DE20218008U1 - Single actuator workpiece clamps has single fluid cylinder to pressurize slave cylinders on independent clamps - Google Patents
Single actuator workpiece clamps has single fluid cylinder to pressurize slave cylinders on independent clampsInfo
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Abstract
Description
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Anordnung von mehreren HandhabungsvorrichtungenArrangement of several handling devices
BeschreibungDescription
Die Erfindung betrifft eine Anordnung von mehreren Handhabungsvorrichtungen bestehend aus zwei Komponenten, wobei die erste Komponente mindestens zwei Betätigungsmittel zum Ausrichten und/oder Spannen und/oder Greifen und/oder Stoppen und die zweite Komponente einen Antrieb, insbesondere einen fluidisch betätigten Linearantrieb enthält.The invention relates to an arrangement of several handling devices consisting of two components, wherein the first component contains at least two actuating means for aligning and/or clamping and/or gripping and/or stopping and the second component contains a drive, in particular a fluidically actuated linear drive.
Dererlei fluidisch betätigbare Antriebe werden durch die Anmelderin für vielfältige Handhabungsaufgaben eingesetzt. Insbesondere zum Ausrichten, Spannen, Klemmen, Stoppen und Greifen in der Handhabungstechnik und Automatisierungstechnik sind vielfältige Anwendungen bekannt, wo eine translatorische (Hub) Bewegung zur Positionierung eines Spanners, Greifers, Stoppers oder einer Klemmeinheit gefordert sind.Such fluid-operated drives are used by the applicant for a wide range of handling tasks. In particular, a wide range of applications are known for aligning, tensioning, clamping, stopping and gripping in handling technology and automation technology, where a translatory (stroke) movement is required to position a tensioner, gripper, stopper or clamping unit.
Fluidisch betriebene Handhabungsvorrichtungen dieser Art sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Fluidtechnik bekannt. Hier gibt es sowohl Aufbauten die aus einem fluidisch, insbesondere pneumatisch betriebenen Linearantrieb und einem mit diesem gekoppelten Betätigungsmittel (Spanner, Stopper usw) aufgebaut ist, als auch in einem Gerät als Funktionskombination. Von der Anmelderin sind z.B. Linearantriebe mit Kolbenstange bekannt, wobei ein Zylinderraum in zwei fluidbetätigte Kolbenräume unterteilt ist und durch wechselseitige BeaufschlagungFluidically operated handling devices of this type are known to those skilled in the field of fluid technology. There are structures that are made up of a fluidically, in particular pneumatically operated linear drive and an actuating means coupled to this (tensioner, stopper, etc.), as well as in a device as a functional combination. The applicant, for example, knows linear drives with a piston rod, in which a cylinder chamber is divided into two fluid-operated piston chambers and by alternating pressure
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z.B. mit Druckluft der Kolben eine Linearbewegung erfährt und die Kolbenstange ausfährt. Spanner, Greifer, Stopper und Klemmeinheiten sind dem Fachmann im Bereich der Handhabungstechnik ebenfalls geläufig so dass auf den grundsätzlichen Aufbau solcher Einheiten nicht näher eingegangen wird.e.g. with compressed air the piston undergoes a linear movement and the piston rod extends. Tensioners, grippers, stoppers and clamping units are also familiar to specialists in the field of handling technology, so the basic structure of such units will not be discussed in detail.
