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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Öffnungs-
und Schließspannfutter
zur Befestigung an einem Haltekörper,
bspw. einem Roboterarm.
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Herkömmlicherweise werden Öffnungs-
und Schließspannfutter
zum Ergreifen (Halten) eines Werkstückes verwendet und weisen einen
Zylindermechanismus, ein Paar von Klemmelementen, ein Zahnrad und
eine Führungsschiene
auf. Das Paar von Zylindermechanismen ist in einem Klemmfutterkörper parallel
zueinander angeordnet. Das Paar von Klemmelementen wird durch die
Kolben der Zylindermechanismen derart angetrieben, dass es sich öffnet und
schließt.
Das Zahnrad steht mit einer Zahnstange in Eingriff, die an dem Paar
von Kolben vorgesehen ist, um deren Kolbenbetrieb zu synchronisieren. Die
Führungsschiene
ist in eine Seite integriert, in welcher das Paar von Klemmelementen
des Futterkörpers
angeordnet ist, um die Klemmelemente zu führen. Das Paar von Klemmelementen
wird parallel zu einer Antriebsrichtung der Zylindermechanismen geöffnet und
geschlossen.
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Beim Befestigen dieser Art von Öffnungs- und
Schließfutter
an einem Haltekörper,
wie einem Roboterarm oder dgl., wird im Allgemeinen folgendermaßen vorgegangen.
Eine Vielzahl von stationären
Löchern
ist in dem Futterkörper
von der Seite, in der das Paar von Klemmelementen des Futterkörpers angeordnet
ist, zu einer dieser gegenüberliegenden
Befestigungsseite ausgebildet. Eine Befestigungsschraube wird in
diese stationären
Löchern eingeschraubt.
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Die zentrale axiale Linie des Futterkörpers ist zur
stabilen Befestigung am wirksamsten. Trotzdem ist üblicherweise
das Zahnrad in der Mitte des Futterkörpers angeordnet. Außerdem ist
bei anderen Anordnungen der Bewegungsbereich des Klemmelementes
so eingeschränkt,
dass nur ein kleiner Hub möglich
ist. Aus diesem Grunde ist das Klemmelement auch dann, wenn das
stationäre
Loch an der von dem Zahnrad entfernten Position ausgebildet ist, ein
Hindernis. Als Folge hiervon ist es nicht möglich, die Befestigungsschraube
in das stationäre
Loch einzusetzen. Daher muss das stationäre Loch an einer Position ausgebildet
werden, an welcher es nicht mit einer Zylinderöffnung jedes der Zylindermechanismen überlappt,
und wird an einer Position außerhalb des
Bewegungsbereiches des Klemmelementes positioniert. Zusammenfassend
wird das stationäre Loch
häufig
an der Endseite des Futterkörpers
ausgebildet, um der Zylinderöffnung,
dem Zahnrad und einem Bewegungsbereich des Futterelementes auszuweichen.
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Um einen Raum zur Ausbildung des
stationären
Loches vorzusehen, muss daher der Futterkörper um den oben genannten
Raum vergrößert werden,
so dass das Öffnungs-
und Schließspannfutter insgesamt
groß wird.
Dies ist ein ernstes Problem, da es grundsätzlich wünschenswert ist, das Öffnungs- und
Schließspannfutter
zu miniaturisieren.
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Aus der
US 5,620,223 ist eine Greifvorrichtung
mit L-förmigen
Greifern bekannt. An den Greifern können Endwerkzeuge angebracht
werden. Dies geschieht mittels Schrauben, die in Gewindelöcher der
Greifer eingeschraubt werden. Die Greifvorrichtung selber ist mit
einem senkrechten Stellglied verbunden. Die Art dieser Verbindung
ist jedoch nicht ersichtlich.
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Die
DE 195 13 739 A1 offenbart eine Greifeinrichtung
mit verbessertem Synchronisationsantrieb. Diese Greifeinrichtung
wird in Industrierobotern zum Greifen verschiedener Maschinenteile
eingesetzt.
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In der
US
5,163,729 wird eine parallele Greiferanordnung beschrieben,
welche zwei bewegliche Klemmen aufweist. Um die Bewegung der Klemmen zu
syn chronisieren, verfügt
die Anordnung über
Führungsrohre,
die über
einen Ritzelabschnitt mit einer Klemmwalze in Eingriff stehen.
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Keine dieser Druckschriften zeigt
eine stationäre Öffnung in
Verbindung mit einer Arbeitsöffnung im
Klemmelement.
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Die
US
4,550,922 beschäftigt
sich mit einem Werkstückhalter,
der aus einer Baugruppe zur Kraftübertragung und einer Baugruppe
zum Ergreifen eines Werkstücks
besteht. Der Werkstückhalter
ist über
Schrauben in gewöhnlicher
Weise mit einer Spindel verbunden.
