CH691451A5 - Greifereinrichtung für bogenverarbeitende Maschinen. - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung bezieht sich auf eine Greifereinrichtung für bogenverarbeitende Maschinen, in denen Bogen intermittierend von einer Bearbeitungsstation zur nächsten transportiert werden, mit Greifern zum Erfassen eines Bogens, die an einer Greiferstange befestigt sind, die sich quer zur Transportrichtung erstreckt und an deren Enden Seitenteile befestigt sind, die Einrichtungen zur Anbindung an eine Transportvorrichtung und zur Führung der Greifereinrichtung aufweisen. 



  Solche, z.B. in der DE-PS 3 044 084 beschriebenen Greifereinrichtungen müssen nicht nur den anfallenden maximalen Belastungen gewachsen sein, sondern dürfen sich im Betrieb auch nicht zu stark verformen, damit aufeinanderfolgende Arbeitsvorgänge, beispielsweise Bedrucken eines Bogens und anschliessendes Ausstanzen des bedruckten Bogenabschnitts, mit grösster Präzision durchgeführt werden können. Das kritische Bauteil ist dabei die Greiferstange, bei der massgebliche Durchbiegungen unvermeidbar sind, da an ihr die den Bogen haltenden Greifer befestigt sind und sie zumindest über die Bogenbreite frei trägt. Es ist daher notwendig, die auftretenden Verformungen gering zu halten, um den Bogen genau positionieren und auszurichten zu können.

   Da die Biegesteifigkeit eines Bauteils entscheidend von dem Elastizitätsmodul des verwendeten Materials abhängt, sind die bekannten Greifereinrichtungen aus Stahl hergestellt, weil dieser Werkstoff einen sehr hohen Elastizitätsmodul aufweist und dabei relativ kostengünstig ist. Neben dem Elastizitätsmodul wird die Biegesteifigkeit eines Bauteils durch dessen Trägheitsmoment(e) bestimmt. Um die notwendige Steifigkeit der Greifereinrichtung zu gewährleisten, werden die Wanddicken der einzelnen Bauteile, wie Greiferstange  und Seitenteile, entsprechend stark gewählt, damit über ein entsprechend hohes Trägheitsmoment in Verbindung mit dem Elastizitätsmodul insbesondere die Greiferstange mit einer ausreichend hohen Biegesteifigkeit versehen wird. 



  Nachteilig dabei ist jedoch, dass zur Erzielung der erforderlichen Verformungssteifigkeit Wanddicken notwendig werden, aufgrund derer die Greifereinrichtungen wegen des hohen spezifischen Gewichts von Stahl eine grosse Masse erhalten. Eine grosse von der Transportvorrichtung zu beschleunigende oder zu verzögernde Masse erfordert wiederum entsprechend hohe Antriebskräfte. Darüber hinaus wird aber auch die Greifereinrichtung selbst aufgrund ihrer eigenen Massenträgheitskräfte während der Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsvorgänge, die in relativ schneller Abfolge etwa 2- bis 3-mal pro Sekunde erfolgen, erheblich belastet. Dieses führt vor allem zu einer erhöhten Biegebelastung der Greiferstange und kann auch ein Ausspringen der gesamten Greifereinrichtung aus den Führungen hervorrufen. Selbst der Bruch einer Greifereinrichtung ist schon aufgetreten.

   Da die Greifereinrichtungen von Endlosketten transportiert werden, treten ferner in den Umlenkbereichen zusätzlich hohe Fliehkräfte auf, die ebenfalls zu einem Ausspringen oder zu einer Verformung oder zu einem Bruch der Greifereinrichtung führen können. Eine steifere oder tragfähigere Ausbildung der Greifereinrichtung ist nur über eine Vergrösserung der Wanddicken möglich, was jeweils wieder eine Vergrösserung der Masse bedeutet und damit wiederum zu einer Erhöhung der Belastung infolge höherer Massenträgheitskräfte führt. So muss letztendlich die Geschwindigkeit, mit der die Greifereinrichtung durch die bogenverarbeitende Maschine transportiert wird, beschränkt werden, da eine beliebige Vergrösserung der Masse bzw. der Abmessungen der Greifereinrichtung nicht möglich ist. 



