-
Die
Erfindung betrifft ein Schnellwechselsystem zum Austauschen und
Wechseln von werkstückspezifischen
Handhabungsvorrichtungen mit einer Mehrzahl von Werkstückgreifern,
wie zum Beispiel Sauggreifern oder Klemmgreifern, gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
-
Derartige
Schnellwechselsysteme werden für
spezifisch an bestimmte Produktformen angepasste Transportwerkzeuge
bzw. Handhabungsvorrichtungen verwendet, welche in der Regel eine Mehrzahl
von Sauggreifern oder Klemmgreifern aufweisen, die an das jeweils
zu transportierende Werkstück
angepasst sind. Beispielsweise werden derartige Schnellwechselsysteme
für Transportvorrichtungen
in Presswerken verwendet, in denen eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden
Metallpressen in Form einer automatisierten Produktionsstraße vorgesehen
ist, wobei die Werkstücke
von den einzelnen Pressen aufgenommen und weitertransportiert werden
müssen.
In der Automobilindustrie sind derartige Herstellungsprozesse weitestgehend
automatisiert, sodass auch der Transport und die Handhabung der Werkstücke zwischen
den Bearbeitungsmaschinen automatisch durchführbar sein müssen. Ein
Problem bei derartigen Handhabungsvorrichtungen besteht hinsichtlich
des Wechsels spezifisch auf jeweilige Werkstücke angepasster Greifvorrichtungen.
Die in der Regel hydraulisch und/oder elektrisch betätigten Greifvorrichtungen
müssen
daher schnell von den Robo terarmen oder Transportschlitten abgekoppelt und
durch andere Handhabungsvorrichtungen ersetzt werden können. Hierfür sind Schnellwechselsysteme
erforderlich, die einerseits eine automatisierte Betätigung ermöglichen
und andererseits eine sichere und genaue Fixierung der jeweiligen
spezifischen Handhabungsvorrichtungen und ihren Anschluss an die
entsprechenden Versorgungsleitungen ermöglichen.
-
Gemäß der deutschen
Patentschrift
DE 44 18
461 C2 ist ein derartiges Wechselsystem für werkstückspezifische
Transferwerkzeuge vorgeschlagen worden, bei dem eine portalartige
Transportvorrichtung aus zwischen Längsträgern angeordneten Quertraversen
vorgesehen ist. Die Quertraversen weisen jeweils spinnenartig angeordnete
Halteelemente, wie zum Beispiel Sauggreifer, auf, die ihrerseits über einen
Schieber an den Quertraversen lösbar
befestigt sind. Der Schieber ist an einem Ende mit einer aus einer
Zahnstange und einem Zahnrad bestehenden Betätigungsmechanik gekoppelt, über welche
er linear verschiebbar ist. Am anderen Ende ist an der Quertraverse
und an dem Schieber jeweils eine Mehrzahl von Kupplungen für Anschlussleitungen
vorgesehen. Nach einem Einsetzen des die Greifer aufweisenden Schiebers
von oben liegt dieser mit einer Halteplatte an einer unteren Führungsschiene auf
und wird beim Längsverschieben
mittels der Betätigungsmechanik
hinter einen oberen Führungsvorsprung
geschoben, sodass der Schieber mitsamt den die Werkstücke ergreifenden
Sauggreifern fest an der Quertraverse gehalten wird. Nachteilig
ist bei diesem bekannten Wechselsystem für eine werkstückspezifische
Handhabungsvorrichtung, dass der Rüstvorgang beim Wechsel von
verschiedenen Handhabungsvorrichtungen sich schwierig gestaltet,
aufgrund der erforderlichen Positioniergenauigkeit beim Einsetzen
des Schiebers in die Führungsnut
und in die Kopplungsöffnung
seitens der mechanischen Betätigung.
Andererseits ist der bekannte Schieber relativ massiv ausgebildet
und damit schwer, um die ausreichende Festigkeit bei lediglich einer
Führung über die
Halteplatten im mittleren Bereich der Quertraverse dennoch zu gewährleisten.
Der Rüstvorgang ist somit
schwer durchzuführen,
und insbesondere das Ankoppeln und Treffen der verschiedenen Kupplungen
für Anschlussleitungen
(pneumatische wie auch elektrische Anschlüsse) ist schwierig. Zudem ist
dieses vorbekannte Wechselsystem schlecht geeignet, an verschiedenen
Verfahr- bzw. Transporteinrichtungen eingesetzt zu werden, und muss
mit jeweils entsprechenden Adaptern für einen Einsatz in einer Roboter-
oder einer Portalschlittenfertigung versehen werden. Ein derartiger
Trägerarm
mit verschiedenen Adaptern ist kostenintensiv und erfordert zusätzlichen
Lagerraum.
-
Aus
der Offenlegungsschrift
DE
43 20 430 A1 ist ein flexibler Transferpressenkomplex zur
Bearbeitung von Blechformteilen bekannt, bei dem Trageschienen mit
teilespezifisch austauschbaren Greiferleisten vorgesehen sind. Zum
Erleichtern der Umrüstung
sind jeweils den Pressenfeldern austauschbare Schiebetische zugeordnet,
die mechanisch miteinander koppelbar sind und über eine biegeweiche Lasche
eine Positionierung entlang der Transferpresse in einem Abstand
zu diesen ermöglichen.