Diese Einheiten können je nach zu lösender Aufgabe unterschiedlich in ihrer räumlichen Konfiguration, als auch ihrer elektrischen und pneumatischen Verschaltung miteinander kombiniert werden, wobei jeweils der fluidische Antrieb den größten räumlichen Platzbedarf aufweist. Durch den o.g. Stand der Technik wurde zwar schon versucht den Platzbedarf zu minimieren und solche Einheiten als Kompakteinheiten aufzubauen, jedoch ist der Platzbedarf für solche Einheiten immer noch enorm. Insbesondere im Bereich spezieller Montage- und Fertigungsaufgaben, z.B in automatisierten Fertigungsstrassen, wie in der Automobilindustrie steht dieses räumliche Angebot nicht immer zur Verfügung, so dass bedingt durch die verwendeten Einheiten ein größeres Bauvolumen der gesamten Montage- und Fertigungseinheiten nicht vermeidbar ist. Ein weiteres Problem ergibt sich, wenn man für komplexe Bearbeitungsvorgänge eine flächige, oder räumliche Bauteilekonstruktion mit den vorangegangenen Handhabungsvorrichtungen gleichzeitig in eine definierte Lage bringen möchte. Dieses Problem stellt sich insbesondere beim Spannen von komplexen Blechteilekonstruktionen die vor der Bearbeitung gespannt werden müssen dar. Um ein gleichmäßiges Spannergebnis zu erzielen, muss auf eine Synchronisation der zum Einsatz kommenden Handhabungsgeräte geachtet werden. Dies bedingt einen nicht unerheblichen mechanischen, konstruktiven und/oder steuerungstechnischen Aufwand für dererlei Synchronisationsmaßnahmen.These units can be combined with one another in different ways, depending on the task to be solved, in terms of their spatial configuration and their electrical and pneumatic connections, with the fluid drive requiring the most space. The above-mentioned state of the art has already attempted to minimize the space required and to build such units as compact units, but the space required for such units is still enormous. This spatial availability is not always available, particularly in the area of special assembly and production tasks, e.g. in automated production lines, such as in the automotive industry, so that a larger construction volume of the entire assembly and production units cannot be avoided due to the units used. Another problem arises when, for complex processing operations, a flat or spatial component construction with the preceding handling devices is to be brought into a defined position at the same time. This problem arises in particular when clamping complex sheet metal part constructions that have to be clamped before processing. In order to achieve a uniform clamping result, attention must be paid to synchronizing the handling devices used. This requires a not inconsiderable mechanical, structural and/or control-technical effort for such synchronization measures.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung eine Anordnung von Handhabungsvorrichtungen zur Verfügung zu stellen, die bei beengten Raumverhältnissen eingesetzt wird undIt is therefore an object of the invention to provide an arrangement of handling devices which is used in confined spaces and
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eine Bewegungssynchronisation der einzelnen Handhabungsvorrichtungen ohne weitere konstruktive Maßnahme vornimmt.a movement synchronization of the individual handling devices without any further design measures.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the features of claim 1.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht insbesondere in der räumlichen Trennung des fluidischen Linearantriebes von den eigentlichen Handhabungsvorrichtung hier Betätigungsmittel genannt. Hierbei werden separate Mittel zur translatorischen Kraftübertragung eingesetzt, die einen geringen Platzbedarf aufweisen und auch an unzugänglichen Stellen montiert werden können. Durch diese räumliche Trennung ist es möglich den platzintensiv bauenden Linearantrieb an einer Stelle mit geeigneten Bauvolumen unterzubringen, z.B. im Automobilbau unter der Spannvorrichtung z.B. zur Blechbearbeitung. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Betätigungsmittel, zB. Ausrichtvorrichtungen, Spannvorrichtungen, Klemmköpfe, Greifvorrichtungen oder Stopper. Da diese Teile nur mehr rein mechanische Komponenten enthalten, können diese relativ klein in ihren baulichen Abmaßen gehalten werden, was natürlich auch zu einer nicht unerheblichen Gewichtseinsparung führt. Somit wird es möglich, nicht nur ein Betätigungsmittel einzusetzen sondern mehrere Betätigungsmittel mit dem fluidischen Linearantrieb zu verbinden. Diese Anordnung ermöglicht es diese Betätigungsmittel auch durch die Verbindung mit den kraftübertragenden Mitteln im dreidimensionalen Raum einzusetzen, z.B. zum Spannen von komplexen Blechteilekonstruktionen, die nachfolgend verschweißt werden müssen. Durch die Verwendung von Bowdenzügen zur Übertragung der translatorischen und Bewegungen ist eine zeitgleiche Betätigung z.B. der Spannvorrichtungen gegeben, aufwendige Synchronisationsmittel und -konstruktionen entfallen.The advantage of the solution according to the invention lies in particular in the spatial separation of the fluidic linear drive from the actual handling device, here called actuating means. In this case, separate means for translational force transmission are used, which require little space and can also be installed in inaccessible places. This spatial separation makes it possible to accommodate the space-intensive linear drive in a place with suitable construction volume, e.g. in automobile construction under the clamping device, e.g. for sheet metal processing. A further advantage arises from the actuating means, e.g. alignment devices, clamping devices, clamping heads, gripping devices or stoppers. Since these parts only contain purely mechanical components, their structural dimensions can be kept relatively small, which of course also leads to a not inconsiderable weight saving. This makes it possible to use not just one actuating means, but to connect several actuating means to the fluidic linear drive. This arrangement also makes it possible to use these actuating means in three-dimensional space by connecting them to the force-transmitting means, e.g. for clamping complex sheet metal part constructions that must subsequently be welded. The use of Bowden cables to transmit the translational and movements enables simultaneous actuation of the clamping devices, for example, and eliminates the need for complex synchronization means and constructions.
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Durch den Vorteil nur eines Antriebes und von Betätigungsmitteln, die in ihrer Konstruktion relativ einfach gehalten werden können, ergibt sich eine nicht unerheblichen Kosten- und Materialersparnis.The advantage of only one drive and actuating means, which can be kept relatively simple in their design, results in considerable cost and material savings.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous developments of the invention are set out in the subclaims.
Zur Ansteuerung bzw. Regelung einer solch komplexen räumlich getrennten Handhabungsvorrichtung ergibt sich der weitere Vorteil, dass es mit der erfindungsgemäßen Lösung möglich ist, bestimmte notwendige Arbeitsstellungen der Betätigungsmittel abzufragen. Hierzu bieten sich bestimmte Abfragemittel z.B. induktive, kapazitive Sensoren, Näherungsschalter usw. an. Die Signale der Abfragemittel werden durch eine übergeordnete Steuereinrichtung verarbeitet um den korrekten Arbeitsfluss der Handhabungsvorrichtung zu gewährleisten.For controlling or regulating such a complex, spatially separated handling device, there is the further advantage that the solution according to the invention makes it possible to query certain necessary working positions of the actuating means. Certain query means are suitable for this purpose, e.g. inductive, capacitive sensors, proximity switches, etc. The signals from the query means are processed by a higher-level control device in order to ensure the correct work flow of the handling device.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der beigefügten Zeichnung stark schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown highly schematically in the accompanying drawing.
