert.

Fig. 17 erläutert eine zerlegte perspektivische Ansicht der mechanischen Einstelleinrichtung für den Zwischenstopp;

Fig. 18 erläutert eine fragmentarische hervorhebende Ansicht der mechanischen Einstelleinrichtung für den Zwischenstill­ stand.

In bezug auf die Fig. 1 bis 4 ist allgemein eine mechani­ sche Schweißpresse 10 gezeigt, die einen Förderer 11 auf­ weist, der hierdurch läuft. Auf dem Förderer 11 sind Werk­ stücke 12 aufgestellt, welche taktweise einzeln in die mecha­ nische Schweißpresse 10 eingeführt werden. Ein Werkstückhal­ tetisch 13, der unter dem Förderer 11 vorgesehen ist, bewegt sich in einer geradlinigen vertikalen Bewegung, um das Werk­ stück 12 zu ergreifen und das Werkstück von dem Förderer in­ nerhalb der Schweißpresse zu einer Position über dem Förderer zu heben, wo die gewünschten Schweißvorgänge an dem Werkstück durchgeführt werden können.

Fig. 1 zeigt ein Werkstück 12, das auf dem Förderer 11 in­ nerhalb der mechanischen Schweißpresse 10 vorgesehen ist und vertikal mit den oberen und unteren Werkzeugen ausgerichtet ist, wobei die obere Werkzeugbestückung über Kopf 15 der me­ chanischen Schweißpresse und der unteren Werkzeugbestückung angebracht ist, welche an dem Werkstücktragetisch 13 vorgese­ hen ist. Fig. 2 zeigt den Werkstücktragetisch 13 und die as­ soziierte untere Werkzeugbestückung, die das Werkstück 12 auf der Höhe des Förderers 11 während eines Zwischenstillstandes des Tischhebesystems ergreift. Fig. 3 zeigt den Tragetisch 13 und die assoziierte untere Werkzeugbestückung mit dem dar­ aufliegenden Werkstück, der vertikal zu einer Endpunkt-Still­ stand-Schweißposition gehoben wird, wo die gewünschten Schweißvorgänge an dem Werkstück während des Endpunktstill­ standes des Vierstangengestänges bzw. Viergelenkhebelmecha­ nismus ausgeführt werden. Fig. 4 zeigt den Tragetisch 13, der auf der Höhe des Förderers 11 abgesetzt wurde, nachdem der Schweißvorgang durchgeführt wurde, wonach das Werkstück 12 während der Zwischenstillstandsposition zurückgegeben wird. Der Tragetisch 13 wird dann auf seine Ruheposition am Anfangspunktstillstand des Vierstangenverbinders abgesenkt, wie in Fig. 1 gezeigt ist, und der Förderer 11 wird veran­ laßt, das nächste Werkstück in die mechanische Schweißpresse 10 zu führen und gleichzeitig das Werkstück, an welchem Ar­ beit ausgeführt wurde, zu entfernen.

Fig. 5 erläutert bildlich einen verbesserten Viergelenkme­ chanismus 20 zum Bewegen des Werkstücktragetisches 13 von ei­ ner Ruheposition zu einer vertikal ausgefahrenen Position, wie es allgemein in Fig. 3 dargestellt ist. Zum Zwecke der Klarheit ist der Werkstücktragetisch 13 nun in Fig. 5 mit Ausnahme der Befestigungshalterungen 16 des Werkstücktrageti­ sches gezeigt. Der Werkstücktragetisch 13 wird im allgemeinen durch zwei im wesentlichen identische Gestängemechanismen bzw. Lenkhebelmechanismen 20 gestützt, die in seitlichem Ab­ stand angeordnet sind, wobei jeder Vierstangenmechanismus an dem Werkstücktragetisch 13 durch längs beabstandete Befesti­ gungs- oder Anbringungshalterungen 16 befestigt ist. An jeder Anbringungshalterung 16 ist ein Hebeverbindungsglied 21 befe­ stigt, welches ihrerseits jeweils durch assoziierte Kniehebel 22, 23, 24 und 25 angetrieben werden. Die Kniehebel 22 und 24 sind starr durch ein Torsionsrohr 27 zwischenverbunden und die Kniehebel 22 und 25 sind starr durch ein Torsionsrohr 26 zwischenverbunden. Die Kniehebel 23 und 24 sind mit den Knie­ hebeln 22 und 25 durch jeweilige Zugglieder 28 bzw. 29 ver­ bunden, wodurch ein Vierstangenmechanismus an jeder Querseite des Werkstücktragetisches gebildet wird. Eine Antriebsverbin­ dung 30, welche durch einen Hebel 34 angetrieben wird, ist an dem Kniehebel 22 befestigt. Der Hebel 34 ist Teil eines Knie­ hebelaufbaus 31, welcher zwischen dem zykloiden Antrieb 60, der in Fig. 16 gezeigt ist, und dem Vierstangenmechanismus vorgesehen ist. Der Kniehebelaufbau 31 schließt ein Torsions­ rohr 32, einen Hebel 33 und den Hebel 34 ein, welcher axial an jedem Ende desselben vorgesehen ist. Der Hebel 33 des Kniehebelaufbaus 31 ist mit einer Antriebsstange 35 mit Hilfe eines Hubeinstellmechanismus 40 verbunden, welcher im weite­ ren beschrieben wird. Die Antriebsstange 35 wird vorzugsweise durch ein zykloides Antriebssystem 60 angetrieben, das in Fig. 16 gezeigt ist, und im folgenden näher beschrieben wird.