-
Aus
der europäischen
Patentanmeldung
EP 0
291 048 A1 ist eine Kupplungsvorrichtung zwischen einem
Werkstück
und einer Werkzeugmaschine mit einer drehenden Spindel bekannt,
wobei die Kupplung hier über
eine Spanneinrichtung und ein Keilgetriebe betätigbar ist, mittels welchem
vollständig
innenliegende Spannelemente gegen klammerartige Spannklauen gedrückt werden
können.
Diese Art einer Klauenkupplung dient der Übertragung des Drehmoments
der Spindel auf das Werkzeug und einer sicheren Fixierung desselbigen.
Eine Zentrierung erfolgt hier über
einen zylindrischen Zentrierabschnitt und eine entsprechend geformte
zylindrische Zentrieraufnahme.
-
Demgegenüber ist
es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schnellwechselsystem
für eine
werkstückspezifische
Handhabungsvorrichtung mit einer Mehrzahl von Werkstückgreifern
vorzuschlagen, welche eine schnelle und einfache Durchführung des
Rüstvorgangs
ermöglicht
und auf vielfältigere
Art und Weise ohne aufwendige Adaptereinrichtungen einsetzbar ist.
-
Diese
Aufgabe wird mit dem Schnellwechselsystem gemäß Anspruch 1 sowie mit der
werkstückspezifischen
Handhabungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Das
erfindungsgemäße Schnellwechselsystem
für eine
werkstückspezifische
Handhabungsvorrichtung mit Werkstückgreifern, wie zum Beispiel Sauggreifern,
die an einem länglichen
Trägerelement werkstückspezifisch
angeordnet sind, weist ein Kupplungsteil für eine lösbare Verbindung von Anschlussleitungen
zur Versorgung der Greifer auf sowie ein Verschlussteil, welches
linear und längs
dem Trägerelement
zwischen einer Öffnungs-
und Verriegelungsstellung zum lösbaren
Fixieren desselben bewegbar ist. Das Schnellwechselsystem ist dadurch gekennzeichnet,
dass das Kupplungsteil und das Verschlussteil je eine kegelförmige Aufnahme
aufweisen und dass an den Enden des länglichen Trägerelements entsprechend geformte,
kegelstumpfförmige
Zentrierstücke
vorgesehen sind, die in der Ver riegelungsstellung formschlüssig mit
den Aufnahmen in Eingriff stehen. Das längliche Trägerelement mit den daran befestigten
Greifern kann so an den jeweiligen Enden über konische bzw. kegelförmige Zentrierstücke auf
einfache Weise eingesetzt und über
eine Längsbewegung
der kegelförmigen
Aufnahme des Verschlussteils lagefixiert fest eingespannt werden. Die
Montage ist durch die kegelstumpfförmigen Zentrierstücke wesentlich
vereinfacht, da bei dem Schließen
mittels einer Betätigungsvorrichtung,
manuell oder automatisch, die endseitigen Zentrierstücke jeweils
in entsprechende Aufnahmen einfahren und so selbsttätig dabei
zentriert werden. Es wird eine Art großflächige Kegelspannung zwischen
den jeweiligen Aufnahmen und dem mit den Greifern bestückten Trägerelement
hergestellt, die durch eine hohe Wiederhol- und Zentriergenauigkeit
gekennzeichnet ist. Da keine aufwendigen, mehrfachen Schritte beim Einsetzen
und Herausnehmen verschiedener, spezifisch auf Werkstücke angepasster
Handhabungsvorrichtungen mehr erforderlich sind, ist der Umrüstvorgang
schneller und einfacher durchzuführen
als bisher. Durch das erfindungsgemäße Schnellwechselsystem sind
keine besonderen Adapter oder Anschlusseinrichtungen für die Versorgungsleitungen an
den Transfervorrichtungen, wie zum Beispiel einem Industrieroboter,
einer Portaltransfervorrichtung oder dergleichen, vorzusehen. Das
erfindungsgemäße Schnellwechselsystem
kombiniert die erforderlichen Anschlusskupplungen und die Verriegelungsfunktion
in ein und demselben System, wobei auf der einen Seite ein Verschlussteil
mit konisch ausgebildetem Zentrierstück formschlüssig zusammenwirkt und auf
der gegenüberliegenden
Seite ebenfalls ein kegeliges Zentrierstück mit den entsprechenden Anschlusskupplungen
vorgesehen ist. Durch die Verriegelungsbewegung selbst wird gleichzeitig
und automatisch der Kopplungsvorgang durchgeführt, wobei durch die Zentrierstücke und
entsprechend geformte Aufnahmen die hierfür erforderliche genaue Ausrichtung
und Positionierung gewährleistet
sind. Das erfindungsgemäße Schnellwechselsystem
macht insbesondere eine besondere Betätigungsmechanik an dem Verschlussteil überflüssig, da
durch einfache Längsbewegung der
kegeligen Aufnahme des Verschlussteils dieses von einer Öffnungsstellung
in eine Schließstellung
bzw. Verriegelungsstellung gebracht werden kann. Die Betätigung kann
dabei pneumatisch oder auf mechanischem Wege und ebenso manuell
wie auch automatisiert erfolgen. Letzteres ist insbesondere für Großserienfertigung
in Produktionslinien mit einem hohen Automatisierungsgrad von Vorteil.
