DE3844238C2

DE3844238C2 -

Info

Publication number: DE3844238C2
Application number: DE3844238A
Authority: DE
Inventors: Yosuke Nagoya Aichi Jp Shiotani
Original assignee: STAR SEIKI CO Ltd NAGOYA AICHI JP
Current assignee: STAR SEIKI CO Ltd NAGOYA AICHI JP
Priority date: 1988-03-24
Filing date: 1988-12-29
Publication date: 1990-11-08
Also published as: US4842476A; JPH01246085A; IT8867971A0; IT1234223B; DE3844238A1; JP2611799B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Manipulator zum Bewegen eines Werkstückes in eine vorbestimmte Position mit

- einer Tragschiene, welche derart an einem Rahmen angebracht ist, daß sie in der Bewegungsrichtung des Werkstückes bewegt werden kann;
- einer am Rahmen angebrachten Antriebsvorrichtung zur Hin- und Herbewegung der Tragschiene; und mit
- einer Einspannvorrichtung zum Einspannen des Werkstückes.

Aus der DE 26 30 858 B2 ist ein Transportautomat bekannt, bei dem eine Tragschiene derart an einem Rahmen angebracht ist, daß sie in der Bewegungsrichtung eines Werkstückes bewegt werden kann. Am Rahmen ist eine Antriebsvorrichtung zur Hin- und Herbewegung der Tragschiene angebracht. Die Antriebsvorrichtung wird zum größten Teil von einer Aufnahme umschlossen und weist im wesentlichen eine Zahnscheibe und zwei Umlenkrollen auf. Zwischen den Umlenkrollen und der Zahnscheibe ist ein Zahnriemen geführt, welcher ebenfalls Bestandteil der Antriebsvorrichtung ist und mit seinen beiden Enden an den beiden Enden der Tragschiene befestigt ist. An den beiden Enden der Tragschiene sind Einspannvorrichtungen zum Einspannen eines Werkstückes vorgesehen. Wird die Zahnscheibe gedreht, so wird der Zahnriemen in Längsrichtung bewegt, was eine Bewegung der Tragschiene ebenfalls in Längsrichtung zur Folge hat. Der Bewegungshub der Tragschiene und somit die Länge des Weges jeder Einspannvorrichtung wird durch die Länge der Tragschiene bestimmt. Wird eine hohe Bewegungsgeschwindigkeit der Tragschiene mit den daran angebrachten Einspannvorrichtungen erforderlich, so muß die Zahnscheibe vom Antriebsmotor entsprechend schnell gedreht werden. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn der Antriebsmotor entsprechend ausgelegt ist. Elektromotoren mit hohem Beschleunigungsvermögen und hoher Nenndrehzahl benötigen wegen der höheren Leistungsaufnahme ein größeres Bauvolumen. Außerdem müssen die Lager entsprechend ausgelegt werden. Somit ist ein solcher Elektromotor nicht nur besonders wartungsintensiv, sondern auch teuer, was für manche Anwendungen von Nachteil ist. Hinzukommt als ein weiterer Nachteil, daß die Tragschiene mit den darin befestigten Einspannvorrichtungen durch die Aufnahme auf dem Rahmen geführt werden muß, damit das vorbeschriebene Antriebsprinzip verwirklicht werden kann. Da die Aufnahme sämtliche rotierenden Teile der Antriebsvorrichtung enthält, besitzt sie ein entsprechend großes Bauvolumen. Dies bereitet jedoch Probleme bei dem Einsatz in beengten räumlichen Verhältnissen. Schließlich ist der bekannte Transportautomat aufgrund des zuvor beschriebenen Aufbaus recht wuchtig und schwer, wodurch seine Beweglichkeit leidet, wenn er mit seinem Rahmen dreh- und/oder verfahrbar auf einem Untergrund angeordnet ist.