  Demgegenüber liegt die Aufgabe der Erfindung darin, die Masse der eingangs beschriebenen Greifereinrichtung bei in etwa gleichbleibender Steifigkeit zu reduzieren. 



  Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einer gattungsgemässen Greifereinrichtung die Greiferstange aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt ist. 



  Faserverstärkter Kunststoff weist im Verhältnis zu seinem spezifischen Gewicht und damit zu seiner Masse einen hohen Elastizitätsmodul auf. Dies lässt eine der bisherigen Konstruktion von Greiferstangen entgegengesetzte Vorgehensweise zu, da bei einer Verringerung der Wandstärken die Massenträgheitskräfte zumindest soweit reduziert sind, dass durch die zwangsläufig ebenfalls verminderte Biegesteifigkeit keine Vergrösserung der Durchbiegung eintritt. Mit einer erfindungsgemässen Greifereinrichtung werden sowohl das durch die Transportvorrichtung zu bewegende Gewicht als auch die Trägheitskräfte der Greifereinrichtung selbst erheblich reduziert, ohne dass die Verformungen der Greifereinrichtung vergrössert werden.

   Damit besteht die Möglichkeit, entweder bei einer der vorbekannten Greifereinrichtung entsprechenden Belastung eine höhere Transportgeschwindigkeit zu fahren, da bei in etwa gleichbleibender Steifigkeit geringere Massen vorhanden sind, oder es wird bei ungefähr gleichbleibender Geschwindigkeit ein ruhigerer Arbeitsablauf erreicht, da beim Beschleunigen und Abbremsen geringerer Massen geringere Schwingungen auftreten und somit das Schwingungsverhalten der Einrichtung verbessert wird. Dabei kann die Raumform der erfindungsgemässen Greifereinrichtung im Wesentlichen gleich der der bekannten Greifereinrichtung sein, sodass sie in vorhandene Anlagen eingebaut werden kann. Ebenso sind die von Ausricht- bzw. Führungseinrichtungen aufzubringenden Kräfte weitaus geringer als bei der bekannten Greifereinrichtung, da das auszurichtende Gewicht wesentlich vermindert ist. 



  Vorzugsweise ist die Greiferstange als Hohlprofil ausgebildet. Damit wird gegenüber einem Vollprofil eine weitere Gewichtseinsparung ohne wesentlichen Biegesteifigkeitsverlust möglich, da die Trägheitsmomente im Wesentlichen von den  vom Profilschwerpunkt weiter entfernt liegenden Querschnittsteilen bestimmt werden. 



  Die Greiferstange ist bevorzugt aus carbonfaserverstärktem Kunststoff oder ebenfalls bevorzugt aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt. Mit diesen Fasern ist es möglich, bei geringem Eigengewicht die Greiferstange mit einer sehr hohen Steifigkeit zu versehen. Dabei werden die Carbon- oder Kohlenstoff- oder Graphitfasern bzw. die Glasfasern in Kunststoffe, sogenannte Laminate, eingebettet. Mit der Wahl des Faserverlaufs in Bezug auf die Belastungs- bzw. Durchbiegungsrichtung der Greiferstange, wird deren Steifigkeit festgelegt. 



  In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Enden der Greiferstange zum Verkleben mit den Seitenteilen ausgebildet. Hierdurch ist eine ebenso einfache wie wirkungsvolle Verbindung zwischen Greiferstange und Seitenteilen herstellbar. 