Ebenso ist ein sogenannter Scott-Russell-Geradlinie-Mechanis­ mus unter dem Werkstücktragetisch vorgesehen und an diesen befestigt. Der Scott-Russell-Mechanismus ist in Fig. 5 nicht im Detail gezeigt worden, um die Figur nicht zu verkomplizie­ ren; jedoch ist die allgemeine Anordnung des Scott-Russell- Mechanismusses durch das quaderförmige Gebilde angedeutet, welches als Element 50 bezeichnet ist. Die bevorzugte Ausfüh­ rungsform des Scott-Russell-Mechanismusses ist im Detail in Fig. 12, 13 und 14 gezeigt und wird hiernach beschrieben.

Um ein besseres Verständnis des Gesamtbetriebes des verbes­ serten Werkstückhaltetischhebesystems zu ermöglichen, ist der Betrieb des mechanischen Gestängesystems abgetrennt von dem zykloiden Antriebsmechanismus ausgeführt, um die kinemati­ schen Charakteristiken, welche durch das Vierstangensystem gegeben sind, getrennt von den Charakteristiken des zykloiden Antriebs zu klären.

Mit Bezug auf die Fig. 6, 7, 8, 9A und 9B zeigt Fig. 7 den Werkstücktragetisch 13 in seiner Ruhestellung, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Fig. 6 zeigt den Werkstücktragetisch in seiner vertikal ausgefahrenen Stellung, wie in den Fig. 3 und 5 dargestellt ist.

Ein Ausgangsteil 60 des zykloiden Antriebsmechanismusses, wie in Fig. 16 gezeigt ist, ist an der Antriebsstange 35 befe­ stigt und bewegt die Antriebsstange 35 in eine translatori­ sche Bewegung, wie es durch den Doppelpfeil A in Fig. 6 be­ zeichnet ist. Beginnend in der Ruhestellung, wie in Fig. 1 und 7 erläutert und schematisch in Fig. 9A bezeichnet ist, bewegt der zykloide Antriebsmechanismus 60 die Antriebsstange 35 aufwärts, wie in den Fig. 7 und 9A zu sehen ist, wo­ durch die Hebel 33 und 34 des Kniehebelaufbaus 31 zu einer Gegen-Uhrzeigersinn-Drehung veranlaßt werden. Durch die Dre­ hung entgegen dem Uhrzeigersinn des Kniehebelaufbaus 31 wird das Antriebsverbindungsglied 30, das ein Ende mit dem Verbin­ dungsglied 34 an dem Drehpunkt 1 aufweist, zu einer Drehung in Uhrzeigersinn um seine Schwenkverbindung 2 an dem Kniehe­ bel 22 veranlaßt und beginnt sich nach rechts zu verschieben, da der Kniehebel 22 um den Drehpunkt 3 schwenkt, wie in Fig. 9A zu sehen ist. Da der Hebel 34 seine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn fortsetzt, bewirkt das Antriebsverbindungsglied 30 eine Drehung im Uhrzeigersinn des Kniehebels 22 um den Drehpunkt 3, wie in Fig. 9A zu sehen ist, wodurch das Hebe­ verbindungsglied 21 zu einer Drehung entgegen dem Uhrzeiger­ sinn um den Drehpunkt 4 an dem Kniehebel 22 veranlaßt wird und verschiebt sich zu der vertikalen Position, wie in den Fig. 5 und 6 und schematisch in Fig. 9B gezeigt ist.

Es ist zu erkennen, daß aufgrund der starren Verbindung des Kniehebels 25 an dem Kniehebel 22 durch das Torsionsrohr 26 und aufgrund der Verbindung der Kniehebel 23 und 24 mit den Kniehebeln 22 und 25 durch die Lenkschubstangen 28 und 29 alle vier Hebelverbindungsglieder identische Wege zurückle­ gen, wie es in den Fig. 9A und 9B angezeigt ist. Es ist zu beachten, daß die geradlinige Bewegung der Hebelverbindungs­ glieder 21 durch den Scott-Russell Mechanismus erzeugt wird, der an dem Werkstücktragetisch 13 angebracht ist, wie im wei­ teren diskutiert wird.

Mit Bezug auf die Fig. 9A und 9B kann gesehen werden, daß während des Vierstangengestängezyklusses durchgehend von der Ruheposition von Fig. 9A bis zur vertikal ausgestreckten Po­ sition von Fig. 9B weder eines der Verbindungsglieder noch irgendeine Verbindung einen Kniehebel überquert. Daher können die Hebelverbindungsglieder 21, die Kniehebel 22 und 23, die Lenkschubstangen 28 ausgeführt sein, wie es in Fig. 8 zu se­ hen ist, wobei sie eine wesentliche Verbindungsstruktur auf­ weisen und dennoch kompakt, robust und leicht innerhalb der Abgrenzungen des Werkstücktragetisches 13 unterzubringen sind.

Eine ähnliche Verbindungsstruktur ist ebenso zwischen dem vorderen Paar von Hebeverbindungsgliedern 21 in Verbindung mit den Kniehebeln 24 und 25 vorgesehen, wodurch ein Wider­ stand gegen Querbelastungen erzielt wird, welche auf den Werkstücktragetisch 13 während der Schweißvorgänge ausgeübt werden, das heißt, Belastungen quer zur Längsrichtung des Werkstücktragetisches wie auch Belastungen in Längsrichtung des Werkstücktragetisches.

Obwohl der Vierstangenmechanismus, der in den Fig. 5, 6, 7, 9A und 9B gezeigt ist, kein Geradlinienmechanismus ist, ist der Ort des Gelenkpunktes 5 in Fig. 9A, der das Hebever­ bindungsglied 21 mit der Befestigungshalterung 16 des Werk­ stücktragetisches 13 verbindet, eingeschränkt auf einen ge­ radlinigen vertikalen Weg, der durch die Befestigung des ge­ radlinigen Scott-Russell Mechanismusses 50 vorgeschrieben ist, wie er in Fig. 5 und im Detail in den Fig. 12A und 12B gezeigt ist. Offensichtlich sind die anderen drei Tisch­ befestigungshalterungen 16 und der Werkstücktragetisch eben­ falls darauf eingeschränkt, geradlinigen Bahnen zu folgen.

