DE202020100030U1 - Manipulationsvorrichtung zum Handhaben eines durch ein Umformwerkzeug umzuformenden Werkstücks - Google Patents

Abstract

Manipulationsvorrichtung zum Handhaben eines durch ein Umformwerkzeug (43) umzuformenden Werkstücks (35), wobei das Werkstück (35) sich während des Umformens durch die Formänderung in zumindest eine Richtung (21) ausdehnt und zumindest einen Handhabungsabschnitt (26) aufweist, welche Manipulationsvorrichtung ein Grundgestell (12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulationsvorrichtung (1) ferner einen Greifer (3) zum in Ausdehnungsrichtung (21) bewegungsschlüssigen Anschließen des Greifers (3) an den Handhabungsabschnitt (26) des Werkstücks (35) aufweist, dass der Greifer (3) gegenüber dem Grundgestell (12) in Ausdehnungsrichtung (21) translatorisch geführt ist und dass Fixiermittel vorgesehen sind, mit denen der Greifer (3) gegenüber dem Grundgestell (12) fixierbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Manipulationsvorrichtung zum Handhaben eines durch ein Umformwerkzeug umzuformenden Werkstücks, wobei das Werkstück sich während des Umformens durch die Formänderung in zumindest eine Richtung ausdehnt und zumindest einen Handhabungsabschnitt aufweist, welche Manipulationsvorrichtung ein Grundgestell umfasst.
• Roboter werden als Handlingapparate zum automatisierten Handhaben von Werkstücken genutzt. Durch einen Roboter können Werkstücke aufgenommen, in ein Werkzeug eingebracht und anschließend an anderer Stelle abgelegt werden. Hierzu verfügt ein Roboter über eine Manipulationsvorrichtung, mit der eine Verbindung zwischen dem Roboter und dem Werkstück herstellbar ist. Zum Bewegen des Werkstücks im Raum ist die Manipulationsvorrichtung an einen Roboterarm angeschlossen. Dieser ermöglicht eine Bewegung im Raum in typischerweise mehreren Freiheitsgrade.
• Ein Anwendungsgebiet von Robotern ist auch die Handhabung von Werkstücken im Rahmen eines Umformprozesses, wie etwa eines Hammerschmiedeprozesses. Durch den Roboter wird ein Werkstück, etwa ein Umformrohling, in ein Umformwerkzeug eingebracht, durch ein oder mehrere Umformschritte umgeformt und anschließend dem nächsten Prozessschritt zugeleitet. Bei der Handhabung eines Werkstückes im Zusammenhang mit einem Umformprozess, bei dem das Werkstück durch die Manipulationsvorrichtung gehalten wird, ist dessen Ausdehnung aufgrund der Formänderung quer zur Umformrichtung zu beachten. Diese kann von Werkstück zu Werkstück verschieden sein. Dabei muss vermieden werden, dass die durch die Formänderung entwickelten Kräfte auf die dem Roboter zugehörige Mechanik wirken, da der Roboter andernfalls beschädigt oder sogar zerstört werden könnte. Zudem besteht die Hauptaufgabe des Roboters mit seiner Manipulationsvorrichtung in der definierten Positionierung des Werkstücks, sowohl in dem Gesenk des Umformwerkzeuges als auch der Zuführung desselben zu nachgeschalteten Bearbeitungsstationen. Aus diesem Grunde soll die Position des Werkstücks im Raum dem Roboter, respektive der dem Roboter zugehörigen Steuereinheit bekannt sein. Ein Beispiel für ein durch Hammerschmieden hergestelltes Werkstück ist eine Pleuelstange für eine Verbrennungskraftmaschine.
• Aus dem Stand der Technik sind Roboter bekannt, die mit einer an einem Roboterarm angeschlossenen, durch ein Grundgestell gebildete Manipulationsvorrichtung ein Werkstück an zwei daran angeformten, gegenüberliegenden, endseitigen Handhabungsabschnitten - auch Handhabungsenden genannt - in Aufnahmen halten. Die Handhabungsabschnitte selbst werden durch das Umformwerkzeug nicht umgeformt. Durch den Umformprozess dehnt sich das Werkstück in Richtung seiner beiden Handhabungsabschnitte und damit auch in Richtung der beiden Aufnahmen des Robotergrundgestells aus, sodass die Handhabungsabschnitte durch die Ausdehnung des Werkstücks voneinander weg bewegt werden. Um die Ausdehnung des Werkstücks während des Umformprozesses von dem Roboter zu entkoppeln, ist das Werkstück in den beidseitigen Aufnahmen des Grundgestells in Ausdehnungsrichtung nur lose gehalten. Auf diese Weise schieben sich die Handhabungsabschnitte des Werkstücks während des Umformprozesses sukzessive in die Aufnahmen hinein. Typischerweise ist das Grundgestell gegenüber dem Roboter durch ein oder mehrere Elastomerlager abgefedert. Diese nehmen dann einen Teil der Ausdehnung des Werkstücks auf.
• Dieser Stand der Technik weist Nachteile auf. Zum einen muss das Werkstück beidseitig gehalten sein. Hierdurch müssen Einbußen in der freien Handhabbarkeit des Werkstücks im Raum hingenommen werden. Zum anderen wird das zwingende Bereitstellen eines langen, gleichförmig ausgebildeten Handhabungsabschnittes in Ausdehnungsrichtung als beschränkend empfunden, der jedoch notwendig ist, damit dieser in der Aufnahme in Ausdehnungsrichtung stets beweglich ist. Auch kann es vorkommen, dass aufgrund der Größe des Werkstücks sowie den durchzuführenden Umformprozess der Handhabungsabschnitt indirekt ebenfalls eine gewisse Umformung erfährt. Dieses kann eine freie Bewegung desselben in der Aufnahme des Grundgestells behindern. Sollen größere Werkstücke umgeformt werden, ist es zudem für eine beidseitige Aufnahme eines Werkstücks notwendig, zwei Roboter zu nutzen, um es in einem entsprechend großen Umformwerkzeug positionieren zu können.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es vor diesem Hintergrund, eine Manipulationsvorrichtung vorzuschlagen, mit der ein Werkstück gehalten und gehandhabt werden kann und mit der insbesondere die vorstehend aufgezeigten Nachteile überwunden werden.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch eine gattungsgemäße, eingangs genannte Manipulationsvorrichtung, bei der diese ferner einen Greifer zum in Ausdehnungsrichtung bewegungsschlüssigen Anschließen des Greifers an den Handhabungsabschnitt des Werkstücks aufweist, bei der der Greifer gegenüber dem Grundgestell in Ausdehnungsrichtung translatorisch geführt ist und bei der Fixiermittel vorgesehen sind, mit denen der Greifer gegenüber dem Grundgestell fixierbar ist.
• Vorteilhafte Ausbildungen ergeben sich aus der Beschreibung sowie aus den Unteransprüchen, auf die an dieser Stelle Bezug genommen wird.
• In den nachstehenden Ausführungen meint der Begriff Ausdehnungsrichtung diejenige Richtung, in die die Ausdehnung des Werkstücks während des Umformens auf seinen Handhabungsabschnitt wirkt.
• Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Grundgestell einen Greifer aufweist. Der Greifer verbindet den Handhabungsabschnitt des Werkstücks mit dem Grundgestell, indem der Greifer den Handhabungsabschnitt des Werkstücks bewegungsschlüssig greift. Durch diesen Anschluss des Greifers an den Handhabungsabschnitt wird der Greifer durch die Ausdehnung des Werkstücks, wenn dieses umgeformt wird, mitbewegt. Der bewegungsschlüssige Anschluss des Greifers an den Handhabungsabschnitt erfolgt reibschlüssig und/oder formschlüssig. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Greifer den Handhabungsabschnitt in Ausdehnungsrichtung formschlüssig greift, indem beispielsweise eine Kante des Greifers in die Mantelfläche des Handhabungsabschnittes eingedrückt wird.
• Zur Ausdehnungsbewegungskompensation ist der Greifer während des Umformens des Werkstücks gegenüber dem Grundgestell in Ausdehnungsrichtung translatorisch geführt. Hierdurch ist das Grundgestell von der Ausdehnungsbewegung des Werkstücks entkoppelt. Durch die Formänderung des Werkstücks hervorgerufene Kräfte wirken daher nicht auf das Grundgestell und damit auch nicht auf einen Roboterarm, an den das Grundgestell möglicherweise angeschlossen ist. Eine Längenänderung des Werkstücks in Ausdehnungsrichtung wird durch die translatorische Führung kompensiert. Der Zustand, in dem der Greifer gegenüber dem Grundgestell geführt ist, ist im Nachfolgenden als Loszustand angesprochen.
• Zum Handhaben des Werkstücks, wenn dieses nicht umgeformt wird, sind Fixiermittel vorgesehen, mit denen der Greifer gegenüber dem Grundgestell fixierbar ist. Auf diese Weise wird die translatorische Verstellbarkeit des Greifers gegenüber dem Grundgestell unterbunden, sodass das Werkstück durch den Roboter im Raum bewegbar ist, ohne dass der Greifer gegenüber dem Grundgestell verstellt wird. Dieses erlaubt eine exakte Positionierung des Werkstückes für einen nachfolgenden Prozessschritt, beispielsweise das Einlegen desselben in ein Gesenk oder das Zuführen des umgeformten Werkstückes an eine nachfolgende automatisierte Bearbeitungsstation. Eine Handhabung ist beispielsweise zum Lüften des Werkstücks zwischen zwei Umformschritten erforderlich. Die Konfiguration mit dem gegenüber dem Grundgestell fixierten Greifer wird nachfolgend als Arretierzustand angesprochen.
• Von Vorteil bei dieser Manipulationsvorrichtung ist, dass das Werkstück grundsätzlich nur an einem einzigen Handhabungsende gefasst zu werden braucht und dieses durch die Manipulationsvorrichtung nicht nur gehalten, sondern auch frei im Raum gehandhabt werden kann. Da das Werkstück an seinem Handhabungsabschnitt bewegungsflüssig gegriffen wird, braucht dieser keinen besonderen geometrischen Anforderungen genügen. Auch kann der Handhabungsabschnitt in Ausdehnungsrichtung kurz ausgeführt sein, mithin der Länge entsprechen, mit der der Greifer den Handhabungsabschnitt greift, sodass Material und somit auch zu handhabendes Gewicht eingespart werden kann. Durch die Fixiermittel der Manipulationsvorrichtung kann aktiv auf die Bewegung des Greifers gegenüber dem Grundgestell in Ausdehnungsrichtung Einfluss genommen werden. In Kombination mit der bewegungsschlüssigen Verbindung zwischen dem Greifer und dem Handhabungsabschnitt des Werkstücks ist so die exakte Position des Werkstücks bestimmbar.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Greifer als Greifvorrichtung über zumindest zwei Backenteile verfügt. Die Backenteile verfügen jeweils über eine sich in Ausdehnungsrichtung erstreckende Werkstückaufnahme, welche zum Greifen des Handhabungsabschnittes des Werkstücks gegenüberliegend und gegeneinander zangenartig verstellbar sind. Durch eine zangenartige Anordnung kann der Greifer auf einfache Weise und prozesssicher geöffnet bzw. geschlossen werden, sodass eine Verbindung mit dem Handhabungsabschnitt des Werkstücks einfach hergestellt bzw. gelöst werden kann. Insbesondere sind durch einen, durch diese Anordnung gebildeten Hebelarm große, auf den Handhabungsabschnitt wirkende Kräfte bei gleichzeitig geringem Kraftaufwand seitens des den Greifer betätigenden Aktors möglich. Somit wird ein besonders sicheres Greifen des Handhabungsabschnittes ermöglicht, sodass eine stabile Verbindung zwischen Handhabungsabschnitt und Greifer gegeben ist. Für ein sicheres Handhaben sind zwei gegenüberliegende Backenteile ausreichend, auch wenn drei oder mehr voneinander separierte Backenteile eingesetzt werden können. Die Querschnittsgeometrie der Werkstückaufnahmen der Backenteile ergänzen sich entsprechend des aufzunehmenden Handhabungsabschnittes.
• Vorteilhaft ist es, wenn die Backenteile dergestalt angeordnet sind, dass die Werkstückaufnahme der Backenteile in Schwerkraftrichtung übereinander angeordnet sind. Dann stützt eine Werkstückaufnahme zumindest eines ersten Backenteils den Handhabungsabschnitt und das daran angeformte Werkstück in Schwerkraftrichtung und eine Werkstückaufnahme zumindest eines weiteren Backenteils entgegen der Schwerkraftrichtung ab. Bevorzugt ist, dass der Handhabungsabschnitt in Schwerkraftrichtung nur durch eine Werkstückaufnahme eines Backenteils abgestützt ist. Durch die Trennung der durch die Backenteile bereitgestellten Greifvorrichtung in einer Ebene, welche im Wesentlichen normal zur Schwerkraftrichtung ist, ist der Handhabungsabschnitt besonders effektiv gehalten: Der Masseschwerpunkt des Werkstücks ist von dem Handhabungsabschnitt entfernt; normalerweise ist der Handhabungsabschnitt an einem längsaxialen Ende des Werkstücks als Handhabungsende angeordnet. Durch das außermittige Greifen des Werkstücks bezogen auf seinen Schwerpunkt wirkt auf die Werkstückaufnahmen ein Drehmoment. Dieses wird in den sich in Ausdehnungsrichtung erstreckenden Werkstückaufnahmen in Kräfte umgewandelt, die in und entgegengesetzt der Schwerkraftrichtung weisen. Dieses führt zu einem Drehmoment in dem Handhabungsabschnitt, durch das dieser in dem geschlossenen Greifer dazu bestrebt ist, sich zu verkeilen. Ist der Greifer dazu eingerichtet, die Backenteile in und entgegen der Schwerkraftrichtung zu öffnen, werden die durch das Eigengewicht des Werkstücks in die Backenteile eingebrachten Kräfte über einen ohnehin vorhandenen und leistungsstark ausgelegten Öffnungsmechanismus der Greifvorrichtung an das Grundgestell geleitet.
