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Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung. Aus
der
DE 89 02 325 U1 oder
der
DE 196 04 649
A1 sind Greifvorrichtungen bekannt geworden. Um mit einem
Handhabungsgerät
oder mit einem Roboterarm Werkstücke
einfach und präzise
greifen zu können,
werden in der Regel Parallelgreifer eingesetzt, die pneumatisch
oder hydraulisch betätigt
werden. De r. Antrieb sieht hierbei ein in einem Zylinder verschieblich
gelagertes, als Kolben ausgebildetes Stellteil vor, das mit dem
Keilhakengetriebe zusammenwirkt. Der Kolben ist dabei von einem
Druckmedium beaufschlagbar, wobei der Kolben in einem im Greifergehäuse eingearbeiteten
Zylinder verschieblich gelagert ist. Durch die Verschiebung des
Kolbens bzw. des Stellteils wird das Keilhakengetriebe betätigt, so
dass die Grundbacken aus dem Greifergehäuse ausgeschoben oder in das
Greifergehäuse eingezogen
werden. Die Grundbacken weisen beispielsweise einen T-förmigen Querschnitt
auf und sind in entsprechenden Führungen
gelagert.
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Der wesentliche Vorteil von derart
bekannten Greifvorrichtungen ist neben der relativ hohen Greifkraft
die hohe Seitenstabilität
und eine geringe Kippneigung. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei
den bekannten Greifvorrichtungen die Hubkontrolle der Grundbacken
nicht befriedigend ist. Insbesondere ist bei den bekannten Greifvorrichtungen
ein positionsgenaues Anfahren der Grundbacken an einen vorgegebenen
Hub mit zusätzlichem
Aufwand verbunden. Des Weiteren ist es problematisch, die Greifkraft
einzustellen bzw. zwischen zwei aufeinander folgenden Hüben zu verändern.
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Aus der
US 4,693,505 ist eine gattungsgemäße Greifvorrichtung
bekannt geworden. Eine solche Greifvorrichtung weist einen motorgetriebenen Spindeltrieb
auf, bei dem ein Stellteil in Form eines Rollelements über eine
Spindelstange angetrieben wird. Die Spindelstange ist über eine
Ausgleichsscheibe aus Kunststoff mit der Motorwelle gekoppelt. Das
Rollelement greift in langlochartige Kulissenführungen ein. Bei Verfahren
des Rollelements in Längsrichtung
der Spindel werden Greiffinger aufeinander zu bzw, voneinander weg
verfahren.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Greifvorrichtung derart
weiter zu bilden, dass jede beliebige Hubposition exakt und reproduzierbar
angefahren werden kann. Die Greifvorrichtung soll ferner schmutzunempfindlich,
leicht-gängig
und für
einen rauen Industrieeinsatz geeignet sein.
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Diese Aufgabe wird bei einer Greifvorrichtung
der eingangs beschriebenen Art mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst. Über den
Elektroantrieb, insbesondere einen Servomotor, kann die wenigstens
eine Grundbacke an jede beliebige Position reproduzierbar angefahren
werden. Vorteilhafterweise baut der erfindungsgemäße Greifer
sehr klein, da der Elektroantrieb sowie der Spindeltrieb nur wenig
Bauraum beanspruchen.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung
ist, dass die Greifvorrichtung sehr flexibel einsetzbar ist. Dadurch,
dass über
den Elektroantrieb und den Spindeltrieb lediglich der vorgegebene,
benötigte
Hub gefahren werden kann, entfallen unnötige und zeitkostende Hubbewegungen.
Die erfindungsgemäße Greifvorrichtung
führt daher
zu einer Taktzeitreduzierung des Bearbeitungsvorganges.
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Vorteilhafterweise ist der Spindeltrieb
als Trapez- oder Kugelgewindetrieb ausgebildet. Bei entsprechender
Steigung des Spindeltriebes kann eine Selbsthemmung erreicht werden,
wodurch die Gesamtsteifheit der Greifvorrichtung zusätzlich erhöht wird.
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Die Anordnung der Spindelstange bzw.
der Spindelmutter kann insbesondere form-, kraft- und/oder stoffschlüssig erfolgen.
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Erfindungsgemäß ist ebenfalls denkbar, dass
die Antriebswelle mit der Spindelstange und/oder das Stellteil mit
der Spindelmutter einstückig
ausgebildet ist. Hierdurch wird eine Bauteilreduzierung der einzelnen
Bauteile der Greifvorrichtung erreicht, wodurch insbesondere Fertigungs-
und Montageaufwand reduziert wird. Außerdem wird hierdurch die Genauigkeit
der Greifvorrichtung bzw. der Grundbackenbewegung erhöht.