Es ist zu beachten, wie in Fig. 9A gezeigt ist, daß wenn der Vierstangenmechanismus sich in der voll zurückgezogenen Posi­ tion befindet, der Hebel 34 des Kniehebelaufbaus 31 und das Antriebsverbindungsglied 30 einen Kniehebel- (toggle) oder Stillstandmodus (dwell mode) bilden. Ähnliches gilt, wenn der Vierstangenmechanismus sich in seiner voll ausgefahrenen ver­ tikalen Stellung befindet, wie in Fig. 9B gezeigt ist, das Hebeverbindungsglied 21 und der Kniehebel 22 ein Kniehebel- oder Stillstandmodus bilden. Daher erzeugt das Vierstangenge­ stänge ein Knebel und Stillstand an jedem Ende des vollen Hubs, wobei eine verschiedene Kombination von Verbindungs­ gliedern des Vierstangenmechanismusses für jeden Stillstand bzw. Totpunkt verwendet wird.

Fig. 10 erläutert eine graphische Darstellung in Form einer Kurve, die die vertikale Verschiebung des Drehpunktes 5 auf dem Hebeverbindungsglied 21 vs. Winkeldrehung des Hebels 34 auf dem Kniehebelaufbau 31 aufzeichnet. Es ist zu beachten, daß die Änderungsgeschwindigkeit der Verschiebung von Punkt 5 mit Bezug auf die Winkeldrehung des Hebels 34 von ungefähr 20° bis ungefähr 50° konstant ist und daß der Mittelschub des Drehpunktes 5 des Hebeverbindungsgliedes 21 nahe dem Mittel­ punkt der gesamten Winkeldrehung des Hebels 34 des Kniehe­ belaufbaus auftritt.

Da die Kurve von Fig. 10 ebenso den Abstand vs. Zeit dar­ stellt und da die erste Ableitung des Abstandes in bezug auf die Zeit die Geschwindigkeit ist, ist es augenscheinlich, daß die Geschwindigkeit des Drehpunktes 5 und daher die Geschwin­ digkeit des Werkstücktragetisches 13 nahezu konstant zwischen ungefähr 20° bis 50° Drehung des Hebels 34 ist. Somit wurde die Kurve der harmonischen Geschwindigkeit vs. Zeit für den Drehpunkt 5 und den Werkstücktragetisch 13 verändert, um einen konstanten Geschwindigkeitsbereich (Null Beschleuni­ gung) über einen ungefähren Mittelschubbereich einzu­ schließen, wie in Fig. 11 gezeigt ist. Der Vorteil dieses veränderten Geschwindigkeitsprofils wird weiter unten be­ schrieben.

Mit Bezug auf Fig. 11, weil der Stillstand, der durch die Kombination des Antriebsverbindungsgliedes 30 und des Hebels 34 am Fuße des Schubes erzeugt wurde, wie in Fig. 9A gezeigt ist, beschleunigt der Drehpunkt 5 von Null-Geschwindigkeit sehr schnell, weil der Kniehebelaufbau 31 zuerst beginnt ge­ gen den Uhrzeigersinn zu drehen um das Anheben des Werkstück­ tragetisches 13 zu starten, wie in Fig. 11 gezeigt ist. Ähn­ liches gilt, wenn der Drehpunkt 5 sein Ende der Schubverti­ kalverschiebung erreicht, dann nähern sich der Kniehebel 22 und das Hebeverbindungsglied 21 schnell einer Knebel- oder Stillstandsposition, wie in Fig. 9B gezeigt ist, was zu ei­ ner schnellen Abbremsung auf Null-Geschwindigkeit führt, wie in Fig. 11 gezeigt ist. Zwischen der schnellen Beschleuni­ gung und der schnellen Abbremsungsphase der Geschwindigkeits­ kurve ist die Geschwindigkeit des Drehpunktes 5 relativ kon­ stant, die in Fig. 11 gezeigt ist. Auf diese Weise liefert das Vierstangengestänge die erforderliche Abbremsungs- und Beschleunigungscharakteristiken hinein und aus den beiden En­ den der Schubstillstandspositionen wie auch eine konstante Geschwindigkeitscharakteristik während eines Mittelpunktbe­ reiches des Laufes, wodurch das Ende der Schubstillstände, die durch das zykloide Antriebssystem geliefert werden, voll­ ständig außer Acht gelassen werden können und dem Vierstan­ gengestänge ganz vertraut werden kann, daß es die Endpunkt­ stillstandscharakteristiken liefert.

Das ist leicht bewiesen, weil die Dreiecke 6, 7, 8 und 6, 7, 9 ein gleichschenkliges Dreieck für alle Positionen des Ge­ radlinien-Gestänges darstellen.

Durch Kombination der Vierstangemechanismusses, wie er hier gelehrt wird, mit dem Scott-Russell-Mechanismus wie oben be­ schrieben, ist es möglich eine bedeutende strukturelle Steif­ heit in dem Werkstücktragetisch 13 zu erreichen, wenn er sich in der vertikal ausgefahrenen Position befindet, die in den Fig. 1, 5 und 6 gezeigt ist, weil die Steifheit durch die strukturelle Gesamtheit der kombinierten Kniehebel und durch die Torsionsrohre wie auch die assoziierten Lenkschubstangen und Hebeverbindungsglieder erreicht wird. Wie oben ausgeführt ist, da der Vierstangenhebemechanismus keine kreuzenden Ver­ bindungen während seines Betriebszykluses aufweist, können die Hebeverbindungsglieder 21 und die stützenden Kniehebel und assoziierten Torsionsrohre strukturell so ausgelegt wer­ den, daß sie beträchtlichen Querbelastungen widerstehen. Ob­ wohl der Vierstangenmechanismus in seiner strukturellen Steifheit in der Längsrichtung beschränkt ist, namentlich parallel zu den Lenkschubstangen 28 und 29, liefert der Scott-Russell Mechanismus in Kombination mit dem Vierstangen­ gestänge die notwendige Längssteifheit, um allen bekannten Längskräften zu widerstehen, die durch die Werkzeugbestückung hervorgerufen werden, wenn Arbeit an dem Werkstück verrichtet wird.

