CH688796A5 - Mechanischer Hubantrieb. - Google Patents

Description

  
 


 Stand der Technik 
 



  Die Erfindung betrifft einen Hubantrieb nach Anspruch 1 für Bewegungsachsen im Bereich Handhabungstechnik, die gemäss dem derzeitigen Stand der Technik vorwiegend mechanisch oder pneumatisch ausgeführt werden. 


 Bekannte Bewegungsachsen sind:
  &cirf&  Motorische Bewegungsachsen mit elektronischer Steuerung, die für hochflexible Positionieraufgaben eingesetzt werden, wie z.B. im Bereich Robotertechnik.
  &cirf&  Hydraulische Bewegungsachsen, die sich besonders bei höherem Kraftbedarf eignen.
  &cirf&  Pneumatische Bewegungsachsen, die wohl am häufigsten in Handlingmodulen vorkommen. Die für die Bewegung aufgebrachte Energie muss bei Erreichen der Endposition kompensiert werden, z.B. mittels Anschlag und Stossdämpfer. Die Steuerung pneumatischer und hydraulischer Achsen erfolgt üblicherweise mittels Sensoren und einer SPS (Speicher-Programmierbare Steuerung).

  Diese Steuerung erlaubt sicherheitsbedingt meist keine Überschneidungen mehrachsiger Bewegungen.
  &cirf&  Mechanische Bewegungsachsen, als Kurvengetriebe ausgeführt, die nur für relativ kurze Wege Anwendung finden, da aufgrund der Kurvengeometrie Kurvenscheiben für lange Wege sehr gross werden. Charakteristische Merkmale dieser mechanischen Antriebe sind Laufruhe trotz hoher Geschwindigkeiten sowie die Möglichkeit der Überschneidung mehrachsiger Bewegungen. 
 



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mehrachsige lange und kurze Wege mit der Möglichkeit von Überschneidungen bei hohen Geschwindigkeiten und hoher Laufruhe zu realisieren. 


 Beschreibung 
 



  Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss mit den in den Ansprüchen angegebenen Merkmalen. 


 Basis 
 



  Der mechanische Basis-Hubantrieb ist ein vierachsiger Antriebsblock; konzipiert als Zyklussteuerung für folgende typische Handlingaufgaben: 


 Werkstückträgerbestückung: 
 
<tb><TABLE> Columns=2 
<tb><SEP>=><SEP>Greifer schliessen
<tb><SEP>=><SEP>Z-Achse hochfahren
<tb><SEP>=><CEL AL=L>X-Achse vorfahren
<tb><SEP>=><SEP>Verdrehen um Rotationswinkel  phi 
<tb><SEP>=><SEP>Z-Achse runterfahren
<tb><SEP>=><SEP>Greifer öffnen
<tb><SEP>=><SEP>Rückstellung 
<tb></TABLE> 
 oder 
<tb><TABLE> Columns=2 
<tb><SEP>=><SEP>Z-Achse runterfahren
<tb><SEP>=><SEP>Greifer schliessen
<tb><SEP>=><CEL AL=L>Z-Achse hochfahren
<tb><SEP>=><SEP>X-Achse vorfahren
<tb><SEP>=><SEP>Verdrehen um Rotationswinkel  phi 
<tb><SEP>=><SEP>Z-Achse runterfahren
<tb><SEP>=><SEP>Greifer öffnen
<tb><SEP>=><CEL AL=L>Rückstellung 
<tb></TABLE> 


 Entnahme bzw. Übergabe:

   
 
<tb><TABLE> Columns=2 
<tb><SEP>=><SEP>Z-Achse hochfahren
<tb><SEP>=><SEP>Verdrehen um Rotationswinkel  phi 
<tb><CEL AL=L>=><CEL AL=L>X-Achse vorfahren
<tb><SEP>=><SEP>Z-Achse runterfahren
<tb><SEP>=><SEP>Greifer schliessen
<tb><CEL AL=L>=><SEP>Z-Achse hochfahren
<tb><SEP>=><SEP>X-Achse zurückfahren
<tb><SEP>=><SEP>Z-Achse runterfahren
<tb><SEP>=><SEP>Greifer öffnen 
<tb></TABLE> 



  Eine Bewegungsachse besteht im wesentlichen aus einem Maltesertrieb und einem Exzentertrieb. 



