CN104822611A - 用于容纳生产机器的工件支座周转系统的工件的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于容纳生产机器的工件支座周转系统的工件的设备，该设备包括带有工件容纳部的工件支座和在机器侧布置的能松开地暂时容纳工件支座的保持部。工件支座具有转子区段(5)，该转子区段在容纳在保持部中时与设置在该保持部上的定子(20)在形成了力矩马达的情况下共同作用，并且因此能绕轴线保持部中转动。

Description

用于容纳生产机器的工件支座周转系统的工件的设备

技术领域

本发明涉及一种用于容纳生产机器的工件支座周转系统的工件的设备，该设备包括带有工件容纳部的工件支座和在机器侧布置的用于能松开地暂时容纳工件支座的保持部。

背景技术

在生产或加工同类工件的范畴下，通常需要在这种工件上依次执行多个工作步骤。为此目的而已知的是，经由工件支座周转系统将工件输送至生产机器的不同工作站。这种工件支座周转系统最后还包括两个重要元件，其中之一为工件支座本身，该工件支座具有考虑到要夹持的工件而设计的工件容纳部。在多个工作过程期间，工件保留在该工件支座上或者说在工件容纳部中，该工件支座从一个工作位置运动到另一个工作位置。为此，在机器侧设置相对应的保持部作为第二构件，工件支座能松开地引入到该保持部中，或者说该工件支座在其位于生产机器的工作区域中的期间能松开地容纳在该保持部上。这样的工件支座周转系统例如可以使用在圆形周转机或圆形节拍机中，它们通常使用在自动化技术中或在装配机、校验机和打标机中以及在机床的输送系统中。也能想到的是，这种工件支座周转系统使用在容器处理及饮料灌装设备的用于在容器和瓶子(它们在这里形成工件)上贴标签的贴标签机中。相应的运送运行可以是连续的或按节拍的，其中，根据运送运行，在加工站中的相应的加工要么在连续的运送中在运动经过该加工站的工件上进行，要么在夹持运行期间进行。相对应的工作可以是各种性质的。要么可以进行装配过程，也就是说，在所容纳的工件上加装其他零件，要么可以进行校验或测量过程，要么可以例如借助移印或喷墨打印进行印刷或打标过程等。

主要元件是如上所述的工件支座和保持部，该保持部暂时且能松开地容纳该工件支座。在此，工件支座通常牢固地容纳在保持部中。然而，有时需要将工件送到限定的位置中，例如要贴标签的瓶子有时必须绕其纵轴线转动，以便可以实现打标或贴标签。为此已知的是，通过相对应的转动驱动装置使瓶子自行转动，这些瓶子相对应以能运动的方式容纳在工件容纳部中。替选已知的是，将这样的工件支座在此处需要工件转动的工作站上能松开且暂时地与驱动装置联接，以便在从保持部中松开之后使该工件支座转动。用于实现工件旋转的所有这些设计方案都非常昂贵，它们要求特殊的驱动装置或者机械联接机构，并且此外还易受故障影响。

发明内容

因此，本发明基于该问题，说明了作为工件支座周转系统的一部分的工件容纳设备，该工件容纳设备可以实现以简单方式转动所容纳的工件。

为了解决该问题，根据本发明，在前述类型的设备中规定：以能绕轴线转动的方式容纳在保持部中的工件支座具有转子区段，该转子区段在容纳在保持部中时与设置在该保持部上的定子在形成了力矩马达的情况下共同作用。

在根据本发明的设备中，一方面设置工件支座与保持部的能转动的连接，也就是说，工件支座在其容纳在保持部中时可以绕规定的转动轴线转动，自然连同该工件支座还转动工件，从而该工件可被带入到限定的期望位置中或者原则上它们整体转动。此外，工件支座本身形成转动驱动装置的一部分，这是因为根据本发明，该工件支座具有转子区段，该转子区段构成力矩马达的一个中央部分。另一个中央部分，即定子，设置在保持部上。如果现在工件支座引入到保持部中并在那里固定，那么随着占据该最终位置(在此如所实施的那样，工件支座以能转动的方式容纳在该最终位置中)，同时也“构成”了力矩马达，也就是说，转子区段相对于定子定位，从而双方可以在形成力矩马达的情况下共同作用。