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Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß die Antriebswelle
orthogonal zu der Verschieberichtung der Grundbacke angeordnet.
Hierdurch ergibt sich ein vorteilhaftes Konstruktionsprinzip, das
mit dem Keilhakengetriebe günstig
zusammenwirkt.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist der Elektroantrieb einen Stator und einen Rotor
auf, wobei der Stator ortsfest in einem Antriebsgehäuse angeordnet
und der Rotor drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist.
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Vorteilhafterweise weist der Elektroantrieb kein
extra Gehäuse
auf und das Antriebsgehäuse sieht
ferner Lagerstellen für
die Antriebswelle auf. Dies hat den Vorteil, dass die Greifvorrichtung
insgesamt sehr klein und gewichtssparend baut. Weiterhin kann eine
bessere Wärmeabfuhr
aufgrund des Wegfallens von zusätzlichen
Gehäuseteilen
erreicht werden. Insgesamt gelangt man damit zu einer höheren Leistung
des Elektroantriebs.
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Vorteilhafterweise ist das Antriebsgehäuse mit
dem Greifergehäuse
lösbar
verbindbar. Hierdurch kann die Montage der Greifvorrichtung vereinfacht werden.
Andererseits ist auch denkbar, das Greifergehäuse mit dem Antriebsgehäuse einstöckig auszubilden.
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Bei einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wirkt die Antriebswelle mit einer Messeinheit, insbesondere
mit einer Drehwinkel- und/oder einer Drehzahlmesseinheit zusammen,
wobei über
die von der Messeinheit erfassten Daten die Position der wenigstens
einen Grundbacke bestimmbar ist. Insbesondere mit einer Drehwinkelmesseinheit
kann aufgrund des erfassten Drehwinkels bei bekannter Übersetzung
des Spindeltriebes und des Keilhakengetriebes die Position der Grundbacke
ermittelt werden.
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Weiterhin ist erfindungsgemäß denkbar, dass
der Elektroantrieb mit einer Messeinheit, insbesondere mit einer
Strommesseinheit, zusammenwirkt, wobei über die von der Messeinheit
erfassten Daten die Greifkraft der wenigstens einen Grundbacke bestimmbar
ist. Aufgrund des von dem Elektroantrieb aufgenommenen Stromes kann über das Drehmoment der
Antriebswelle und den bekannten Antriebs- bzw. Getriebeübersetzungen
die Greifkraft bestimmt werden. Hierbei sind allerdings Reibungsverluste
innerhalb des Spindeltriebes und des Keilhakengetriebes zu berücksichtigen.
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Vorteilhafterweise ist die Messeinheit
bzw. sind die Messeinheiten mit einer Regel- und/oder Steuereinheit
verbunden, die den Elektroantrieb aufgrund der erfassten Messdaten
regelt und/oder steuert. Über
die Regel- und/oder Steuereinheit können demnach gewünschte Positionen
der Grundbacken exakt angefahren werden. Zusätzlich kann die Greifkraft
entsprechend den gewünschten
Verhältnissen eingestellt
werden. Die Regel- und/oder Steuereinheit überwacht und kontrolliert somit
jede Bewegung der Grundbacken, wodurch eine Hubkontrolle an jeder
Stelle des Hubes möglich
ist.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht
vor, dass das Antriebsgehäuse
rohrartig ausgebildet ist und von einer Seite mit einem Lagerelement zur
Lagerung der Antriebswelle, einem Stator, der Antriebswelle samt
einem Rotor und von der anderen Seite mit einer mit der Antriebswelle
zusammenwirkenden Messeinheit bestückbar ist. Dies hat den Vorteil,
dass die Greifvorrichtung auf einfache Art und Weise, insbesondere
entlang einer Montagerichtung montierbar ist.
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Die erfindungsgemäßen Greifvorrichtungen können insbesondere
als Zwei-Finger-Parallelgreifer, Drei-Finger-Zentrischgreifer, Zwei-
oder Mehr-Finger-Schwenkgreifer oder als sonstige Greifer ausgebildet
sein.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
und Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu
entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher beschrieben
und erläutert
ist.
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Es zeigen:
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1 eine
teilweise aufgeschnittene erfindungsgemäße Greifvorrichtung;
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2 die
Greifvorrichtung gemäß 1 im Längsschnitt; und
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3 die
Greifvorrichtung gemäß 1 und 2 in Explosionsdarstellung.
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Die in den 1–3 dargestellte erfindungsgemäße Greifvorrichtung 10 weist
ein Greifergehäuse 12 mit
zwei einander gegenüberliegenden,
entlang einer Linie verschiebbar gelagerten Grundbacken 14 auf.
