DD152742A1

DD152742A1 - Luftlagergefuehrte positioniereinrichtung

Info

Publication number: DD152742A1
Application number: DD22170580A
Authority: DD
Inventors: Dieter Schrepel; Manfred Pieloth; Arnulf Schwarz
Original assignee: Dieter Schrepel; Manfred Pieloth; Arnulf Schwarz
Priority date: 1980-06-10
Filing date: 1980-06-10
Publication date: 1981-12-09
Also published as: DD152742B1

Abstract

Die Erfindung ist anwendbar zum Feinpositionieren von Bauteilen bei automatischen Fertigungs-, Handhabungs- und Fuegeprozessen. Sie soll geringen Aufwand und hohe Genauigkeit aufweisen, wobei die Steuerung der Positionierbewegung durch pneumatische Steuersignale ohne zusaetzliche Antriebselemente erfolgt. Erfindungsgemaess sind luftgelagerte bewegliche Koerper jeweils ineinandergeschachtelt in einem Gehaeuse angeordnet. Der aeussere Koerper ist in einer Positionierrichtung mit einem Freiheitsgrad beweglich. Jeder weitere innere Koerper ist durch den jeweils aeusseren Koerper gefuehrt und in einer jeweils weiteren Positionierrichtung mit einem Freiheitsgrad beweglich. Eine Haltevorrichtung fuer das zu positionierende Bauteil ist am innersten Koerper befestigt. In die Gleitfuehrungen muenden druckluftgespeiste Duesen. Weiterhin sind Gehaeusebohrungen vorhanden, die in die in der jeweiligen Positionierrichtung liegenden Enden der Raeume fuer die beweglichen Koerper fuehren und die ueber Leitungen mit drucksteuernden Mitteln verbunden sind. Die aus den Luftlagerspalten austretende Luft ist gleichzeitig Versorgungsluft der drucksteuernden Mittel. Die Einrichtung kann Verschiebebewegungen in zwei Koordinatenrichtungen sowie Drehbewegungen ausfuehren.

Description

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Luftlagergeführte Positioniereinrichtung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine iuftlagergeführte Positioniereinrichtung für automatische Fertigungs-, Handhabungs- und Fügeprozesse zum Peinpositionieren von Bauteilen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Zur Erzielung einer minimalen Reibung in Lagerungen, insbesondere zur Lösung von Positionieraufgaben, wird die Luftlagerung bereits vielseitig angewendet. So werden Werkzeuge, Vorrichtungen, Meßinstrumente sowie auch Einrichtungen für Schwertransporte zum Verschieben,Drehen, Neigen, Zentrieren durch Luftlager getragen und geführt (Wiemer, A.: Luftlagerung Berlin: VEB Verlag Technik 1969, 290 Seiten). Beispielsweise wird in der Patentschrift US-PS 3.209.623 ein luftgelagerter Positioniertisch beschrieben, mit dem schwere Werkstücke in einer Bohrmaschine leicht und genau positioniert werden können. Die Bewegung der 'Vorrichtung erfolgt von Hand. Bekannt ist auch die Anwendung der Luftlagerung für eine Fügeeinrichtung (JachimoviCj V.A.: Rabinovic, L.A.: Vertogradov, 0. N.: Avtomaticeskaja sborka detalej aerodinamiceskim metodom. 'Vestnik masinostroenie 50 (1970) 6, S. 46-49). Zum Fügen eines Bolzens in eine Bohrung wird durch diese Bohrung Luft gegen den Bolzen geblasen, so daß durch den hydrodynamischen Effekt eine Kraft entsteht, die den luftgelagerten und damit leicht verschiebbaren Greifer mit dem Bolzen relativ zur Bohrung zentriert.

Den bekannten Anwendungen von Luftlagern für Positionieraufgaben ist gemeinsam, daß diese Lager ausschließlich zur weitgehenden Beseitigung der Reibung dienen. Zur Bewegung der vom Luftlager getragenen und geführten Bauteile müssen äußere Kräfte einwirken, die z.B. durch Hand oder durch zusätzliche Antriebselemente erzeugt werden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, das Feinpositionieren von Bauteilen bei Handhabungs- und Fügeprozessen automatisch

steuerbar zu machen und mit geringem Aufwand und hoher Genauigkeit zu ermöglichen. .