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In der
DE OS 1 502 913 ist eine Spannvorrichtung
mit hydropneumatischem Antrieb beschrieben. Die Spannvorrichtung
ist über
einen Block mit üblichen
Befestigungsmitteln an dem Tisch einer Werkzeugmaschine befestigt.
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Schließlich ist in der WO 96/33048
eine Keilklemme zum Halten von Werkstücken offenbart. Dabei ist die
Keilklemme in den Längs-
und Quernuten eines Werktisches aufgenommen.
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Die aus den letzten drei genannten
Druckschriften bekannten Arbeitsöffnungen
dienen nicht dem Einbringen einer Befestigungsschraube in eine stationäre Öffnung.
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Wie oben beschrieben wurde, ist ein
herkömmliches Öffnungs-
und Schließspannfutter
so aufgebaut, dass das Paar von Klemmelementen parallel zu einer
Antriebsrichtung der Zylindermechanismen durch das Paar von Zylindermechanismen,
die in dem Klemmfutterkörper
parallel zueinander angeordnet sind, geöffnet und geschlossen wird.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, den Klemmfutterkörper
klein auszubilden. Hierdurch soll das gesamte Öffnungs- und Schließspannfutter
miniaturisiert werden.
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Diese Aufgabe wird mit der Erfindung
durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei dem Öffnungs- und Schließspannfutter mit
dem erfindungsgemäßen Aufbau
sind die stationären Öffnungen
an einer Position ausgebildet, die von den Klemmelementen an der
Führungsschiene abgedeckt
wird. Außerdem
weist jedes Klemmelement eine Arbeitsöffnung auf, so dass eine Schraube durch
das Klemmelement in die stationäre Öffnung eingesetzt
werden kann. Demnach entfällt
das Bedürtnis,
einen Raum für
die stationäre Öffnung an
einem Endbereich nahe dem Futterkörper vorzusehen, um wie bei
den herkömmlichen
Fällen
einem Bewegungsbereich der Klemmelemente auszuweichen. Als Folge
hiervon kann der Spannfutterkörper
klein ausgestaltet werden, so dass das gesamte Spannfutter miniaturisiert
werden kann.
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Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
und der Zeichnung.
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1 zeigt
ein Öffnungs-
und Schließspannfutter
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung als Schnitt entlang der Linie I-I in 2.
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2 ist
eine Ansicht von unten auf das Öffnungs-
und Schließspannfutter
gemäß 1.
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3 ist
ein Schnitt entlang der Linie III-III in 1.
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4 ist
ein Schnitt entlang der Linie IV-IV in 3 und stellt ein anderes Klemmelement
dar.
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5 ist
ein Schnitt entlang der Linie V-V in 4.
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Die 1 bis 5 zeigen ein Öffnungs-
und Schließspannfutter
gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Das Öffnungs-
und Schließspannfutter
umfasst einen im Wesentlichen rechteckigen Futterkörper 1,
ein Paar von Fluidzylindermechanismen 2A und 2B,
ein Paar von Klemmelementen 3 und 3 und eine Führungsschiene 4.
Die Fluidzylindermechanismen 2A und 2B sind in
dem Futterkörper 1 parallel
zueinander angeordnet. Das Paar von Klemmelementen 3 wird
durch die Fluidzylindermechanismen 2A und 2B so
angetrieben, dass sie sich öffnen
und schließen.
Die Führungsschiene 4 führt das
Paar von Klemmelementen 3 in einer Richtung parallel zu
einer Antriebsrichtung der Zylindermechanismen 2A und 2B.
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Die Zylindermechanismen 2A und 2Bb weisen
ein Paar von Zylinderöffnungen 5A und 5B,
Kolben 6A und 6B, die gleitend in die Zylinderöffnungen 5A und 5B eingesetzt
sind, und Anschlussöffnungen 18 und 19 auf.
Die Zylinderöffnungen 5A und 5B sind innerhalb
des Futterkörpers 1 parallel
zueinander angeordnet. Die Anschlussöffnungen 18 und 19 liefern ein
Druckfluid, bspw. Druckluft, zu jedem der Zylindermechanismen 2A und 2B bzw.
führen
die Druckluft hiervon ab. Die Anschlussöffnungen 18 und 19 sind
in Endelementen 7A und 7B ausgebildet, die eine
Endseite der Zylinderöffnungen 5A bzw. 5B verschließen. Die
anderen Endseiten der Zylinderöffnungen 5A und 5B werden
durch Endelemente 8A bzw. 8B verschlossen. In
die bzw. von den Zylinderöffnungen 2A und 2B wird
ein Druckfluid über
die Anschlussöffnungen 18 und 19 der
Endelemente 7A und 7B zugeführt bzw. abgeführt, wodurch
die Kolben 6A und 6B in einander gegenüberliegenden Richtungen
hin- und herbewegt werden.