Aus der EP 00 74 549 A2 ist ein linear verschieblicher Arbeitsarm, insbesondere für Handhabungsgeräte, bekannt. Dieser Arbeitsarm weist eine Schlittenkonstruktion aus mehreren vertikal angeordneten, etwa gleich langen Teilstücken auf. Am ersten vertikalen Teilstück ist ein vertikal wirkender Linearantrieb befestigt. Der Linearantrieb wirkt auf das zweite Teilstück und schiebt dieses entsprechend in vertikale Richtung. Ferner ist am ersten Teilstück eine vertikale Zahnstange befestigt, mit der sich ein Zahnrad bzw. Ritzel in Eingriff befindet, welches vom Linearantrieb in vertikaler Richtung bewegt wird. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich das Zahnrad in Eingriff mit einer weiteren vertikalen Zahnstange, die am dritten Teilstück befestigt ist. Das Zahnrad kann als Doppelzahnrad bzw. Doppelritzel ausgebildet sein, bei welchem die beiden Zahnstangen auf unterschiedlichen Zahnreihen laufen. Aufgrund dieser Anordnung wird erreicht, daß der Bewegungshub des dritten Teilstückes gegenüber dem ersten Teilstück um einen Faktor <1 länger als der Stellhub des Linearantriebes ist, wodurch der Stellhub des Linearantriebes begrenzt werden kann. Dieser Vorteil wird jedoch durch das hohe Gewicht, welches diese Anordnung benötigt, wieder zunichte gemacht. Zur Erzielung der erforderlichen Stabilität und Steifheit bestehen sämtliche Teilstücke aus Metallrohren bzw. hohlen Metallstäben, welche teleskopisch ineinander verschiebbar angeordnet sind. Aufgrund des hohen Gewichtes ist die maximale Hubgeschwindigkeit begrenzt, so daß der bekannte Arbeitsarm für Anwendungen nicht geeignet ist, bei denen sehr hohe Stellgeschwindigkeiten benötigt werden. Hinzukommt, daß die teleskopische Lagerung kompliziert ist und sorgfältig ausgeführt sein muß, wodurch die Herstellung dieses bekannten Arbeitsarmes aufwendig und teuer wird. Bei schlechter und nicht sorgfältiger Ausführung der Lagerung kann es nämlich während des Betriebes zu Vibrationen zwischen den einzelnen Teilstücken kommen, so daß ein präzises Arbeiten dann nicht mehr möglich ist.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Manipulator der zuvor erwähnten Art derart weiterzubilden, daß die Einspannvorrichtung, bei relativ kurzem Stellhub der Antriebsvorrichtung über einen relativ langen Bewegungsweg bewegt werden kann, wobei die Größe, das Gewicht und die Kosten des Manipulators verringert werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch Kombination folgender Merkmale:

- ein Paar erster Riemenscheiben, die mit vorbestimmtem Abstand auf der einen Seite der Tragschiene drehbar angebracht sind;
- einen das Paar erster Riemenscheiben miteinander verbindenden ersten Zahnriemen, der zum Teil am Rahmen befestigt ist, um die ersten Riemenscheiben bei Bewegung der Tragschiene in Rotation zu versetzen;
- ein Paar zweiter Riemenscheiben, die drehbar mit vorbestimmtem Abstand auf der anderen Seite der Tragschiene angebracht sind; und durch
- einen das Paar zweiter Riemenscheiben miteinander verbindenden zweiten Zahnriemen, an dem die Einspannvorrichtung befestigt ist;
- wobei mindestens eine der zweiten Riemenscheiben drehfest mit einer der ersten Riemenscheiben koaxial verbunden ist und das Verhältnis der Außendurchmesser dieser ersten zu dieser zweiten Riemenscheibe einem vorgegebenen variablen Geschwindigkeitsverhältnis zur Rotation dieser zweiten Riemenscheibe mit einer vorgegebenen Rotationsfrequenz bei Bewegung des ersten Zahnriemens entspricht.

Mit der Erfindung werden die zuvor beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermieden. Zum einen erlaubt die erfindungsgemäße Anordnung eine große Bewegungsgeschwindigkeit der Einspannvorrichtung, wodurch die Bewegungszeit des eingespannten Werkstückes verringert werden kann. Dabei ist der Stellhub der Anriebsvorrichtung kürzer als der Bewegungshub der Einspannvorrichtung, woraus sich der Vorteil ergibt, daß die Antriebsvorrichtung kompakt gehalten werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß der Stellhub der Antriebsvorrichtung über zwei Zahnriemen auf die Einspannvorrichtung übertragen wird, wobei beide Zahnriemen über zwei drehfest miteinander koaxial verbundene Riemenscheiben mit unterschiedlichen Außendurchmessern miteinander gekoppelt sind und die antriebsseitige Riemenscheibe einen kleineren Außendurchmesser als die werkstückseitige Riemenscheibe besitzt.