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine luftlagergeführte .Positioniereinrichtung für automatische Handhabungs- und Fügeprozesse zum Feinpositionieren von Bauteilen zu schaffen, die zur Steuerung der Positionierbewegung direkt mit drucksteuernden Mitteln gekoppelt ist, wobei die Steuerung der Positionierbewegung durch pneumatische Steuersignale ohne zusätzliche Antriebselemente erfolgt·

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine luftlagergeführte Positioniereinrichtung unter Verwendung mindestens eines, luftgelagerten beweglichen Körpers, der eine Haltevorrichtung für das zu positionierende Bauteil trägt, wobei sich die beweglichen Körper in einem Gehäuse befinden und' jeweils ineinandergeschachtelt angeordnet sind. Der äußerste Körper ist durch das Gehäuse mit kleinem Spiel geführt und in einer Positionierrichtung mit einem Freiheitsgrad beweglich· Jeder weitere innere Körper ist durch das Gehäuse und den jeweils äußeren Körper mit kleinem Spiel geführt und in einer jeweils weiteren Positionierrichtung mit einem Freiheitsgrad beweglich.

Für jeden Körper ist zur Gewährleistung seiner Beweglichkeit ein Raum vorhanden, dessen Abmessung in der jeweiligen Positionierrichtung größer als die des Körpers ist. Die Haltevorrichtung wird vom innersten beweglichen Körper getragen.

In die Gleitfiüirungen münden druckluftgespeiste Düsen. Weiterhin sind Gehäusebohrungen vorhanden, die in die in der jeweiligen Positionierrichtung liegenden Enden der Räume für die beweglichen'Körper führen und die über Leitungen mit drucksteuernden Mitteln verbunden sind.

Im Gehäuse sind außerdem Öffnungen zur Durchführung von Spei- ' seleitungen für die druckluftgespeisten Düsen und für eine Stütze zur mechanischen Verbindung des innersten Körpers mit der Haltevorrichtung vorhanden»

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Die Gleitführungen für die beweglichen Körper sind also als Luftlager ausgebildet, wobei die aus den Luftlagerspalten aus-'tretende Luft gleichzeitig Versorgungsluft für die drucksteuernden Mittel ist.

Zur Positionierung eines in einer Koordinatenrichtung verschobenen Bauteils hat vorteilhaft der bewegliche Körper die Form eines in seiner Längsachse verschobenen Quaders, der vom Gehäuse mit kleinem Spiel umschlossen ist.

Zur Positionierung eines in zwei Koordinatenrichtungen verschobenen Bauteils sind vorteilhaft zwei bewegliche Körper als im Gehäuse befindliche, in ihrer Längsachse verschiebbare Quader ausgebildet, wobei der innere Quader sich in einer Aussparung des äußeren Quaders befindet und in der Aussparung und im Gehäuse geführt ist und deren Bewegungsrichtungen vorzugsweise rechtwinklig zueinander sind.

Zur Positionierung eines verdrehten Bauteils ist der bewegliche Körper ein mindestens aus zwei Zylindersegmenten mit unterschiedlichem Radius bestehender flacher Schwenkkolben, der durch den Raum in der Schwenkbewegung begrenzt ist, ,wobei die Mantelflächen der Zylindersegmente mit kleinem Spiel geführt sind. Zur Blockierung der Beweglichkeit der Körper in Gehäuse kann die Luftzuführung zu mindestens einem Teil der luftgespeisten Düsen abschaltbar sein. .

Zum Begrenzen und Einstellen des maximalen Verstellbereiches des innersten Körpers kann an der Stütze ein axial verstellbarer und mindestens teilweise mit seiner verjüngten Seite in die Öffnung des Gehäuses eintauchender Konus befestigt sein. Die Öffnung zur Durchführung der Stütze ist vorteilhaft ebenfalls konisch geformt, wobei die Schräge der des Konus entspricht. Weiterhin kann die Öffnung zur Durchführung der Stütze mindestens teilweise mit elastischem Material bedeckt sein.