Mit Bezug auf die Fig. 9B und 12B, welche den Werkstück­ tragetisch 13 in seiner voll angehobenen Position zeigen, kann gesehen werden, daß wenn eine Längsbelastung L auf den Werkstücktragetisch und folglich auf den Drehpunkt 9 des Scott-Russell-Mechanismusses ausgeübt wird, der an der Unter­ seite des Werkstücktragetisches 13 angebracht ist, die Steif­ heit der Dreiecksverbinder des Scott-Russell Mechanismusses in Kombination mit der Steifheit des hierin offenbarten Vier­ stangenmechanismusses zusammenwirken, um solchen Lasten ent­ gegenzuwirken. Beim Anlegen einer Last L am Drehpunkt 9 er­ laubt die Kinematik des Scott-Russell Mechanismusses nur Be­ wegungen in der vertikalen Richtung entlang der Linie B. Da jedoch der Vierstangenhebelverbinder und der assoziierte Werkstücktragetisch 13 sich in ihrer obersten Position befin­ den, wird der Kniehebeleffekt des Verbindungsgliedes 21 und seine tragende Kniehebel nicht auf irgendeine Abwärtsbewegung reagieren bis eine Drehung in Uhrzeigersinn des Kniehebelauf­ baus 31 auftritt.

Daher kann ein maximaler Widerstand gegen Längsbelastungen in der voll aufgerichteten Position am effektivsten durch die Kombination des Vierstangemechanismusses mit dem Scott-Rus­ sell-Mechanismus der geradlinigen Bewegung erreicht werden.

Wie hier offenbart ist, erzeugt die Vierstangensystemstruktur Schubendestillstände, aber liefert kinematisch nicht den ge­ wünschten Mittelschub oder dazwischenliegenden Stillstand, wo der Werkstücktragetisch 13 das Werkstück 12 ergreift, um es von dem Förderer 11 zu heben. Dieser Stillstand wird vorzugs­ weise durch einen zykloiden Antriebsmechanismus bereitge­ stellt, welcher als Element 60 in Fig. 16 gezeigt ist. Im Interesse der Kürze ist eine ausführliche Erklärung des zy­ kloiden Mechanismusses hier nicht gegeben. Der Leser wird auf Unites States Letter Patent 3,789,676 von John H. Brems vom 5. Februar 1974 verwiesen, welches hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen ist und insbesondere Fig. 12, welche den zy­ kloiden Antriebsmechanismus beschreibt, der zum Antrieb des mechanischen Hebemechanismusses gewählt wurde.

Fig. 13 illustriert die Kurve der Geschwindigkeit vs. Zeit für ein zykloides Antriebssystem aus dem Stand der Technik wie auch eine Kurve der Verschiebung vs. Zeit, wie sie ty­ pisch in Hebesystemen des Standes der Technik gefunden wird, welche diesen zykloiden Antrieb verwenden. Die durchgezogene Kurve des Verschiebungsprofils stellt eine Charakteristik ei­ nes mechanischen Schweißsystems dar, welches seinen Mittel­ schubstillstand (wo der Werkstücktragetisch das Werkstück von dem Förderer ergreift) genau am Mittelpunkt der Gesamtschub­ zeit zur Vervollständigung des Gesamtschubes hat. Wie in Fig. 13 zu sehen ist, verläßt man sich auf den zykloiden An­ trieb, daß er alle drei Stillstände liefert, sowohl die Schu­ bendstillstände wie auch des Stillstandes genau am Mittel­ punkt der Zeit der gesamten Schubzeit. Wie Fig. 13 zeigt, sind die assoziierten Geschwindigkeiten und Beschleunigungen zum Eintritt und Austritt jedes Stillstandes ebenso durch den zykloiden Antrieb gegeben.

Da der zykloide Antrieb die Beschleunigungsrampen am unteren Ende und am oberen Ende des Gesamtschubes liefern muß und we­ gen der innewohnenden Charakteristiken des zykloiden An­ triebs, muß der Mittelschubstillstand daher am Mittelpunkt der Zeit der Gesamtzeit zum Vervollständigen des Schubes auf­ treten, nämlich bei 360° Uhrwinkel wie auch genau bei 1,5mal der Zeit (t₁) der Gesamtzeit, welche der Antrieb braucht, um den vollständigen Schub auszuführen. Der Uhrwinkel ist der Drehwinkel der Ausgangswelle des zykloiden Antriebs. Der zy­ kloide Antrieb muß durch volle 720° drehen, um einen vollen Schub des Hebemechanismusses auszuüben.