Zum anderen ist die Größe und das Gewicht des erfindungsgemäßen Manipulators im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen geringer. Dies wird durch die Verwendung der beiden Zahnriemen erreicht, wobei an dem einen Zahnriemen die Einspannvorrichtung befestigt ist. Diese Anordnung führt somit zur Verringerung der Herstellungskosten.

Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Antriebsvorrichtung einen an der Tragschiene angebrachten Gewindering, eine sich in Schraubeingriff mit dem Gewindering befindliche Drehspindel und einen mit der Drehspindel gekoppelten Elektromotor zur Rotation der Drehspindel umfaßt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Herausnahme von Formstücken;

Fig. 2 eine Rückansicht in Richtung des Pfeiles II aus Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische, perspektivische Rückansicht eines Bewegungsmechanismus der Tragevorrichtung; und

Fig. 4 eine Rückansicht der Tragevorrichtung in bewegtem Zustand.

In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform eines Manipulators in einer Vorrichtung zum atuomatischen Herausnehmen eines Formstückes dargestellt und mit Bezug auf die Fig. 1 bis 4 beschrieben.

Eine Vorrichtung 1 zum automatischen Herausnehmen eines Formstückes ist über dem formenden Teil einer (nicht dargestellten) Spritzgußmaschine angeordnet. Ein Rahmen 3 der automatischen Formstückherausnahmevorrichtung 1 weist eine Länge auf, die sich bis zu einer Herausnahmeposition und einer Ausklinkposition des Formstückes, welches als Werkstück in horizontaler Richtung begrenzt ist, erstreckt. Ein Ende des Rahmens 3 ist mit einem Stützvorrahmen 3 a versehen, der geneigt und nach vorne abgeschrägt ist. Der Stützvorrahmen 3 a, einschließlich seiner Bodenfläche, ist an einem Paar Laufschienen 3 b befestigt, die sich in rechtwinkeliger Richtung zur Längsrichtung des Rahmens 3 erstrecken. Ein beweglicher Rahmen wird auf den Schienen 3 b gelagert, so daß er hin- und herbewegt werden kann. Genauer gesagt ist eine Drehspindel 7 mit einer Kurbel 7 a, die an einem ihrer axialen Enden angebracht ist, an dem geneigten Teil der Stützvorrichtung 3 a drehbar gelagert und steht mit dem beweglichen Rahmen 5 im Eingriff. Bei Drehung der Drehspindel 7 bewegt sich der bewegliche Rahmen 5 entlang der Schienen 3 b hin und her. Der bewegliche Rahmen 5 ist mit einem geradlinigem Führungselement 9 versehen, welches sich in Längsrichtung des Rahmens 3 erstreckt. In einer Trageschiene 11 aus leichtem Material, wie Aluminium, ist das geradlinige Führungselement 9 so gelagert, daß es in Längsrichtung verschoben werden kann.

Ein Elektromotor 15 ist auf dem beweglichen Rahmen 5 befestigt, der auch die sich drehende Welle aufweist, mit der die Drehspindel, welche einen Teil der Antriebsvorrichtung darstellt, verbunden ist. Der Gewindering 17, der an einer Seite der Trageschiene 11 angebracht ist, greift in die Drehspindel 13 ein, wodurch die Trageschiene 11 in Richtung der axialen Linie bewegt wird, in der sich die Drehspindel 13 dreht.

Ein Paar erste Riemenscheiben 19 a und 19 b mit jeweils vorbestimmtem Außendurchmesser sind drehbar an einer Seite und beiden Enden der Trageschiene 11 angebracht. Um die ersten Riemenscheiben 19 a und 19 b ist ein Zahnriemen 21 gelegt. Der Zahnriemen 21 ist teilweise am beweglichen Rahmen 5 befestigt. Wenn nun die Trageschiene 11 entlang der axialen Linie durch die sich weiter drehende Drehspindel in Bewegung gesetzt wird, werden die ersten Riemenscheiben 19 a und 19 b durch den Zahnriemen 21 gedreht.

An einem Ende und auf der anderen Seite der Trageschiene 11 ist eine weitere Riemenscheibe 23, welche eine von zwei zweiten Riemenscheiben ist und einen fast doppelt so großen Außendurchmesser wie der der ersten Riemenscheibe 19 a hat, an eine Welle 22 der ersten Riemenscheibe 19 a befestigt. Ein Geschwindigkeitsänderungsmechanismus ist so konstruiert, daß das Verhältnis des Außendurchmessers der Riemenscheibe 23 zu dem der ersten Riemenscheibe 19 a annähernd zwei ist.