利用这种力矩马达实现了也可以传递很高的力矩的高精度的驱动，该力矩马达以公知的方式以如下为基础，即，通过定子生成与转子区段的磁元件共同作用的行波磁场，这些磁元件跟随该行波磁场而由此旋转。也就是说，可以实现工件的高精度的定心或定位，这对于很多工作任务来说是必须的，此外也可以非常简单地实现旋转。尤其涉及最终无磨损且可以节省空间地构造的非接触式的驱动装置。

此外，该驱动装置还能高灵活性地调节，这对精确控制旋转运行是有利的。

特别紧凑且节省空间的构造可以如此得到，即，转子区段实施为具有整合的永磁体的径向凸出的环形的凸起部，该凸起部在装配位置中容纳在侧向敞开的定子的在保持部侧彼此间隔开布置的定子绕组之间。环形凸起部配设有相对应的永磁体，这些永磁体平行于工件支座的转动轴线进行磁化。如果该凸起部，也就是转子，位于侧向敞开的定子的定子绕组之间(也就是该转子可以从侧向推入到它们之间)，那么永磁体的磁场就垂直于定子绕组。如果在那里生成行波磁场，那么转子必然跟随该行波磁场，这是因为移动的定子磁场与一个或多个永磁体磁场以磁方式相互作用。

由于如所述那样定子是侧向敞开的，因此可以实现的是，在同样侧向敞开的保持部中使工件支座从侧向朝向保持部运动，并且随着装入到保持部中的同时也使转子区段运动到定子绕组之间。也就是说，在工件支座引入到保持部时，必然且自动地也“构成”了力矩马达。

按照适宜的方式，每侧的定子绕组分别借助导磁的板件连接，从而短接了磁通。相应的板件由具有高导磁性，也就是具有高导磁率的材料制成。定子绕组本身优选实施为多层板件。

为了以简单的方式实现工件支座在保持部中的转动支承，本发明的特别有利的改进方案规定：在工件支座上设置至少一个带有外圈的滚动轴承，该滚动轴承要么直接经由外圈要么经由与其连接的紧固元件在装配位置中以能松开的方式与保持部的固定装置共同作用。保持部要么直接嵌接在外圈上要么嵌接在与外圈牢固连接的紧固元件。如果外圈经由保持部或其固定装置来紧固，那么工件支座就必然在外圈中旋转，在该外圈中，该工件支座经由滚动体转动支承。虽然为了吸收可能的倾斜力矩而在轴向上看可以加长地实施的一个滚动体已经足够，但是适宜的是，布置两个彼此重叠的滚动体，因此也就是在相对应的轴向总长度下实现近似两排的滚动轴承，以便能够接受可能的倾斜力矩。

如所述那样，工件支座仅暂时固定在保持部中，该工件支座也就是以能松开的方式容纳在该保持部中并且可以再次将其取出。这是必须的，以便将工件支座从输送装置自动化地转交到生产机器并经由相应的取出装置再次取出。为了可以实现特别适宜的、相同但又简单的固定，本发明的适宜的改进方案规定：保持部的固定装置与外圈或紧固元件以磁方式共同作用。也就是说，在那里不进行机械的卡夹或锁定等，而是仅在磁路上使工件支座牢固地容纳在保持部中。这自然以如下为前提，即，一方面在保持部侧或固定装置侧设置相对应的磁场发生装置，而另一方面自然外圈或紧固元件也由可磁化或与之相互作用的材料构成。

在此能想到的是，当磁场发生装置的磁场足以引起足够牢固的固定时，该磁场发生装置设计为简单的永磁体。然而，本发明的特别有利的改进方案规定：固定装置具有磁场发生装置，通过该磁场发生装置能生成强度可变的磁场。本发明的这种设计方案有利地提供了如下的可能性，即，视需要或视情况而定地改变磁场强度进而是夹持力。如果例如工件支座从输送装置转交到保持部中，那么在该侧首先给出仍较弱的磁场，该磁场随着转交而增强，以便可以实现牢固的固定。如果需要再次取出工件支座，那么在联接取出设备之后再次减弱磁场，因此也就是“减弱”了工件支座固定，从而取出设备可以从保持部中取出工件支座。