  Vorteilhafterweise bestehen die Seitenteile aus Aluminium und sind, in ebenfalls vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung, zur seitlichen Führung der Gleiteinrichtung mit Kunststoff-Gleitführungen versehen, die an einem Ende des Greiferstange feststehend und am anderen Ende federnd ausgebildet sind. Aufgrund der geringen spezifischen Gewichte von Aluminium und Kunststoff kann die gesamte Masse der Greifereinrichtung weiter gesenkt werden. Dabei ist eine Reduzierung der Masse gegenüber der bekannten Greifereinrichtung um fast die Hälfte möglich. Dies bietet die Möglichkeit, bei gleicher Belastung eine höhere Geschwindigkeit zu fahren oder bei gleichbleibender Geschwindigkeit den Ablauf weiter ruhiger zu gestalten, wie bereits weiter oben erläutert. Darüber hinaus haben Kunststoffteile an sich den Vorteil, geringere Laufgeräusche als Stahlteile zu erzeugen.

   Bemerkenswert ist dabei, dass die Verwendung von Aluminium für die Seitenteile oder von Kunststoff für die Führungen deswegen möglich ist, weil aufgrund der geringen  Massenträgheitskräfte der erfindungsgemässen Greifereinrichtung geringere Antriebs- und Führungskräfte erforderlich sind. 



  Die Fasern sind mit Vorteil in mehreren Lagen gewickelt. So wird eine individuelle, auch richtungsabhängige Anpassung der Steifigkeit an bestimmte Anforderungen möglich. 



  In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Fasern in vier Lagen gewickelt, wobei die erste, innenliegende Faserlage in Längsrichtung der Greiferstange, die zweite Faserlage unter 45 DEG  zur Längsrichtung der Greiferstange, die dritte Faserlage wieder in Längsrichtung der Greiferstange und die vierte, aussenliegende Faserlage senkrecht zur zweiten Faserlage unter 45 DEG  zur Längsrichtung der Greiferstange gewickelt ist. Die in Längsrichtung der Greifstange gewickelten Fasern verleihen dieser eine hohe Biegesteifigkeit, während die in der 45 DEG -Richtung gewickelten Fasern einerseits die Torsionssteifigkeit der Greiferstange erhöhen und andererseits die in Längsrichtung gewickelten Fasern fixieren. 



  Bevorzugt beträgt die Wanddicke der Greiferstange in etwa 4 bis 5 mm. Aufgrund der geringen Wanddicke liegen die Fasern im Randbereich des Querschnitts der Greiferstange, das heisst, ihr Abstand zum Querschnittsschwerpunkt der Greiferstange ist möglichst gross, sodass die Trägheitsmomente ebenfalls möglichst gross werden. 



  Nachfolgend wird ein Beispiel für eine erfindungsgemässe Greiferstange beschrieben. 



  Die hergestellte Greiferstange ist ein rechteckiges Hohlprofil aus einem mit Kohlenstofffasern verstärkten Kunststoff (CFK). Dabei wurde eine T300-Faser mit einem Elastizitätsmodul von 230 000 N/mm<2> eingesetzt. Als Harz/Härter-System wurde LY556/HY917 verwendet, das bei 120 DEG C aushärtet. Der Einsatz dieses Harz/Härter-Systems war möglich, da  die Greiferstange für einen Einsatz bei Raumtemperatur vorgesehen war. Der Faservolumengehalt betrug @ = 60%. 



  Die Aussenabmessungen des rechteckigen Profilrohres betragen 46 x 24 mm. Die beiden Enden laufen keilförmig auseinander, sodass Seitenteile zur Führung der Greiferstange bzw. der Greifereinrichtung sowie als Krafteinleitungselemente eingeklebt werden können. 