• Zum verbesserten Greifen des Handhabungsabschnittes kann vorgesehen sein, dass die Werkstückaufnahme zumindest eines Backenteils eine trapezförmige Querschnittsgeometrie aufweist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Handhabungsabschnitt einen rundlichen Querschnitt, wie etwa einen kreisrunden oder einen ovalen Querschnitt, aufweist. Denkbar sind auch andere geometrische Querschnittsformen des Handhabungsabschnittes. Die Querschnittsform des anderen Backenteils sollte sich von der Trapezform des ersten Backenteils unterscheiden. Der Abstand der beiden geneigten Schenkel der Trapezquerschnittsform des einen Backenteils ist auf den diesbezüglichen Durchmesser des Handhabungsabschnittes abgestimmt, und zwar dergestalt, dass dieser mit seiner Mantelfläche an den geneigten Flanken anliegt. Hierdurch sind zwei Linienkontakte zwischen dem Backenteil und dem Handhabungsabschnitt gegeben. Auf diese Weise erfolgt eine Kraftkonzentration und eine Zentrierung.
• Vorteilhaft ist, wenn der in der Greifvorrichtung aufzunehmende Handhabungsabschnitt oval, vorzugsweise nur leicht oval, ausgebildet ist. Der Handhabungsabschnitt wird typischerweise im Zusammenhang mit der Vorbereitung des Umformrohlings ausgebildet, mithin in einem Prozessschritt, der ohnehin zum Ausbilden des Umformrohlings - des Werkstückes - durchgeführt wird, beispielsweise ein Walzen, etwa ein Reckwalzen. Durch eine solche Bearbeitung eines Werkstückrohlings erhält der Handhabungsabschnitt zwangsläufig eine leicht ovale Querschnittsform, wobei die Langachse des ovalen Handhabungsabschnittes sich in der Ebene des Umformrohlinges befindet. Durch die Unrundheit des Handhabungsabschnittes richtet sich dieser bezüglich seiner Stellung um seine axiale Achse selbsttätig aus, wenn die Greifvorrichtung geschlossen wird. In welche Ausrichtung sich der Handhabungsabschnitt und damit auch das Werkstück ausrichtet, hängt von der Dimensionierung der trapezförmigen Ausbildung des Aufnahmequerschnittes der Werkstückaufnahme einerseits und dem Handhabungsabschnitt andererseits ab. Ist die Trapezform breiter als hoch, richtet sich ein Handhabungsabschnitt, der in horizontaler Erstreckung einen größeren Durchmesser aufweist als in vertikaler Erstreckung, horizontal aus. Entsprechendes gilt bei umgekehrter Auslegung. Auf diese Weise kann eine grundsätzlich unerwünschte Unrundheit für die exakte Positionierung vorteilhafterweise genutzt werden.
• Die Werkstückaufnahme zumindest eines Backenteils kann in Ausdehnungsrichtung eine sich vergrößernde Querschnittsgeometrie aufweisen. Durch den sich vergrößernden Aufnahmequerschnitt wird der Innendurchmesser und damit die lichte Weite der Aufnahme des Backenteils in Ausdehnungsrichtung des Werkstücks größer. Auf diese Weise erfolgt eine Kraftkonzentration der Schließkraft zum zangenartigen Einfassen des Handhabungsabschnittes auf den vorderen, zu dem Werkstück weisenden Endabschnitt dieses Backenteils. Dieses kann genutzt werden, um eine in den Aufnahmehohlraum der Aufnahme dieses Backenteils abragende Kante in die Mantelfläche des Handhabungsabschnittes einzupressen. Dann wirkt die Ausdehnung des Werkstücks gegen dieses Backenteil, sodass ein besonders sicherer bewegungsschlüssiger Anschluss an den Handhabungsabschnitt gewährleistet ist. Ist eine Verkrallkante vorgesehen, ist diese mit ihrer Wirkfläche quer zur Ausdehnungsrichtung ausgerichtet. Durch die Kante ist ein flächiger Formschluss zwischen Backenteil und Handhabungsabschnitt möglich. Vorteilhaft ist es, wenn die Verkrallkante der Kontur des Handhabungsabschnittes zumindest bereichsweise folgt und die lichte Weite des von der Verkrallkante eingefassten Bereiches kleiner ist als der komplementäre Mantelflächenabschnitt des gegriffenen Handhabungsabschnittes. Dann wird die Verkrallkante in den Handhabungsabschnitt eingepresst, wenn die Greifvorrichtung geschlossen wird. Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass die Verkrallkante nur schmal in Ausdehnungsrichtung des Werkstücks ist. Ist das Werkstück erwärmt, welches typischerweise für den Umformprozess erfolgt, kann die Verkrallkante mit relativ geringen Kräften in das rot glühende Bauteil eingedrückt werden. Möglich ist auch, dass die Verkrallkante über eine oder mehrere Spitzen verfügt, mit denen auch in einen kalten Handhabungsabschnitt zumindest abschnittsweise eingedrungen werden kann, um einen Formschluss zu ermöglichen.
• Um den Greifer gegenüber dem Grundgestell translatorisch zu führen, kann ein Linearlager vorgesehen sein. Die Führungsrichtung des Linearlagers entspricht der Ausdehnungsrichtung. Ein solches Linearlager kann als Kugellager oder als Gleitlager ausgeführt sein. Vorzugsweise wird das Linearlager durch eine Lagerbuchse mit einer zu dieser korrespondierenden Lagerstange gebildet. Zum Abstützen des Greifers gegenüber einer Bewegung um die Längsachse der Lagerstange kann diese ebenso wie die Lagerbuchse mit einer komplementären Profilierung ausgerüstet sein. Möglich ist beispielsweise, dass die Lagerstange eine Nut aufweist, die in eine an dem Linearlager festgelegten Rippe oder einem Vorsprung eingreift.
• Zum Arretieren des Greifers gegenüber dem Grundgestell kann zumindest eine auf die Lagerstange wirkende Klemmbacke als Fixiermittel genutzt werden. Aufgrund der Fixierung des Greifers gegenüber dem Grundgestell kann eine sichere Handhabung des Werkstücks gewährleistet werden, etwa ein Repositionieren des Werkstücks in dem Gesenk des Umformwerkzeuges oder in einer anderen, einem nächsten Prozessschritt zugehörigen Aufnahme. In dieser Ausgestaltung ist die Länge der Lagerstange entscheidend für die mögliche absolute Ausdehnung des Werkstücks in Ausdehnungsrichtung.
• Eine weitere Möglichkeit, den Arretierzustand zwischen Greifer und Grundgestell herzustellen, besteht darin, dass die translatorische Führung des Greifers durch einen Anschlag begrenzt ist und die Manipulationsvorrichtung über Stellmittel verfügt, mit denen der Greifer bis an den Anschlag verstellbar ist. Dann kann zum Herstellen des Arretierzustands der Greifer mittels des oder der Stellmittel gegen den Anschlag gefahren und dort durch das oder die Stellmittel gehalten werden.