-
Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die kegelförmigen Aufnahmen
einen nach oben hin offenen Einführschlitz
auf, in welchen ein klotzartiges Fixierelement mindestens an einem
der Zentrierstücke
formschlüssig
passt. Auf diese Weise wird nach einem Einsetzen des Trägerelementes
von oben dieses gleichermaßen
in den kegelförmigen
Aufnahmen vorzentriert und bezüglich
seiner letztendlichen Lage festgelegt, wie auch seine Beweglichkeit
um eine Längsachse
des Trägerelementes
verhindert wird. Außerdem
wird beim Einführen
durch ein Einstecken von oben in die jeweiligen Aufnahmeschlitze
der Aufnahmen das Trägerelement
mitsamt den daran befestigten Greifern geführt, sodass ein fehlerhaftes
Einsetzen weitgehend vermieden wird. Der Abstand der Aufnahmen zueinander
ist dabei auf den jeweiligen Abstand und die jeweilige Abmessung
des Trägerelementes
und damit der endseitigen Zentrierstücke abgestimmt. Die Montage
und Demontage der jeweils spezifischen Handhabungsvorrichtungen
wird somit erleichtert.
-
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine
Verriegelung am Verschlussteil vorgesehen, mittels welcher das verschlussseitige
Zentrierstück
in der Aufnahme durch die Längsbewegung
derselben in der Verriegelungsstellung automatisch verriegelbar
ist. Die sichere Fixierung der jeweiligen Handhabungsvorrichtung
in den Aufnahmen ist somit gewährleistet,
ohne dass eine umständliche
Betätigung
eines Fixierstifts oder von Befestigungsschrauben hierfür erforderlich
wäre. Der
Rüstvorgang
ist schnell durchführbar
und ge währleistet
dennoch eine sichere Halterung der jeweiligen Werkstückgreifer.
-
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind elektrische
und/oder pneumatische Kupplungen integriert an dem Kupplungsteil
derart vorgesehen, dass sie in der Verriegelungsstellung gekoppelt
sind. Elektrische und/oder pneumatische Kupplungen sind für die Versorgung
und Betätigung
der Greifer erforderlich, wobei für Sauggreifer herkömmlich pneumatische
Anschlussleitungen und Kupplungen erforderlich sind. Für Klemmgreifer
können
ebenfalls pneumatische Kupplungen oder elektrische Anschlüsse und
Steckverbindungen vorgesehen sein. Durch die integrierte Anordnung der
erforderlichen Kupplungen mit dem Kupplungsteil, welches ein dem
Verschlussteil gegenüberliegendes
Aufnahmelager dem Trägerelement
bietet, ist es nicht mehr erforderlich, zusätzliche Adapter und Kupplungselemente
an den Basisträgern
und Transfereinrichtungen vorzusehen. Beim Einsetzen und Verriegeln
der jeweils spezifischen Greifvorrichtung werden die Verbindungen
und Leitungskupplungen automatisch hergestellt. Die elektrischen
und pneumatischen Kupplungen sind beispielsweise im Zentrum des
kegelstumpfförmigen
Zentrierstücks
und der kegelförmigen
Aufnahme vorgesehen oder peripher an einem umfänglichen Flansch oder dergleichen.
-
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
kegelförmigen
Aufnahmen und die Zentrierstücke
derart ausgebildet, dass die Handhabungsvorrichtung schon in der Öffnungsstellung
des Verschlussteils vorzentriert und bezüglich der Kupplungen (pneumatisch/elektrisch)
ausgerichtet angeordnet ist. Durch diese Vorzentrierung der Handhabungsvorrichtung
(bestehend aus einem länglichen
Trägerelement
mit einer Mehrzahl von Greifern) werden der Rüstvorgang und insbesondere das
Einsetzen der Vorrichtung erleichtert. Das Schnellwechselsystem
erfordert keine zeitaufwendigen, mehrfachen Schritte und Betätigen beim
Umrüsten.
Durch einfaches Einsetzen ist jede spezifische Handhabungsvorrichtung
schon bezüglich
der Aufnahmen vorzentriert, bevor eine Betätigung des Verschlussteils überhaupt
erfolgt. Die Vorzentrierung kann vorzugsweise über einen zylindrischen Zentrierrand
an den Aufnahmen und einen entsprechend geformten, zylindrischen
Abschnitt an den jeweiligen Zentrierstücken realisiert sein, wobei
die Abschnitte und die Ränder
schon in der Öffnungsstellung
des Verschlussteils miteinander in Eingriff stehen. Nach dem Einsetzen
und Einlegen der jeweiligen Zentrierstücke in ihre Aufnahmen ist damit
schon die endgültige
Lage des Trägerelementes
erreicht, bevor ein formschlüssiges
Einspannen zwischen den kegeligen Zentrierstücken überhaupt durchgeführt ist.
-
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Verschlussteil
einen in einem Zylinderraum verschiebbaren Betätigungskolben auf, welcher
mit der kegelförmigen
Aufnahme gekoppelt ist, wobei eine Kniehebelmechanik oder eine Pneumatikeinrichtung
für das
Betätigen
des Verschlussteils vorgesehen ist. Die Betätigung erfolgt so vollständig im
Innern des Verschlussteils, wodurch keine Störungen auftreten können. Als
Antrieb können
für ein
und das gleiche Verschlussteil leicht alternative Mittel, Pneumatikeinrichtungen
oder Hebelmechaniken, eingesetzt werden. Die lineare Verstellbewegung
des Verschlussteils ist zudem äußerst akkurat
und bringt einen umseitigen, sicheren Kraft- und Formschluss mit
sich, wodurch die Vorrichtung sicher fixiert und gehalten wird.
Ein völlig
automatisierter, einfacher und kurzer Wechselvorgang von unterschiedlichsten Greifern
wird hierdurch ermöglicht.
-
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Feder vorgesehen
zum axialen Vorspannen der Handhabungsvorrichtung in der Schließstellung.