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Die Erfindung, soll an Hand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 Vorderansicht einer luftlagergeführten Positioniereinrichtung für ein· in einer Koordinatenrichtung verschobenes Bauteil im Schnitt

Pig» 2 Seitenansicht der Einrichtung nach KLg. 1 im Schnitt

Pig." 3 Vorderansicht "einer in zwei Koordinatenrichtungen ·- · > "bewegbaren Positioniereinrichtung im Schnitt

Pig. 4 Seitenansicht der Einrichtung nach Pig. 3 im Schnitt

Pige 5 Draufsicht der Einrichtung nach Pig. 3 und 4 mit geschnittenem Gehäuse

Pig. 6 Einrichtung zum Einstellen des Verstellbereiches der Positioniereinrichtung

Pig. 7 Draufsicht einer schwenkbaren Positioniereinrichtiing

Ha:.ch den Pig» 1 und 2 ist im Gehäuse 1 ein beweglicher Körper in- Porra eines Quaders geführt. Er enthält Kanäle 3 und Düsen zur Speisung der zwischen Gehäuse 1 und Körper 2 vorhandenen lagerspalte 5 mit Druckluft. Der Körper 2 trägt die Haltevorrichtung 6 mit dem Bauteil 7> das mit einem Werkzeug 8 bearbeitet werden soll. Der bewegliche Körper 2 befindet sich in einem Raum 10, der so dimensioniert ist, daß sich der Körper in der vorgesehenen Richtung bewegen kann, in den in Bewegungsrichtung liegenden Enden des Raumes 10 befinden sich Gehäuse-. bohrungen 11, die mit druckst.euernden Mitteln 12 in Porm von pneumatischen Sensoren verbunden sind. Die Sensoren sind hier als Äbtastbohrungen in einer Platte 13 ausgebildet. Im Gehäuse befinden sich neben den zum Raum' 10 führenden Gehäuse bohrungen 11 Öffnungen 14 und 15 zur Zuführung der Druckluft zum beweglichen Körper 2 und zur Verbindung der Körpers 2 mit der Haltevorrichtung 6. .

Die Positioniereinrichtung arbeitet wie folgt: Die einem Anschluß 16 zugeführte Druckluft entweicht aus den Düsen 4 in die Lagerspalte 5, wodurch der Körper 2 im Gehäuse 1. schwimmend und leicht verschiebbar getragen wird. Aus den Lagerspalten fließt die Luft teilweise über die Offnungen 14 und 15 ins Preie und teilweise in den Raum 10 ab. Aus dem'Raum 10 kann die Luft über die 'Gehäusebohrungen 11 und die Öffnungen der drucksteuernden Mittel 12 ins Preie abfließen. Die Öffnungen der drucksteuernden Mittel 12 werden jedoch teilweise durch das Bauteil ? verdeckt, so daß dort erhöhte Strömungswiderstände wirksam werden und in dem-Raum 10 ein erhöhter Druck entsteht,

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.der auch auf die Stirnflächen 9 des Körpers 2 wirkt. Sobald ,durch eine Versetzung der oberen Fläche des Bauteils 7 die Öffnungen durch drucksteuernde Mittel-12 unterschiedlich verdeckt werden, entsteht eine Druckdifferenz zwischen dem linken und rechten Ende des Raumes 10 und der Körper 2 wird in die Richtung gedruckt, wo der niedrigste Druck herrscht. Der Körper 2 bleibt erst stehen, wenn die Öffnungen der drucksteuernden Mittel 12 im gleichen Maße abgedeckt sind und die Drücke in den Enden des Raumes 10 im Gleichgewicht sind. Dann ist auch die obere Fläche des Bauteils 7 zur Platte 13 genau zentriert. Auf diese Weise können unterschiedliche Versetzungen der Absätze an verschiedenen Bauteilen automatisch korrigiert werden.

Wird die Luftzufuhr zum Anschluß 16 anschließend abgeschaltet, setzt der Körper 2 durch die Schwerkraft im Gehäuse 1 auf. und ist gegen weitere Verschiebung gesichert.