In mechanischen Schweißknies nach dem Stand der Technik kön­ nen kinematische Charakteristiken geändert werden durch Ver­ änderung des Verhältnisses des geradlinigen Verbinders zur Lokalisierung des Mittelschubstillstandes bei einer Verschie­ bung, die etwas größer als der Mittelschub ist, wie durch ge­ strichelte Linien in Fig. 15 gezeigt ist, wobei der Mittel­ schubstillstand dennoch am Zeitmittelpunkt der Zykluszeit auftreten muß. Daher wird eine solche Änderung bei den bishe­ rigen Hebegestänge durch einen Anstieg in den Pferdestärkeer­ fordernissen zum Heben des Werkstücktragetisches auf eine hö­ here Mittelhubstillstandsposition begleitet, weil der Anhub zum Mittelschubstillstand innerhalb derselben gegebenen Zeit­ dauer erfolgen muß. Daher können die bisherigen Hebesysteme den Mittelschubstillstand wohl im Abstand, aber nicht in der Zeit verschieben, da er immer bei 360° Uhrwinkeldrehung auf­ treten muß, was eine Charakteristik des zykloiden Antriebs ist. Da jedoch der verbesserte Vierstangenmechanismus, wie er hier offenbart ist, nicht auf den zykloiden Antrieb angewie­ sen ist, um die oberen und unteren Stillstände zu erzeugen, kann die Kurve der zykloiden Geschwindigkeit vs. Zeit des zy­ kloiden Antriebs eingestellt oder phasenverschoben werden in bezug auf die Zeit, wodurch ein mechanisches Schweißknie zur Verfügung gestellt wird, bei dem der Mittelhubstillstand sowohl im Abstand wie auch in der Zeit verschoben werden kann.

Fig. 14 erläutert die Kurve der Tischverschiebung vs. Zeit für den verbesserten Vierstangenmechanismus wie auch die Kurve Geschwindigkeit vs. Zeit für das zykloide Antriebssy­ stem, das den Vierstangenmechanismus gemäß der Erfindung an­ treibt. Es ist zu beachten, daß, weil der Vierstangenmecha­ nismus nicht auf den zykloiden Antrieb vertraut, um in den unteren und oberen Stillstand hinein- und herauszufahren, braucht der zykloide Antrieb nicht bei 0° Uhrwinkel anzufan­ gen oder bei 720° Uhrwinkel zu enden. Durch Verwendung des Vierstangenmechanismusses mit dem dazugehörigen unteren und oberen Stillstand in Kombination mit dem zykloiden Antrieb kann der Mittelpunkt- oder Zwischenstillstand zu jeder ge­ wünschten Zeit t_i innerhalb der Gesamtzeit des Zyklusses festgelegt werden, wie in Fig. 14 gezeigt ist. So kann durch den verbesserten Vierstangenmechanismus in Kombination mit dem zykloiden Antrieb der zwischenliegende Stillstand zum Aufnehmen des Werkstücks von dem Förderer einfach in der Zeit wie auch im Abstand verändert werden alleine durch Phasenver­ schiebung der Kurve der zykloiden Antriebsgeschwindigkeit vs. Zeit nach links oder rechts, wie in Fig. 14 zu sehen ist.

So kann, wie in Fig. 14 gezeigt ist, die zykloide Antriebs­ kurve phasenverschoben werden, so daß zu einer Zeit gleich 0 mit dem Werkstücktragetisch 13 in seiner Ruheposition (Fig. 1, 7 und 9A) der zykloide Antrieb vorwärts gestellt wird, damit er bei einem Uhrwinkel von 115° beginnt und willkürlich bei 570° endet. Der Uhrwinkel des zykloiden Antriebs am Ende des Hebezyklusses ist eine Funktion der Hebelverhältnisse des Kniehebelaufbaus 31 und des hier beschriebenen Vierstangenhe­ bemechanismusses 20.

Fig. 15 illustriert einen Vergleich von Kurven der Werk­ stücktragetischverschiebung vs. Zeit für ein Hebesystem, worin das Werkstück bei einer Zwischenstillstandsposition von ungefähr 67% oder 2/3 des maximalen Schubs ergriffen wird. Die durchgezogene Linie stellt die Verschiebung vs. Zeit für den verbesserten Vierstangenmechanismusantrieb durch einen zykloiden Antrieb dar, welcher eine phasenverschobene Zeit­ kurve wie in Fig. 14 aufweist. Die durchbrochene Linie stellt die Verschiebung vs. Zeit für ein Verbindungssystem nach dem Stand der Technik dar, welches durch ein zykloides Antriebssystem angetrieben wird, das in Fig. 13 gezeigt ist. Wie in Fig. 15 zu sehen ist, muß das bisherige Hebesystem die Anhebung bis zum Mittelpunktstillstand innerhalb der Zeit t₁ = t/2 oder bei der Mittelpunktzykluszeit des zykloiden An­ triebs vollführen, wie in Fig. 13 gezeigt ist. Wird jedoch das verbesserte Vierstangengestänge in Kombination mit dem zykloiden Antriebshebesystem der vorliegenden Erfindung ver­ wendet, dann kann die Anhebung auf die Zwischenstillstandspo­ sition über eine variable Zeit t_v auftreten, wie in Fig. 15 gezeigt ist. Alternativ kann eine kürzere Zeit t_i (die klei­ ner als t/2 ist) gewählt werden, um das Werkstück aufzunehmen bevor der Tisch um die Hälfte seines Laufes verschoben ist.

Da die Pferdestärke HP bestimmt ist durch:

HP = M×D²/T³

wobei
M = Masse
D = Abstand
T = Zeit
ist erkennbar, daß je mehr Zeit verwendet wird, um den Tisch zu der Zwischenstillstandsposition anzuheben, um so deutli­ cher wächst der Nenner, weil die Zeit mit der dritten Potenz eingeht, was zu einer niedrigeren Pferdestärkeerfordernis führt, um den Tisch zu dem Zwischenstillstand anzuheben. Ob­ wohl die Zeit t verkürzt wurde für die Anhebung von dem Zwi­ schenstillstand zum Stillstand am Ende des Laufes an der obe­ ren Position wurde der Abstand D im Zähler bedeutend ver­ kleinert. Dadurch kann eine Verminderung der Gesamtpferde­ stärkeerfordernis über den gesamten Hebezyklus durch die Ver­ wendung des Vierstangenmechanismusses verwirklicht werden, wenn der Mittelschubstillstand von dem genauen Mittelpunkt in der Zeit verschoben ist.

