DE102007020898A1

DE102007020898A1 - Greif- und Haltevorrichtung

Info

Publication number: DE102007020898A1
Application number: DE200710020898
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr. Schmalz; Ralf Stockburger; Walter Dr. Schaaf
Original assignee: J Schmalz GmbH
Current assignee: J Schmalz GmbH
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2007-10-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Greif- und Haltevorrichtung für Werkstücke mit dreidimensionaler Kontur, mit einem Gehäuse und einem oder mehreren aus dem Gehäuse herausragenden Stößeln, wobei die Stößel verschieblich geführt sind und an ihren aus dem Gehäuse herausragenden Ende Saugstellen aufweisen, die mit einer Unterdruckquelle verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Greif- und Haltevorrichtung für Werkstücke mit dreidimensionaler Kontur.
Spannvorrichtungen und Haltevorrichtungen für ebene, insbesondere für plattenartige Gegenstände und Werkstücke, sind hinreichend bekannt. Diese Vorrichtungen besitzen eine oder mehrere Saugstellen, die am zu haltenden oder zu handhabenden Werkstück angesetzt werden oder auf die das Werkstück aufgelegt wird, woraufhin dann das Werkstück mittels Unterdruck angesaugt wird. Hierfür bedarf es aber einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche am Werkstück, so dass es angesaugt werden kann. Die Werkstücke können also einseitig gespannt beziehungsweise gehalten werden.
Sollen jedoch Werkstücke mit dreidimensionaler Kontur gespannt beziehungsweise gehalten werden, bedarf es einer Vorrichtung, in welche das Werkstück eingespannt werden kann. Aus der DE 198 02 320 A1 ist eine Haltevorrichtung für Werkstücke mit dreidimensionaler Kontur bekannt, bei der das Werkstück zwischen am Werkstück anliegenden Spannstiften gespannt wird. Diese Spannstifte sind in einem Gehäuse verschieblich gelagert und ragen mehr oder weniger weit aus dem Gehäuse heraus. Auf diese Weise kann die Raumform des Werkstücks abgetastet werden beziehungsweise liegen die freien Enden der Spannstifte an der räumlich gekrümmten Oberfläche des Werkstücks an. Es bedarf jedoch nach wie vor eines Gegenhalters, mit dem das Werkstück an die freien Enden der Spannstifte angedrückt und dort gehalten wird. Ein Greifen von Werkstücken, so dass diese gehandhabt werden können, ist mit dieser Vorrichtung aber nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Greif- und Haltevorrichtung vorzuschlagen, die einfacher aufgebaut ist und mit der Werkstücke mit dreidimensionaler Kontur einseitig gehalten und gegriffen werden können.
Diese Aufgabe wird mit einer Greif- und Haltevorrichtung gelöst, welche ein Gehäuse aufweist und mit mindestens einem aus dem Gehäuse herausragenden Stößel versehen ist, der verschieblich im Gehäuse geführt ist und an seinem, aus dem Gehäuse herausragenden Enden eine Saugstelle aufweist, die mit einer Unterdruckquelle verbunden ist, wobei der Stößel in Verschieberichtung stufenlos oder in mindestens drei Stellungen fixierbar ist.
Die erfindungsgemäße Greif- und Haltevorrichtung sieht wenigstens einen Stößel, insbesondere eine Vielzahl von Stößeln vor, der bzw. die verschieblich in einem Gehäuse gelagert ist bzw. sind, so dass sie sich der Kontur eines Werkstücks anpassen beziehungsweise die Kontur des Werkstücks abtasten können. Das Werkstück liegt an den Stößeln an und zwar unabhängig davon, welche Kontur beziehungsweise Raumform das Werkstück aufweist. Um nun das Werkstück einseitig halten zu können, besitzen die freien Enden der Stößel Saugstellen, mit denen das Werkstück angesaugt wird.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Stößel am Gehäuse arretierbar oder fixierbar sind. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, dass die durch das Werkstück den Stößeln aufgeprägte Form beibehalten werden kann, so dass bei mehreren gleichen beziehungsweise gleich geformten Werkstücken diese schneller ergriffen und angesaugt werden können.
Mit Vorzug sind die Stößel matrixartig, in Zeilen und Spalten, auf Lücke oder in konzentrischen Kreisen am Gehäuse angeordnet. Dabei können auch Stößel mit unterschiedlichen Durchmessern Verwendung finden. Selbst die Querschnittsform der Stößel kann variieren und zum Beispiel rechteckförmig, insbesondere quadratisch, kreisförmig oder ellipsenförmig, dreieckförmig oder wabenförmig sein. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, dass das Werkstück optimal und gleichmäßig unterstützt wird.