• Die vorbeschriebene Auslegung der Manipulationsvorrichtung ergänzend kann vorgesehen sein, dass die translatorische Bewegung des Greifers gegenüber dem Grundgestell in Ausdehnungsrichtung - wenn im Loszustand - erfassbar ist. Die translatorische Bewegung des Greifers während des Umformprozesses gegenüber einer gegenüber dem Grundgestell festgelegten Ausgangsstellung kann beispielsweise mittels eines der Manipulationsvorrichtung zugeordnetem Linearwertgebers elektronisch erfasst werden. Denkbar ist auch jegliche andere elektronische Erfassung der von dem Greifer im Zuge der Ausdehnung des Werkstückes zurückgelegten Wegstrecke. Der erfasste Verstellbetrag kann beispielsweise zur Überwachung des Umformprozesses während eines Umformschrittes genutzt werden. Der erfasste Verstellbetrag kann zudem bei einer Manipulationsvorrichtung, bei der das Werkstück mehrfach in ein und dasselbe Gesenk im Zusammenhang mit einer Umformung desselben eingelegt wird, wie etwa beim Hammerschmieden, zum Wiederherstellen der Ausgangsstellung des Greifers genutzt werden. Ist der Greifer aufgrund der Ausdehnung des Werkstücks in Ausdehnungsrichtung translatorisch verschoben, wird zum Wiederherstellen der Ausgangsstellung der Greifer mittels der Stellmittel rückverfahren. Diese ist typischerweise durch einen die translatorische Führung begrenzenden, gegenüber dem Grundgestell festgelegten Anschlag bereitgestellt, wie er etwa auch zum Herstellen des Arretierzustands genutzt werden kann. Hierdurch ist eine formschlüssige Positionierung des Greifers möglich, welche hochpräzise ist. Der Linearwertgeber kann in der Ausgangsstellung auf seinen Null-Zustand zurückgesetzt werden. Da in dieser Stellung das Werkstück sich nicht in korrekter Position bezüglich des Gesenkes befindet, wird das Grundgestell um genau den erfassten Verstellbetrag des Greifers gegenüber dem Grundgestell in die entgegengesetzte Richtung, in der der Greifer in seine Ausgangsstellung zurückgebracht worden ist, und somit in Ausdehnungsrichtung verfahren. Das Werkstück hat sich auf diese Weise in der Summe im Raum nicht bewegt. Der durch das Linearlager bereitzustellende translatorisch geführte Weg braucht bei einer solchen Auslegung der Manipulationsvorrichtung nur kurz sein, etwa in einer Größenordnung, die der auf den Handhabungsabschnitt wirkenden, in Ausdehnungsrichtung weisenden Ausdehnung des Werkstücks während eines Umformschrittes entspricht. Je nach Ausgestaltung des Umformprozesses kann es sinnvoll sein, die Längenänderung mehrerer Umformschritte zu berücksichtigen. Dies wirkt sich insgesamt positiv auf eine gewünschte starre Lagerung aus.
• In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Verfahren des Greifers und des Grundgestells simultan, mithin: gleichzeitig erfolgt. Hierdurch wird unter anderem die Prozesszeit verkürzt.
• Das Stellmittel zum Verfahren des Greifers gegenüber dem Grundgestell kann ein Schrittmotor, ein Hydraulikzylinder oder ähnliches sein. Bevorzugt ist vorgesehen, einen Pneumatikzylinder zu nutzen. Eine pneumatische Ansteuerung ist zweckmäßig, da diese in den üblichen Industrieumgebungen ohnehin vorhanden ist. Zum Fixieren des Greifers gegenüber dem Grundgestell wirkt der Pneumatikzylinder auf den Greifer, während sich der Greifer an dem vorstehend beschriebenen Anschlag abstützt.
• Es ist vorteilhaft, wenn der Greifer gegenüber dem Grundgestell über ein elastomeres Lager angeschlossen ist. Ein elastomeres Lager kann beispielsweise durch Gummimuffen bereitgestellt werden. Ein solches Lager kann impulsartige Schläge reversibel abfangen. So können im Rahmen eines Umformprozesses in den Handhabungsabschnitt eines Werkstücks eingebrachte Schläge gegenüber dem Grundgestell und damit auch gegenüber dem Roboterarm, an dem das Grundgestell angeschlossen sein kann, abgefedert werden. Vorteilhafterweise wirkt eine Verstellung des Greifers gegenüber dem Grundgestell nicht auf das elastomere Lager. Diese Bewegung wird durch die translatorische Führung des Greifers gegenüber dem Grundgestell kompensiert.
• Für die Handhabung des Werkstückes ist es zweckmäßig, dass der Greifer gegenüber dem Grundgestell quer zur Ausdehnungsrichtung schwenkbar gelagert ist. Auf diese Weise werden auch Bewegungen, die durch den Umformprozess über das Werkstück auf den Greifer wirken und einen vektoriellen Anteil haben, der nicht in Ausdehnungsrichtung gerichtet ist, aufgefangen. Ist der Greifer über ein elastomeres Lager an das Grundgestell angeschlossen, bietet es sich bei einem schwenkbaren Anschluss des Greifers an dem Grundgestell an, dieses Lager als elastomeres Schwenklager auszuführen. Dann werden nicht in Ausdehnungsrichtung wirkende Bewegungen in dem Elastomerelement des Elastomerschwenklagers aufgefangen.
• Ist der Greifer schwenkbar an dem Grundgestell angelenkt, sind Fixiermittel vorgesehen, die den Greifer gegenüber dem Grundgestell hinsichtlich seiner Verschwenkbewegung fixieren.
• Dies kann beispielsweise durch einen an dem Grundgestell festgelegten Untersatz erfolgen, auf dem der Greifer mit Abstand zu der Schwenkachse abgestützt ist. Wird das Werkstück durch die Manipulationsvorrichtung gehandhabt, stützt sich der Greifer schwerkraftbedingt durch sein Gewicht und das von diesem getragene Werkstück auf dem Untersatz ab, sodass durch den Untersatz ein Fixiermittel gegenüber der Schwenkachse gegeben ist. Ist das Werkstück in das Umformwerkzeug eingelegt, wird der Untersatz durch eine entsprechende Bewegung des Roboterarms um die Schwenkachse weggedreht. Es kann hilfreich sein, wenn der Greifer mit dem Untersatz zusätzlich quer zur Ausdehnungsrichtung formschlüssig verbunden ist. Hierzu kann der Untersatz Vorsprünge oder Ausnehmungen aufweisen, in die der Greifer komplementär eingreifen kann.
• Damit bei einer schwenkbaren Anlenkung des Greifers an das Grundgestell die gesamte Ausdehnungsbewegung in die translatorische Verstellung des Greifers gegenüber dem Untergestell eingeht, ist die Längsachse des Linearlagers, beispielsweise die Längsachse der Lagerstange bzw. der komplementären Lagerbuchse derart ausgerichtet, dass diese die Schwenkachse schneidet.
• Typischerweise ist eine solche Manipulationsvorrichtung, wie vorstehend beschrieben, an den Roboterarm eines als Handlingsapparat ausgelegten Roboters angeschlossen. Dieses ist zweckmäßig, da ein solcher Roboterarm in mehreren Freiheitsgraden bewegbar ist, sodass mit diesem nicht nur das Grundgestell in Ausdehnungsrichtung verstellt, sondern das Werkstück insgesamt in den erforderlichen Freiheitsgraden, beispielsweise zum Belüften nach einem Schmiedeschritt oder zum Umsetzen desselben, bewegt werden kann.
• Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung arbeitet die Manipulationsvorrichtung mit einer ein Grundgestell und einen gegenüber dem Grundgestell translatorisch geführten Greifer zum Handhaben eines Werkstücks aufweisenden Manipulationsvorrichtung nach einem Verfahren umfassend die folgenden Schritte:
• - bewegungsschlüssiges Greifen des Werkstücks mittels des Greifers,
• - Handhaben des Werkstücks mit dem gegenüber dem Grundgestell fixierten Greifer,
• - Umformen des Werkstücks in einem Umformwerkzeug, wodurch sich das Werkstück durch die Formänderung in zumindest eine Richtung ausdehnt, sodass der Greifer translatorisch in die Ausdehnungsrichtung gegenüber dem Grundgestell verschoben wird und
• - weiteres Handhaben des Werkstücks, mit dem gegenüber dem Grundgestell fixierten Greifer.
• Bevorzugt ist vorgesehen, dass der translatorische Weg, den der Greifer während des Umformens gegenüber seiner gegenüber dem Grundgestell durch einen Anschlag definierten Ausgangsstellung verschoben wird, ermittelt wird und zum Wiederherstellen der Ausgangsstellung der Greifer in seine Ausgangsstellung entgegen der Ausdehnungsrichtung verfahren wird und das Grundgestell um den ermittelten Weg in Ausdehnungsrichtung verfahren wird.
• Vorteilhaft ist es, wenn das Verfahren des Greifers und des Grundgestells gleichzeitig erfolgt.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschreiben. Es zeigen:
• 1: eine erfindungsgemäße Manipulationsvorrichtung, angeschlossen an einen schematisiert dargestellten Roboterarm in einer perspektivischen Ansicht in einem Arretierzustand,
• 2: eine perspektivische Detailansicht der Backenteile des Greifers der Manipulationsvorrichtung der 1,
• 3: eine Schnittdarstellung durch den in 2 gezeigten Greifer in einer ersten Stellung,
• 4: der Greifer der 3 mit einem von diesen ergriffenen Handhabungsabschnitt eines Werkstückes,
• 5: die Manipulationsvorrichtung der 1 in der Stellung seines Greifers gemäß 4 mit dem Greifer in seinem Loszustand gegenüber dem Gestell,
• 6: die Manipulationsvorrichtung der 5 mit ihrem Greifer in einem Arretierzustand gegenüber dem Grundgestell,
• 7: eine geschnittene Seitenansicht der Manipulationsvorrichtung im Loszustand und,
• 8-10: eine Figurenfolge, darstellend die Arbeitsweise der Manipulationsvorrichtung auf Grundlage der Darstellung derselben der 7 beim Umformen eines von der Manipulationsvorrichtung gehaltenen Werkstückes.
• 1 zeigt eine Manipulationsvorrichtung 1. Die Manipulationsvorrichtung 1 umfasst ein Grundgestell 2 sowie einen Greifer 3 und ist mittels einer Anschlussplatte 4 an einen nur schematisch dargestellten Roboterarm 5 eines nicht näher dargestellten Roboters als Handlingsapparat angeschlossen. An die Anschlussplatte 4 ist die Manipulationsvorrichtung 1 durch nicht näher dargestellte Schraubelemente angeschlossen, die Durchbrechungen 6 durchgreifend. Hierdurch ist das Grundgestell 2 bezüglich aller durch den Roboterarm 5 ausübbaren Freiheitsgrade an diesem fixiert.
• An das Grundgestell 2 ist der Greifer 3 angeschlossen. Der Greifer 3 ist zangenartig ausgebildet, umfassend zwei Zangenschenkel 7, 8. Diese sind gegeneinander in einem Drehgelenk 9 drehbar gelagert und durch dieses jeweils in einen ersten Schenkelabschnitt 10, 10' und einen zweiten Schenkelabschnitt 11, 11' unterteilt. Der erste Schenkelabschnitt 10, 10' ist um ein Vielfaches länger als der zweite Schenkelabschnitt 11, 11'. Zum Betätigen des Greifers 3 werden die freien Enden der ersten Schenkelabschnitte 10, 10' der Schenkel 7, 8 mittels eines Aktuators 12, hier einem Pneumatikzylinder, gegeneinander bewegt. Der Aktuator 12 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel ein Zylindergehäuse 13 sowie eine gegenüber dem Gehäuse 13 translatorisch bewegbare Kolbenstange 14. Das Gehäuse 13 ist mit dem freien Ende des einen ersten Schenkelabschnittes 10' eines Zangenschenkels 8 verbunden. Das freie Ende der Kolbenstange 14 mit dem freien Ende des anderen ersten Schenkelabschnittes 10 des anderen Zangenschenkels 7 verbunden. Durch eine translatorische Bewegung der Kolbenstange 14 gegenüber dem Gehäuse 13 werden die Enden der Zangenschenkel 7, 8 je nach Ansteuerung des Aktuators 12 zueinander bzw. voneinander weg bewegt. An den freien Enden der zweiten Schenkelabschnitte 11, 11' sind zwei, eine Greifvorrichtung 15 bildende Backenteile 16, 17 angeschlossen. Die Backenteile 16, 17 weisen jeweils eine Werkstückaufnahme 18, 19 auf. In der Greifvorrichtung 15, mithin zwischen den Backenteilen 16, 17 kann ein Handhabungsabschnitt eines Werkstücks gehalten sein.
• Das Grundgestell 2 und der Greifer 3 weisen in ihren flächigen Strukturen erkennbare Ausnehmungen 20 auf, wodurch eine Fachwerkstruktur bereitgestellt ist. Eine solche Fachwerkstruktur ist gewichtssparend, sodass das Grundgestell 2 gewichtsoptimiert ist. Für eine Bewegung der Manipulationsvorrichtung 1 wird daher weniger Energie benötigt.
• Die 2 bis 4 zeigen verschiedene Ansichten der die Greifvorrichtung 15 bildenden Backenteile 16, 17.
• In 2 ist u. a. das untere Backenteil 16 erkennbar. Dessen Werkstückaufnahme 18 ist in ihrer innenseitigen, mithin zu der Werkstückaufnahme 19 des oberen Backenteils 17 weisenden Querschnittsgeometrie trapezförmig ausgelegt. In Ausdehnungsrichtung 21 eines von der Greifvorrichtung 15 gehaltenen umzuformenden Werkstückes ist die Werkstückaufnahme 18 des unteren Backenteils 16 mit gleicher Querschnittsgeometrie und -bemaßung ausgebildet. Ist der in dieser Figur nicht dargestellte Handhabungsabschnitt des Werkstücks rund oder oval, werden durch die Trapezform zwei Linienkontakte zwischen dem Handhabungsabschnitt und dieser Werkstückaufnahme 18 gewährleistet. In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass der Durchmesser des Handhabungsabschnittes auf die Weite der Werkstückaufnahme 18 abgestimmt ist, mithin dass an den Mantelflächen des Handhabungsabschnittes eines Werkstückes die geneigten Flanken der im Querschnitt trapezförmigen Werkstückaufnahme 18 anliegen.
• 3 zeigt einen Querschnitt durch die Greifvorrichtung 15. Das obere Backenteil 17 weist eine sich in Ausdehnungsrichtung 21 sich vergrößernde Werkstückaufnahme 19 auf. Während die Werkstückaufnahme 19 des oberen Backenteils 17 an seinem von dem nicht dargestellten Werkstück wegweisenden Ende 22 eine große Aufnahmequerschnittsfläche aufweist, weist es an dem zu dem nicht dargestellten Werkstück weisenden Ende 23 einen kleinere Querschnittsfläche auf. Zusätzlich ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Verkrallkante 24 an diesem Ende 23 bereitgestellt, die zu der Werkstückaufnahme 18 des unteren Backenteils 16 weist. Die Verkrallkante 24 stellt quer zur Ausdehnungsrichtung 21 eine Anschlagfläche bereit. Die Verkrallkante 24 weist unterseitig eine kreisbogenförmige Kontur 25 auf. Diese folgt der Kontur eines in der Greifvorrichtung 15 festzulegenden Handhabungsabschnitts 26 (siehe 4).