Das Gehäuse 12 weist
einen im Wesentlichen T-förmigen
Querschnitt auf, wobei die beiden Grundbacken 14 in den
einander gegenüberliegenden
Schenkeln des Gehäuses 12 verschieblich
gelagert sind. Der dazu vertikale Schenkel des Gehäuses 12 nimmt
ein orthogonal zu den Grundbacken 14 verschieblich gelagertes
Stellteil 16 auf. Das Stellteil 16 ist über ein
Keilhakengetriebe 18 bekannter Art mit den beiden Grundbacken 14 gekoppelt.
Beim axialen Verschieben des Stellteils 16 entlang der
Richtung des Doppelpfeils 20 werden über das Keilhakengetriebe 18 die
beiden Grundbacken in Richtung der Doppelpfeile 22 verschoben.
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Das Stellteil 16 wird erfindungsgemäß von einer
Antriebswelle 24 eines Elektroantriebs 26 über einen
Spindeltrieb 28, der in 2 dargestellt
ist, axial verschoben. Aus 2 wird
deutlich, dass die Antriebswelle 24 an ihrem dem Stellteil 16 zugewandten freien
Ende eine drehfest angeordnete Spindelstange 30 aufweist.
Die Spindelstange 30 kann mit der Antriebswelle insbesondere
form-, kraft- und/oder stoffschlüssig
verbunden sein. Weiterhin ist erfindungsgemäß denkbar, dass die Spindelstange 30 einstückig mit
der Antriebswelle 24 ausgebildet ist.
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Die Spindelstange 30 wirkt
mit einer Spindelmutter 32 zusammen, die über eine
Hülse 34 mit
dem Stellteil 16 drehfest verbunden ist. In axialer Verlängerung
der Spindelstange 30 weist das Stellteil 16 eine
Sackbohrung 36 auf, so dass die Spindelstange 30 beim
Verfahren des Stellteils 16 in das Stellteil 16 bzw.
in die Sackbohrung 36 ungehindert eintauchen kann.
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Im Bereich des Elektromotors 26 ist
auf der Antriebswelle 24 der Rotor 38 des Elektromotors 26 angeordnet.
Der Rotor 28 kann insbesondere form-, kraft- oder stoffschlüssig auf
der Antriebswelle 24 angeordnet sein. Der Stator 40 des
Elektromotors 26 ist drehfest an einem Antriebsgehäuse 42 angeordnet. Ferner
wird über
eine weitere elektrische Leitung 50 der Elektromotor 26 mit
Strom versorgt.
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Das dem Spindeltrieb abgewandte freie Ende
der Antriebsstange 24 wird von einer Drehwinkelmesseinheit 44 erfasst.
Die erfassten Daten werden über
eine elektrische Leitung 46 über einen Kabelstrang 48 einer
Auswerte- bzw. einer Regel- und Steuereinheit zugeführt.
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Zwischen dem Elektromotor 26 und
der Messeinheit 44 ist innerhalb des Antriebsgehäuses 42 eine
Lagereinheit 52 zur Lagerung der Antriebswelle 24 angeordnet.
Die Greifvorrichtung 10 kommt mit lediglich einer Lagereinheit 52 aus.
Die Antriebswelle 24 bzw. die Spindelstange 30 wird über das
axial verschiebbare Stellteil 16 in ihrer Lage gehalten. Dazu
durchgreift die Hülse 34 passgenau
eine an dem Gehäuseteil 12 vorhandene
Bohrung 64.
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An seiner dem Greifergehäuse 12 abgewandten
Stirnseite weist das Antriebsgehäuse 42 ein deckelartiges
Verschlusselement 54 auf.
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Im Betrieb der Greifvorrichtung 10 wird
die Antriebswelle 24 über
den Elektromotor 26 angetrieben. Über den Spindeltrieb 28,
der vorzugsweise ein Trapez- oder Kugelgewindetrieb ist, wird die
Rotationsbewegung der Antriebswelle 24 in eine axiale Bewegung
des Stellteils 16 gewandelt. Über das Keilhakengetriebe 18 werden
bei axialer Verschiebung des Stellteils 16 die beiden Grundbacken 14 entweder aufeinander
zu oder voneinander weg bewegt.
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Aufgrund der Verwendung eines geeigneten Spindeltriebes 28 kann
erfindungsgemäß weiterhin erreicht
werden, dass der Spindeltrieb 28 selbsthemmend wirkt, wodurch
eine höhere
Belastbarkeit der Greifvorrichtung 10 erreicht wird.