Am anderen Ende und auf der anderen Seite der Trageschiene 11 ist eine Strebe 25 befestigt, auf welcher eine angetriebene Riemenscheibe 27, welche die andere der zweiten Riemenscheiben ist, drehbar angebracht ist. Zwischen der Riemenscheibe 23 und der angetriebenen Riemenscheibe 27 ist ein Zahnriemen 29 gespannt, durch welchen das Bewegungselement gebildet wird. Es ist zu beachten, daß eine Spannrolle 30, welche den Zahnriemen 29 durch den Druckkontakt mit dessen äußerer Umfangsfläche spannt, drehbar an der Trageschiene 11 angebracht ist.

Ein Schienenabschnitt 11 a, der sich in Längsrichtung erstreckt, ist am unteren Ende der Oberfläche der Trageschiene 11 befestigt. Auf dem Schienenabschnitt 11 a ist eine Befestigungsklemme 31, welche einen Teil der Tragevorrichtung darstellt, verschiebbar befestigt. Diese Befestigungsklemme 31 ist auch am Zahnriemen 29 befestigt.

Eine Befestigungsplatte 33 ist eine der Komponenten der Tragevorrichtung und ist mit der Befestigungsklemme 31 über ein Lagenkontrollgerät 35, welches aus einem Umkehr- und einem Schwingmechanismus besteht, verbunden. Die Befestiungsplatte 33 ist mit einer Ansaugvorrichtung 37 versehen, die ein Formstück im angesaugten Zustand festhalten kann.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der auf diese Art angeordneten Vorrichtung bei der automatischen Herausnahme eines Formstückes, unter Bezug auf die Abb. 2 und 4 beschrieben.

Das Formstück wird mit Hilfe der in Fig. 2 auf der linken Seite dargestellten Ansaugvorrichtung 37 eingespannt. Anschließend wird die Drehspindel 13 in der gewünschten Richtung mit Hilfe des Elektromotors 15 gedreht, welcher auf ein Formungsabschlußsignal, das von der Spritzgußmaschine übertragen wird, angetrieben wird. Die Trageschiene 11 wird in rechtsgerichteter Richtung in Fig. 2 über die Gewindeschraube 17 bewegt, in welche die Drehspindel 13 eingreift. Gleichzeitig werden wegen der Befestigung des Zahnriemens 21 am beweglichen Rahmen 5 die ersten Riemenscheiben 19 a und 19 b in die durch den Pfeil A in Fig. 2 angezeigte Richtung gedreht, während sich die Trageschiene 11 bewegt.

Andererseits wird auf die Drehung der ersten Riemenscheiben 19 a und 19 b, deren Drehung mit der Bewegung der Trageschiene 11 zusammenfällt, die Riemenscheibe 23, welche koaxial mit der Riemenscheibe 19 a verbunden ist, in Richtung des Pfeiles B in Abb. 2 mit ungefähr doppelter Geschwindigkeit von jeder der beiden ersten Riemenscheiben 19 a und 19 b rotiert. Der Zahnriemen 29, welcher sowohl um die Riemenscheibe 23 als auch die angetriebene Riemenscheibe 27 gewunden ist, wird in Richtung des Pfeiles C (mit durchgezogenen Linien) in Fig. 2 in Bewegung gesetzt. Folglich bewegt sich die Befestigungsplatte 33 in Richtung des Pfeiles C in Fig. 2 mit einem Bewegungshub der Tragschiene 11 und des Zahnriemens 29 mit einer Geschwindigkeit, die der Bewegungsgeschwindigkeit der Trageschiene 11 und des Zahnriemens 29 entspricht, wodurch das Formstück, welches durch die Ansaugvorrichtung 37 gehalten wird, nach rechts in Fig. 4 bewegt wird.

Die Stellung der Befestigungsplatte 33 wird in vorbestimmter Anordnung durch den Lagenkontrollmechanismus 35 gesteuert, der anschließend an den oben beschriebenen Arbeitsvorgang betätigt wird. Nach dieser Kontrolle wird das Formstück in einer Ausklinkposition herausgenommen, nachdem die Ansaugwirkung an der Ansaugvorrichtung 37 nachläßt.