根据本发明的要实现的可能性规定：磁场发生装置具有磁轭，该磁轭由至少一个容纳在两个极靴之间的永磁体以及至少一个可通电的围绕该磁轭卷绕的绕组组成，该绕组生成增强或削弱永磁体磁场的磁场。在此，也就是通过永磁体或磁轭给出基本磁场。绕组用于改变该磁场，该绕组根据通电方向可以叠加上增强或削弱永磁体磁场的磁场。以这种方式，夹持磁铁的夹持磁力可以任意改变。

按照适宜方式，固定装置，尤其是两个极靴在此具有形状锁合(formschlüssig)地贴靠在外圈或紧固元件上的止挡面或止挡型廓，其在直接嵌接时相应倒圆地实施，或者在嵌接在紧固元件上时相应于元件型廓地成形。无论如何都得到一定的形状锁合部，从而当相对应的固定机构，例如是上述的磁夹持机构被激活时，给出了可靠的固定。在此应当指出的是，显而易见也可以例如通过嵌入相对应的夹持栓或类似元件而设置其他的纯机械性质的夹持机构。

有时不仅需要实现工件或工件支座的原则上的可转动性，而且工件或工件支座也需要被带到限定的规定位置或检测可能的位置改变。为此目的，本发明的改进方案规定：整合了用于获知工件支座相对于定子的角度位置的位置测量装置。该位置测量机构可以要么以增量方式或要么以绝对方式进行测量。在各种情况下，由此可获知位置信息，这可以实现限定工件的准确的相对位置。

位置测量装置本身可以基于任意的测量原理工作，例如可以进行感应式、光学式或磁阻式的扫描。测量装置优选非接触式地工作。

为了可以以简单方式实现，位置测量装置具有一个或多个设置在工件支座上的连同其一起旋转的测量元件，尤其是测量环以及用于非接触式检测一个或多个测量元件的在定子侧设置的测量传感器。优选设置环形的测量环，在该测量环上设置相对应的增量式的测量点等，它们可以根据测量方法由测量传感器来检测。传感器可如所述那样以感应、光学或磁阻方式工作。该传感器与控制生产机器的总体运行的上级的控制机构相配合，从而在这里得到相应的位置信息，并且要么相对应地驱控力矩马达，以便使工件支座运动到期望位置中，要么当定位正确时相对应地控制配属的工作单元。

附图说明

附图中示出了本发明的实施例，并且下面将对其详细说明。其中：

图1以剖视图示出了根据本发明的工件支座的示意图；

图2以剖视图示出了根据本发明的保持部的示意图；

图3以局部剖视图示出了根据本发明的具有容纳在保持部中的工件支座的设备的示意图；

图4以立体图示出根据本发明的具有容纳在保持部中的工件支座的设备；

图5是根据本发明的生产机器的示意图，该生产机器包括多个具有多个保持部的旋转的工作台，在这些保持部中容纳有相对应的工件支座，或者在它们之间可以交换工件支座。

具体实施方式

图1以剖视图示出工件支座1。工件支座1包括空心圆柱体状的例如由铝制成的支座体2。在其上侧上设置工件容纳部3，在该工件容纳部中能松开地容纳有要加工的工件4(虚线示出)。工件4可以是任意的工件，例如是在其上必须执行相对应的加工措施的金属构件，是需要一同加装的构件或者是要装备的工件的其他零件或者是要印刷或要打标的工件或者是要贴标签的玻璃或塑料瓶等。

在支座体2的靠上的端部上设置径向凸出的环形的凸起部5，在该凸起部上等距分布地容纳有多个永磁体6(为此也可参见图3)。永磁体按如下方式布置，即，它们的磁场平行于工件支座1的转动轴线D。

