DE102017114356B4 - Swivel unit for swiveling attachments or workpieces - Google Patents
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Abstract
Schwenkeinheit (15, 48, 54) zum Schwenken von Anbauteilen oder Werkstücken, mit einem Grundkörper (12), mit einem pneumatischen Antrieb, der einen in einem Zylinder (13) druckbeaufschlagbaren Antriebskolben umfasst, und mit einem mit dem Antriebskolben drehgekoppelten, zwischen wenigstens zwei Endlagen um eine Schwenkachse (18) verschwenkbar angeordneten Schwenkteil (14), wobei eine Speichereinheit (16) vorgesehen ist, die die Bewegung des Schwenkteils (14) vor Erreichen einer ersten Endlage abbremst und dabei entstehende Bremsenergie speichert, und die die Bewegung des Schwenkteils (14) nach Verlassen der ersten Endlage mittels der gespeicherten Bremsenergie beschleunigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit (16) derart ausgebildet ist, dass das sich in der ersten Endlage befindliche Schwenkteil (14) von der Speichereinheit (16) nicht aus der ersten Endlage gedrängt wird.Swivel unit (15, 48, 54) for swiveling attachments or workpieces, with a base body (12), with a pneumatic drive which comprises a drive piston which can be pressurized in a cylinder (13), and with a drive piston which is rotatably coupled to the drive piston and between at least two End positions about a pivot axis (18) arranged pivoting part (14), wherein a storage unit (16) is provided, which brakes the movement of the pivoting part (14) before reaching a first end position and stores the resulting braking energy, and which the movement of the pivoting part ( 14) accelerated after leaving the first end position by means of the stored braking energy, characterized in that the storage unit (16) is designed such that the pivoting part (14) located in the first end position is not forced out of the first end position by the storage unit (16). becomes.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schwenkeinheit zum Schwenken von Anbauteilen oder Werkstücken, mit einem Grundkörper, mit einem pneumatischen Antrieb, der einen in einem Zylinder druckbeaufschlagbaren Antriebskolben umfasst, und mit einem mit dem Antriebskolben drehgekoppelten, zwischen wenigstens zwei Endlagen um eine Schwenkachse verschwenkbar angeordneten Schwenkteil.The invention relates to a pivoting unit for pivoting attachments or workpieces, with a base body, with a pneumatic drive which comprises a drive piston which can be pressurized in a cylinder, and with a pivoting part which is rotatably coupled to the drive piston and is arranged pivotably between at least two end positions about a pivot axis.
Derartige Schwenkeinheiten werden in der industriellen Handhabung zum Schwenken von Anbauteilen, wie beispielsweise Greifern, oder zum Schwenken von Werkstücken verwendet. Schwenkeinheiten mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sind beispielsweise aus der
Die Verwendung von pneumatischen Antrieben für derartige Schwenkeinheiten haben den Vorteil, dass eine hohe Leistung auf vergleichsweise geringem Bauraum zur Verfügung gestellt werden kann. Allerdings haben solche pneumatischen Antriebe den Nachteil, dass sie bei Druckbeaufschlagung des Antriebskolbens den Antriebskolben über seinen gesamten Verfahrweg hin beschleunigen, so dass die mechanische Bewegungsenergie bei Erreichen wenigstens einer der Endlage des Antriebskolbens durch geeignete Dämpfer, insbesondere durch hydraulische Stoßdämpfer, in thermische Energie umgewandelt werden muss. Bei leistungsstarken Antrieben sind die Dämpfer entsprechend groß auszubilden, wodurch entsprechend viel Bauraum beansprucht wird. Gerade bei leistungsstarken Antrieben, die entsprechend große Dämpfer erfordern, stellt sich zudem das Problem der Wärmeabfuhr der in den Stoßdämpfern entstehenden thermischen Energie.The use of pneumatic drives for such swivel units has the advantage that high performance can be provided in a comparatively small installation space. However, such pneumatic drives have the disadvantage that when the drive piston is pressurized, they accelerate the drive piston over its entire travel path, so that the mechanical kinetic energy is converted into thermal energy when at least one of the end positions of the drive piston is reached by suitable dampers, in particular by hydraulic shock absorbers must. In the case of powerful drives, the dampers have to be made correspondingly large, which requires a correspondingly large amount of installation space. Especially with powerful drives that require correspondingly large dampers, there is also the problem of dissipating the thermal energy generated in the shock absorbers.