  Maltesertriebe haben sinusförmige Kennlinien; das Schrittintervall beginnt mit der Geschwindigkeit Null, durchläuft ein Maximum und endet mit der Geschwindigkeit Null. Daraus resultiert ein harmonisches Betriebsverhalten trotz hoher Geschwindigkeiten, und die Bewegungsenergie muss nicht mittels Anschlag und Stossdämpfer kompensiert werden, wie das bei pneumatischen Antrieben der Fall ist. 



  Mit dem Übersetzungsverhältnis 2:1 treibt das Malteserrad einen Exzenter, wobei der Exzenter mit jedem Schrittintervall des Malteserrades um 180 DEG  gedreht wird. Der Exzenter überträgt die 180 DEG -Drehung mittels einer Kulisse oder einer Schubkurbel in eine Hubbewegung, wobei die Exzentrizität des Exzenters die Hublänge bestimmt. 



  Die Geometrie dieses Antriebs ermöglicht relativ grosse Hublängen bei relativ kleiner Baugrösse. 


 Varianten 
 



  Vermehrung bzw. Verminderung der Anzahl Bewegungsachsen. 


 Beispiel: Zweiachsige Übergabe (180 DEG -Schwenkübergabe) 
 
<tb><TABLE> Columns=2 
<tb><SEP>=><SEP>Greifer schliessen
<tb><SEP>=><SEP>Schwenken
<tb><SEP>=><SEP>Greifer öffnen
<tb><SEP>=><SEP>Rückschwenken
<tb><SEP>... 
<tb></TABLE> 



  Antrieb mehrerer Module durch eine Bewegungsachse. 



  Bei kurzen Verfahrwegen Austausch der Malteser/Exzentertrieb-Bewegungsachsen gegen Kurventrieb-Bewegungsachsen. 


 Erweiterung 
 



  Es bietet sich an, dem Hubantrieb ein Taktgetriebe als Antrieb für das Transfersystem nachzuschalten. 



  Dieses Taktgetriebe entspricht weitgehend einem Hubantrieb mit einer Malteser/Exzenter-Bewegungsachse, wobei Exzenter und Kulisse entfallen, und dem Taktschritt entsprechende Übertragungselemente hinzukommen, um das Schrittintervall vom Malteserrad auf das Transfer zu übertragen. 



  Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. 


 Zeichnungen und Funktion: 
 


 Fig. 1 
 
 



  zeigt in perspektivischer Ansicht:
  &cirf&  Gehäuseplatte (1) mit Gehäusestangen (2)
  &cirf&  Kurbelwelle (3)
  &cirf&  Malteserachse (4)
 und eine Bewegungsachse, bestehend aus:
 
  &cirf&  Malteserkurbel (11)
  &cirf&  Malteserrad (12) und Zahnrad (13)
  &cirf&  Exzenterachse (14) mit Zahnrad (15) und Exzenter (16)
  &cirf&  Kulissenwagen (17) mit Profilrollen (18)
  &cirf&  Profilrollenführungen (19)
  &cirf&  Trägerplatte (20) 


 Fig. 2 
 
 



  zeigt in perspektivischer Ansicht:
  &cirf&  Gehäuseplatte mit Gehäusestangen, Kurbelwelle, Malteserachse (1-4)
 
 eine Bewegungsachse, bestehend aus:
  &cirf&  Malteserkurbel, Malteserrad und Zahnrad, Exzenterachse mit Zahnrad und Exzenter, Kulissenwagen mit Profilrollen und Profilrollenführungen, Trägerplatte (11-20)
 
 und eine Bewegungsachse, bestehend aus:
  &cirf&  Kurvenscheibe (26)
  &cirf&  Kurvenrollenhebel (27)
  &cirf&  Kulissenwagen mit Profilrollen und Profilrollenführungen (17-19) 


 Funktion Bewegungsachse 
 



  Kurbelwelle (3) mit Malteserkurbel (11a) treibt Malteserrad (12) mit Zahnrad (13). 



  Der Maltesertrieb hat die Teilung 4, d.h., mit einer viertel Umdrehung der Kurbelwelle wird über die Kurbel das Malteserrad eine viertel Umdrehung gedreht. Während der folgenden dreiviertel Umdrehung der Kurbelwelle wird das Malteserrad gesperrt. 