Das Trägerelement
mit den daran befestigten Greifern wird so in der Schließstellung
zwischen den ebenfalls kegelförmigen
Aufnahmen spielfrei eingespannt, und etwaige Toleranzen werden durch
die vorgespannten Federmittel ausgeglichen. Als Federmittel können beispielsweise
Blattfedern oder Druckspiralfedern in dem Verschlussteil vor gesehen
sein, welche die kegelförmige
Aufnahme des Verschlussteils in Richtung auf die gegenüberliegende
Aufnahme (Aufnahmelager des Kupplungsteils) vorspannen.
-
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Distanzmittel
am Verschlussteil vorgesehen zum Begrenzen der linearen Verstellbewegung
zwischen einer Öffnungs-
un deiner Schließstellung.
Hierdurch wird das Verschlussteil beim Öffnen für einen Austausch einer Handhabungsvorrichtung
nicht zu weit geöffnet,
sodass beim erneuten Einsetzen einer anderen Vorrichtung diese wieder
lagegenau eingesetzt und vorzentriert wird. Die Trägerelemente,
welche an ihren Enden jeweils kegelförmige Zentrierstücke aufweisen,
sind in ihren Abmessungen und insbesondere ihrer Länge vorzugsweise
standardisiert, das heißt,
sie weisen ein und die gleiche Länge
auf. Gleiches gilt für
die zueinander weisenden und gegenüberliegend angeordneten kegelförmigen Aufnahmen
des Kupplungsteils und des Verschlussteils. Als Distanzmittel können beispielsweise
in dem Verschlussteil Distanzbolzen vorgesehen sein, die mit einer
Distanzhülse
der beweglichen Aufnahme zusammenwirken. Die Distanzbolzen können verstellbar
ausgebildet sein.
-
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das
Trägerelement
ein hohles, zylindrisches Rohr, koaxial zu den kegelstumpfförmigen Zentrierstücken. Die
Zentrierstücke
sind mit dem Rohr fest verbunden. Das Rohr ermöglicht ein Befestigen von Greifern
mit jeweiligen Armen über
einfache, verschraubbare Schellen, sodass eine leichte Verstellung
und Anpassung bei Bedarf möglich
ist. Das rohrförmige
Trägerelement
weist beispielsweise eine Mehrzahl von seitlich auskragenden Greifern auf,
die über
entsprechende Halterohre, je nach Bedarf in ihrer Länge und
Ausrichtung, lagegenau angebracht sind. Es wird so eine spinnenartige
Greifvorrichtung bereitgestellt mit vielfältigen Variations- und Anpassungsmöglichkeiten.
-
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an
dem Trägerelement
mittig ein vorragender Verriegelungsbolzen vorgesehen, der mit einer
schlitzförmigen
Halterung zum Stützen des
Trägerelements
zusammenwirkt. Bei sehr langen Trägerelementen mit einer Vielzahl
von daran befestigten Greifern kann es erforderlich sein, in der
Mitte eine zusätzliche
Abstützung
vorzusehen, um ein Durchbiegen desselben zu vermeiden. Der Verriegelungsbolzen
und die schlitzartige Halterung sind dabei vorzugsweise so ausgebildet,
dass durch die Verstellung des Verschlussteils der Bolzen in dem
beispielsweise L-förmigen
Schlitz verriegelt wird.
-
Die
erfindungsgemäße, werkstückspezifische
Handhabungsvorrichtung mit einer Mehrzahl von Werkstückgreifern
für einen
Transport bzw. Transfer von Werkstücken zwischen verschiedenen Bearbeitungsstationen
ist insbesondere geeignet für sogenannte
Presswerke mit einer Verkettung einer Mehrzahl von Umformpressen
beispielsweise für
Karosserieteile in der Automobilindustrie. Die Verkettung einer
Mehrzahl von Pressen erfordert zwischen jeder der Pressen einen
Weitertransport, wobei die Werkstücke sich von Station zu Station
in ihrer Form ändern.
Die Greifer müssen
daher auf jeweilige Formen angepasst werden, sodass zwischen den
Stationen unterschiedliche Greifer der Handhabungsvorrichtung erforderlich
sind, und auch bei einem Wechsel zwischen verschiedenen Bauteilen,
beispielsweise für
verschiedene Arten von Fahrzeugen, muss eine komplette Umrüstung und
Anpassung der Transfergreifer schnell und einfach durchgeführt werden.
Dies ermöglicht
die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung,
wobei jeweils eine Mehrzahl von Schnellwechselsystemen mit den erfindungsgemäßen, kegelförmigen Zentrierstücken und
kegelförmigen
Aufnahmen vorgesehen ist. Die Schnellwechselsysteme können beispielsweise
zwei in ihrer Anzahl und parallel zueinander sein. Es können paarweise vier
oder auch mehr Schnellwechselsysteme vorgesehen sein. Die erfindungsgemäßen Schnellwechselsysteme
sind beispielsweise an einem Roboterarm vorgesehen. Sie können ebenso
an einem sogenannten Saugbalken seitlich befestigt sein. Da die
jeweiligen Abstände
und die Form der Aufnahmen des erfindungsgemäßen Schnellwechselsystems gleich sind,
können
entsprechend ausgebildete, werkstückspezifische Greifanordnungen
beliebig variiert und schnell eingesetzt werden. Da erfindungsgemäß das Trägerelement
ein rohrförmiges
Bauteil ist, an dem die Werkstückgreifer
zum Beispiel verschraubt sind, ist der erforderliche Lagerbedarf
reduziert. Die Umrüstung
für verschiedene
Anwendungen erfordert keine Montage oder Demontage von zusätzlichen Adaptern.