Die Fig. 16, 17 und 18 illustrieren eine Technik, bei wel­ cher das Hebelarmverhältnis des Hebels 33 zum Hebel 34 wahl­ weise geändert werden kann, um die Zwischenstillstandsposi­ tion des Werkstücktragetisches 13 während seines Zyklusses zu verändern.

Fig. 16 illustriert den zykloiden Antrieb und sein assozi­ iertes Antriebsverbindungsglied 35, das an dem Hebel 33 des Kniehebelaufbaus 31 an einem Befestigungspunkt 40, welcher an den zwei Hebeleinstellplatten 41, 42 vorgesehen ist, befe­ stigt ist. Wie in Fig. 17 zu sehen ist, besteht der Hebel 33 des Kniehebelaufbaus 31 vorzugsweise aus zwei parallelen He­ beln 33A und 33B, die an dem Torsionsrohr 32 befestigt sind. An jeder Seite des Hebels 33A und 33B sind zwei Hebelein­ stellplatten 41 und 42 vorgesehen, die an den Hebeln 33A und 33B jeweils durch geeignete Befestigungselemente 45 befestigt sind, welche durch die Durchgangsöffnungen 46 reichen, wie gezeigt ist, wobei die Befestigungselemente gewindeartig in die Hebel 33A und 33B eingreifen. Weiterhin sind in den He­ beln 33A und 33B Führungsdurchgangsöffnungen 44 vorgesehen, die gleitbar darin einen Führungsstift 43 aufnehmen, der an den Einstellplatten 41 und 42 befestigt ist.

Wie der obigen Beschreibung entnommen werden kann, können die Einstellplatten 41 und 42 entlang der Richtung, die durch den Doppelpfeil R in Fig. 18 angezeigt ist, entlang den Durch­ gangsöffnungen 46 durch teilweises Lösen der Befestigungsele­ mente 45 und Beibehaltung des Führungsstiftes 43 in der mitt­ leren Durchgangsöffnung 46 verschoben werden. Dadurch kann der Hebelarm M des Hebels 33, wie er in Fig. 16 gezeigt ist, wahlweise vergrößert oder verkleinert werden, um wahlweise die Verschiebung des Zwischenstillstandes zu verändern. Ent­ sprechend ist der Zwischenstillstand nicht nur in t einstell­ bar durch Synchronisierung des zykloiden Antriebsstarts der Zyklusposition mit dem Verbindungsstart der Zyklusposition, sondern auch verschoben werden durch die Einstellplatten 41 und 42 relativ zum Hebel 33, um auf den Hebel A und M einzu­ wirken. Eine Verkleinerung des Hebelarms M des Hebels 33 führt zu einer größeren Winkeldrehung des Kniehebelaufbaus 31 für eine gegebene Linearverschiebung des Antriebsgestänges 35. Entsprechend führt eine Vergrößerung der Länge des Armes M des Hebels 33 zu einer Verminderung der Winkeldrehung des Kniehebelaufbaus 31 für eine gegebene Linearverschiebung des Antriebsgestänges 35. Folglich kann der Zwischenstillstand des Werkstücktragetisches 13, wie er durch die kombinierte Kinematik der Hebeverbindung und des zykloiden Antriebssy­ stems bestimmt ist, mechanisch gewählt werden, um die Ver­ schiebung des Zwischenstillstandes über oder unter dem Ab­ standsmittelpunkt des Gesamtzuges durch wahlweise Verminde­ rung oder Vergrößerung der Länge M des Hebels 33 verändert werden. Nach der Wahl der gewünschten Stellung der Länge M des Hebels 33 kann ein Querkeil 48 und eine Querrille 56 die Einstellplatten 41, 42 in der gewählten Position halten.

Die Erfindung wurde gezeigt und beschrieben in der Ausführung in einer vertikalen Schweißpresse. Jedoch ist es für den Fachmann im Maschinenbau offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung auch in jeder Maschine eingesetzt werden kann, wel­ che einen Zwischenpunktstillstand erfordert, gleichgültig ob die Maschine eine geradlinige Lastverschiebung ausführt oder nicht.

Obwohl die Erfindung ausführlich in bezug auf die bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde, gibt es Abänderungen und Modifikationen, die im Rahmen der Erfindung liegen, welcher beschrieben und definiert wird durch die folgenden Ansprüche.

Claims (9)

1. Mechanische Gelenkeinrichtung (20) zur Bewegung eines Werktisches (13), welcher über der Basis einer Maschine (10) angeordnet ist, von einer ersten oder Ruhestel­ lung, welche einen ersten Stillstand definiert, zu ei­ ner zweiten oder Arbeitsstellung, welche einen zweiten Stillstand definiert, gekennzeichnet durch
einen Eingangsverbinder (21);
erste Kniehebeleinrichtung (23, 24), die schwenkbar an den Eingangsverbinder vorgesehen ist, wobei die erste Kniehebeleinrichtung ein erstes Gelenk (2) aufweist, welches an dem Eingangsverbinder vorgesehen ist; ein zweites Gelenk (3), welches an der Basis der Maschine vorgesehen ist, und ein drittes Gelenk (4), welches von dem ersten und dem zweiten Gelenk beabstandet ist;
zweite Kniehebeleinrichtung (22, 25), welche um einen vorbestimmten Abstand von der ersten Kniehebeleinrich­ tung beabstandet ist, wobei die zweite Kniehebelein­ richtung mindestens ein Kniehebelteil aufweist, das ein erstes Gelenk (4) definiert; ein zweites Gelenk (3), welches an der Basis der Maschine vorgesehen ist und ein drittes Gelenk (2), welches vom ersten Gelenk (4) und dem zweiten Gelenk (3) beabstandet ist;
ein Antriebsverbinder (28, 29), dessen eines Ende schwenkbar an dem dritten Gelenk (2) der ersten Kniehe­ beleinrichtung (23, 24) vorgesehen ist und dessen ge­ genüberliegendes Ende schwenkbar an dem ersten Gelenk des mindestens einen Kniehebelteils der zweiten Kniehe­ beleinrichtung vorgesehen ist; und durch
einen Ausgangsverbinder (21), dessen eines Ende schwenkbar an dem Werktisch vorgesehen ist und dessen gegenüberliegendes Ende schwenkbar an dem dritten Ge­ lenk (4) des mindestens einen Kniehebelteils (22, 25) der zweiten Kniehebeleinrichtung vorgesehen ist, wo­ durch der Eingangsverbinder von der ersten Stellung, welche einen ersten Stillstand der mechanischen Gelenk­ einrichtung (20) definiert, verschoben wird, wobei die Kniehebeleinrichtung um das zweite Gelenk (3), welches an der Basis der Maschine vorgesehen ist, gedreht wird und wobei der Antriebsverbinder (28, 29) die zweite Kniehebeleinrichtung (22, 25) um den zweiten Gelenk­ punkt (2) der zweiten Kniehebeleinrichtung dreht, um den Werktisch (13), welcher an dem Ausgangsverbinder (21) vorgesehen ist, zu einer zweiten Stellung zu ver­ schieben, die einen zweiten Stillstand der mechanischen Gelenkeinrichtung definiert.

