DE3706945C2 - Verriegelungseinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verbindung eines Grundteils mit einem Wechselteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei bekannten Verriegelungseinheiten werden der Grundteil und der Wechselteil durch Halteelemente ver­ bunden, die beispielsweise einen 3-Punkt-Kugeladapter oder Permanent Elektrohaft-Magnete aufweisen. Ferner sind Einheiten bekannt, bei denen Bajonettverschlüsse oder Bolzenverbindungen vorgesehen sind.

Aus der DD-PS 2 14 330 ist bspw. eine Greiferwechselvorrich­ tung zu entnehmen, die eine Klemmeinrichtung aufweist, bei der ein Zapfen 9 in eine der Außenkontur des Zap­ fens entsprechende Ausnehmung einführbar ist. Die Ver­ riegelung des Zapfens innerhalb der Ausnehmung erfolgt durch eine lateral zur Zapfenerstreckung bewegbare Kugel, die in der verriegelten Stellung in eine an der Oberfläche des Zapfens eingearbeitete Rille preßbar ist, so daß der Zapfen durch die Preßkraft der Kugel in der Ausnehmung ortsfest verbleibt. Die Bewegung der Kugel erfolgt über einen Steuerstab, der sowohl Feder­ kraft-, als auch Preßluft-beaufschlagt ist, so daß in Abhängigkeit der Preßluftbeaufschlagung auf den Steuer­ stab die Kugel lateral zum Zapfen hin bzw. vom Zap­ fen weg bewegbar ist. Je nach Kugelstellung ist somit der Zapfen verriegelbar bzw. freigebbar.

Die Einstellung des Steuerstabes erfolgt über eine luftdicht in das Verriegelungsgehäuse eingearbeitete Ventilvorrichtung, die den innerhalb des Gehäuses frei beweglichen Steuerstab mit Preßluft beaufschlagt. Ein derartiger Preßluftanschluß sieht nicht nur luftdicht vorzusehende Bauteilverbindungen vor, sondern erfordert zudem Preßluftleitungen die nicht zuletzt den Bewe­ gungsapparat eines Roboters erheblich einschränken.

Überdies ist die konstruktive Auslegung kompliziert und aufwendig, zumal eine Vielzahl von Einzelkomponenten miteinander verbunden werden müssen. Darüberhinaus bietet dieses bekannte Greiferwechselsystem ohne kon­ struktiven Mehraufwand keinen verdrehsicheren Sitz zwischen beiden Teilen. Hierfür ist extra Zentrierungs­ bolzen 10 vorgesehen.

Ferner geht aus der EP-A 0 139 758 eine Wechselvorrich­ tung für Industrieroboter hervor, die das Anbringen unterschiedlicher Werkzeuge an den Roboterarm er­ möglicht. In diesem Fall greift ein konusförmig ausge­ arbeiteter Hohlzapfen in eine, der Außenkontur des Hohlzapfens angepaßte Ausnehmung ein, die im Zentrum der Ausnehmung einen Gegenzapfen vorsieht, der in den Zapfen einführbar ist und somit seine Innenseite mit zwei aus den Gegenzapfen austretenden Kugeln sitzfest sichert. Die Bewegungsansteuerung der Kugeln erfolgt über einen zentralen Führungsbolzen, der im Kugelbereich trichterförmig ausgebildet ist und der sowohl federbeaufschlagt als auch preßmittelbeauf­ schlagt ist. Das Preßmittel ist vorzugsweise eine Flüs­ sigkeit, die über ein Ein- und ein Auslaßventil den Hub des Führungsbolzen gegen die Federkraft einstellt.

Aus der Fig. 1 der vorgenannten Entgegenhaltung 2 ist leicht zu erkennen, daß der komplizierte Aufbau der Wechselflanschvorrichtung einen hohen Aufwand bei der Herstellung und nicht zuletzt einen hohen Ge­ wichtsanteil im gesamten Roboterarm ausmacht.

Den bekannten Verriegelungseinheiten ist der Nachteil gemeinsam, daß sie vergleichsweise groß bauen und in der Herstellung aufwendig und damit teuer sind. Ferner ist ihr Gewicht insbesondere für kleine Industrieroboter zu hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, deren Herstellung kostengünstig ist und die verglichen mit bekannten Einheiten einen nur geringen Platzbedarf hat. Ferner soll die Ver­ riegelungseinheit möglichst kompakt ausgeführt sein und zugleich Schutz gegen Verdrehung beider Verbindungsteile gegeneinander bieten.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß eine leichte, kleine und kostengünstig herzustellende Verriegelungseinheit für Handhabungsgeräte dadurch realisiert werden kann, daß ein formschlüssiger Zapfeneingriff mit einer Kugelver­ riegelung in Richtung des Zapfeneingriffs derart kombiniert wird, daß der Verriegelungsmechanismus durch das direkte Ineinandergreifen einer Kolbenstange und einer Verriegelungskugel mit dem Umfangsrand des Zapfens ermöglicht wird. Zugleich bietet der Verriegelungsme­ chanismus selbst Schutz gegen Verdrehungen zwischen beiden zusammenzufügenden Teilen.