Außerdem
sind keine kostenintensiven Trägerarme
mit Adaptern für
eine Roboter- bzw.
eine Zuführfertigung
(Feeder) mehr erforderlich.
-
Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung sind der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung zu entnehmen, in welcher die Erfindung mehr im Detail in
Bezug auf die in den beigefügten
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele
beschrieben wird.
-
In
der Zeichnung zeigen:
-
1a, 1b Schrägansichten eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
eines Schnellwechselsystems, jeweils in gelöstem und in verriegeltem Zustand;
-
2 ein zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Schnellwechselsystems
in einer Schrägansicht
in gelöstem
Zustand und mit pneumatischer Betätigung des Verschlussteils;
-
3a-3d teilweise geschnittene Schrägansichten
verschiedener Zustände
des Ausführungsbeispiels
der
-
1a, 1b auf der Seite des Verschlussteils zwi schen
einer Öffnungsstellung
und einer Verriegelungsstellung;
-
4a, 4b und 4c Schnittansichten
des Ausführungsbeispiels
mit mechanischer Betätigung
in verschiedenen Zuständen
auf der Verschlussseite zwischen einer Öffnungsstellung und einer Verriegelungsstellung;
-
5a, 5b Schnittansichten des zuvorigen Ausführungsbeispiels
auf der Seite des Kupplungsteils vor und nach dem Schließen der
Kupplungen;
-
5c eine Schrägansicht
der Seite des Kupplungsteils von diesem Ausführungsbeispiel vor dem Einsetzen
eines Greifers;
-
6 eine Schrägansicht
eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen, werkstückspezifischen
Handhabungsvorrichtung an einem Basisträger für eine Robotervorrichtung mit
vier Schnellwechselsystemen in montiertem Zustand;
-
7 eine Schrägansicht
eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung
mit einem Saugerbalken einer Transferpresse mit vier Schnellwechselsystemen
in montiertem Zustand; und
-
8 eine Schrägansicht
eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung
mit einem Basisträger
für einen
In dustrieroboter mit zwei parallel zueinander angeordneten Schnellwechselsystemen
mit montierten Greiferwerkzeugen.
-
In
den 1a, 1b ist ein erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Schnellwechselsystems
mit mechanischer Betätigung
in jeweiligen Schrägansichten
dargestellt: 1a zeigt
den geöffneten
Zustand vor einem Einsetzen des Rohres 1, und 1b zeigt den verriegelten
Zustand. Das erfindungsgemäße Schnellwechselsystem
dieses Ausführungsbeispiels
umfasst ein zylindrisches, hohles Rohr 1, an welchem die
Werkstückgreifer
(nicht dargestellt) in der erforderlichen Anzahl und Positionierung
befestigt werden. An dem Trägerrohr 1 sind
an den Enden jeweils Zentrierstücke 7, 8 vorgesehen, die
mit ihrer kegeligen Ausbildung in dafür vorgesehene, entsprechend
geformte kegelige bzw. konische Aufnahmen 5, 6 einsetzbar
sind. Die Aufnahmen 5, 6 sind jeweils an einem
Verschlussteil 2 und einem gegenüberliegend und koaxial angeordneten
Kupplungsteil 4 vorgesehen in einem Abstand entsprechend
zu der Länge
des Trägerrohrs 1.
Das Verschlussteil 2 weist eine kegelige Aufnahme 5 auf,
die linear und längs
dem Rohr 1 verschiebbar ist über eine Betätigungsmechanik 17,
die in diesem Ausführungsbeispiel
als eine Kniehebelmechanik ausgebildet ist. Die Betätigungsmechanik 17 kann
manuell oder vorzugsweise automatisiert betrieben werden. Das Verschlussteil 2 dient
nach einem Einsetzen des mit Werkstückgreifern (nicht dargestellt)
versehenen Rohres 1 einem Verriegeln und Spannen des selbigen.
Die kegelige Aufnahme 5 ebenso wie die kegelige Aufnahme 6 des
Kupplungsteils sind jeweils mit einem nach oben hin offenen Einführschlitz 26 versehen,
in welchen in geöffneter
Stellung der Betätigungsmechanik 17 die
am Ende des Rohres 1 vorgesehenen Zentrierstücke 7, 8 eingeführt werden
können.
Das Zentrierstück 7 auf
der Verschlussseite ist an der Oberseite mit einem Fixierklotz bzw.
-vorsprung 25 ausgeformt, der formschlüssig in den Einführschlitz 26 passt
und das Rohr 1 in der Drehlage in dem Verschlussteil 2 fixiert.
Des Weiteren ist in den kegelförmigen
Aufnahmen 5, 6 jeweils ein zylindrischer Zentrierrand 13 vorgesehen,
der mit einem Zentrierabschnitt 14 (ebenfalls zylindrisch
und formentsprechend) der Zentrierstücke 7, 8 zusammenwirkt
für eine
Vorabzentrierung des Rohres 1 bezüglich des Verschlussteils 2 und
Kupplungsteils 4. Die Zentrierränder 13 und der jeweils
entsprechende Zentrierabschnitt 14 sind derart vorgesehen,
dass im geöffneten
Zustand des Verschlussteils 2 das Rohr mit seinen Zentrierstücken 7, 8 in
koaxialer Ausrichtung zu den kegelförmigen Aufnahmen 5, 6 angeordnet
ist, bevor eine Verstellung und Einspannung mittels des Verschlussteils 2 stattgefunden
hat. Die erfindungsgemäße Vorzentrierung
kann alternativ über jedes
andere geeignete Mittel, wie zum Beispiel Führungskanten und -rillen, ebenso
realisiert sein.