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Über
den Kabelstrang 48 ist die Greifvorrichtung mit der bereits
erwähnten
Regel- und Steuereinheit verbunden. Nach einer einmaligen Kalibrierung der
Greifvorrichtung 10 kann aus den von der Messeinheit 44 erfassten
und von der Regel- und Steuereinheit ausgewerteten Messdaten die
exakte Position der Grundbacken 14 bestimmt werden.
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Die Kalibrierung der Greifvorrichtung 10 erfolgt
folgendermaßen:
Das Stellteil wird auf eine Extremposition bzw. bis zu einem vorgegebenen
Anschlag verfahren. Diese Position wird von der Regel- und Steuereinheit
als Nullstellung gespeichert. Anschließend wird das Stellteil 16 in
die andere Extremposition bzw. an einen zweiten Anschlag verfahren. Diese
Position wird als die Maximalposition gespeichert. Bei bekanntem
maximalen Hub der Grundbacken 14 kann über den maximalen, aufsummierten Drehwinkel
der Antriebswelle 24 eine lineare Funktion zwischen dem
Drehwinkel der Antriebswelle und der Hubbewegung der Grundbacken 14 bestimmt werden.
Folglich kann aus einem gemessenen Drehwinkel der Antriebswelle 24 die
Position der Grundbacken bestimmt werden.
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Über
die Regel- und Steuereinheit kann die Greifvorrichtung 10 bzw.
können
die Grundbacken 14 auch derart angesteuert werden, dass
sie einen vorgegebenen, definierten Hub ausführen.
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Aufgrund der Messeinrichtung 44 kann
eine Hubkontrolle an jeder Stelle des Hubes erfolgen.
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Die Regel- und Steuereinheit weist
vorteilhafterweise außerdem
eine Messeinheit zur Messung des von dem Elektromotor 26 aufgenommenen Motorstroms
auf. Über
den Motorstrom kann die Greifkraft der Grundbacken 14 an
jeder Stelle des Hubes bestimmt werden.
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Somit ist eine vollständige Überwachung
und Steuerung des Greifvorganges, nämlich des Greiferhubes und
der Greifkraft, aufgrund geschlossener Regelkreise möglich.
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Dies hat den Vorteil, dass eine Taktzeitreduzierung
erreicht werden kann, da lediglich die erforderlichen Bewegungen
der Greiferbacken 14 gefahren werden können. Außerdem kann über den
Motorstrom bzw. über
das Drehmoment des Elektromotors 26 die Greiferkraft eingestellt
werden. Ferner benötigt
die erfindungsgemäße Greifvorrichtung
deshalb keine Nährungssensoren
zur Bestimmung der Positionen der Grundbacken 14, wie sie
gemäß dem vorbekannten
Stand der Technik erforderlich sind.
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Die dargestellte Greifvorrichtung 10 hat
weiterhin den Vorteil, dass sie – wie insbesondere 3 entnommen werden kann – auf besonders
einfache Art und Weise montierbar ist. Hierzu wird zunächst das
Stellteil 16 über
die Hülse 34 mit
der Spindelmutter 32 verbunden. Anschließend wird
das Stellteil 16 in das Greifergehäuse 12 derart eingeführt, dass
es über
das Keilhakengetriebe 18 mit den beiden Grundbacken 14 zusammenwirkt.
In einem nächsten Arbeitsschritt
kann die den Rotor 38 tragende Antriebswelle 24 mit
der Spindelstange 30 in die Spindelmutter 32 eingeführt werden.
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Außerdem wird in das rohrförmig ausgebildete
Antriebsgehäuse 42 von
der dem Greifergehäuse 12 zugewandten
Seite die Lagereinheit 52 eingeführt und mit einem Sicherungsring 56 im
Gehäuse befestigt.
Weiterhin wird der Stator 40 in das Antriebsgehäuse 42 eingeführt und
dort beispielsweise mit einer Klebeverbindung festgesetzt.
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In einem nächsten Arbeitsschritt wird
die Antriebswelle 24 samt Rotor 38 in den Stator 40 bzw.
in das Antriebsgehäuse 42 eingeführt. Zur
Befestigung des Antriebsgehäuses 42 an
dem Greifergehäuse 12 sind
Befestigungsschrauben 58 vorgesehen.
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Schließlich wird von der dem Greifergehäuse 12 abgewandten
Seite die Messeinheit 44 in das nach unten offene Antriebsgehäuse 42 eingeführt. Die
offene Stirnseite des Antriebsgehäuses 42 wird über das
Verschlusselement 54 verschlossen. Zwischen dem Verschlusselement 54 und
dem Antriebsgehäuse 42 ist
ein Dichtring 60 angeordnet. Das Verschlusselement 54 wird über einen
Sicherungsring 62 gehaltert.