• Das verjüngte Ende 23 der Werkstückaufnahme 19 mit ihrer Verkrallkante 24 des oberen Backenteils 16 ist gegenüber der Werkstückaufnahme 18 des unteren Backenteils 17 zurückversetzt. Aufgrund der bezüglich des Schwerpunktes des von der Greifvorrichtung 15 gehaltenen Werkstückes resultierenden Anschluss wird die Verkrallkante 24 bereits infolge des Gewichts des Werkstückes und des Verkeilens des Handhabungsabschnittes 26 zwischen den Backenteilen 17, 18 zusätzlich in den Handhabungsabschnitt 26 hineingedrückt.
• 4 zeigt die an einen Handhabungsabschnitt 26 bewegungsschlüssig angeschlossene Greifvorrichtung 15. Der Handhabungsabschnitt 26 ist, genauso wie das daran angeformte Werkstück für den durchzuführenden Umformschritt auf Rotglühtemperatur erwärmt. Erkennbar ist, dass die Verkrallkante 24 der Werkstückaufnahme 19 des oberen Backenteils 17 infolge einer Betätigung des Aktuators 12 zum Schließen der Backenteile 17, 18 in die Mantelfläche des Handhabungsabschnittes 26 eingepresst wurde. Auf diese Weise ist ein Formschluss zwischen dem Greifer 3 und dem Handhabungsabschnitt 26 hergestellt.
• Vorteilhaft ist, dass die Trennebene der Greifvorrichtung 15 zwischen dem unteren Backenteil 16 und dem oberen Backenteil 17 normal zur Schwerkraftrichtung 28 ist. Auf diese Weise wird die Kraft, resultierend aus dem Gewichtsdrehmoment des nicht näher dargestellten Werkstücks, mittels der ohnehin stabil ausgeführten Zangenschenkel 7, 8 gegenüber der Manipulationsvorrichtung 1 abgestützt.
• Die Backenteile 16, 17 sind mittels Befestigungsmitteln 29, beispielsweise Stiften, an dem Greifer 3 angeschlossen. Durch eine singuläre Befestigung können die Backenteile 16, 17 begrenzt verschwenkt werden, sodass sich die Werkstückaufnahmen 18, 19 an die Außenkontur des Handhabungsabschnitts 26 geringfügig anpassen können. Eine solche Verschwenkbarkeit der Backenteile 16, 17 geht jedoch nur so weit, dass die Verkrallkante 24 mit ihrer Hochachse senkrecht zur Mantelfläche des Handhabungsabschnittes 26 ausgerichtet bleibt, mithin in einem Winkel zwischen 85 und 95°. Der vorbeschriebene Anschluss der Backenteile gewährleistet, dass diese auch problemlos ausgetauscht und durch andere ausgetauscht werden können. Auch ist möglich, die Backenteile 16, 17 aus einem anderen Material herzustellen als die Zangenschenkel 7, 8, beispielsweise aus einem hochfesten und vor allem temperaturbeständigen Werkstoff.
• Das Grundgestell 2 verfügt des Weiteren über einen in 5 erkennbaren Untersatz 30. Auf diesem Untersatz 30 liegt der Greifer 3 auf, wenn ein Werkstück (in dieser Figur anhand seines Handhabungsabschnittes 26 erkennbar) gehandhabt, mithin im Raum bewegt werden soll. Der Untersatz 30 verfügt über in Ausdehnungsrichtung 21 offene Aussparungen 31, in die der Greifer 3 formschlüssig mit den Schenkelabschnitten 10' des Zangenschenkels 8 eingreifen kann, wenn auf dem Untersatz 30 aufliegend (siehe 6). Hierdurch ist der Greifer 3 quer zur Ausdehnungsrichtung 21 formschlüssig an das Grundgestell 2 angeschlossen. Ein Fixieren des Greifers 3 gegenüber dem Untersatz 30 in Schwerkraftrichtung 28 muss nicht erfolgen, da das nicht näher dargestellte Werkstück ein ausreichend hohes Gewicht aufweist.
• 7 zeigt eine geschnittene Seitenansicht der Manipulationsvorrichtung 1. Zu erkennen ist der Anschluss des Greifers 3 an dem Grundgestell 2. Der Greifer 3 ist mittels eines Linearlagers 32, umfassend eine Lagerstange 33 und eine diese translatorisch führende Lagerbuchse 34, gegenüber dem Grundgestell 2 in Ausdehnungsrichtung 21 geführt. Im Loszustand wird hierdurch die Ausdehnung eines Werkstücks 35 in Ausdehnungsrichtung 21 gegenüber dem Grundgestell 2 kompensiert. In der Figur ist der Greifer 3 bereits in Ausdehnungsrichtung 21 gegenüber dem Grundgestell 2 verschoben. Zum translatorischen Führen des Greifers 3 durchgreift die Lagerstange 33 die Lagerbuchse 34. Die Lagerbuchse 34 ist unter Zwischenschaltung von elastomeren Lagern 37 beidseitig mittels Schwenklager 32, von denen der Schwenkmittelpunkt mit diesem Bezugszeichen in der Figur angedeutet ist, an das Grundgestell 2 angeschlossen. Damit ist der Greifer 3 über das Schwenklager 38 an das Grundgestell 2 angeschlossen. Die Schwenklager 38 halten die Lagerbuchse 34 quer zur Führungsrichtung des Linearlagers 32 und bilden das in Führungsrichtung wirkende Gegenlager der Lagerbuchse 34. Die Schwenkachse fluchtet mit der axialen Führungsachse des Linearlagers 32. Zur Begrenzung der translatorischen Führung der Lagerstange 33 gegenüber der Lagerbuchse 34 in Ausdehnungsrichtung dient ein Anschlag 36. Zur Begrenzung der translatorischen Bewegung des Greifers 3 gegenüber dem Grundgestell 2 entgegen der Ausdehnungsrichtung 21 weist die Lagerstange 33 an ihrem von dem Greifer 3 wegweisenden Ende einen weiteren Anschlag 39 auf.
• Zum aktiven Verstellen des Greifers 3 entlang des Linearlagers 32 sind Stellmittel 40, in diesem Ausführungsbeispiel in Form eines weiteren Pneumatikzylinders mit einer Kolbenstange 41 sowie einem Gehäuse 42 vorgesehen. Das Stellmittel 40 ist bezüglich seiner Wirkrichtung in Führungsrichtung des Linearlagers 35 ausgerichtet. Die Kolbenstange 41 ist an den Greifer 3 angeschlossen. Das Gehäuse 42 ist gegenüber dem Grundgestell 2 festgelegt, in diesem Ausführungsbeispiel indem es an der Lagerbuchse 34 angeschlossen ist. Somit wirkt das Stellmittel 40 unmittelbar auf den Greifer 3 ohne eine etwaige Nachgiebigkeit der elastomeren Lagern 37 in Kauf nehmen zu müssen.