此外，设置有测量环7，该测量环是定位测量机构的一部分，该定位测量机构用于以增量式或绝对式检测工件支座1相对于后文仍将描述的保持部的角度或相对位置。在测量环7上可以等距且环绕地设置多个通过仍将描述的传感器进行检测的增量式测量元件，像例如反射元件、槽等能检测的元件，通过它们可以获知位置信号。

此外，在工件支座1上设置两个滚动轴承9、10，这些滚动轴承经由它们的内圈11、12固定在支座体2上的相对应的滚动轴承容纳部13中并且借助夹紧环14张紧，该夹紧环经由相对应的螺纹连接部15拧接在支座体2上。滚动轴承9、10具有相同的直径，这尤其是针对它们的两个外圈16、17而言，这是因为经由它们进行在后文仍将描述的保持部中的固定。代替添加两个这种在这里实施为深沟球轴承或主轴轴承的滚动轴承9、10，原则上也能想到的是，整合有仅一个滚动轴承，该滚动轴承于是例如实施为在轴向上看较宽的滚针轴承。如同两个滚动轴承9、10那样，相对应设计得很宽的滚针轴承也允许吸收可能的在装配位置上倾斜力矩。

图2示出保持部18的剖面的示意图，该保持部用于暂时容纳工件支座1，如其图1中所示的那样。保持部18也具有相对应的例如实施为铸件的中央的夹持体19。在该夹持体上一方面设置有包括两个彼此间隔开的定子绕组21、22的定子20，这些定子绕组与板件23、24分别由良好地传导磁通的，也就是具有高导磁率的材料，例如钢制成。能通过未详细示出的控制装置来通电的定子绕组21、22优选实施为多层板件。如由图4可获知的那样，至少是板件23、24，优选但自然也有相对应的定子绕组21、22延伸了一定的角度增量，从而通过定子绕组21、22可以生成移动了该角度增量的行波磁场。定子20明显是侧向敞开的，通过连接杆25近似实现了U形的基本结构。定子25形成了力矩马达的第二部分，该第二部分在装配的状态下通过工件支座1的转子区段5得以补充完整。

在夹持体19上还设置测量传感器26，该测量传感器在装配位置中以非接触的方式扫描测量环7，以便生成准确的高精度的位置信息。也就是说，测量传感器26和测量环7形成了以增量式或绝对式测量的角度测量系统。

为了暂时夹持工件支座1并且同时以能转动的方式固定该工件支座，在夹持体19上设置固定装置27，该固定装置以磁方式与两个滚动轴承9、10的两个外圈16、17共同作用。图3中以原理的方式示出的该固定装置包括磁场发生装置28，该磁场发生装置一方面能够生成基本磁场，另一方面能够生成与其叠加的可变的附加磁场。对此，设置两个由良好导磁的钢制成的极靴29、30，在它们之间安置永磁体31。也就是说，永磁体的磁场经由两个极靴引导到止挡面32上，该止挡面由两个极靴29、30和铸造件33形成。因此，极靴29、30和永磁体31形成了磁轭。为了能够改变施加在止挡面32上的磁场的强度，设置有绕组34，这些绕组可以通过未详细示出的控制机构经由电缆35来通电。根据工作原理或通电方向，可以由此在极靴29、30中感应出磁场，该磁场与永磁体31的磁场相同取向，从而整体生成了相对永磁体磁场增强的总磁场。如果绕组磁场相反地取向，那么可以实现规定的弱磁。

为了确保要引入到保持部18中的工件支座1的精确定心，在保持部侧设置定心销42或相似部件，它们与工件支座1上的相对应的定心容纳部共同作用。

永磁体31以及转子区段5上的永磁体6可以由任意的生成足够大的磁场的材料，像例如铁氧体、钐钴磁铁或钕铁硼磁铁制成。将固定装置27封装为封闭的构件的铸造件33例如可以是PUR(聚氨酯)、环氧树脂或者是单组份或双组分的铸模树脂。