   Das Zahnradpaar (13)/(15) hat die Übersetzung 2:1, d.h., eine viertel Umdrehung des Malteserrades überträgt eine halbe Umdrehung des Exzenters (16), der mittels Kulissenwagen (17) die Hubbewegung überträgt. 



  Oder Kurvenscheibe (26) auf Kurbelwelle (3) treibt über Kurvenhebel (27) Kulissenwagen (17). 


 Fig. 3 
 
 



  zeigt in perspektivischer Ansicht einen Hubantrieb, bestehend aus:
  &cirf&  Gehäuseplatte (1) mit Gehäusestangen (2)
  &cirf&  Kurbelwelle (3)
  &cirf&  Malteserachse (4)
  &cirf&  Antriebsmotor (5)
  &cirf&  vier Malteser/Exzenter-Bewegungsachsen (11-20) 


 Fig. 4 
 
 



  zeigt ein Ablaufschema des vierachsigen Basis-Hubantriebs mit einer Überschneidung zwischen Z-Achse und Rotationsachse für eine Werkstückträgerbestückung. Zyklusgerecht ist der Maltesertrieb der Z-Achse mit einer Zweifachkurbel ausgeführt. 


 Fig. 5 
 
 



  zeigt folgende Symbolik zu Fig. 4:
  &cirf&  Malteserkurbel als Einfachkurbel ausgeführt (11 a); als Zweifachkurbel ausgeführt (11 b)
  &cirf&  Malteserrad (12) und Zahnrad (13)
  &cirf&  Zahnrad (15) und Exzenter (16)
  &cirf&  Kulissenwagen im oberen Totpunkt (17 a), im unteren Totpunkt (17 b) 


 Fig. 6 
 
 



  zeigt einen typischen Anwendungsfall für die Erfindung; Bearbeitungsstation einer flexiblen Längstransfer-Fertigungsanlage, mit:
  &cirf&  Hubantrieb (21)
  &cirf&  Flexballzug (22)
  &cirf&  Getriebe und Zwischenwelle (23, 24)
  &cirf&  Taktgetriebe (25)
  &cirf&  Taktförderer mit Doppelzahnkette (30)
  &cirf&  Handlingeinheit (40)
  &cirf&  Zuführung (50)
  &cirf&  Werkstückträger (60)
  &cirf&  Stauförderer mit Doppelgurtband (70) 


 Funktion Hubantrieb 
 



  Die Funktionsweise des Antriebs erklärt sich anhand Fig. 4. 



  Zwei Umdrehungen der Kurbelwelle, 0-720 DEG  skaliert, entsprechen dem Arbeitszyklus eines Handlingantriebs mit vier Bewegungsachsen für die vier Module:
 Greifer
 Z-Achse (Vertikale Linearbewegungsachse)
 X-Achse (Horizontale Linearbewegungsachse)
 Rotationsachse (Greifer wird verdreht). 


 Grundstellung (gem. Fig. 4) 
 


 Verdrehwinkel der Kurbelwelle 0 DEG :
 
 Greifer geöffnet
 Z-Achse unten
 X-Achse hinten
 Rotationsachse 0 DEG 
 


 Arbeitszyklus (gem.

  Fig. 4) 
 


 Verdrehwinkel der Kurbelwelle: 
 
<tb><TABLE> Columns=5 
<tb><SEP>0 DEG <SEP>bis<SEP>90 DEG <SEP>=><SEP>Greifer schliesst
<tb><SEP>90 DEG <SEP>bis<CEL AL=L>180 DEG <SEP>=><SEP>Z-Achse fährt hoch
<tb><SEP>180 DEG <SEP>bis<SEP>270 DEG <SEP>=><CEL AL=L>X-Achse fährt vor
<tb><SEP>270 DEG <SEP>bis<SEP>360 DEG <SEP>=><SEP>Z-Achse fährt runter, Rotationsachse verdreht Greifer
<tb><SEP>360 DEG <SEP>bis<SEP>450 DEG <SEP>=><SEP>Greifer öffnet
<tb><SEP>450 DEG <CEL AL=L>bis<CEL AL=L>540 DEG <SEP>=><SEP>Z-Achse fährt hoch
<tb><SEP>540 DEG <SEP>bis<SEP>630 DEG <SEP>=><CEL AL=L>X-Achse fährt zurück
<tb><SEP>630 DEG <SEP>bis<SEP>720 DEG <SEP>=><SEP>Z-Achse fährt runter, Rotationsachse dreht Greifer zurück 
<tb></TABLE> 


 Fig. 7 
 
 



  stellt den gemeinsamen Arbeitszyklus von Hubantrieb und Taktgetriebe dar. 


