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Die
Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung zur Manipulation
von Werkstücken
beim Schmieden im Gesenk und insbesondere eine, mit einem Roboter
verbundene und betätigte,
flexible Haltezange für
die Werkstücke.
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Stand der
Technik
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Wird
der Schmiedeprozess automatisiert durchgeführt, so erfolgt das Einlegen
der Rohlinge und die Entnahme der geschmiedeten Werkstücke in der
Regel durch Manipulatoren, wie z.B. einem Roboter. Während dem
Schmieden wird der Rohling dabei lagegerecht in dem Untergesenk
gehalten. Für die
Handhabungsvorrichtung sind dabei verschiedene Aspekte zu berücksichtigen.
So kann das Schmieden von Werkstücken
in einem Gesenk, zum Beispiel mittels eines Hammers, durch unterschiedliche Schlagzahlen
erfolgen. Wird mit nur einem Schlag das Werkstück im Fertiggesenk geformt,
so ist in der Regel aus thermischen Gründen ein schnelles Ausheben
aus dem Gesenk erforderlich. Erfolgt die Umformung des Werkstückes in
mehreren Schlägen
ist eine exakte Lageorientierung im Gesenk gefordert.
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Da
der Hammerbär
mit hoher Geschwindigkeit auf das Werkstück trifft, treten während der
Umformung hohe dynamische Kräfte auf
und das Werkstück
unterliegt einer geometrischen Formänderung. Eine Nachführung der
Spannzange bzw. der Handhabungsvorrichtung zum Ausgleich der Höhenänderung
des Werkstückes
ist zwingend erforderlich. Dieses gilt auch für die beim Schlag auftretende
Vertikalbewegung der in der Regel schwingungsisoliert aufgestellten
Hämmer.
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Aufgrund
des dynamischen Fertigungsablaufs kann dieser Vorgang nicht durch
den Roboter erfolgen und somit ist eine entsprechende Gestaltung
der Werkstück-Haltemittel
erforderlich.
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Die
DE 100 60 709 A1 hat
diese Aufgabe dadurch gelöst,
dass ein Greifarm wahlweise nachgiebig oder starr einstellbar ist.
Die Starrstellung bewirkt in einer Art Verriegelung eine Starrstellstange
während
als elastische Verbindung ein blockförmiges Nachgebeelement vorgeschlagen
wird.
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Während der
Transportbewegung des Werkstückes
ist der Greifarm verriegelt und beim Schmiedevorgang ist die Starrstellstange
außer
Funktion gebracht. Die Schmiedeschläge bzw. die auftretenden Erschütterungen,
Zug- und Druckkräfte
werden von dem flexiblen Blockstück
aufgenommen.
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Nachteilig
ist bei dieser Lösung
eine große zu
bewegende Masse einschließlich
der Einrichtung zur Zangenbetätigung
in Form eines ansteuerbaren Zylinders. Die Zangenbetätigungseinrichtung
ist zusätzlich
so angeordnet, dass auf diese die gesamten auftretenden Erschütterungen
beim Schmieden einwirken.
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Ein
weiterer Nachteil ergibt sich durch die große Hitze des Schmiedevorganges
die auf den elastischen Werkstoff des Block stückes einwirkt und eine dauerhafte
Funktion nicht gewährleistet.
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Aufgabe und Vorteile der
Erfindung
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Ausgehend
vom Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, eine flexible
Handhabungsvorrichtung für
zu schmiedende Werkstücke
vorzuschlagen, die einfach im Aufbau ist und auch unter hoher thermischer
Beanspruchung eine sichere, dauerhafte Funktion gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von einer Handhabungsvorrichtung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
In den Unteransprüchen sind
vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der
Handhabungsvorrichtung angegeben.
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Der
Kerngedanke der Erfindung besteht darin, die Handhabungsvorrichtungen
mit einer speziellen Anordnung von spann- und lösbaren Seilen auszuführen die
aufgrund ihrer Funktionalität
eine hohe Flexibilität
und eine große
Beweglichkeit gewährleisten.
Auf eine einfache und sichere Art passt sich die Handhabungsvorrichtung
der veränderten
Geometrie des Werkstückes
beim Umformprozess bzw. der Höhenänderung
der Schmiedemaschine an.
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Auch
die sich eigentlich widersprechenden Forderungen der Nachgiebigkeit
beim Schmiedeprozess und der starren Gestalt der Handhabungseinrichtung
beim Werkstücktransport
kann die Erfindung funktionssicher und durch einfache Maßnahmen
erfüllen.
Durch das Spannen des Seilzugsystems kann in kürzester Zeit die Handhabungsvorrichtung
zu einer starren Einheit und aus einer entspannten z.B. abgesenkten
Form in eine sym metrische Horizontallage gebracht werden. Die Betätigung der
Seilzüge geschieht
durch einen Roboter an dem die Handhabungsvorrichtung angekuppelt
wird.