如图2和图3所示，因此不仅定子20是侧向敞开的，而且固定装置27也是侧向敞开的，也就是说，止挡面32是露出的。

如果现在要把工件支座1固定在保持部18中，那么就把工件支座1从侧向装入到近似工件支座形状的相对应的最后倒圆的保持部18中。滚动轴承9、10的两个外圈16、17沿止挡面32进而是固定装置27的方向运动。外圈到达通过磁场发生装置28生成的磁场的区域内，也就是说，被吸附。在装配位置中，这些外圈形状锁合地贴靠在止挡面32上。因此，它们闭合了磁回路。在此，永磁体31的磁场以如下方式确定强度，即，即使没有通过绕组34生成的附加的磁场也存在夹持力，该夹持力确保了装入的工件支座1可靠地固定(故障安全)。在通过例如测量传感器26探测出达到正确装入位置时(这显而易见无需额外措施即可实现)，通过由绕组34生成的磁场可以增强总夹持磁场，从而在后续要执行的加工任务期间进行可靠的固定。如果要取出工件支座1，那么可以通过改变通电方向生成反作用于永磁体的磁场的绕组磁场，从而总磁场得到明显削弱，并且工件支座1可以无需其他措施而从保持部18取出。

在两个外圈16、17装入到固定装置27中的同时，转子区段5在两个定子绕组21、22之间运动，也就是说，运动到定子20中。随着达到最终装入位置，转子区段5的永磁体6因此准确置于定子绕组21、22之间并且可与定子侧生成的磁场相互作用。图4中示出这种装配位置。明显的是，转子区段5位于定子20中，而外圈16、17也位于固定装置27中。

如果现在原则上要转动工件支座1并且连同其转动图4中未详细示出的工件4，或者转动它们到限定的位置中，那么通过在这里未详细示出的控制装置相对应地驱控定子或者相应地给定子绕组21、22通电，从而得到行波磁场，转子区段5的永磁体6跟随着该行波磁场，从而该转子区段绕旋转轴线D旋转。这在外圈16、17在固定装置27中固定之后，也就是说，工件支座1相对其外圈16、17旋转之后而无需其他措施即可实现。通过测量传感器26检测并非接触地扫描在旋转经过该测量传感器的测量环7，从而可以由此检测到相对应的位置信息。测量传感器27可以以感应、光学或磁阻方式工作，显而易见地，测量环7或设置在其上的测量元件相对应地实施。

图5以示意图方式示出包括工件支座周转系统37的生产机器36，该工件支座周转系统37的一部分是根据本发明的包括工件支座1和保持部18的设备。示例性地示出或给出了作为生产机器36的一部分的三个圆台38、39、40。每个圆台38、39、40可以绕轴线X旋转。在每个圆台38、39、40上沿周向分布地设置多个保持部18，在所示的示例中分别设置六个保持部。这些保持部牢固地与相应的圆台连接，也就是说，随其转动。相应的工作台转动方向通过箭头P1、P2和P3示出。各个保持部18设置在圆台上或者相对应的凹窝的区域中。保持部18在这里仅示例性地示出，各个工件支座1也是如此，这些工件支座明显至少部分地容纳在凹窝18中。通过关于图3所述的固定装置27，也就是磁场发生装置28进行工件支座在相应的保持部中的固定。明显地，两个相邻的圆台在转交位置41的区域中相对靠近。在该区域，工件支座1从一个圆台的保持部18转交到相邻的圆台的保持部18。这针对保持部1a示例性地示出，该保持部从圆台38的保持部18转交到在转交时刻与之相对的圆台39的保持部18。为了能够按规定且可靠地执行转交过程，以转交位置41之前的时间上的偏移来相对应地给圆台37上的进行给出的保持部18的绕组34通电，从而夹持力，也就是合成的总磁场，在该侧明显得到削弱。此外，可以以转交位置41之前的时间上的偏移相对应地给圆台39上的进行容纳的保持部18的绕组34通电，从而它们的夹持力或得到的总磁场得以明显增强。由此，出现了作用到工件支座1a或外圈16、17上的由圆台39上的保持部18侧的强磁场合成的拉力。该磁场或该拉力沿进行容纳的保持部18方向作用，并最终引起工件支座1a从圆台38转移或转交到圆台39上。由于圆台38、39、40是同步旋转的，因此确保的是，带有工件支座的进行给出的保持部在正确时刻与进行容纳的保持部相对置。