 Funktion Taktgetriebe 
 


 Arbeitszyklus 
 


 Verdrehwinkel der Kurbelwelle: 
 
<tb><TABLE> Columns=5 
<tb><SEP>0 DEG <SEP>bis<SEP>90 DEG <SEP>=><SEP>Transfersystem taktet
<tb><SEP>90 DEG <CEL AL=L>bis<CEL AL=L>360 DEG <SEP>=><SEP>Transfersystem steht, 
 Beim Längstransfer mit Taktförderern innerhalb der
 Bearbeitungsstationen und Stauförderern zwischen den
 Bearbeitungsstationen: Werkstückträgerübernahme vom
 Stautransfer und synchrone Werkstückträgerübergabe an das Stautransfer. 
<tb></TABLE> 


 Funktion Hubantrieb und Taktgetriebe 
 



  Arbeitszyklusbedingt ist diesen beiden Antriebsblöcken ein Übersetzungsgetriebe i=2 zwischengeschaltet; die Arbeitszyklen von Hubantrieb und Taktgetriebe überlagern sich analog Fig. 7 zu gemeinsamen Arbeitszyklen. 


 Fig. 8 
 
 



  zeigt Beispiele für die Ausführung der Kurvenscheiben von Kurventrieb-Bewegungsachsen. Die Z-Achsenkurvenscheibe mit folgender Geometrie ist auf der Kurbelwelle des Hubantriebs zu plazieren: 
<tb><TABLE> Columns=3 
<tb><SEP>=><SEP>90 DEG <SEP>Weg
<tb><SEP>=><SEP>90 DEG <SEP>Oberes Niveau
<tb><CEL AL=L>=><CEL AL=L>90 DEG <SEP>Weg
<tb><SEP>=><SEP>90 DEG <SEP>Unteres Niveau 
<tb></TABLE> 



  Weitere Kurvenscheiben mit folgender Geometrie sind auf der Kurbelwelle des Taktgetriebes zu plazieren: 
<tb><TABLE> Columns=3 
<tb><SEP>=><SEP>45 DEG <SEP>Weg
<tb><SEP>=><SEP>135 DEG <SEP>Oberes Niveau
<tb><CEL AL=L>=><CEL AL=L>45 DEG <SEP>Weg
<tb><SEP>=><SEP>135 DEG <SEP>Unteres Niveau 
<tb></TABLE> 


 Fig. 9 + 10 
 
 



  zeigen den Zahnkettenverlauf des Taktförderers (30) und die Stellung der Mitnehmerlaschen unter der dem Schrittintervall entsprechenden Teilung T mit:
  &cirf&  Werkstückträger (60)
  &cirf&  Kettenschwertende antriebsseitig (31)
  &cirf&  Kettenschwertende umlenkungsseitig (32)
  &cirf&  Rollenleiste (33)
  &cirf&  Mitnehmerlaschen (34)
  &cirf&  Stauförderer (70) 


 Fig. 9 
 
 



  zeigt die Werkstückträgerübernahme vom Stautransfer und Werkstückträgerübergabe ans Stautransfer. Die Kettenschwertenden sind hierbei geneigt. 


 Fig. 10 
 
 



  zeigt den Taktförderer in Taktstellung. Die Kettenschwertenden sind hierbei hochgestellt. 


 Funktion Taktförderer 
 
<tb><TABLE> Columns=2 
<tb><SEP>=><SEP>Werkstückträger (60) wird vom Stauförderband (70) über Rollenleisten (33) des Taktförderers (30) gegen Stopper gefördert; Kettenschwertenden (31, 32) sind dabei geneigt (Fig. 9).
<tb><SEP>=><SEP>Ein vom Stauförderband kommender Werkstückträger wird in Position [1] vom Stopper gestoppt. Ein weiterer Werkstückträger (falls schon vorhanden) befindet sich in Bearbeitungsposition,
 Position (2).