Schwenkeinheiten mit Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sind beispielsweise aus der AT 56 796 E oder der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schwenkeinheit bereitzustellen, die den genannten Nachteilen abhilft.The present invention is based on the object of providing a pivoting unit which overcomes the disadvantages mentioned.
Diese Aufgabe wird durch eine Schwenkeinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei wird vorgeschlagen, eine Speichereinheit vorzusehen, die die Bewegung des Schwenkteils vor Erreichen einer ersten Endlage abbremst und dabei entstehende Bremsenergie speichert. Die Speichereinheit ist ferner so ausgebildet, dass die Bewegung des Schwenkteils nach Verlassen der dieser Endlage mittels der gespeicherten Bremsenergie beschleunigt wird. Die Speichereinheit ist zudem so eingerichtet, dass das sich in der ersten Endlage befindliche Schwenkteil von der Speichereinheit nicht aus der dieser Endlage gedrängt wird.This task is solved by a swivel unit with the features of patent claim 1. It is proposed to provide a storage unit which brakes the movement of the pivoting part before reaching a first end position and stores the resulting braking energy. The storage unit is further designed so that the movement of the pivoting part is accelerated by means of the stored braking energy after leaving this end position. The storage unit is also set up in such a way that the pivoting part located in the first end position is not forced out of this end position by the storage unit.
Das Vorsehen einer solchen Speichereinheit hat also den Vorteil, dass zumindest ein Teil der mechanischen Bewegungsenergie mit der Speichereinheit gespeichert wird, so dass diese Bewegungsenergie nach Verlassen der ersten Endlage zum Antreiben des Schwenkteils verwendet wird. Die Speicherung der Bewegungsenergie ist dabei so, dass das Schwenkteil sicher in dieser Endlage verbleiben kann, ohne dass es von der gespeicherten Energie aus dieser Endlage bewegt wird. Durch das Abbremsen des Schwenkteils und durch die Speicherung der Energie sowie das Verwenden der gespeicherten Energie zum Beschleunigen des Schwenkteils kann der pneumatische Antrieb entlastet werden. Zudem können vorzusehende Stoßdämpfer kleiner bauen und entlastet werden. Da ein Teil der mechanischen Bewegungsenergie nicht in Wärme umgewandelt wird, sondern von der Speichereinheit gespeichert wird, ergibt sich insgesamt auch eine geringere Wärmebelastung der Schwenkeinheit.Providing such a storage unit therefore has the advantage that at least part of the mechanical kinetic energy is stored with the storage unit, so that this kinetic energy is used to drive the pivoting part after leaving the first end position. The storage of the kinetic energy is such that the pivoting part can remain safely in this end position without being moved out of this end position by the stored energy. By braking the pivoting part and storing the energy as well as using the stored energy to accelerate the pivoting part, the pneumatic drive can be relieved. In addition, shock absorbers to be provided can be made smaller and the load can be relieved. Since part of the mechanical kinetic energy is not converted into heat, but is stored by the storage unit, there is also a lower overall heat load on the swivel unit.