In den Fig. 3 bis 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer in zwei Koordinatenrichtungen bewegbaren Positioniereinrichtung gezeigt. Im Gehäuse 1 wird ein erster quaderförmiger Körper 17 für die Bewegung in einer Koordinatenrichtung geführt. In einer rechteckigen Aussparung 19 dieses Körpers 17 befindet sich ein zweiter quaderförmiger Körper 18 für die Bewegung in einer zweiten Koordinatenrichtung,'der die Haltevorrichtung mit dem zu positionierenden Bauteil trägt. Beide Körper werden durch .Luftlager getragen, wobei die Luftzuführung zum ersten Körper 17 über den Anschluß 23 und zum zweiten Körper 18 über den Anschluß 16 erfolgt. Während der erste Körper 17 im Gehäuse 1 nur in einer Richtung bewegt werden kann, läßt sich der zweite Körper 18 im ersten Körper 17 außerdem senkrecht dazu und daher relativ zum Gehäuse 1 in zwei Koordinatenrichtungen verschieben. Die innerhalb der Aussparung 19 an die Stirnflächen 20 des zweiten Körpers 18 angrenzenden Teile 21 der Aussparung 19 können über die Anschlüsse 22 mit pneumatischen Sensoren als drucksteuernde Mittel 12 verbunden werden.

Die Funktion dieser Positioniereinrichtung ist prinzipiell die gleiche wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Die an die Anschlüsse 11 angeschlossenen Sensoren der drucksteuernden Mittel-12 steuern die Drücke.in den Enden des Raumes 10, so daß der erste

Körper 17 zusammen mit dem zweiten Körper 18 in einer Koordinatenrichtung bewegt werden kann. Die an den.Anschlüssen 22. angeschlossenen Sensoren können dagegen die Brücke in den Teilen 21 der Aussparung 19 steuern und den zweiten Körper 18 zusätzlich in der zur ersten Koordinatenrichtung senkrechten zweiten Koordinatenrichtung bewegen. Auf diese Weise ist es möglich, exentrische Versetzungen z.B. von Drehteilen in zwei Koordinatenrichtungen automatisch zu korrigieren, wobei die Vorrichtungen gleichzeitig gegen ein Verdrehen gesichert ist. Damit der Körper sich nicht weiter als für den jeweiligen Zweck erforderlich aus seiner Mittelstellung entfernen kann, kann die Positioniereinrichtung mit verstellbaren Anschlägen versehen v/erden« In der Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem durch Verstellen eines einzigen Elementes der Bewegungsbereich des Körpers nach allen Richtungen gleichmäßig verändert wird. Dazu ist eine Stütze 23 zwischen Körper 2 und Haltevorrichtung 6 als Gewindebolzen ausgebildet, auf dem ein Konus aufgeschraubt ist. Der Konus 24 ragt mit der verjüngten Seite in die Öffnung 14 des Gehäuses 1, die ebenfalls konisch ausgebildet ist. In den extremen Lagen des Körpers 2 schlägt die Mantelfläche des Konus 24 an die Innenfläche der Öffnung 14 an und begrenzt somit den Verstellbereich des Körpers 2. Je tiefer der Konus 24 geschraubt wird, desto kleiner wird der Verstellbereich. In die Öffnung 14 ist ein Ring 25 aus elastischem. Material, z. B. Gummi,' eingesetzt, um einen weichen Anschlag zu. erzielen.

Die Tig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer schwenkbaren Positioniereinrichtung, mit der die Winkellage von Bauteilen korrigiert werden kann« Der im Gehäuse 1 geführte Körper hat die Form eines flachen Schwenkkolbens 24* der aus zwei Zylindersegmenten mit unterschiedlichem Radius besteht. Der Raum im Gehäuse 1 ist so dimensioniert, daß sich der luftgelagerte Schwenkkolben 26 /um einen bestimmten Winkel um seine Achse verdrehen läßt. Die mit den Anschlüssen 27 verbundenen drucksteuernden Mittel beeinflussen die Drücke in den Kammern 28, wobei ein Druckunterschied die Verdrehung des Schwenkkolbens zur Polge hat* Die mit dem Schwenkkolben verbundenen Bauteile können somit automatisch in eine bestimmte Winkellage gedreht

werden. .

Diese schwenkbare Positioniereinrichtung ist mit den Positioniereinrichtungen für verschobene Bauteile kombinierbar.