• Während im Loszustand die Stellmittel 40 einer translatorischen Bewegung des Greifers 3 in Ausdehnungsrichtung 21, weil deaktiviert, nicht entgegenstehen, werden diese im Arretierzustand, in der die Manipulationsvorrichtung 1 ein Werkstück (in 7 durch den Handhabungsabschnitt 26 angedeutet) handhaben kann, als Teil des Fixiermittels zum Fixieren des Greifers 3 gegenüber dem Grundgestell 2 genutzt. Hierzu wirken die Stellmittel 40 auf den Greifer 3, sodass die Lagerstange 33 mit einem ihrer Anschläge 36, 39 an der Lagerbuchse 34 anliegt und sich der Greifer 3 so gegenüber dem Stellmittel 40 abstützen kann. Auf diese Weise ist der Greifer 3 gegenüber der Grundgestell 2 fixiert. Bezüglich der Gewichtsverteilung ist es für eine Handhabung eines Werkstückes vorteilhaft, wenn der Greifer 3 in Ausdehnungsrichtung 21 verfahren wird, sodass die Lagerstange 33 mit ihrem zu dem Werkstück weisenden Anschlag 36 an der Lagerbuchse 34 anliegt. Gleichwohl besteht die Möglichkeit, den Greifer 3 entgegen der Ausdehnungsrichtung 21 zu verfahren, sodass die Lagerstange 33 mit ihrem von dem Werkstück wegweisenden Anschlag 39 an der Lagerbuchse 34 anliegt. Auch auf diese Weise kann ein Werkstück durch die Manipulationsvorrichtung 1 gehandhabt werden. Der Greifer 3 befindet sich bezüglich seiner translatorischen Führung gegenüber dem Grundgestell 2 in seiner für den Umformprozess vorbereiteten Ausgangsstellung.
• Die 8 bis 10 verdeutlichen Verfahrensschritte zum Handhaben eines Werkstücks 35 mittels einer an einen Roboterarm 5 angeschlossenen Manipulationsvorrichtung 1, wenn dieses in einem Umformwerkzeug 43 umgeformt werden soll. Das Umformwerkzeug 43 weist ein Unterteil 44 sowie ein Oberteil 45 auf. Hierbei handelt es sich um ein unteres und ein oberes Gesenk. Diese sind zueinander in Umformrichtung, die hier der Schwerkraftrichtung 28 entspricht, bewegbar und dazu ausgelegt, das Werkstück 35 in dieser Richtung umzuformen. Auch wenn in der Figurenfolge anders dargestellt, kann das Unterteil 44 auch ruhend sein, gegenüber dem nur das Oberteil 45 bewegt wird. Das Werkstück 35 ist mit dem Greifer 3 bewegungsschlüssig verbunden, respektive: der Handhabungsabschnitt 26 ist in der Greifvorrichtung 15 zwischen den Backenteilen 16, 17 in den entsprechenden Werkstückaufnahmen gehalten.
• 8 zeigt die Manipulationsvorrichtung 1 in seinem Arretierzustand, in der der Anschlag 36 an dem Gehäuse des Schwenklagers 34 anliegt, welcher Arretierzustand zugleich der Ausgangsstellung des Greifers 3 gegenüber dem Grundgestell 2 entspricht. Die Lagerstange 33 ist mit ihrem Anschlag 36 an die Lagerbuchse 34 durch die Stellmittel 40 herangefahren, wodurch der Greifer 3 gegenüber dem Grundgestell 2 in Ausdehnungsrichtung 21fixiert ist. Zusätzlich ist der Greifer 3 mittels des Untersatzes 30 in Schwerkraftrichtung 28 abgestützt. Auf diese Weise ist der Greifer 3 zusammen mit dem zu handhabenden Werkstück 35 gegenüber dem Grundgestell 2 fixiert und kann mit dem Roboterarm 5 im Raum bewegt werden.
• Zum Umformen des Werkstücks 35 wird die Manipulationsvorrichtung 1 in ihren Loszustand gebracht. Hierzu werden die Fixiermittel, die den Greifer 3 gegenüber dem Grundgestell 2 in Ausdehnungsrichtung 21 Fixieren, deaktiviert. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Pneumatikzylinder hierzu entlüftet. Zum Entkoppeln des Untersatzes 30 von dem Greifer 3 wird das Werkstück 35 zunächst so positioniert, dass dieses durch das Unterteil 44 des Umformwerkzeugs 43 in Schwerkraftrichtung 28 abgestützt ist, sollte es sich bei dem Unterteil 44 nicht bereits um das ruhende Gesenkteil handeln. Anschließend wird das Grundgestell 2 um das Schwenklager 38 von dem Greifer 3 weggeschwenkt, sodass der Untersatz 30 von dem Greifer 3 in Schwerkraftrichtung 28 weggeschwenkt wird (siehe 9).
• Durch einen Umformschritt dehnt sich das Werkstück 35 quer zur Umformrichtung aus. Auf den Handhabungsabschnitt 26 wirkend erfolgt die Ausdehnung in Ausdehnungsrichtung 21. Diese kann durchaus 30 mm und mehr betragen.
• 9 zeigt den Zustand nach dem durchgeführten Umformschritt. Wie durch die gestrichelten, senkrechten, auf das Werkstück 35 bezogenen Linien L₁ , L₂ verdeutlicht, hat sich das Werkstück 35 in Ausdehnungsrichtung 21 ausgedehnt und ist in Umformrichtung flacher geworden. Durch die Ausdehnung des Werkstücks 35 ist der Greifer 3 in Ausdehnungsrichtung 21 von seiner Ausgangsstellung aus versetzt worden, was durch die gestrichelte, senkrechte Linie L₃ bezogen auf das untere Backenteil 16, deutlich wird. Das Grundgestell 2 ist, da der Roboter bzw. der Roboterarm 5 das Widerlager bildet, dagegen an seiner Position geblieben, wie durch die gestrichelte, senkrechte Linie L₄ bezogen auf die Lagerbuchse 34 des Linearlagers 32, verdeutlicht ist. Der Versatz des Greifers 3 gegenüber dem Grundgestell 2 in Ausdehnungsrichtung 21 ist auch darin erkennbar, dass der von dem Werkstück 35 wegweisende Anschlag 36 der Lagerstange 33 in 9 von dem einen Ende der Lagerbuchse 34 entfernt ist. Stattdessen ist der zu dem Werkstück 35 hinweisende Anschlag 39 der Lagerstange 33 zu der Lagerbuchse 34 hin versetzt.
• 10 zeigt den sich an den Zustand aus 9 anschließenden erneuten Arretierzustand, in dem das Werkstück 35 gehandhabt werden kann und in dem der Greifer 3 zudem in seiner Ausgangsstellung zurückgebracht ist. Hierfür ist der Greifer 3 mittels des Stellmittels 40 entgegen der Ausdehnungsrichtung 21 rückverfahren worden, bis das der von dem Werkstück 35 wegweisende Anschlag 36 der Lagerstange 33 an der Lagerbuchse 34 anliegt. Hierdurch ist der Greifer 3 gegenüber dem Grundgestell 2 fixiert. Gleichzeitig ist der nur schematisch dargestellte Roboterarm 5 zusammen mit dem Grundgestell 2 in Ausdehnungsrichtung 21 um den gleichen Weg wie der Greifer 3 gegenüber dem Grundgestell 2 verstellt worden. Zur Ermittlung des Weges, um den der Roboterarm 5 das Grundgestell 2 in Ausdehnungsrichtung 21 versetzen muss, wurde der translatorisch geführte Weg des Greifers 3 gegenüber dem Grundgestell 2, hervorgerufen durch die Ausdehnung des Werkstücks 35 vor dem Verfahren des Greifers 3 mittels eines Linearwertgebers 46 erfasst. Dies erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel durch Erfassen des Verfahrwegs der zweiten Kolbenstange 41 des Stellmittels 40 gegenüber dem Gehäuse 42.
• Erkennbar ist in der Zusammenschau der 8 bis 10, dass das Werkstück 35 mit seinem Mittelpunkt stets an gleicher Position innerhalb des Umformwerkzeugs 43 verbleibt. Dies wird durch das Bereitstellen einer Wegsamkeit seitens des Greifers 3 gegenüber dem Grundgestell 2 in Form der translatorischen Führung möglich. Daher kann eine Umformung mit dieser Manipulationsvorrichtung 1 durch mehrere Schmiedeschritte in gleicher Form, ausgeführt als Hammerschmieden, durchgeführt werden.
• Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Für den Fachmann ergeben sich zahlreiche weitere Ausgestaltungen, den Erfindungsgedanken umzusetzen, ohne den geltenden Schutzbereich, beschrieben durch die Ansprüche, zu verlassen, auch wenn diese im Rahmen dieser Ausführungen nicht erläutert sind.
• Bezugszeichenliste