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn ein Nocken mit einer Nockenbahn vorgesehen ist, wobei der Nocken mit dem Antriebskolben und/oder dem Schwenkteil bewegungsgekoppelt ist, oder vom Antriebskolben und/oder vom Schwenkteil gebildet wird. In diesem Zusammenhang ist vorteilhaft, wenn die Speichereinheit einen mit einer Speicherfeder zusammenwirkenden Stößel aufweist, der bei einer Bewegung des Schwenkteils an der Nockenbahn abläuft, wobei die Ausbildung der Nockenbahn derart ist, dass die Speicherfeder in einer Endlage des Schwenkteils geladen ist. Durch eine derartige Anordnung kann folglich ein Speichern der Bremsenergie in der Speicherfeder auf einfache Art und Weise realisiert werden. Während der Bewegung des Nockens betätigt der Nocken den Stößel, der wiederum mit der Speicherfeder zusammenwirkt. Beim Verlassen der Endlage kann folglich die in der Speicherfeder gespeicherte Energie zur Beschleunigung der Bewegung des Schwenkteils verwendet werden. Das Beschleunigen und oder das Abbremsen des Schwenkteiles hängt folglich insbesondere von der jeweiligen Ausbildung der Nockenbahn sowie von der Federkennlinie der Speicherfeder ab. Die Speicherfeder kann beispielsweise als Spiralfeder, Schraubenfeder oder auch als pneumatische Feder ausgebildet sein. Eine pneumatische Feder hat den Vorteil, dass sie eine sehr flache Federkennlinie aufweist und/oder dass in Kombinationen mit geeigneten Drosseln neben der Energiespeicherung auch eine anteilige Dämpfung möglich ist.It has proven to be advantageous if a cam with a cam track is provided, the cam being motion-coupled to the drive piston and/or the pivoting part, or being formed by the drive piston and/or the pivoting part. In this context, it is advantageous if the storage unit has a plunger which interacts with a storage spring and which runs on the cam track when the pivoting part moves, the design of the cam track being such that the storage spring is loaded in an end position of the pivoting part. With such an arrangement, the braking energy can be stored in the storage spring in a simple manner. During the movement of the cam, the cam actuates the plunger, which in turn interacts with the storage spring. When leaving the end position, the energy stored in the storage spring can be used to accelerate the movement of the pivoting part. The acceleration and/or braking of the pivoting part therefore depends in particular on the respective design of the cam track and on the spring characteristic of the storage spring. The storage spring can be designed, for example, as a spiral spring, helical spring or even as a pneumatic spring. A pneumatic spring has the advantage that it has a very flat spring characteristic and/or that in combination with suitable throttles, in addition to energy storage, proportional damping is also possible.
Vorteilhaft ist ferner, wenn die Nockenbahn Endlagenabschnitte aufweist, mit denen der Stößel in der Endlage zusammenwirkt, wobei die Nockenbahn in den Endlagenabschnitten senkrecht zur Kraft, mit der der Stößel gegen den Endlagenabschnitt wirkt, verläuft, und wenn die Nockenbahn Brems- und Beschleunigungsabschnitte aufweist, die schräg zur Kraft, mit der der Stößel gegen den Endlagenabschnitt wirkt, verläuft. Dadurch, dass der Stößel in den Endlagenabschnitten senkrecht gegen die Endlagenabschnitte wirkt, kann gewährleistet werden, dass die Speicherfeder das Schwenkteil nicht aus seiner Endlage drängt. Dadurch, dass die Brems- und Beschleunigungsabschnitte schräg zur Kraft der Speicherfeder wirkt, kann ein Beschleunigen oder Abbremsen des Nockens, und damit des Schwenkteils, bewirkt werden.It is also advantageous if the cam track has end position sections with which the tappet interacts in the end position, the cam track in the end position sections running perpendicular to the force with which the tappet acts against the end position section, and if the cam track has braking and acceleration sections, which runs obliquely to the force with which the plunger acts against the end position section. The fact that the plunger acts perpendicularly against the end position sections in the end position sections ensures that the storage spring does not force the pivoting part out of its end position. Because the braking and acceleration sections act obliquely to the force of the storage spring, the cam, and thus the pivoting part, can be accelerated or braked.