Die vorangehende Beschreibung wurde anhand einer Ausführungsform gegeben, wobei die vorliegende Erfindung in einer Vorrichtung zur automatischen Herausnahme von Spritzgußelementen verwendet wird. Die vorliegende Erfindung kann aber auch beispielsweise in einer Vorrichtung für die Zuführung von Werkstücken zu einer Verarbeitungsanlage oder in einer Vorrichtung zum Abtransport bearbeiteter Werkstücke Anwendung finden. Die Bewegungsart des Werkstückes kann die Arten, in denen das Werkstück in horizontaler Richtung auf- und abbewegt wird, umfassen oder das Werkstück wird bewegt, während es eine schräge Lage einnimmt.

Wie zuvor dargelegt, besteht das Antriebselement aus dem Elektromotor 15 und der Drehspindel 13, kann aber auch einen Luftzylinder enthalten. Das Drehelement und das Bewegungselement wird von den Zahnriemen 21 und 29 gebildet. Jedoch kann jedes der Elemente oder beide aus Ketten bestehen. Außerdem kann das Drehelement auch noch aus einem Zahnstangenrad bestehen, welches teilweise am Rahmen befestigt ist und in die erste Riemenscheibe eingreift.

Wie vorangehend beschrieben, ist der Außendurchmeser der Riemenscheibe 23 nahezu zweimal so groß wie jeder der beiden Riemenscheiben 19 a und 19 b, wodurch ein Geschwindigkeitsänderungsmechanismus entsteht. Dieser Geschwindigkeitsänderungsmechanismus kann jedoch auch aus einer Vielzahl von Gängen mit Zähnen, deren Anzahl einem vorbestimmten variablen Drehzahlverhältnis zwischen den ersten Riemenscheiben und den zweiten Riemenscheiben entspricht, bestehen. Bei dieser Anordnung werden die zweiten Riemenscheiben im vorbestimmten veränderlichen Geschwindigkeitsverhältnis mit einer rationalen Frequenz der ersten Riemenscheiben gedreht.

Claims

1. Manipulator zum Bewegen eines Werkstückes in eine vorbestimmte Position, mit

- einer Tragschiene (11), welche derart an einem Rahmen (3, 5) angebracht ist, daß sie in der Bewegungsrichtung des Werkstückes bewegt werden kann;
- einer am Rahmen (3, 5) angebrachten Antriebsvorrichtung (13, 15, 17) zur Hin- und Herbewegung der Tragschiene (11); und mit
- einer Einspannvorrichtung (31, 33, 35, 37) zum Einspannen des Werkstückes;

gekennzeichnet durch

- ein Paar erster Riemenscheiben (19 a, 19 b), die mit vorbestimmtem Abstand auf der einen Seite der Tragschiene (11) drehbar angebracht sind;
- einen das Paar erster Riemenscheiben (19 a, 19 b) miteinander verbindenden ersten Zahnriemen (21), der zum Teil am Rahmen (5) befestigt ist, um die ersten Riemenscheiben (19 a, 19 b) bei Bewegung der Tragschiene (11) in Rotation zu versetzen;
- ein Paar zweiter Riemenscheiben (23, 27), die drehbar mit vorbestimmtem Abstand auf der anderen Seite der Tragschiene (11) angebracht sind; und durch
- einen das Paar zweiter Riemenscheiben (23, 27) miteinander verbindenden zweiten Zahnriemen (29), an dem die Einspannvorrichtung (31, 33, 35, 37) befestigt ist;
- wobei mindestens eine (23) der zweiten Riemenscheiben (23, 27) drehfest mit einer (19 a) der ersten Riemenscheiben (19 a, 19 b) koaxial verbunden ist und das Verhältnis der Außendurchmesser dieser ersten zu dieser zweiten Riemenscheibe (19 a, 23) einem vorgegebenen variablen Geschwindigkeitsverhältnis zur Rotation dieser zweiten Riemenscheibe (23) mit einer vorgegebenen Rotationsfrequenz bei Bewegung des ersten Zahnriemens (21) entspricht.

2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung umfaßt:

- einen an der Tragschiene (11) angebrachten Gewindering (17);
- eine sich in Schraubeingriff mit dem Gewindering (17) befindliche Drehspindel (13); und
- einen mit der Drehspindel (13) gekoppelten Elektromotor (15) zur Rotation der Drehspindel (13).