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Ein
weiterer vom Roboter zu betätigender Seilzug
bewirkt über
Gelenke das Öffnen
der eigentlichen Spannzange für
das Werkstück.
Zum Schließen
der Zange und Halten der Werkstücke
sind Druckfedern vorgesehen. In Umkehrung der Funktion kann die
Spannzange auch durch den Seilzug geschlossen und durch die Feder
geöffnet
werden.
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In
einer alternativen Ausführungsform
ist zwischen dem Roboter und der eigentlichen Werkstück-Spannzange
eine Art Gliederkette angebracht. Die Variante ist insbesondere
bei Werkstücken
die in einer tieferen Formgravur geschmiedet werden günstig, da
in diesen Fällen
eine größere Aushebekraft
erforderlich ist. Durch die Abstützung
der Glieder zueinander ergibt sich auch eine entsprechend gute Abstützung gegenüber Vertikalkräften.
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In
vorteilhafter Weise kann diese Ausführungsvariante mit unterschiedlicher
Anordnung der Elemente der Gliederkette ausgeführt werden, wodurch die Flexibilität nochmals
erhöht
wird. Dadurch wird es ermöglicht,
dass der vordere Teil mit der Spannzange seine Horizontallage beibehält während der
dem Roboter zugewandte Teil sich bogenförmig der geänderten Geometrielage des Werkstückes anpasst.
Die Beweglichkeit der Handhabungsvorrichtung wird zusätzlich durch
eine unterschiedliche Betätigung
der Spannseile erhöht,
wodurch die Gliederkette eine Vielzahl von auch dreidimensionalen
Formen realisieren kann. Durch die Betätigung der Spannseile ist auch
das Zwischenlüften
bei den Schmiedeschlägen
möglich.
Die Gliederkette besteht beispielhaft aus einer Anzahl kalottenförmi ger Scheiben
die bei Bedarf über
Zentrierelemente zueinander fixiert werden.
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Auch
kann in der Handhabungsvorrichtung ohne Probleme eine Gesenksprüheinrichtung
oder eine Kühl-
und Blaseinrichtung integriert werden, wodurch die Funktionalität nochmals
erhöht
wird.
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In
besonders vorteilhafter Weise ist die vorgeschlagene Handhabungsvorrichtung
sehr kompakt und damit massenarm ausgeführt. Zur Handhabung von unterschiedlich
geometrisch gestalteten Rohlingen besteht die Möglichkeit die Spannbacken auszutauschen.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sind aus der nachfolgenden
Beschreibung anhand der Figuren von zwei Ausführungsbeispielen.
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1 zeigt
eine gespannte Handhabungsvorrichtung in einer Schnittdarstellung.
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2 wie 1,
jedoch gelöst.
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3 zeigt
eine Ausführungsvariante
der Handhabungsvorrichtung in einer Schnittdarstellung.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
an einem bekannten und nicht näher
dargestellten Roboter 1 die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung 2 angekuppelt.
Ein Distanzstück 3 stützt ein
Lagergehäuse 9,
welches durch die gespannten Seile 5, 6 gegen
das Distanzstück 3 gezogen
wird, ab. Bevorzugt ist das Distanzstück 3 stirnseitig als
Kugelpfanne und die abstützende
Fläche
des Lagergehäuses 4 als
Kugelabschnitt ausgebildet. Beispielhaft sind von den drehbar im
Lagergehäuse 4 gelagerten
Seile 5, 6 zwei dargestellt, jedoch können auch
eine größere Anzahl
am Umfang verteilt angebracht werden, die jeweils einzeln oder gleichzeitig
durch die Roboter 1 betätigbar
sind.
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In
dem Lagergehäuse 4 befindet
sich der Lagerbolzen 7 für die Spannzange 8, 9.
In den Spannbacken 15 ist das Werkstück 10 durch die Kraft
der Feder 11 gespannt. Das Öffnen der Spannzangen 8, 9 erfolgt über das
Hebelgelenk 12, in dem der Seilzug 13 in Richtung
des Pfeils 14 durch den Roboter 1 betätigt wird.
An den Spannzangen 8, 9 sind auswechselbare Spannbacken 15 angebracht,
die der jeweiligen Geometrie des Werkstückes anpassbar sind.
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Optional
ist in der 1 auch die Integration von Medium
führenden
Leitungen 16 angedeutet. Durch diese Leitungen 16 mit
am Ende angebrachten Düsen 17 kann
dem Schmiedegesenk 18 ein Schmier- oder Trennmittel sowie
Sprüh-,
Kühl- oder Blasmedium
zugeführt
werden.