2. Vorrichtung zum Festlegen von Laufendestillstandspunk­ ten innerhalb einer gegebenen Maschinenzykluszeit t, welche durch einen vollständigen Verschiebungshub von einem ersten vorbestimmten Beginn des Laufes oder Soh­ lenposition bis zum vorbestimmten Ende des Laufes oder Scheitelposition definiert wird, gekennzeichnet durch
eine Basis;
eine mechanische Gelenkeinrichtung (20), die an der Ba­ sis vorgesehen ist, wobei die mechanische Gelenkein­ richtung (20) mindestens eine Eingangsverbindung an ei­ nem Ende desselben und eine Ausgangsverbindung am ande­ ren gegenüberliegenden Ende desselben aufweist;
erste Einrichtung zum Liefern eines Stillstandes des Eingangsverbinders der mechanischen Gelenkeinrichtung, wenn die Maschinenzykluszeit t an einem ersten vorbe­ stimmten Anfang des Laufes oder der Sohlenposition des vollständigen Verschiebungshubes ist; und
zweite Einrichtung zum Liefern eines Stillstandes des Ausgangsverbinders der mechanischen Gestängeeinrich­ tung, wenn die Maschinenzykluszeit t an dem zweiten vorbestimmten Ende des Laufes oder der Scheitelposition des vollständigen Verschiebungshubs ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (41, 42) zum Festlegen eines Zwischen­ stillstandpunktes bei einer Maschinenzykluszeit, die größer als Null, aber kleiner als die Maschinenzyklusz­ eit t ist.

4. Verfahren zum Festlegen eines Zwischenstillstandes in­ nerhalb einer gegebenen Maschinenzykluszeit t, wobei die Maschinenzykluszeit t durch eine Maschine definiert wird, welche vollständige Verschiebungshübe von einem ersten vorbestimmten Anfang des Schubes oder Sohlenpo­ sition zu einem zweiten vorbestimmten Ende des Hubs oder Scheitelposition erzeugt, gekennzeichnet durch
Vorsehen einer mechanischen Gelenkeinrichtung (20) mit Geschwindigkeitscharakteristiken, welche einen Still­ stand an einer vorbestimmten Anfangsschubstellung und einen Stillstand an einer zweiten vorbestimmten Huben­ destellung des vollständigen Verschiebungshubs liefern;
einen Antrieb der mechanischen Gelenkeinrichtung (20) mit einer zykloiden Antriebseingangseinrichtung (60), die Geschwindigkeitscharakteristiken aufweist, welche ein Stillstand an der ersten vorbestimmten Schuban­ fangsstellung liefert;
einen Stillstand an der zweiten vorbestimmten Hubend­ stellung und ein Mittelhubstillstand an dem genauen Zeitmittelpunkt der Maschinenzykluszeit t; und
Synchronisierung der Geschwindigkeitscharakteristiken der zykloiden Antriebseingangseinrichtungen (60) mit den Geschwindigkeitscharakteristiken der mechanischen Gelenkeinrichtung (20) in solcher Weise, daß die Lauf­ anfangsposition des zykloiden Antriebs bei einem Uhr­ winkel größer als Null (0°) Grad aber nicht weniger als dreihundertsechzig (360°) Grad beginnt, wenn die mecha­ nische Gelenkeinrichtung sich in einer ersten vorbe­ stimmten Hubanfangs- oder Sohlenstellung befindet, wo­ durch der Mittenhubstillstand des zykloiden An­ triebseingangseinrichtung wahlweise phasenverschoben wird in bezug zu den ersten vorbestimmten Hubanfangs­ stillständen der mechanischen Gelenkeinrichtung, um einen Zwischenstillstandspunkt innerhalb der gegebenen Maschinenzykluszeit t zu liefern zwischen einem der er­ sten vorbestimmten Hubanfangsstellung und dem Mitten­ hubstillstandes des zykloiden Antriebs und der zweiten vorbestimmten Hubendestellung und dem Mittenhubstill­ standes des zykloiden Antriebs (60).