在转移工件支座后，该工件支座于是就可以通过保持部18而无需其他措施地被带到期望的转动位置或原则上旋转，这可以通过随后形成的力矩马达(由保持部18的定子20和所容纳的工件支座1的转子区段5构成)实现而无需其他措施。

虽然在根据图5所示的实施例中各个圆台38、39、40被描述为生产机器的一部分，显而易见也能想到的是，每个圆台是各自的生产机器的一部分，也就是各自的周转机的一部分，其中，多个生产或者周转机整合成一个设备。

附图标记列表

1    工件支座                24    板件

1a   工件支座                25    连接杆

2    支座体                  26    测量传感器

3    工件容纳部              27    固定装置

4    工件                    28    磁场发生装置

5    凸起部                  29    极靴

6    永磁体                  30    极靴

7    测量环                  31    永磁体

9    滚动轴承                32    止挡面

10   滚动轴承                33    铸造件

11   内圈                    34    线圈

12   内圈                    35    电缆

13   滚动轴承容纳部          36    生产机器

14   夹紧环                  37    工件支座周转系统

15   螺纹连接部              38    圆台

16   外圈                    39    圆台

17   外圈                    40    圆台

18   保持部                  41    转交位置

19   夹持体                  P1    箭头

20   定子                    P2    箭头

21   定子绕组                P3    箭头

22   定子绕组                D     转动轴线

23   板件

Claims (10)

1.一种用于容纳生产机器的工件支座周转系统的工件的设备，所述设备包括带有工件容纳部的工件支座和在机器侧布置的能松开地暂时容纳工件支座的保持部，其特征在于，以能绕轴线(D)转动的方式容纳在所述保持部(18)中的工件支座(1)具有转子区段(5)，所述转子区段容纳在所述保持部(18)中时与设置在所述保持部(18)上的定子(20)在形成了力矩马达的情况下共同作用。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述转子区段(5)实施为具有整合的永磁体(6)的径向凸出的环绕的凸起部，所述凸起部在装配位置中容纳在侧向敞开的所述定子(20)的在保持部侧彼此间隔开布置的定子绕组(21、22)之间。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，每侧的所述定子绕组(21、22)分别与导磁的板件(23、24)连接。

4.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，在所述工件支座(1)上设置至少一个带有外圈(16、17)的滚动轴承(9、10)，所述滚动轴承直接经由所述外圈(16、17)或经由与其连接的紧固元件在装配位置中以能松开的方式与所述保持部(18)的固定装置(27)共同作用。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述固定装置(27)与所述外圈(16、17)或所述紧固元件以磁方式共同作用。

6.根据权利要求5所述的设备置，其特征在于，所述固定装置(27)具有磁场发生装置(28)，通过所述磁场发生装置能够生成强度可变的磁场。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述磁场发生装置(28)具有磁轭，所述磁轭由至少一个容纳在两个极靴(29、30)之间的永磁体(31)以及至少一个可通电的围绕所述磁轭卷绕的绕组(34)组成，所述绕组感应出增强或削弱所述永磁体(31)的磁场的磁场。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的设备，其特征在于，所述固定装置(27)，尤其是所述两个极靴(29、30)具有形状锁合地贴靠在所述外圈(16、17)或所述紧固元件上的止挡面(32)。

9.根据上述权利要求中任一项所述的设备、其特征在于，设置用于获知所述工件支座(1)相对于所述保持部(18)的角度位置的位置测量装置。

10.根据权利要求9所述的设备置，其特征在于，所述位置测量装置包括一个或多个设置在所述工件支座(1)上的随其一起旋转的测量元件，尤其是测量环(7)，以及用于非接触式检测所述测量元件的在定子侧设置的测量传感器(26)。