-
Das
Kupplungsteil 4 dient einem Ankoppeln von pneumatischen
Kupplungen 10 und elektrischen Kupplungen 9 für Versorgungsleitungen
zu den an dem Rohr 1 befestigten Werkstückgreifern (nicht dargestellt),
die beispielsweise als Sauggreifer ausgebildet sein können. Hierfür ist in
jeweils einem halbkreisförmigen
Flansch an dem Zentrierstück 8 und außen an der
kegeligen Aufnahme 6 des Kupplungsteils eine Reihe von
pneumatischen Kupplungen 10 vorgesehen, die durch eine
Längsverschiebung
des Rohres 1 über
die Betätigungsmechanik 17 miteinander
gekoppelt werden können.
Gleichzeitig wird eine zentrale, elektrische Kupplung 9 am
Zentrierstück 8 des
Kupplungsteils mit der entsprechenden Steckverbindung in der Aufnahme 6 in
Kontakt gebracht, das heißt
gekoppelt. Gleichzeitig mit der Verriegelung mittels der Verschlusseinrichtung 2 wird
so auf Seiten des Kupplungsteils 4 über die Vorzentrierung und
entsprechend zueinander angeordnete Kupplungen 9, 10 der
Kontakt zwischen den Elementen der Kupplungen hergestellt. Bei dem
Ausführungsbeispiel
der 1a, 1b und 2 sind
jeweils das Verschlussteil 2 und das Kupplungsteil 4 mit
einem seitlichen Befestigungsflansch 30 vorgesehen, der
einer seitlichen Befestigung an einer Verfahreinheit, wie zum Beispiel
einem Roboterarm oder einer Portaltransfervorrichtung, dient. Das
so standardisierte Schnellwechselsystem erfordert keine zusätzlichen Adapter
an den Vorrichtungen und ist variabel einsetzbar.
-
Im
Unterschied zu dem in 1a und 1b dargestellten Ausführungsbeispiel
mit mechanischer Kniehebelbetätigung 17 weist
das in 2 dargestellte
Ausführungsbeispiel
eine pneumatische Betätigungseinrichtung 18 auf.
Ansonsten unterscheiden sich diese Ausführungsbeispiele nicht.
-
In
den 3a bis 3d sind verschiedene Schnittansichten
des Ausführungsbeispiels
der 1a, 1b eines erfindungsgemäßen Schnellwechselsystems
auf der Seite des Verschlussteils 2 wiedergegeben. 3a zeigt den Zustand vor
dem Einsetzen einer neuen Greifervorrichtung mit dem Rohrteilabschnitt 1 auf
Seiten des Verschlussteils 2 in der geöffneten Stellung. 3b zeigt den Zustand nach einem
vertikalen Einsetzen des Zentrierstücks 7 mit dem Rohrabschnitt 1. 3c zeigt den Zustand einer teilweisen
Verriegelung des Verschlussteils 2, und 3d zeigt den Zustand einer vollständigen Verriegelung.
Die verschiedenen Zustände
sind an der Stellung des Betätigungshebels
der Kniehebelmechanik 17 zu erkennen. Das verschlussteilseitige Zentrierstück 7 des
Rohres 1, an welchem in der Verlängerung eine Mehrzahl von Greifern
(nicht dargestellt) befestigt und am gegenüberliegenden Ende das Zentrierstück 8 des
Kupplungsteils (nicht dargestellt) angeordnet ist, wird von oben
in vertikaler Richtung in den Einführschlitz 26 der Aufnahme 5 formschlüssig eingeführt. Dabei wird
das Zentrierstück 7 durch
die seitlichen Wände
des Fixierklotzes bzw. -vorsprungs 25 in dem Schlitz 26 geführt. Ein
zylindrischer, vorragender Abschnitt 14 am Zentrierstück 7 kommt
auf einem entsprechend geformten, ringförmigen Sitz bzw. Zentrierrand 13 zum
Aufliegen, sodass eine Art Vorzentrierung des Rohres 1 bezüglich des Verschlussteils 2 vor
einem Verschließen
der Mechanik 17 bereitgestellt wird ( 3b). Am Zentrierstück 7 ist ferner eine
ringförmige
Nut 28 zwischen dem konischen bzw. kegeligen Teil und dem
zylindrischen Vorzentrierabschnitt 14 vorgesehen, die Teil
der Verriegelung 3 ist, welche zusammen mit den Verriegelungskugeln 27 letztendlich
eine vollständige
Verriegelung des Trägerelementes
bzw. Rohres 1 herstellt. Die Verriegelungskugeln 27 wirken
mit Kugelführungsbolzen 29 zusammen,
die eine bereichsweise Aussparung in Richtung zu den Kugeln aufweisen. Deren
Funktionsweise wird weiter unten beschrieben werden. Das Verschlussteil 2 besteht
in diesem Ausführungsbeispiel
aus einem Zylinderteil 16, in welchem längsbeweglich ein Kolbenteil 15 angeordnet ist,
das über
ein Federpaket 19 aus Tellerfedern mit einem Schaft der
Kniehebelmechanik 17 verbunden ist. Durch Betätigen des
Hebels der Kniehebelmechanik 17 wird der Kolben 15 und
damit die kegelförmige
Aufnahme 5 des Verschlussteils 2 in Richtung auf
das Zentrierstück 7 und
in Richtung auf das (nicht dargestellte) Kupplungsteil bewegt. Des
Weiteren sind in dem Verschlussteil 2 dieses Ausführungsbeispiels
Distanzbolzen 21 vorgesehen, die mit einer Distanzhülse 22 im
Innern des verschieblichen Kolbenteils 15 zusammenwirken.