Im Anspruch 1 sind die Merkmale gekennzeichnet, mit denen dieser erfindungsgemäße Grundgedanke bei einer einfachen und leichten Verriegelungseinheit realisiert wird.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

In den Ansprüchen 2 und 3 sind Weiterbildungen angegeben, durch die die Sicherheit der Verbindung des Grundteils und des Wechselteils weiter erhöht bzw. die Herstellung der Einheit weiter vereinfacht wird.

Durch die im Anspruch 4 gekennzeichnete Weiterbildung ist sichergestellt, daß das Zusammensetzen von Grund- und Wechselteil nicht "verdreht" erfolgen kann. Durch die gemäß Anspruch 5 vorgesehenen zusätzlichen Führungen wird insbesondere das Zusammensetzen der Einheit durch einen Industrieroboter oder dgl. erleichtert.

Das Lösen der Verbindung der erfindungsgemäßen Verriege­ lungseinheit erfolgt durch Verschieben der Kolbenstange entgegen deren Vorspannung, so daß ein Bereich stärkerer Einschnürung der Kolbenstange in Anlage mit der Kugel kommt, die sich damit soweit nach "hinten" verschieben kann, daß sie außer Eingriff mit dem Zapfen kommt.

Die Kolbenstange kann zum Lösen der Verbindung selbstver­ ständlich von Hand verschoben werden. Ein besonderer Vor­ teil der erfindungsgemäßen Einheit besteht jedoch darin, daß nicht nur das Verbinden der beiden Teile, sondern auch das Lösen der Verbindung selbsttätig erfolgen kann. Eine Weiterbildung der Erfindung, bei der ein selbsttätiges Lösen der Verbindung möglich ist, ist im Anspruch 5 ge­ kennzeichnet. Die im Anspruch 6 gekennzeichnete Weiterbil­ dung erleichtert das Zusammensetzen der beiden Teile.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be­ schrieben, in der zeigen:

Fig. 1: eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Verriegelungseinheit, und

Fig. 2: einen Schnitt der Einheit bei 11-11 in Fig. 1.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Verriege­ lungseinheit als Wechselflanscheinheit für ein Handha­ bungsgerät ausgebildet.

Die in den Figuren dargestellte Einheit weist einen Grund­ teil 1 und einen Wechselteil 2 auf. Der Grundteil 1 kann in nicht näher dargestellter Weise fest mit einem Indus­ trieroboter, einem Handhabungsgerät oder dgl. verbunden werden, während der Wechselteil 2 fest mit einem Greifer, einem Werkzeug oder dgl. verbunden ist.

An der Fläche 2′ des Wechselteils 2, die an der Fläche 1′ des Grundteils anliegt, ist ein Zapfen 3 vorgesehen, der in eine komplementäre Ausnehmung 4 in dem Grundteil 1 eingreift. Der Zapfen 3 hat eine zylindrische Grundform, eine Seite ist jedoch abgeflacht, so daß sich eine ebene seitliche Begrenzungsfläche 3′ des Zapfens ergibt. Hier­ durch wird die Rotationssymmetrie des Systems Zapfen 3/ Ausnehmung 4 aufgehoben, so daß es nicht möglich ist, versehentlich die Teile verdreht zusammenzusetzen.

Ferner ist der Zapfen an seiner Spitze angefast. Durch diese Anfasung 3′′ wird das Einführen des Zapfens 3 in die Ausnehmung 4 erleichtert.

Parallel zu der der Begrenzungsfläche 3′ des Zapfens ent­ sprechenden Fläche 4′ der Ausnehmung 4 ist in den Grund­ teil 1 eine Verriegelungseinheit 5 eingesetzt, die im folgenden näher beschrieben werden wird.