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Die
Situation während
dem Schmiedevorgang zeigt 2. Aufgrund
z.B. des Lagesignals eines nicht weiter dargestellten Hammerbärs sind
die Seile 5, 6 durch den Roboter 1 gelöst. Zusätzlich führt der
Roboter 1 eine Horizontalbewegung aus, wodurch das Distanzstück 3 von
dem Lagergehäuse 4 entfernt
wird. Das Werkstück 10 liegt
im Schmiedegesenk 18 und die Spannzange 8, 9 ist
abgekoppelt wie für
den eigentlichen Umformvorgang erwünscht. Die Handhabungsvorrichtung 2 und
insbesondere der Roboter 1 wird vollkommen von den Umformkräften, wie
Schläge
und Erschütterungen,
entlastet. Ohne Probleme kann die Spannzange 8, 9 der
sich im Schmiedeprozess ergebenden Lageveränderung des Werkstückes 10 folgen.
Trotz der Abkupplung der Spannzange 8, 9 ist das
Werkstück über die
Feder 11 sicher gespannt. Ist ein Öffnen der Zange während dem
Schmiedeprozess erforderlich, so kann die Spannzange 8, 9 über das
Hebelgelenk 12 durch Betätigung des Seilzuges 13 in
Pfeilrichtung 14 geöffnet
werden.
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Die
geringen Schalt- und Reaktionszeiten ermöglichen ohne Probleme ein Spannen
und Lösen des
Werkstückes 10 auch
bei einer hohen Schlagfrequenz. Die geforderte exakte Gesenklage
des Werkstücks 10 ist
dadurch sichergestellt, dass zwischen den Schlägen jeweils ein Spann- oder
Haltevorgang erfolgen kann.
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Eine
alternative Ausführungsform
ist in 3 dargestellt.
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Das
Distanzstück 3 wird
ersetzt durch eine Gliederkette 19. Die Gliederkette 19 besteht
aus Kugelscheiben 20, die eine unterschiedliche Schichtung 21, 22 haben
und durch eine Kugelpfanne 23 getrennt sind. Bei Bedarf
können
die Kugelscheiben 20 mit einer Zentrierung ausgeführt werden.
Diese Art der Schichtung 21, 22 ermöglicht der
Gliederkette 19 bezogen auf die Längsachse 24 einen
unterschiedlichen Gestaltungsverlauf, z.B. in Form einer Kurve. An
der Gliederkette 19 schließt sich die bereits in ihrer
Funktion beschriebene Spannzange 8, 9 an. Die Seile 5, 6 werden
ebenfalls durch den Roboter 1 betätigt und dienen zur Manipulation
der Gliederkette 19. Das Lagergehäuse 4 steht in Wirkverbindung
mit der Gliederkette 19. Werden beide Seile 5, 6 in
Pfeilrichtung 14 betätigt
und gespannt, so richten sich die Kugelscheiben 20 symmetrisch
zueinander aus und verspannen sich. Die Handhabungsvorrichtung 2 befindet
sich in einer geraden, horizontalen und starren Lage. Eine unterschiedliche
Lage der Handhabungsvorrichtung 2 und insbesondere auch
Kurvenformen werden durch einseitiges oder differenziertes Spannen
der Seile 5, 6 ermöglicht. Werden die Seile 5, 6 gelöst, so können sich
die Kugelscheiben 4 in bestimmten Grenzen frei zueinander
bewegen bzw. verschieben. Die Gliederkette 19 ist entspannt.
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Trotz
der Vielzahl von Funktionen ist aus den Figuren die kompakte, massearme
und robuste Ausführung
der Handhabungsvorrichtung 2 gut erkennbar. Aufgrund der
vorgeschlagenen Bauteile arbeitet das System nahezu verschleißfrei und
gewährleistet eine
hohe Verfügbarkeit.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Sie
umfasst auch alle fachmännischen
Ausgestaltungen im Rahmen des geltenden Hauptanspruches. So kann
beispielhaft die Gliederkette 19 aus nur einer gleichgerichteten
Schichtung oder mehreren unterschiedlichen Schichtungen bestehen.
Die Anzahl der Kugelscheiben 20 ist ebenfalls variabel.
Auch die Anordnung und Anzahl der Seile 5, 6 ist
in Abhängigkeit von
der geforderten Funktionalität
der Handhabungsvorrichtung 2 wählbar und kann aus einem zentralen Seil
oder einer Anzahl im äußeren Bereich
angeordneten Seilen bestehen. Eine Zentrierung der Zange zum Untergesenk,
z. B. durch das Einfahren eines Stiftes in eine Aufnahme ist ebenfalls
ohne Probleme möglich.
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- 1.
- Roboter
- 2.
- Handhabungsvorrichtung
- 3.
- Distanzstück
- 4.
- Lagergehäuse
- 5.
- Seil
- 6.
- Seil
- 7.
- Lagerbolzen
- 8.
- Spannzange
- 9.
- Spannzange
- 10.
- Werkstück
- 11.
- Feder
- 12.
- Hebelgelenk
- 13.
- Seilzug
- 14.
- Pfeil
- 15.
- Spannbacken
- 16.
- Leitung
- 17.
- Düse
- 18.
- Schmiedegesenk
- 19.
- Gliederkette
- 20.
- Kugelscheibe
- 21.
- Schichtung
- 22.
- Schichtung
- 23.
- Kugelpfanne
- 24.
- Längsachse