   Die Mitnehmerlaschen (34) sind mit dem Werkstückträger (60) in Position [2] formschlüssig verbunden (Fig. 10).
<tb><SEP>=><SEP>Die Kettenschwertenden (31, 32) werden hochgestellt, Formschluss Mitnehmerlaschen mit Werkstückträger in Position [1]. (Fig. 10).
<tb><SEP>=><SEP>Taktschritt wird übertragen, die Werkstückträger in den Positionen [1] und [2] werden synchron getaktet und nehmen darauf die Positionen [2] und [3] ein.
<tb><SEP>=><SEP>Kettenschwertenden werden geneigt, Formschluss Mitnehmerlaschen mit Werkstückträger in Position [3] aufgehoben, der Werkstückträger in Position [3] wird über Rollenleisten vom Stauförderband übernommen, der Werkstückträger in Position [2] wird bearbeitet, und ein Werkstückträger kann vom Stauförderband gegen Stopper in Position [1] gebracht werden. 
<tb></TABLE> 

Claims (9)

1. Hubantrieb mit mindestens zwei Bewegungsachsen für Handhabungsgeräte in Linear- bzw. Rundtransferanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubantrieb Hubbewegungen analog folgender Handhabungszyklen, Werkstückträgerbestückung, Entnahme und Übergabe von Werkstücken an geführten Hubgebern erzeugt, wobei die Hübe der Hubgeber, dem jeweiligen Handhabungszyklus und den Verfahrwegen entsprechend ausgeführt und kombiniert, aus Malteser/Exzentertrieben oder Steuerkurventrieben resultieren, dass der Hubantrieb eine Kurbelwelle bzw.

Antriebswelle aufweist, auf der sich Malteserkurbeln und/oder Steuerkurven befinden, dass obige Malteserkurbeln Malteserräder auf durchgehender oder unterbrochener Malteserachse treiben und diese unter entsprechender Übersetzung derart Exzentertriebe treiben, dass aus zwei Taktschritten eines Maltesertriebs zwei 180 DEG -Drehungen des zugehörigen Exzentertriebs erfolgen und daraus ein Doppelhub am zugehörigen Hubgeber resultiert, und/oder dass obige Steuerkurven mittels Hebel die entsprechende Hubbewegung am zugehörigen Hubgeber erzeugen.

2. Hubantrieb nach Anspruch 1, wobei die Hubgeber geführte Kulissen sind.

3. Hubantrieb nach Ansprüchen 1 und 2, wobei die Malteserräder die Teilung 4 aufweisen, um so das Maximum von vier Bewegungsachsen ohne Überschneidungen zu ermöglichen.

4.

Hubantrieb nach einem Anspruch der Ansprüche 1 bis 3, wobei die vertikale Bewegungsachse als Kurventrieb ausgeführt ist.

5. Hubantrieb nach einem Anspruch der Ansprüche 1 bis 3, wobei die vertikale Bewegungsachse als Malteser/Exzentertrieb ausgeführt und die Malteserkurbel als Doppelkurbel ausgeführt ist.

6. Montage- oder Bearbeitungsstation mit einem Hubantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass obiger Hubantrieb unter der Übersetzung i=2 mit einem dem Hubantrieb bauähnlichen Taktgetriebe verbunden ist, wobei letzteres ein Linear- oder Rundtransfersystem treibt und so Handhabungszyklen und Taktzyklen gemeinsame Arbeitszyklen bilden.

7. Montage- oder Bearbeitungsstation nach Anspruch 6, wobei als Kurventriebe ausgeführte Bewegungsachsen mit Ausnahme der vertikalen Bewegungsachse auf der Antriebswelle des Taktgetriebes angeordnet sind.

8.

Montage- oder Bearbeitungsstation nach Anspruch 6, wobei das Taktgetriebe getrieben werden kann, während der Hubantrieb ruht, z.B. mittels schaltbarer Kupplung und Hohlwelle.

9. Montage- oder Bearbeitungsstation nach Anspruch 6, wobei das Taktgetriebe einen Linearförderer treibt, und dieser ein Zugmitteltrieb ist, dessen Umlenkungsräder zur Übernahme der Werkstückträger vom Stautransfersystem, sowie die Antriebsräder zur Übergabe ans Stautransfersystem in neigbaren Zugmittelschwertenden angebracht sind, was die Übernahme und Übergabe der Werkstückträger vom bzw. an das Stautransfersystem synchron auf gleichem Niveau ermöglicht.