Mit Vorzug sind die Stößel parallel zueinander ausgerichtet, so dass sie möglichst eng zueinander im Gehäuse angeordnet werden können. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Stößel fächerförmig angeordnet sind und mit ihren freien Enden konvergieren.
Eine bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass die Stößel hohl sind und der Hohlraum mit der am freien Ende vorgesehenen Saugstelle strömungsverbunden ist. Über den Hohlraum kann die Saugstelle mit Unterdruck versorgt werden, so dass sich Schlauchleitungen und dergleichen erübrigen. Ferner besteht die Möglichkeit, dass die einzelnen Stößel mit Strömungswiderständen versehen werden, so dass nicht belegte Saugstellen nur wenig Umgebungsluft ansaugen. Es können zum Beispiel aber auch Strömungsventile vorgesehen sein, die nicht belegte Saugstellen verschließen.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuse einen Saugraum aufweist, in welchen die Stößel einmünden. Auf diese Weise kann gleichzeitig an allen Stößeln ein Unterdruck angelegt werden, so dass auch innerhalb des Gehäuses Schlauchleitungen überflüssig sind. Ferner stellt der Saugraum ein Unterdruckreservoir dar, der ein schnelles Ansaugen und Fixieren des Werkstücks erlaubt. Dabei kann der Saugraum an eine Unterdruckquelle angeschlossen sein beziehungsweise kann der Saugraum selbst mit einer Unterdruckquelle, zum Beispiel einem Ejektor, versehen sein.
Um den Stößeln die Raumform des Werkstücks optimal aufprägen zu können, sind die Stößel in Ausschubrichtung vorgespannt. Wird die Greif- und Haltevorrichtung an das Werkstück angelegt, dann werden die einzelnen Stößel entsprechend der Kontur des Werkstücks mehr oder weniger weit in das Gehäuse eingedrückt. Nach vollständiger Anlage des Werkstücks an die Stößel werden die Stößel dann am oder im Gehäuse fixiert.
Eine weitere Optimierung der Anlage wird dadurch erreicht, dass die Saugstellen z.B. über ein Kugelgelenk gelenkig an den freien Enden der Stößel gelagert sind. Auf diese Weise können die Saugstellen sich optimal dem Flächenverlauf des Werkstücks anpassen, so dass eine strömungsdichte Anlage der Saugstellen am Werkstück ermöglicht wird.
Ausführungsvarianten der Erfindung sehen vor, dass die Saugstellen von einem Sauger, einem offenzelligen oder luftdurchlässigen Schaumstoff oder einer Schaumstoffmatte gebildet werden. Dabei kann jeder Stößel eine separate Saugstelle besitzen, wobei auch mehrere Saugstellen in einer Schaumstoffmatte zusammengefasst sein können. Auf diese Weise wird das Werkstück auch zwischen den einzelnen Stößeln unterstützt.
Eine optimale Fixierung der einzelnen Stößel im Gehäuse erfolgt zum Beispiel durch eine Klemmvorrichtung, die Klemmbacken aufweist. Nachdem die Stößel ihre Verschiebelage eingenommen haben und am Werkstück anliegen, werden die Klemmbacken aktiviert und die Stößel fixiert. Dies kann mechanisch oder mittels Überdruck oder Unterdruck erfolgen. Es besteht auch die Möglichkeit, dass an jedem Stößel ein Exzenter angreift, der den Stößel fixiert. Es können auch elastische Fixierelemente, zum Beispiel ein Schaumstoff oder ein aufblasbares Kissen vorgesehen sein, welches am Stößel angreift und auf diesen eine erhöhte Reibungskraft ausübt, wodurch der Stößel am Gehäuse fixiert wird.
Von Vorteil ist, dass die Lage des Stößels durch Eindrücken der Form bzw. der Höhenkontur des Werkstücks bestimmt wird, d.h. dass die Stößel passiv eingestellt werden, indem das Werkstück auf den oder die Stößel aufgelegt oder die Vorrichtung auf das Werkstück aufgesetzt wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der mehrere Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung als Spannsystem;
2 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung als Greifsystem;
3a bis 3d der Ablauf bei der Einstellung des Spann- und Greifsystems für einen dreidimensionalen Gegenstand;
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Rückstellung der Stößel mittels einer Membran;
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Saugmatte als Saugstelle;
6 eine schematische Darstellung einer Klemmvorrichtung mit Klemmbacken;
7 eine andere Ausführungsform der Klemmvorrichtung mit Exzenter;
8 eine andere Ausführungsform der Klemmvorrichtung mit Klemmhebeln; und
9 eine weitere Ausführungsform der Klemmvorrichtung mittels elastischer Klemmelemente.
Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches ein insgesamt mit 12 bezeichnetes Spannsystem für ein Werkstücke 14 mit dreidimensionaler Kontur darstellt. Das Spannsystem 12 dient als Auflager für das Werkstück 14 und besitzt ein Gehäuse 16, in welchem eine Vielzahl von Stößeln 18 in Richtung des Doppelpfeils 19 verschieblich gelagert sind. An den unteren Enden der Stößel 18 greift jeweils eine Feder 20 an, die die Stößel 18 auf Vorspannung hält und versucht sie aus dem Gehäuse 16 zu verschieben. An den oberen, außerhalb des Gehäuses 16 sich befindenden Enden der Stößel 18 ist eine als Sauger 22 ausgebildete Saugstelle 24 befestigt, die am Werkstück 14 anliegt. Die Stößel 18 werden mittels geeigneter Klemmvorrichtungen 26 im Gehäuse 16 fixiert, so dass sie ihre teilweise ins Gehäuse 16 eingeschobene Lage beibehalten. Außerdem sind die Stößel 18 hohl ausgebildet, so dass jeder Sauger 22 mit einem als Saugraum 28 ausgeführten Innenraum des Gehäuses 16 strömungsverbunden ist. Schließlich weist das Gehäuse 16 einen Anschlussstutzen 30 für eine nicht dargestellte Unterdruckquelle dar. Auf diese Weise kann an die einzelnen Sauger 22 ein Unterdruck angelegt werden, so dass das Werkstück 14 angesaugt wird. Durch die unterschiedlich weite Einschublage der einzelnen Stößel 18 wird die Raumform des Werkstücks 14 an den Saugern 22 abgebildet, so dass diese optimal am Werkstück 14 anliegen können. Das Werkstück 14 ist auf diese Weise am Spannsystem 12 fixiert und kann bearbeitet werden.
Die 2 zeigt ein Greifsystem mit vergleichbarem Aufbau, wobei das Gehäuse 16 an seiner Oberseite mit einer Schnittstelle 32 für ein Handhabungssystem, zum Beispiel für einen Roboterarm, versehen ist. Die im Gehäuse 16 sich befindenden Enden der Stößel 18 sind mit Gewichten 34 versehen, so dass die Stößel 18 durch ihr Eigengewicht aus dem Gehäuse 16 ausgeschoben werden. Wird ein derartiges Greifsystem 36 auf ein Werkstück 14 aufgesetzt, dann werden die einzelnen Stößel unterschiedlich weit in das Gehäuse 16 eingeschoben, so dass alle Sauger 22 vollständig auf dem Werkstück 14 zu liegen kommen. Nach der Aktivierung der Klemmvorrichtung 26 und Anlegen eines Unterdrucks an die einzelnen Sauger 22 wird das Werkstück 14 angesaugt und kann gehandhabt werden.
Die 3a bis 3d zeigen den Einstellvorgang des Spannsystems 12, wobei in der 3a die Stößel 18 sich in der Ausgangslage befinden und vermittels der Kraft der Feder 20 vollständig aus dem Gehäuse 16 ausgeschoben sind. Außerdem ist die Klemmvorrichtung 26 geöffnet. Durch das Auflegen des Werkstücks 14 auf die einzelnen Sauger 22 werden die Stößel 18 unterschiedlich weit ins Gehäuse 16 eingeschoben (3b).
Diese Lage der einzelnen Stößel 18 wird durch Schließen der Klemmvorrichtung 26 fixiert (3c). Das Werkstück 14 kann nun durch Anlegen eines Unterdrucks am Anschlussstutzen 30 optimal angesaugt werden. Nach dem Lösen des Werkstücks 14 durch Belüftung des Saugraums 28 behalten die einzelnen Sauger 22 ihre, der Kontur des Werkstücks 14 entsprechende Lage bei, indem die Klemmvorrichtung 26 geschlossen bleibt. Das nächste Werkstück 14 kann unmittelbar auf das Spannsystem 12 aufgelegt und fixiert werden.
Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Spannsystems 12, bei dem die einzelnen Stößel 18 mittels einer Membran 38 miteinander verbunden sind, und die Membran 38 den Ausschub der Stößel 18 aus dem Gehäuse 16 bewirkt. Die Membran 38 ersetzt bei diesem Ausführungsbeispiel die Federn 20, wobei die Membran 38 ein Teil des Gehäuses 16 bildet.
Beim Ausführungsbeispiel der 5 sind die außerhalb des Gehäuses 16 sich befindenden Enden der Stößel 18 mit einer Membran 38 miteinander verbunden und die einzelnen Saugstellen 24 werden von einer einzigen Saugmatte 40 gebildet. Diese Saugmatte 40 kann mit Durchbrüchen 42 versehen sein, sie kann aber auch aus einem offenzelligen Schaumstoff bestehen, welcher ein Ansaugen von Luft erlaubt.