1

Manipulationsvorrichtung

2

Grundgestell

3

Greifer

4

Anschlussplatte

5

Roboterarm

6

Durchbrechung

7, 8

Zangenschenkel

9

Schwenklager

10, 10'

erster Schenkelabschnitt

11, 11'

zweiter Schenkelabschnitt

12

Aktuator

13

Gehäuse

14

erste Kolbenstange

15

Greifvorrichtung

16

erstes Backenteil

17

zweites Backenteil

18

Werkstückaufnahme von 16

19

Werkstückaufnahme von 17

20

Ausnehmung

21

Ausdehnungsrichtung

22, 23

Ende von 16

24

Verkrallkante

25

Kontur von 24

26

Handhabungsabschnitt

27

Enden von 17

28

Schwerkraftrichtung

29

Befestigungsmittel

30

Untersatz

31

Ausnehmung

32

Linearlager

33

Lagerstange

34

Lagerbuchse

35

Werkstück

36, 39

Anschlag

37

Elastomerlager

38

Schwenklager

40

Stellmittel

41

zweite Kolbenstange

42

Gehäuse

43

Umformwerkzeug

44

Unterteil von 43

45

Oberteil von 43

46

Linearwertgeber

L1 - L4

Linien

Claims (17)

1. Manipulationsvorrichtung zum Handhaben eines durch ein Umformwerkzeug (43) umzuformenden Werkstücks (35), wobei das Werkstück (35) sich während des Umformens durch die Formänderung in zumindest eine Richtung (21) ausdehnt und zumindest einen Handhabungsabschnitt (26) aufweist, welche Manipulationsvorrichtung ein Grundgestell (12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulationsvorrichtung (1) ferner einen Greifer (3) zum in Ausdehnungsrichtung (21) bewegungsschlüssigen Anschließen des Greifers (3) an den Handhabungsabschnitt (26) des Werkstücks (35) aufweist, dass der Greifer (3) gegenüber dem Grundgestell (12) in Ausdehnungsrichtung (21) translatorisch geführt ist und dass Fixiermittel vorgesehen sind, mit denen der Greifer (3) gegenüber dem Grundgestell (12) fixierbar ist.
2. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (3) zum Handhaben des Werkstücks (35) den Handhabungsabschnitt (26) in Ausdehnungsrichtung (21) formschlüssig greift.
3. Manipulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (3) als Greifvorrichtung (15) über zumindest zwei gegeneinander verstellbare Backenteile (16, 17) mit jeweils einer Werkstückaufnahme (18, 19) zum Greifen des Handhabungsabschnittes (26) des Werkstücks (35) verfügt.
4. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückaufnahme (18, 19) der Backenteile (16, 17) in Schwerkraftrichtung übereinander angeordnet sind.
5. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückaufnahme (18) zumindest eines Backenteils (16) eine trapezförmige Querschnittsgeometrie aufweist.
6. Manipulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückaufnahme (19) zumindest eines Backenteils (17) eine sich in Ausdehnungsrichtung (21) vergrößernde Querschnittsgeometrie (19) aufweist.
7. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das die Werkstückaufnahme (19) zumindest eines Backenteils (17) an seinem verjüngten Ende (23) eine zu dem zumindest einen weiteren Backenteil (16) weisende Verkrallkante (24) aufweist.
8. Manipulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (3) gegenüber dem Grundgestell (12) in einem Linearlager (32), umfassend eine Lagerbuchse (34) und eine Lagerstange (33), geführt ist.
9. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer gegenüber dem Grundgestell mittels zumindest einer auf die Lagerstange wirkenden Klemmbacke fixierbar ist.
10. Manipulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Manipulationsvorrichtung (1) ein Linearwertgeber (46) zum Messen der translatorischen Bewegung des Greifers (3) in Ausdehnungsrichtung (21) zugeordnet ist und dass Stellmittel (40) vorgesehen sind, mit denen der Greifer (3) zumindest entgegen der Ausdehnungsrichtung (21) verfahrbar ist.
11. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulationsvorrichtung (1) über zumindest einen gegenüber dem Grundgestell (12) festgelegten Anschlag (36, 39) verfügt, durch den die translatorische Führung des Greifers (3) begrenzt ist, dass zum Herstellen einer Fixierstellung der Greifer (3) mittels des Stellmittels (40) bis an den Anschlag (36, 39) verfahrbar ist und dass das Grundgestell (12) zumindest in Ausdehnungsrichtung (21) verstellbar ist.
12. Manipulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellmittel (40) durch einen Pneumatikzylinder bereitgestellt ist.
13. Manipulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (3) mit dem Grundgestell (5) über ein elastomeres Lager (38) verbunden ist.
14. Manipulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (3) an dem Grundgestell (12) quer zur Ausdehnungsrichtung (21) schwenkbar angeschlossen ist und zum Handhaben des Werkstücks (35) auf dem Grundgestell (12) mit Abstand zu dem Schwenklager (37) auf einem Untersatz (30) abgestützt ist.
15. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 14, jedenfalls mit seinem Rückbezug auf Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse des Schwenklagers (37) die axiale Führungsachse des Linearlagers (32) schneidet.
16. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (3) zum Handhaben des Werkstücks (35) zusätzlich quer zur Ausdehnungsrichtung (21) formschlüssig an dem Untersatz (30) fixiert ist.
17. Handlingsroboter, aufweisend einen Roboterarm (5) und eine daran angeschlossene Manipulationsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Grundgestell (12) der Manipulationsvorrichtung (2) mittels des Roboterarm (5) in Ausdehnungsrichtung verfahrbar ist.

Images