Wie in der einzigen Figur gezeigt, ist die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung 1 aus im wesentlichen zwei Komponenten aufgebaut, wobei die erste Komponente drei Betätigungsmittel 2, 2', 2" zum Ausrichten, Spannen, Stoppen, Greifen oder Klemmen aufweist und einer zweiten Komponente in Form eines pneumatischen Antriebes 3 der eine Linearbewegung ausführt. Der Linearantrieb 3 ist als doppelwirkender Arbeitszylinder ausgeführt, der bevorzugt mittels Druckluft betrieben wird. Er besteht aus einem länglichen im wesentlichen zylinderförmigen Rohr 31. Er weist an seinen Stirnseiten einen hinteren Lagerungsdeckel 32 und eine vordere Abschlusswand 33 auf. Letztere begrenzen zusammen mit dem zylinderförmigen Rohr 31 eine Arbeitsraum 34, in dem ein Kolben 35 in Richtung der Gehäuselängsachse 36 verschiebbar angeordnet ist. DerAs shown in the single figure, the handling device 1 according to the invention is essentially made up of two components, the first component having three actuating means 2, 2', 2" for aligning, tensioning, stopping, gripping or clamping and a second component in the form of a pneumatic drive 3 which carries out a linear movement. The linear drive 3 is designed as a double-acting working cylinder, which is preferably operated by means of compressed air. It consists of an elongated, essentially cylindrical tube 31. It has a rear bearing cover 32 and a front end wall 33 on its end faces. The latter, together with the cylindrical tube 31, delimit a working space 34 in which a piston 35 is arranged so as to be displaceable in the direction of the housing's longitudinal axis 36. The
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Kolben 35 ist mit nichtdargestellten Dichtmitteln versehen, die eine Dichtung zum Innenraum des zylinderförmigen Rohres 31 bewirken, so dass eine Unterteilung des Linearantriebes 3 in zwei axial nebeneinander liegende Arbeitsräume 37, 38 gegeben ist. In jeden Arbeitsraum 37, 38 münden jeweils separate nicht dargestellte Fluidkanäle die über den Lagerungsdeckel 32 und die vordere Abschlusswand 33 geführt sind. Hierzu sind in den Deckeln 32 und 33 entsprechende Fluidanschlüsse 39, 40 vorgesehen. Über die Fluidkanäle ist die Heranfuhr und Abfuhr entsprechenden Druckfluids, insbesondere Druckluft möglich um den Kolben 35 zu einer Bewegung in Richtung der Gehäuselängsachse gemäß dem Doppelpfeil 41 anzutreiben. Der Kolben 35 ist mit einer Kolbenstange 42 verbunden, die als Abtriebsteil die Hubbewegung des Kolbens 35 durch die vordere Abschlusswand 33 nach außen führt. Die vordere Abschlusswand 33 weist in üblicher Weise nichtdargestellte Dichtungs- und Führungsfunktionen auf. Der Linearantrieb 3 ist in seinen Außenabmaßen im wesentlichen quaderförmige konturiert. Solche Arbeitszylinder sind unter dem Begriff Kompaktzylinder oder Kurzhubzylinder dem Fachmann auf dem Gebiet der Fluidtechnik bekannt.Piston 35 is provided with sealing means (not shown) which seal the interior of the cylindrical tube 31, so that the linear drive 3 is divided into two axially adjacent working spaces 37, 38. Separate fluid channels (not shown) open into each working space 37, 38 and are guided via the bearing cover 32 and the front end wall 33. For this purpose, corresponding fluid connections 39, 40 are provided in the covers 32 and 33. The fluid channels can be used to supply and remove corresponding pressurized fluid, in particular compressed air, in order to drive the piston 35 to move in the direction of the housing's longitudinal axis according to the double arrow 41. The piston 35 is connected to a piston rod 42 which, as the output part, guides the stroke movement of the piston 35 outwards through the front end wall 33. The front end wall 33 has sealing and guiding functions (not shown) in the usual way. The linear drive 3 has essentially a cuboid-shaped outer dimensions. Such working cylinders are known to those skilled in the field of fluid technology as compact cylinders or short-stroke cylinders.
Die Kraftübertragung zwischen dem pneumatischen Antrieb 3 und den Betätigungsmitteln 2, 2\ 2", die bevorzugt als Spannzange 21 ausgebildet ist erfolgt durch Bowdenzüge 5, 5', 5". Die Bowdenzüge 5-5" übertragen die translatorische Bewegung des Linearantriebes 3 zur Spannzange 21. Die Bowdenzüge 5, 5', 5" sind kraftschlüssig sowohl mit der Spannzange 21 als auch mit der Kolbenstange 42 des Linearantriebes 3 verbunden, vorzugsweise verschraubt. Hierzu weist der Linearantrieb 3 eine mit der Kolbenstange 42 verbundene Befestigungsplatte 43 auf um mehrere Bowdenzüge 5 - 5" befestigen zu können.The power transmission between the pneumatic drive 3 and the actuating means 2, 2\ 2", which is preferably designed as a collet 21, takes place via Bowden cables 5, 5', 5". The Bowden cables 5-5" transmit the translational movement of the linear drive 3 to the collet 21. The Bowden cables 5, 5', 5" are non-positively connected to both the collet 21 and the piston rod 42 of the linear drive 3, preferably screwed. For this purpose, the linear drive 3 has a fastening plate 43 connected to the piston rod 42 in order to be able to fasten several Bowden cables 5 - 5".