Zur Verringerung der Reibung zwischen dem Stößel und der Nockenbahn weist der Stößel vorteilhafterweise einen Rollenabnehmer auf, der im Betrieb gegen die Nockenbahn wirkt.To reduce the friction between the plunger and the cam track, the plunger advantageously has a roller take-off, which acts against the cam track during operation.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Antriebskolben entlang einer Längsachse in Längsrichtung verfahrbar angeordnet. Der Nocken kann dann vorteilhafterweise als sich in Längsrichtung erstreckender Linearnocken ausgebildet sein, der parallel zur Längsrichtung verlaufende Endlagenabschnitte aufweist und schräg zur Längsrichtung verlaufende Brems- und Beschleunigungsabschnitte aufweist. Dadurch, dass die Endlagenabschnitte parallel zur Längsrichtung verlaufen, kann erreicht werden, dass in der Endlage keine Kräfte auf den Nocken übertragen werden, die den Nocken, und damit den Antriebskolben und das Schwenkteil abbremsen oder beschleunigen. Die Brems- und Beschleunigungsabschnitte sind so gewählt, dass beim Ablaufen des Nockens an den Brems- und Beschleunigungsabschnitten ein Abbremsen beziehungsweise Beschleunigen des Nockens, und damit des Antriebskolbens sowie des Schwenkteils erreicht wird.In a preferred embodiment of the invention, the drive piston is arranged to be movable in the longitudinal direction along a longitudinal axis. The cam can then advantageously be designed as a linear cam extending in the longitudinal direction, which has end position sections that run parallel to the longitudinal direction and has braking and acceleration sections that run obliquely to the longitudinal direction. Because the end position sections run parallel to the longitudinal direction, it can be achieved that no forces are transmitted to the cam in the end position, which slow down or accelerate the cam, and thus the drive piston and the pivoting part. The braking and acceleration sections are selected so that when the cam runs on the braking and acceleration sections, the cam, and thus the drive piston and the pivoting part, are braked or accelerated.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Nocken als Schwenknocken ausgebildet, der um die Schwenkachse des Schwenkteiles verdrehbar angeordnet ist. Der Schwenknocken kann dabei unmittelbar am Schwenkteil angeordnet sein oder auch von diesem gebildet sein. Der Schwenknocken kann auch als separates Bauteil ausgebildet sein, der mit dem Schwenkteil drehgekoppelt ist. Der Schwenknocken weist vorzugsweise Endlagenabschnitte auf, die insbesondere derart angeordnet sind, dass eine senkrecht zum Endlagenabschnitt oder senkrecht zu deren Tangentialebene verlaufende Gerade die Schwenkachse schneidet. Die Endabschnitte verlaufen insbesondere so, dass über den Stößel keine Kraftkomponente auf den Schwenknocken wirkt, die den Schwenknocken aus der Endlage drängt. Der jeweilige Endlagenabschnitt kann dabei beispielsweise eben ausgebildet sein. Ferner ist denkbar, dass der Endlagenabschnitt gekrümmt ausgebildet ist, wobei die Krümmung derart ist, dass der Schwenknocken in der Endlage stabil auf dem Endlagenabschnitt liegt.In another embodiment of the invention, the cam is designed as a pivot cam which is arranged to be rotatable about the pivot axis of the pivot part. The pivot cam can be arranged directly on the pivot part or can also be formed by it. The pivot cam can also be designed as a separate component that is rotationally coupled to the pivot part. The pivot cam preferably has end position sections, which are arranged in particular in such a way that a straight line running perpendicular to the end position section or perpendicular to its tangential plane intersects the pivot axis. The end sections run in particular in such a way that no force component acts on the pivot cam via the plunger, which forces the pivot cam out of the end position. The respective end position section can, for example, be flat. Furthermore, it is conceivable that the end position section is curved, the curvature being such that the pivot cam lies stably on the end position section in the end position.
Gemäß der Erfindung ist denkbar, dass zwei oder mehr Stößel vorgesehen sind, die mit der Nockenbahn zusammenwirken. Hierdurch kann eine gleichmäßige Krafteinleitung, insbesondere über einander gegenüberliegende Stößel, in die Nockenbahn bereitgestellt werden.According to the invention, it is conceivable that two or more tappets are provided which cooperate with the cam track. This makes it possible to provide a uniform introduction of force into the cam track, in particular via opposing tappets.