  Die Wände des Profilrohrs bzw. der Greiferstange bestehen aus vier Faserlagen. Auf seinen Schmalseiten weist das Profil eine innenliegende, 1 mm starke Lage I auf, in der die Fasern in Längsrichtung der Greiferstange gewickelt sind. In der 0,5 mm starken Lage II sind die Fasern umlaufend unter 45 DEG zur Längsrichtung der Greiferstange gewickelt. In der Lage III laufen die Fasern auf den Schmal- und den Breitseiten des Profils wieder parallel zur Längsrichtung der Greiferstange. Die Dicke dieser Lage III beträgt 3 mm. In der letzten, die äussere Oberfläche der Greiferstange bildenden Lage IV sind die Fasern wieder unter 45 DEG  zur Längsrichtung der Greiferstange, und zwar senkrecht zu den unter 45 DEG  verlaufenden Fasern der zweiten Lage, gewickelt. Diese Lage IV ist wie die Lage II 0,5 mm stark. 



  Die Materialkennwerte der verwendeten CFK-Lagen sowie geometrische Werte und Gewichte der CFK-Greiferstange sind den folgenden zwei Tabellen zu entnehmen, wobei die Z-Achse in Längsrichtung der Greiferstange und die X-Achse in Richtung der grösseren Abmessung des Rechtecks verläuft. 
<tb><TABLE> Columns=3 Tabelle 1: Materialkennwerte der verwendeten CFK-Lagen 
<tb>Head Col 2 to 3 AL=L: Faserverlauf 
<tb>Head Col 2 AL=L: Längsrichtung 
<tb>Head Col 1:  +/- 45 DEG 
<tb><SEP>E-Modul in Z-Richtung<SEP>139 000 N/mm<2><SEP>24 500 N/mm<2>
<tb><CEL AL=L>E-Modul in X-Richtung<SEP>7 900 N/mm<2><SEP>24 500 N/mm<2>
<tb><SEP>Schubmodul<SEP>7 300 N/mm<2><SEP>35 900 N/mm<2>
<tb><CEL AL=L>Dichte bei @ = 60 vol%<SEP>1,542 g/cm<3><SEP>1,542 g/cm<3> 
<tb></TABLE> 
<tb><TABLE> Columns=2 Tabelle 2:

   Geometrische Werte und die Gewichtsabschätzung der CFK-Greiferstange<SEP>Querschnitt der Greiferstange<SEP>528 mm<2><SEP>Länge<SEP>1114 mm
<tb><SEP>Volumen der Greiferstange<SEP>588,2 cm<3>
<tb><SEP>Gewicht der Greiferstange<SEP>907 g
<tb><SEP>gesch. Gewicht des Kerns mit Inserts<SEP>380 g
<tb><SEP>gesamtes Gewicht<SEP>1287 g 
<tb></TABLE> 



  Die Biegesteifigkeit der Greiferstange um die senkrecht zur Z-Achse und zur X-Achse verlaufende Y-Achse sowie um die X-Achse sind den nachfolgenden Tabellen 3 und 4 zu entnehmen. 
<tb><TABLE> Columns=4 Tabelle 3: Biegesteifigkeit der Greiferstange um die Y-Achse 
<tb>Head Col 2 AL=L: Flächenträgheitsmoment um Y 
<tb>Head Col 1: E-Modul 
<tb>Head Col 2: Produkt Ely
<tb><SEP>Lage I<SEP>10 954 mm<4><SEP>139 000 N/mm<2><SEP>1 523 Nm<2>
<tb><CEL AL=L>Lage II<SEP>10 872 mm<4><SEP>24 500 N/mm<2><SEP>266 Nm<2>
<tb><SEP>Lage III<SEP>90 621 mm<4><SEP>139 000 N/mm<2><SEP>12 600 Nm<2>
<tb><SEP>Lage IV<SEP>20 015 mm<4><SEP>24 500 N/mm<2><SEP>490 Nm<2>
<tb><SEP>Summe<CEL CB=4 AL=L>14 879 Nm<2> 
<tb></TABLE> 
<tb><TABLE> Columns=4 Tabelle 4: Biegesteifigkeit der Greiferstange um die X-Achse 
<tb>Head Col 2 AL=L: Flächenträgheitsmoment um X 
<tb>Head Col 1: E-Modul 
<tb>Head Col 2:

   Produkt Elx
<tb><SEP>Lage I <SEP>682 mm<4><SEP>139 000 N/mm<2><SEP>95 Nm<2>
<tb><CEL AL=L>Lage II <SEP>2 996 mm<4><SEP>24 500 N/mm<2><SEP>73 Nm<2>
<tb><SEP>Lage III <SEP>29 659 mm<4><SEP>139 000 N/mm<2><SEP>4 123 Nm<2>
<tb><SEP>Lage IV <SEP>7 366 mm<4><SEP>24 500 N/mm<2><SEP>180 Nm<2>
<tb><SEP>Summe <CEL CB=4 AL=L>4 471 Nm<2> 
<tb></TABLE> 



  Mithilfe bekannter Formeln wurde aus vorgegebenen Werten für Lastannahmen und für Taktzeiten über die Geschwindigkeit und Beschleunigung eine auf die Greiferstange wirkende gleichmässige Linienlast errechnet, mit der unter Zugrundelegung der linearen Balkentheorie der Festigkeitsnachweis sowie der Verformungsnachweis geführt wurde. Der Nachweis der Festigkeit erfolgte dabei durch Einhaltung einer maximalen 0,2%-Dehnung an der Bauteiloberfläche, und zum Nachweis der maximalen Verformung wurde die maximale Durchbiegung der Greiferstange berechnet und einer als zulässig vorgegebenen maximalen Durchbiegung gegenübergestellt. 



  Die erfindungsgemässe Greiferstange weist ferner eine Eigenfrequenz c =  2ROOT (E/ rho ) auf, die um den Faktor 1,8 höher ist  Stahl. Diese höhere Eigenfrequenz führt zu einer geringeren Beeinflussung der Eigenschwingung der Greiferstange auf den zu transportierenden Bogen, der somit genauer geführt werden kann. 



  An den Enden der erfindungsgemässen Greiferstange sind durch Verklebung Seitenteile aus Aluminium befestigt, die ihrerseits Gleitführungen aus Kunststoff aufweisen. Auf diese Weise wurde insgesamt eine Greifereinrichtung geschaffen, deren Masse bei etwa nur der Hälfte der Masse der bekannten Greifereinrichtung aus Stahl liegt. 

Claims (10)

1. Greifereinrichtung für bogenverarbeitende Maschinen, in denen Bogen intermittierend von einer Bearbeitungsstation zur nächsten transportiert werden, mit Greifern zum Erfassen eines Bogens, die an einer Greiferstange befestigt sind, die sich quer zur Transportrichtung erstreckt und an deren Enden Seitenteile befestigt sind, die Einrichtungen zur Anbindung an eine Transportvorrichtung und zur Führung der Greifereinrichtung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Greiferstange aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt ist.

2. Greifereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Greiferstange als Hohlprofil ausgebildet ist.

3. Greifereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Greiferstange aus carbonfaserverstärktem Kunststoff hergestellt ist.

4.

Greifereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Greiferstange aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt ist.

5. Greifereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Greiferstangen mit den Seitenteilen verklebt sind.

6. Greifereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenteile aus Aluminium hergestellt sind.

7. Greifereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur seit lichen Führung die Seitenteile mit Kunststoff-Gleitführungen versehen sind, die an einem Ende der Greiferstange feststehend und an deren anderem Ende federnd ausgebildet sind.

8. Greifereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in mehreren Lagen gewickelt sind.

9.

Greifereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in vier Lagen gewickelt sind, wobei die erste, innenliegende Faserlage in Längsrichtung der Greiferstange, die zweite Faserlage unter 45 DEG zur Längsrichtung der Greiferstange, die dritte Faserlage wieder in Längsrichtung der Greiferstange und die vierte, aussenliegende Faserlage senkrecht zur zweiten Faserschicht unter 45 DEG zur Längsrichtung der Greiferstange gewickelt ist.

10. Greifereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke der Greiferstange 4 bis 5 mm beträgt.