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Die Spannzangen 21 können mit nichtdargestellten Sensoren versehen sein, die die Position bezüglich des zu spannenden Werkstückes abfragen. Hierzu bieten sich insbesondere induktive Sensoren an. Die Sensorsignale werden an eine nichtdargestellte übergeordnete Steuerung, insbesondere eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) übertragen, die dann die notwendigen Arbeitsabläufe entsprechend ihrem Programm steuert. Durch eine Abfrage an der Spannzange 21 können auch Brüche der Bowdenzüge 5 - 5" oder Fremdkörper im Spannbereich detektiert werden, die durch eine alleinige Abfrage der Kolbenstellung am Linearantrieb 3 nicht festzustellen wären. Besonders bei sicherheitskritischen Anwendungen kann somit eine Kollision und eine eventuelle Beschädigung des Werkstückes und/oder des Werkzeuges vermieden werden.The collets 21 can be equipped with sensors (not shown) that query the position in relation to the workpiece to be clamped. Inductive sensors are particularly suitable for this purpose. The sensor signals are transmitted to a higher-level control (not shown), in particular a programmable logic controller (PLC), which then controls the necessary work processes according to its program. By querying the collet 21, breaks in the Bowden cables 5 - 5" or foreign bodies in the clamping area can also be detected, which would not be detected by simply querying the piston position on the linear drive 3. This can prevent a collision and possible damage to the workpiece and/or the tool, particularly in safety-critical applications.
Das Gehäuse 22 der Spannzange 21 ist mit Befestigungsflächen 23 versehen, die mit nichtdargestellten Befestigungsmitteln zur Befestigung an einer Halterung 6 versehen sind.The housing 22 of the collet 21 is provided with fastening surfaces 23 which are provided with fastening means (not shown) for fastening to a holder 6.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Detail beschrieben.The functioning of the device according to the invention is described in detail below.
In einer nichtbetätigten Stellung der Handhabungsvorrichtung 1 sind sämtliche Spannzangen 21 in der mit A dargestellten Stellung (Ausgangsstellung). Das Werkstück ist nicht geklemmt. Die Sensoren sind nicht betätigt.In a non-actuated position of the handling device 1, all collets 21 are in the position shown with A (starting position). The workpiece is not clamped. The sensors are not actuated.