Die Nockenbahn als solche kann insbesondere achsensymmetrisch zur Schwenkachse ausgebildet sein. Die symmetrische Anordnung vermeidet ungewollte einseitige Kräfte auf die Lagerung der Schwenkeinheit und gleicht diese Kräfte zumindest weitgehend aus.The cam track as such can in particular be designed axially symmetrical to the pivot axis. The symmetrical arrangement avoids unwanted one-sided forces on the bearing of the swivel unit and at least largely compensates for these forces.
Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn zwei Endlagenabschnitte vorgesehen sind, die insbesondere einen Winkelabstand von 180° aufweisen und/oder wenn zwei Stößel vorgesehen sind, die ebenfalls einen Winkelabstand von 180° aufweisen. Natürlich ist denkbar, dass die beiden Endlagenabschnitte auch einen anderen Winkelabstand aufweisen können, beispielsweise von 90° oder 60°.It has proven to be advantageous if two end position sections are provided, which in particular have an angular distance of 180° and/or if two plungers are provided, which also have an angular distance of 180°. Of course, it is conceivable that the two end position sections can also have a different angular distance, for example 90° or 60°.
Die Nockenbahn kann ferner so ausgebildet sein, dass zwischen den Endlagenabschnitten Zwischenlagenabschnitte vorgesehen sind, insbesondere dann, wenn das Schwenkteil in Zwischenlagen gefahren werden soll und in diesen Zwischenlagen angehalten werden soll. Denkbar ist, dass der Winkelabstand zwischen einem Endlagenabschnitt und einem Zwischenlagenabschnitt 90° beträgt. Zwischen den benachbarten Endlagenabschnitten und Zwischenlagenabschnitten sind dann die Brems- und Beschleunigungsabschnitte vorgesehen.The cam track can also be designed in such a way that intermediate layer sections are provided between the end position sections, in particular when the pivoting part is to be moved into intermediate positions and is to be stopped in these intermediate positions. It is conceivable that the angular distance between an end position section and an intermediate layer section is 90°. The braking and acceleration sections are then provided between the adjacent end position sections and intermediate layer sections.
Zum sicheren Festsetzen des Schwenkteils in der Endlage und/oder in den Mittenlagen können Verriegelungsmittel vorgesehen sein. Die Verriegelungsmittel können sich einerseits am Grundkörper abstützen und andererseits gegen das Schwenkteil oder gegen den Nocken drücken.Locking means can be provided to securely fix the pivoting part in the end position and/or in the middle positions. The locking means can, on the one hand, be supported on the base body and, on the other hand, press against the pivoting part or against the cam.
Die Verriegelungsmittel können insbesondere als druckbeaufschlagbare Verriegelungsstifte ausgebildet sein. Ein Betätigen der Verriegelungsmittel kann insbesondere über Druckluft erfolgen.The locking means can in particular be pressurizable locking pins be trained. The locking means can be actuated in particular using compressed air.
Die Speichereinheit als solche kann mit insbesondere dem Nocken und dem Stößel in den Grundkörper integriert sein.The storage unit as such can be integrated into the base body, in particular with the cam and the plunger.
Allerdings ist auch denkbar, dass die Speichereinheit als separate Baugruppe ausgebildet ist, die am Grundkörper angeordnet ist.However, it is also conceivable that the storage unit is designed as a separate assembly that is arranged on the base body.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben und erläutert sind.Further details and advantageous refinements of the invention can be found in the following description, on the basis of which exemplary embodiments of the invention are described and explained in more detail.
Es zeigen:
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1 eine Schwenkeinheit ohne Speichereinheit; -
2 die Schwenkeinheit gemäß1 mit teilgeschnittener Speichereinheit; -
3 die Schwenkeinheit gemäß2 in Schwenkendlage; -
3a eine Draufsicht auf einen Nocken einer Speichereinheit gemäß2 und3 ; -
4 einen der2 entsprechenden Schnitt einer zweiten erfindungsgemäßen Schwenkeinheit; -
5 einen der2 entsprechenden Schnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Schwenkeinheit; -
6 einen der2 entsprechenden Schnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Schwenkeinheit; -
7 die Speichereinheit einer weiteren erfindungsgemäßen Schwenkeinheit in schematischer Darstellung; -
8 die Speichereinheit gemäß7 in Schwenkendlage.