Die Funktion der Distanzbolzen 21 und Distanzhülse 22 ist,
bei einer Öffnungsbewegung
den Rückhub
auf ein vorgegebenes Maß zu
beschränken,
das derart gewählt
ist, dass ein einzusetzendes Rohr 1 mit Zentrierstücken 7, 8 zwischen
der Aufnahme des Verschlussteils und der Aufnahme des Kupplungsteils
möglich
ist. In 3b ist der Zustand
nach einem vertikalen Einsetzen des Rohres 1 von oben dargestellt, bevor
die Kniehebelmechanik 17 betätigt wird. In 3c ist die Mechanik 17 teilweise
betätigt,
was durch den Abstand x1 dargestellt ist.
In diesem Zustand sind die Verriegelungskugeln 27 auf Höhe der Verriegelungsnut 28,
wobei jedoch die Kupplungen 9, 10 (nicht dargestellt)
auf Seiten des Kupplungsteils noch nicht miteinander in Kontakt
gelangt sind. In 3d ist
der letztendliche Verriegelungszustand des Schnellwechselsystems mit
gekoppelten Kupplungen 9, 10 (nicht dargestellt) wiedergegeben,
bezeichnet durch den Bewegungsabstand x2 in 3d. In diesem Zustand befinden sich
die Verriegelungskugeln 27 in Eingriff mit der Verriegelungsnut 28,
da der Kugelführungsbolzen 29 außerhalb
der eingefrästen
Nut sich befindet und dadurch die Kugeln in die Verriegelungsnut 28 gedrückt werden.
Gleichzeitig befindet sich das Zentrierstück 7 in formschlüssigem,
gespanntem Eingriff mit der ebenfalls kegelförmigen Aufnahme 5 des
Verschlussteils 2, wobei durch die Federn 19 eine
Vorspannung zusätzlich
in Richtung der Klemmung des Rohres 1 erzeugt wird.
-
In
den 4a bis 4c ist der soeben beschriebene
Verriegelungsvorgang auf Seiten des Verschlussteils 2 noch
einmal in den verschiedenen Stadien in jeweiligen Schnittansichten
wiedergegeben. In 4a ist
das Verschlussteil 2 geöffnet,
und ein Greifwerkzeug, dargestellt durch das Rohr 1 mit
dem Zentrierteil 7, ist von oben eingesetzt. Deutlich erkennt
man den einer Vorzentrierung dienenden vorragenden, zylindrischen
Abschnitt am Zentrierteil 7, der mit dem komplementären Zentrierrand 13 der Aufnahme 5 zusammenwirkt.
Die Lage des Rohres 1 ist somit koaxial und zentriert bezüglich des
Verschlussteils 2. Die Federn 19 sind entspannt,
sodass im Wesentlichen noch keine Vorspannkraft auf das Zentrierstück 7 ausgeübt wird.
In 4b ist der erste Zwischenzustand
dargestellt, in welchem eine Verriegelung des Zentrierstücks 7 bereits
stattgefunden hat durch das Verschieben des Verriege lungskolbens 15 des
Verschlussteils 2. Der Kolben 15 umgreift den vorderen,
zylindrischen Abschnitt des Zentrierstücks 7 und gelangt
mit der kegeligen Aufnahme 5 in Formschluss mit dem kegelstumpfförmigen Abschnitt
des Zentrierstücks 7.
Bei weiterer Betätigung
der Kniehebelmechanik 17 (4c)
wird der Betätigungskolben 15 mitsamt
dem Zentrierstück 7 und
dem Trägerrohr 1 in
Richtung nach rechts bewegt, das heißt auf das Kupplungsteil (nicht
dargestellt) zu, sodass die Kupplungen für Druckluft 10 und
für die
Elektronik 9 am Kupplungsteil in den gekoppelten Zustand
gebracht werden. 4c zeigt
demnach den Zustand der Schließstellung
bzw. Verriegelungsstellung, in welchem zudem die Verriegelungskugeln 27 in
Eingriff mit der Verriegelungsnut 28 sind, da der Kugelführungsbolzen 29 nun
außerhalb
des mit einer Vertiefung versehenen Bereichs sich befindet.
-
In
den 5a bis 5c ist der gleichzeitig stattfindende
Vorgang in verschiedenen Ansichten auf Seiten des Kupplungsteils 4 mit
den Anschlusskupplungen 9, 10 wiedergegeben. Das
kupplungsseitige Ende des Rohres 1 ist mit einem Zentrierstück 8 in Kegelform
ausgestattet sowie mit einem ringförmigen Flansch 32 für die pneumatischen
Kupplungen 10. In der 5a ist
der Zustand vor einem Koppeln bzw. Einstecken der Kupplungen 9, 10 dargestellt,
welcher dem Verriegelungszwischenzustand der 4b entspricht, bevor mittels der Verschlusseinrichtung 2 das gesamte
Rohr 1 in Richtung auf die Aufnahme 6 des Kupplungsteils
bzw. Aufnahmelagers 4 hin bewegt wird. Im Zustand der 5a ist auch das kupplungsseitige
Ende bzw. Zentrierstück 8 bezüglich der
Aufnahme 6 vorzentriert durch eine Vorzentriereinrichtung 31,
die in diesem Ausführungsbeispiel
in Form einer kantigen Fläche
ausgebildet ist, die mit einer entsprechenden Nut (nicht dargestellt)
in dem Befestigungsflansch 32 auf Seiten des Zentrierstücks 8 zusammenwirkt
(vgl. 5c). Die Lage
zum Treffen und Ein stecken der Kupplungen 9, 10 ist
damit schon beim Einsetzen der jeweiligen, werkstückspezifischen
Handhabungsvorrichtung vorgegeben. Eine falsche oder ungenaue Montage
kann daher gar nicht stattfinden, da das erfindungsgemäße Schnellwechselsystem
selbsttätig
eine Kopplung der verschiedenen pneumatischen und elektrischen Anschlüsse mit einer
Verriegelung verbindet und dies auf eine zentrierte Art und Weise.