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In einem ersten Arbeitsgang wird der Linearantrieb 3 über den Fluidkanal des Fluidanschlusses 40 in üblicherweise mit Druckfluid, insbesondere Druckluft versorgt, welches ein Befüllen des Arbeitsraumes 38 und das Ausfahren des Kolbens 35 in Richtung des Pfeiles B in Richtung der Gehäuselängsachse des Linearantriebes 3 bewirkt, nachfolgend Ausfahrhub genannt. Die Ausfahrbewegung der Kolbenstange 42 wird auf das erste Ende 51 des Bowdenzuges 5 und somit auf die Spannzange 21, die mit dem zweiten Ende 52 des Bowdenzuges 5 kraftschlüssig verbunden ist, wie vorangegangen beschrieben übertragen. Dies führt zu einer translatorischen Ausfahrbewegung der Spannzange 21 in Richtung des Pfeiles C. Die Spannzange 21 wird somit translatorisch von ihrer Ausgangsstellung wegbewegt und es verbleibt ein Einlegespalt zum Beispiel für einzulegende Werkstücke, insbesondere Bleche und anderes flächiges Material. Im folgenden Arbeitsgang erfolgt das Festspannen des Werkstückes, indem durch die übergeordnete Steuerung ein Betätigungssignal an den Linearantrieb 3 gegeben wird. Der Fluidkanal des Fluidanschlusses 39 des Linearantriebes 3 und somit der Arbeitsraum 37 wird belüftet, womit der Kolben 35 in der zum Pfeil B entgegengesetzten Richtung verschoben wird und über den Bowdenzug 5 die Spannzange 21 in ihre Spannstellung verfährt (strichpunktiert gezeigt). Diese Stellung kann zum Beispiel durch an der Spannzange 21 angebrachte Sensoren, insbesondere induktive Sensoren abgefragt und die Signale der SPS zugeführt werden.In a first operation, the linear drive 3 is usually supplied with pressurized fluid, in particular compressed air, via the fluid channel of the fluid connection 40, which causes the working space 38 to be filled and the piston 35 to extend in the direction of arrow B in the direction of the housing longitudinal axis of the linear drive 3, hereinafter referred to as the extension stroke. The extension movement of the piston rod 42 is transferred to the first end 51 of the Bowden cable 5 and thus to the collet 21, which is non-positively connected to the second end 52 of the Bowden cable 5, as described above. This leads to a translational extension movement of the collet 21 in the direction of arrow C. The collet 21 is thus moved translationally away from its starting position and an insertion gap remains, for example for workpieces to be inserted, in particular sheets of metal and other flat material. In the following operation, the workpiece is clamped by the higher-level control sending an actuation signal to the linear drive 3. The fluid channel of the fluid connection 39 of the linear drive 3 and thus the working space 37 is ventilated, whereby the piston 35 is moved in the direction opposite to arrow B and the collet 21 is moved into its clamping position via the Bowden cable 5 (shown in dash-dotted lines). This position can be queried, for example, by sensors attached to the collet 21, in particular inductive sensors, and the signals fed to the PLC.
Nach erfolgter Bearbeitung des Werkstückes wird durch die übergeordnete Steuerung ein Signal an den Linearantrieb 3 gegeben um einen wie vorangegangen beschriebenen Vorhub des Linearantriebes 3 zu ermöglichen. Das Erreichen des Ausfahrhubes wird diesmal nicht an der Spannzange 21 abgefragt sondern durch die nichtdargestellte Sensorik am Linearantrieb 3. Nach erfolgtem Ausfahrhub des Linearantriebes 3 fährt die Spannzange 21 aus, das Werkstück wird freigeben, welches nachfolgend entnommen werden kann.After the workpiece has been machined, the higher-level control sends a signal to the linear drive 3 to enable a forward stroke of the linear drive 3 as described above. This time, the reaching of the extension stroke is not checked at the collet 21 but by the sensor system (not shown) on the linear drive 3. After the extension stroke of the linear drive 3 has been completed, the collet 21 extends, the workpiece is released, which can then be removed.
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Die durch das Ausführungsbeispiel gegebene erfinderische Lehre beschränkt sich jedoch nicht nur auf Aufbauten des vorangegangen beschriebenen Aufbaus. Statt einer Spannzange 21 können auch andere Bauformen von Ausricht-, Spann-, Stoppoder Greifvorrichtungen vorgesehen sein. Weiterhin sind auch Funktionskombinationen unterschiedlicher Betätigungsmittel, je nach zu lösender Handhabungsaufgabe möglich.However, the inventive teaching provided by the embodiment is not limited to structures of the previously described structure. Instead of a collet 21, other designs of alignment, clamping, stopping or gripping devices can also be provided. Furthermore, functional combinations of different actuating means are also possible, depending on the handling task to be solved.
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Legal Events
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---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20030410 |
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R163 | Identified publications notified |
Effective date: 20030625 |
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R156 | Lapse of ip right after 3 years |
Effective date: 20060601 |