-
1 a swivel unit without a storage unit; -
2 the swivel unit accordingly1 with partially cut storage unit; -
3 the swivel unit accordingly2 in pivoting position; -
3a a top view of a cam of a storage unit according to2 and3 ; -
4 one of the2 corresponding section of a second pivot unit according to the invention; -
5 one of the2 corresponding section of a further swivel unit according to the invention; -
6 one of the2 corresponding section of a further swivel unit according to the invention; -
7 the storage unit of a further swivel unit according to the invention in a schematic representation; -
8th the storage unit according to7 in pivoting position.
In der
Die Schwenkeinheit 10 weist einen Grundkörper 12 auf, in dem zwei Zylinder 13 vorgesehen sind, in welchem jeweils ein doppelseitig druckbeaufschlagbarer Antriebskolben angeordnet ist. Die Antriebskolben treiben dabei über nicht dargestellte Zahnstangen ein Drehteil an, welches mit dem in
In der
Aus dem in
Die Speichereinheit 16 sieht zudem zwei mit der Nockenbahn 22 zusammenwirkende Stößel 24 vor, die jeweils von einer Speicherfeder 26 gegen den Nocken 20 druckbeaufschlagt werden. Die Stößel 24 weisen an ihrer dem Nocken 20 zugewandten Seite jeweils einen Rollenabnehmer 28 mit einer auf der Nockenbahn 22 abrollenden Rolle auf, der die Reibung zwischen dem jeweiligen Stößel 24 und der Nockenbahn 22 vermindert.The
Die Speicherfedern 26 sind entlang einer Linie, parallel zu den Zylinderachsen der Zylinder 13 des Antriebs angeordnet. Die Speicherfedern 26 sind dabei in Zylinderausnehmungen 30 der Speichereinheit 16 untergebracht. Die Zylinderausnehmungen 30 sind auf der dem Nocken 20 zugewandten Seite mit Abdeckkappen 32 abgedeckt, an welchen die Stößel 24 beziehungsweise die Rollenabnehmer 28 angeordnet sind. Auf der dem Nocken 20 abgewandten Seite stützen sich die Speicherfedern 26 an Federscheiben 34 ab. Zur axialen Verstellung der Federscheiben 34 sind an der Speichereinheit 16 Verstellschrauben 36 vorgesehen. Über die Verstellschrauben 36 kann folglich die Federkraft der Speicherfedern 26 verstellt werden.The storage springs 26 are arranged along a line parallel to the cylinder axes of the
In der
Bei Erreichen der Endlage des Schwenkteils 14 erreichen die Stößel 24 ihren maximalen Abstand b zur Schwenkachse 18, wie er in
Wie aus
Wird das Schwenkteil 14 beziehungsweise der Nocken 20 aus seiner in
Das Beschleunigungs- und Abbremsverhalten kann zum einen durch die jeweilige Steigung der Beschleunigungsabschnitte 44 beziehungsweise Bremsabschnitte 46 verändert werden. Zudem kann das Verhalten über die Federvorspannung der jeweiligen Speicherfeder 26, welche mittels der Verstellschrauben 36 verstellt werden kann, verändert werden.The acceleration and braking behavior can be changed on the one hand by the respective gradient of the
Bei der in der
Bei der Schwenkeinheit 54 gemäß
Um ein sicheres Festsetzen des Schwenkteils 14, beziehungsweise des Nockens 20, in den Endlagen zu bewirken, können Verriegelungsmittel 60, wie sie in
In den
Wird der Linearnocken 70 aus der in
Bei der Ausführungsform gemäß
Wird der Linearnocken 70, wie er in
Entscheidend ist, dass die Kraft, mit der die Stößel 24 in den Endlagenabschnitten 38 gegen die Nockenbahn 20 wirkt, senkrecht zur Oberfläche der Endlagenabschnitten 38 gerichtet ist. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Speicherfedern 26 den Nocken 70 beziehungsweise das Schwenkteil 14 nicht aus seiner Endlage drängen.What is crucial is that the force with which the
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