-
In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Flansch 32 mit vier pneumatischen Kupplungen 10 ausgestattet
und lediglich als halbkreisförmiger Flansch
gebildet, selbstverständlich
kann der Flansch 32 jedoch auch einen vollen Kreisumfang umschließen und
eine andere Anzahl von Kupplungen als die wiedergegebene aufweisen.
Auch die Art und Form der Vorzentrierung 31 mittels einer
Fläche, die
mit einer Ausnehmung oder Aussparung zusammenwirkt, kann anders
gestaltet und beispielsweise als ein zylindrischer, vorragender
Abschnitt am Zentrierstück 8 ausgebildet
sein, der mit einer entsprechenden, zylindrischen Bereich innerhalb
der kegeligen Aufnahme 6 zusammenwirkt, wie es anhand des Verschlussteils 2 beschrieben
und dargestellt worden ist. Die elektrischen und pneumatischen Kupplungen 9, 10 werden
mit entsprechenden Zuführ- und Weiterleitungsleitungen
(nicht dargestellt) verbunden, mittels welchen die Betätigung und
Versorgung der einzelnen Greifvorrichtungen hergestellt wird. Durch die
gemeinsame, integrale Ausbildung des Aufnahmelagers oder Kupplungsteils 4 mit
den erforderlichen Anschlusskupplungen 9, 10 ist
die Montage und Demontage von unterschiedlichen, auf verschiedene Werkstückarten
angepassten Vorrichtungen denkbar einfach durchzuführen. Lediglich
die Verschlusseinrichtung muss geöffnet und geschlossen werden,
und das Einsetzen der jeweiligen Greifvorrichtung von oben in die
entsprechenden, konischen Aufnahmen muss gewährleistet werden. Die Variabilität der Handhabungsvorrichtung
ist zudem erhöht,
da unterschied lichste Greif- und Fördersituationen mit ein und
demselben Schnellwechselsystem an standardisierten Transfervorrichtungen
montiert werden können.
-
In
den 6, 7 und 8 sind
je drei Ausführungsbeispiele
einer werkzeugspezifischen Handhabungsvorrichtung mit einer Mehrzahl
von Werkstückgreifern
im montierten Zustand mit mehreren erfindungsgemäßen Schnellwechselsystemen
jeweils in Schrägansichten
dargestellt.
-
6 zeigt einen Basisträgerarm einer
Roboter- oder Transfervorrichtung, der mit vier Schnellwechselsystemen
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgestattet ist. Die Handhabungsvorrichtung 11 weist
hierfür
eine quer zum Roboterarm verlaufende Befestigungsstange auf, an
der gegenüberliegend und
parallel zueinander jeweils zwei Schnellwechselsysteme gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgesehen sind mit jeweils einem Kupplungsteil 4 und
einem Verschlussteil 2. In 6 ist
der Zustand der Verschließstellung
dargestellt, in welcher die jeweiligen Rohre 1 mit den
daran befestigten Sauggreifern 12 in montiertem Zustand
fest verriegelt sind. In 7 ist eine
erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung mit
einer Mehrzahl von Schnellwechselsystemen gezeigt, bei der vier
erfindungsgemäße Schnellwechselsysteme
an einem Saugerbalken einer Pressenverkettung montiert sind, jeweils
seitlich und gegenüberliegend
zueinander. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist mittig der jeweiligen Rohre je eine zusätzliche Halterung in Form eines
Verriegelungsbolzens 23 vorgesehen, der in eine Halterung 24 eingreift
und formschlüssig
das jeweilige Rohr 1 mit den daran befestigten Sauggreifern 12 hält. Wie
auch bei den zuvorigen Ausführungsbeispielen
kann anstatt von Sauggreifern 12 auch eine andere Art von
Greifelementen, wie zum Beispiel Klemmgreifer oder dergleichen,
vorgesehen sein. Ebenso ist die Anzahl von Schnellwechselsystemen
der Handha bungsvorrichtung 11 keineswegs begrenzt, und
es können
beispielsweise auch lediglich zwei Schnellwechselsysteme oder auch
sechs Schnellwechselsysteme an ein und demselben Basisträger montiert
sein. Die Anzahl von Greifelementen 12 an jedem Trägerrohr 1 ist ebenso
keinesfalls beschränkt
und kann unterschiedlich zu den dargestellten Ausführungsbeispielen
sein.
-
In 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung 11 mit
dem Schnellwechselsystem gemäß der Erfindung
dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind
lediglich zwei Schnellwechselsysteme mit jeweils einer Verschlusseinrichtung 2 und
einer Kupplungseinrichtung 4 an dem gegenüberliegenden Ende
vorgesehen, die an einem ebenfalls zylindrischen Rohr, das beispielsweise
mit einem Roboterarm gekoppelt ist, befestigt sind.