5. Maschine (10) mit einem Förderer (11), der sich durch diese erstreckt, zum Tragen eines Werkstücks (12), und einer Arbeitsstation (15), welche innerhalb der Ma­ schine über einem Teil des Förderers vorgesehen ist, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (13) zum Stützen des Werkstücks, wobei die Stützeinrichtung unterhalb der Arbeitsstation in­ nerhalb der Maschine angeordnet ist;
eine Einrichtung (20) zum Heben der Halteeinrichtung, wobei die Hebeeinrichtung mit der Stützeinrichtung und dem assoziierten Werkstück verbunden ist, um dieses Werkstück von dem Förderer (11) zu der Arbeitsstation (15) zu heben, damit Arbeit an dem Werkstück verrichtet werden kann, wobei die Einrichtung zum Heben einen Ver­ schiebungshub aufweist, der an einer ersten vorbestimm­ ten Sohlenstellung unter dem Förderer beginnt und an einer zweiten vorbestimmten Scheitelstellung näher an der Arbeitsstation endet, wenn Arbeit an dem Werkstück ausgeführt wurde, wobei die Einrichtung zum Heben wei­ terhin umfaßt:
eine Basis;
ein erstes Paar von Verbindern (21), wobei ein Ende schwenkbar mit der Einrichtung zum Stützen des Werk­ stücks verbunden ist;
ein zweites Paar von Verbindern (21), das von dem er­ sten Paar von Verbindern beabstandet ist und von dem ein Ende schwenkbar mit der Einrichtung (13) zum Stüt­ zen des Werkstückes verbunden ist;
wobei jeder Verbinder (21) des ersten und zweiten Paars von Verbindern ein Ende aufweist, welches eine erste Schwenkeinrichtung (5) bildet, wobei die erste Schwenk­ einrichtung von jedem Verbinder (21) an der Einrichtung (13) zum Stützen des Werkstückes angebracht ist, und wobei jeder Verbinder des ersten und zweiten Paares von Verbindern weiterhin ein gegenüberliegendes Ende um­ faßt, das eine zweite Schwenkeinrichtung (4) definiert, wobei die zweite Schwenkeinrichtung von der ersten Schwenkeinrichtung durch einen ersten Abstand beabstan­ det ist;
ein erstes Paar von Kniehebelteilen (22, 23), welches vom zweiten Paar von Kniehebelteilen (24, 25) beabstan­ det ist und schwenkbar an der Basis angebracht ist;
Einrichtungen (26, 27) zum festen Anbringen des Kniehe­ belteils von jedem jeweiligen Paar des ersten und zwei­ ten Paares von Kniehebelteilen in einer axial beabstan­ deten Beziehung, wodurch jedes Paar von Teilen der er­ sten und zweiten Kniehebelteilen darauf beschränkt ist, in Abstimmung mit einem anderen sich zu bewegen;
wobei jedes Kniehebelteil jedes ersten und zweiten Paa­ res von Kniehebelteilen umfaßt:
ein erstes Schwenklager (2);
ein zweites Schwenklager (3), welches an der Basis an­ gebracht ist; und
ein drittes Schwenklager (4), welches an einem entspre­ chenden einer jeden zweiten Schwenkeinrichtung an dem gegenüberliegenden Ende jedes Verbinders (21) des er­ sten und zweiten Paares von Verbindern anliegt,
mindestens einen Zugverbinder (28, 29), welcher mit ei­ nem Ende schwenkbar an dem ersten Schwenklager (2) von einem des ersten Paares von Kniehebelteilen angebracht ist, wobei ein gegenüberliegendes Ende schwenkbar an dem ersten Schwenklager von einem des Paares von Knie­ hebelteilen angebracht ist;
ein Eingangsverbinder (35), welcher um einen vorbe­ stimmten Abstand von dem ersten und zweiten Paar von Kniehebelteilen beabstandet ist;
ein Eingangskniehebelteil (31), das dem Eingangsverbin­ der und einem des ersten und zweiten Paares von Kniehe­ belteilen zwischengeschaltet ist; wobei das Eingangs­ kniehebelteil ein erstes Schwenklager (40) aufweist, das an dem Eingangsverbinder (35) angebracht ist; ein zweites Schwenklager an der Basis angebracht ist und ein drittes Schwenklager (1) von dem ersten und zweiten Schwenklager beabstandet ist; und
ein Antriebsverbinder (30), der ein Ende an dem Schwenklager von einem des ersten und zweiten Paares von Kniehebelteilen vorgesehen hat, wodurch, wenn der Eingangsverbinder verschoben wird, die Stützeinrichtung (13) von einer ersten Stellung, welche einen ersten Stillstand der Einrichtung zum Heben der Stützeinrich­ tung zum Heben definiert, während das Eingangskniehe­ belteil um das zweite Schwenklager (3) gedreht wird, welches an der Basis der Maschine befestigt ist und der Antriebsverbinder das eine des ersten und zweiten Paa­ res der Kniehebelteile um das zweite Schwenklager des Kniehebelteils dreht, um die Einrichtung zum Stützen des Werkstücks, die an dem ersten und zweiten Paar von Verbindern angebracht ist, zu einer zweiten Stellung zu bewegen, die einen zweiten Stillstand der Hebeeinrich­ tung definiert.

6. Maschine nach Anspruch 5, die weiterhin eine Einrich­ tung (60) zum Festlegen einer Zwischenstillstandsstel­ lung zwischen dem ersten Stillstand und dem zweiten um­ faßt.

7. Maschine nach Anspruch 6, die weiterhin eine Einrich­ tung (41, 42) zum Verändern der Stellung in der Zeit des Zwischenstillstandes zwischen dem ersten Stillstand und dem zweiten Stillstand der Hebeeinrichtung umfaßt.

8. Maschine nach Anspruch 5, die weiterhin eine Geradli­ nien-Gestängeeinrichtung umfaßt, welche ein Ende mit der Einrichtung zum Stützen des Werkstücks und ein ge­ genüberliegendes Ende mit einer Basis verbunden hat zum Einschränken der Einrichtung zum Stützen des Werkstücks auf eine im wesentlichen geradlinige Bewegung, während die Stützeinrichtung von der ersten Stillstandsstellung zu der zweiten Stillstandsstellung bewegt wird.

9. Maschine nach Anspruch 8, worin die Geradlinien-Gelenk­ einrichtung ein Scott-Russell-Mechanismus ist.