Die 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Klemmvorrichtung 26, bei welchem die einzelnen Stößel 18 von Klemmbacken 44 flankiert sind. In inaktiver Lage der Klemmbacken 44 können die Stößel 18 relativ zu den Klemmbacken 44, das heißt senkrecht zur Zeichenebene, verschoben werden. Wird in Richtung des Pfeils 46 eine Klemmkraft auf die Klemmbacken 44 ausgeübt, dann wird die Klemmvorrichtung 26 aktiviert und die Stößel 18 werden zwischen den Klemmbacken 44 fixiert.
Beim Ausführungsbeispiel der 7 ist deutlich erkennbar, dass die einzelnen Sauger 22 über ein Gelenk 48 (z.B. Kugelgelenk) an den Stößeln 18 befestigt sind. Die Fixierung der Stößel 18 erfolgt durch Exzenter 50, die zur Anlage an den einzelnen Stößeln 18 gebracht werden. Anstelle der Exzenter 50 können auch Rasthebel an den Stößeln 18 angreifen, die einen Formschluss mit feiner Abstufung bewirken.
Beim Ausführungsbeispiel der 8 greifen an den Stößeln 18 Klemmhebel 52 an, die zum Beispiel gummiert oder flexibel sind und in Aussparungen 54 der Stößel 18 eingreifen. Durch Verdrehen der Klemmhebel 52 wird die Reibung zwischen Klemmhebel 52 und Stößel 18 erhöht und dadurch der Stößel 18 fixiert.
Beim Ausführungsbeispiel der 9 erfolgt die Fixierung und Abdichtung der einzelnen Stößel 18, die einen quadratischen Querschnitt aufweisen, durch elastische Zwischenstücke 56. Zwischen den Zwischenstücken 56 befinden sich elastische oder starre Zwischenelemente 58. Wird in Richtung des Pfeils 60 eine Klemmkraft aufgebracht, dann werden die Zwischenstücke 56 verformt und fixieren die Stößel 18. Bei elastischen Zwischenelementen 58 kann eine zusätzliche Klemmkraft in Richtung des Pfeils 62 aufgebracht werden.
Auf diese Weise können relativ einfach und schnell sowie reproduzierbar Werkstücke 14 mit dreidimensionaler Kontur gegriffen und gespannt werden.

Claims

Greif- und Haltevorrichtung für Werkstücke (14) mit dreidimensionaler Kontur, mit einem Gehäuse (16) und wenigstens einem, insbesondere mehreren aus dem Gehäuse (16) herausragenden Stößeln (18), wobei der Stößel (18) verschieblich geführt ist und an seinem aus dem Gehäuse (16) herausragenden Ende eine Saugstelle (24) aufweist, die mit einer Unterdruckquelle verbunden ist und wobei der Stößel (18) in Verschieberichtung stufenlos oder in mindestens drei Stellungen fixierbar ist.
Greif- und Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößel (18) am Gehäuse (16) arretierbar oder fixierbar sind.
Greif- und Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößel (18) matrixartig, in Zeilen und Spalten, auf Lücke oder in konzentrischen Kreisen am Gehäuse (16) angeordnet sind.
Greif- und Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößel (18) parallel zueinander ausgerichtet sind.
Greif- und Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößel (18) hohl sind und der Hohlraum mit der am freien Ende vorgesehenen Saugstelle (24) strömungsverbunden ist.
Greif- und Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) einen Saugraum (28) aufweist, in welchen die Stößel (18) einmünden.
Greif- und Haltevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugraum (28) an eine Unterdruckquelle angeschlossen ist.
Greif- und Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößel (18) in Ausschubrichtung vorgespannt sind.
Greif- und Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugstellen (24) gelenkig an den freien Enden der Stößel (18) gelagert sind.
Greif- und Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugstellen (24) von einem Sauger (22), einem offenzelligen oder luftdurchlässigen Schaumstoff oder einer Schaumstoffmatte (40) gebildet werden.
Greif- und Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) eine Klemmvorrichtung (26) für die Stößel (18) aufweist.
Greif- und Haltevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmvorrichtung (26) an den Stößeln (18) angreifende Klemmbacken (44) aufweist.
Greif- und Haltevorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmvorrichtung (26) an den Stößeln (18) anliegende Exzenter (50) aufweist.
Greif- und Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmvorrichtung (26) ein am Stößel (18) angreifendes elastisches Fixierelement, insbesondere ein Schaumstoff, aufweist.
Greif- und Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Stößels (18) durch Eindrücken der Form bzw. der Höhenkontur des Werkstücks (12) bestimmt wird.