Die Verriegelungseinheit 5 weist eine Sackloch-Bohrung 6 auf, deren Achse parallel zu der Begrenzungsfläche 4′ verläuft. In die Bohrung 6 ist ein Zylinder 7 eingesetzt, den eine Feder 8 in Richtung des Pfeils 8′ vorspannt. Der Zylinder 7 weist eine kegelförmige Einschnürung 7′ auf, die in einen Bereich mit kreisförmiger Kontur übergeht. Im Bereich der Einschnürung 7′ ist eine weitere Bohrung 9 vorgesehen, die zwischen der Fläche 4′ und der Bohrung 6 verläuft. In die Bohrung 9 ist eine Kugel 10 eingesetzt, die an der kegelförmigen Einschnürung 7′ anliegt. Der Durchmesser der Bohrung ist so bemessen, daß sie in der Grundstellung der Kolbenstange über die Fläche 4′ "vor­ steht" und in eine Ausnehmung 31 in dem Zapfen 3 ein­ greift. Bei einer Verschiebung der Kolbenstange entgegen der Vorspannungskraft der Feder 8 zum Lösen der Verbindung der beiden Teile kann jedoch die Kugel hinter die Kontur der Fläche 4′ zurücktreten, so daß der Zapfen aus der Boh­ rung gezogen werden kann. In diesem Falle liegt dann die Kugel an der Kolbenstange in dem Bereich mit kreisförmiger Kontur an.

Ferner weisen die beiden Teile 1 bzw. 2 Stecker bzw. Ge­ genstecker 11 für elektrische Leitungsverbindungen, Pneu­ matikanschlüsse 12 sowie Zapfen 13 auf, die für eine wei­ tere Führung sorgen. Darüberhinaus hat die er­ findungsgemäße Verriegelungseinheit den Vorteil, daß die in der erfindungsgemäßen Verriegelungseinheit vor­ gesehenen Halteelemente nur einen geringen Teil der Fläche der Flansche in Anspruch nehmen, so daß es bei der erfindungsgemäßen Einheit ohne weiteres möglich ist, zusätzliche Verbindungselemente, beispiels­ weise Energie-, Signal-, Pneumatik- und/oder Hydraulik­ stecker, aber auch zusätzliche Halteelemente zu integrie­ ren.

Vorstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens beschrieben worden, innerhalb dessen selbstverständlich die verschiedensten Modifikationen möglich sind.

In jedem Falle erhält man jedoch eine einfache und kosten­ günstig herzustellende Verriegelungs- bzw. Wechselflansch­ einheit, die große Abscherkräfte aufnehmen kann und damit eine große Tragkraft hat.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur lösbaren Verbindung zwi­ schen einem Grundteil (1) und einem Wechselteil (2), wobei der Wechselteil (2) einen Zapfen (3) und der Grundteil (1) eine komplementäre Ausnehmung (4) auf­ weisen, so daß sich bei einem Eingriff des Zapfens (3) in die Ausnehmung (4) eine formschlüssige Anlage der beiden Teile ergibt, die durch seitlichen Ergriff einer lateral zur Achse der Ausnehmung (4) geführten Kugel (10) in den Umfangsrand (31) des Zapfens (3) gegenein­ ander verriegelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Grundteil (1) eine Verriegelungseinheit (5) eingesetzt ist, die in den Bereich der Ausnehmung (4) hineinragt und eine im wesentlichen senkrecht zur Achse der Ausnehmung orientierte Sackloch-Bohrung (6) aufweist, in die eine Kolbenstange (7) mit einer kegelförmigen Einschnürung (7′) eingesetzt ist, die in Richtung der Sacklochöffnung vorgespannt ist, daß die Verriegelungseinheit (5) eine zweite Bohrung (9) vorsieht, die senkrecht zur Seitenflanke der Ausnehmung (4) mit der Sackloch- Bohrung verbunden ist, in die die Kugel (10) eingesetzt ist, die an der Kontur der Kolbenstange (7) anliegt und in Abhängigkeit der Stellung der Kolbenstange (7) in­ nerhalb der Sackloch-Bohrung (6) gegen den Umfangsrand (31) des Zapfens (3) drückbar ist, und daß der Zapfen (3) eine zylindrische Grundform aufweist, die an einer Seite abgeflacht ist, so daß sich eine ebene seitliche Be­ grenzungsfläche (3′) des Zapfens bildet, die im Ein­ griffszustand mit der in den Bereich der Ausnehmung hineinragenden Verriegelungseinheit (5) in Kontakt tritt.

2. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelförmige Ein­ schnürung (7′) in einen Teil mit kreisförmiger Kontur übergeht, dessen Abmessungen so bemessen sind, daß bei Anlage der Kugel (10) an diesem Teil diese nicht über die Begrenzungsfläche der Ausnehmung (4) vorragt.

3. Einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der zweiten Bohrung (9) im Bereich der Ausnehmung kleiner als der der Kugel (10) ist.

4. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Zapfen (13) zur Führung und Verdrehsicherung vorgesehen sind.

5. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Lösen der Verbindung zwi­ schen Grundteil (1) und Wechselteil (2) die Kolben­ stange (7) entgegen der kegelförmigen Einschnürung (7′) pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbar ist.

6. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (3) an seinem vorderen Ende angefast ist.