Claims

Erfindungsanspruch ; ' '

1, Luftlagergeführte Positioniereinrichtung unter Verwendung mindestens eines luftgelagerten, beweglichen Körpers, der eine Haltevorrichtung fur das zu positionierende Bauteil trägt, dadurch gekennzeichnet, daß

- die beweglichen Körper (2;17>18) sich in einem Gehäuse (1) befinden und jeweils ineinandergeschachtelt angeordnet sind, wobei der äußere Körper durch das Gehäuse (1) mit kleinem Spiel geführt ist und in einer Positionierrichtung mit einem Freiheitsgrad beweglich ist,

- jeder weitere innere Körper durch das Gehäuse (1) und den jeweils äußeren Körper mit kleinem Spiel geführt ist und in einer jeweils weiteren Positionierrichtung mit einem Freiheitsgrad beweglich ist,

- für jeden Körper zur Gewährleistung seiner Beweglichkeit in Positionierrichtung ein Raum (10;19) vorhanden ist, dessen Abmessung in der jeweiligen Positionierrichtung größer als die des Körpers ist,

- der- innerste bewegliche Körper die Haltevorrichtung (6) trägt,

- in die Gleitführungen druckluftgespeiste Düsen (4) münden

- Gehäusebohrungen (11) vorhanden sind, die in die in der jeweiligen Positionierrichtung liegenden Enden der Räume (10;19) für die beweglichen Körper (2;17;18) führen und

die über Leitungen mit drucksteuernden Mitteln (12)

verbunden sind

- und daß im Gehäuse (1) Öffnungen (14;15) zur Durchführung von Speiseleitungen für die druckluftgespeisten Düsen (4). und für eine Stütze (23) zur mechanischen Verbindung des innersten Körpers mit der Haltevorrichtung (6) vorhanden

'sind. ·

2. Luftlagergeführte Positioniereinrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet_? daß zur Positionierung eines in einer Koordinatenrichtung verschobenen Bauteils der bev/egliche Körper (2) die Form eines in seiner Längsachse verschiebbaren Quaders hat und vom Gehäuse (1) mit kleinem Spiel umschlossen ist*

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3. LuftlagergefUhrte Positioniereinrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Positionierung eines in. zwei Koordinatenrichtungen verschobenen Bauteils zwei bewegliche Körper (17;18) als im Gehäuse (1) befindliche, in · ihrer Längsachse verschiebbare Quader ausgebildet sind, wobei der innere Quader sich in einer Aussparung (19) des äußeren Quaders befindet und in der Aussparung (19) und im Gehäuse (1) geführt ist und deren Bev/egungsrichtungen vorzugsweise rechtwinklig zueinander sind.

4· Luftlagergeführte Positioniereinrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Positionierung eines verdrehten Bauteils der bewegliche Körper ein mindestens aus zwei Zylindersegmenten mit unterschiedlichem Radius bestehender flacher Schwenkkolben (26) ist, der durch den Raum in der Schwenkbewegung begrenzt ist, wobei die Mantelflächen der Zylindersegmente mit kleinem Spiel* geführt sind.

5· Luftlagergeführte Positioniereinrichtung nach Punkt 1 bis 4> • dadurch gekennzeichnet, daß zur Blockierung der Beweglichkeit des Körpers im Gehäuse (1) die Luftzuführung zu mindestens einem Teil der luftgespeisten Düsen (4) abschaltbar ist.

6. Luftlagergeführte Positioniereinrichtung nach Punkt 1 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß zum Begrenzen und Einstellen des maximalen Verstellbereiches des Körpers (2) an der Stütze (23) ein axial verstellbarer und mindestens teilweise mit einer verjüngten Seite in die Öffnung (14) des Gehäuses (1) eintauchender Konus (24) befestigt ist.

7· Luftlagergeführte Positioniereinrichtung nach Punkt 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (14) zur Durchfüh-< rung der Stütze (23) konisch geformt ist, wobei die Schrägender des Konus (24) entspricht.

8. Luftlagergeführte Positioniereinrichtung nach den Punkten 6 und 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (14) zur Durchführung der Stütze (23) mindestens teilweise mit elastischem Material bedeckt ist.

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