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Bei dieser Ausführungsform fließt, wie
in 3 gezeigt, bei der
Zufuhr von Druckfluid von dem auf der linken Seite angeordneten
Anschluss 18 das Druckfluid in eine erste Druckkammer 25A und
eine zweite Druckkammer 26B.
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Im Einzelnen fließt das Druckfluid in die erste Druckkammer 25A an
der Seite des Endelements 7A des linken Zylindermechanismus 2A und
die zweite Druckkammer 26B an der Seite des Endelementes 8B des
rechten Zylindermechanismus 2B über einen Durchgang 20 von
der ersten Druckkammer 25A. Hierdurch wird jeder Kolben
zu der Position bewegt, die der in 3 gezeigten
Position gegenüberliegt, d.h.
in einander entgegengesetzten Richtungen. Zu dieser Zeit wird das
Druckfluid der ersten Druckkammer 25B an der Seite des
Endelementes 7B des Zylindermechanismus 2B über den
rechten Anschluss 19 abgeführt. Außerdem wird das Druckfluid
der zweiten Druckkammer 26A an der Seite des Endelementes 8A des
Zylindermechanismus 2A, die über einen Durchgang 20 von
der ersten Druckkammer 25B und einen Durchgang 21 angeschlossen
ist, in entsprechender Weise von dem rechten Anschluss 19 abgeführt.
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Umgekehrt fließt, wenn ein Druckfluid von dem
Anschluss 19 zugeführt
wird, das Druckfluid in die erste Druckkammer 25B des Zylindermechanismus 2B und
die zweite Druckkammer 26A des Zylindermechanismus 2A.
Dann wird das Druckfluid der ersten Zylinderkammer 25A des
linken Zylindermechanismus 2A und der zweiten Druckkammer 26B des
rechten Zylindermechanismus 2B über den Anschluss 18 abgeführt. Hierdurch
werden die Kolben 6A und 6B in Richtungen angetrieben,
die dem oben beschriebenen Fall gegenüberliegen.
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Die Kolben 6A und 6B weisen
individuelle Zahnstangen 9A, 9B auf, die jeweils
mit einem später beschriebenen
Zahnrad 11 derart in Eingriff stehen, dass sich ihre Zahnabschnittsflächen gegenüberliegen.
Andererseits weisen die Zylinderöffnungen 5A und 5B Zahnstangenöffnungen 10A und 10B auf, durch
welche die Zahnstangen 9A und 9B der Kolben 6A und 6B jeweils
mit dem Zahnrad 11 in Eingriff treten können.
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Beide Endbereiche der Kolben 6A und 6B sind
individuell mit einem Dichtelement 16 versehen, so dass
ein Druckfluid aus der Druckkammer der Zylinderöffnungen 5A und 5B abfließt.
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Ein Permanentmagnet 27 zur
Positionsdetektion ist in der Nähe
beider Endbereiche der Kolben 6A und 6B angebracht.
Der Futterkörper 1 weist
an seinen beiden Außenseiten
Schalterbefestigungsnuten 22 auf. Durch Verwendung eines
nicht dargestellten Magnetdetektionsschalters, der in diesen Befestigungsnuten 22 angebracht
wird, ist des möglich, jede
Betriebsposition der Kolben 6A und 6B zu detektieren.
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Der Futterkörper 1 weist einen
im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf und hat eine erste Oberfläche 1a,
die zur Befestigung eines Haltekörpers,
bspw. eines Roboterarmes, verwendet wird, und eine zweite Oberfläche 1b,
die der ersten Oberfläche 1a gegenüberliegt.
Außerdem
weist der Futterkörper 1 an
der inneren zentralen Position ein Zahnrad 11 zwischen
dem Paar von Zylindermechanismen 2A und 2B auf.
Das Zahnrad 11 steht mit beiden Zahnstangen 9A und 9B der
Kolben 6A und 6B in Eingriff. Das Zahnrad 11 dreht
sich während
es über
die Zahnstangenöffnungen 10A und 10B der Zylinderöffnungen 5A und 5B in
Eingriff mit den Zahnstangen 9A und 9B der Kolben 6A und 6B steht, wodurch
die Operation der Kolben 6A und 6B synchronisiert
wird.
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Die zweite Oberfläche 1b des Futterkörpers 1 weist
entlang der zentralen axialen Linie des Futterkörpers 1 eine ausgesparte
Nut 12 auf. Ein ausgesparter Bereich 13 zur Aufnahme
des Zahnrades 11 ist ausgehend von der ausgesparten Nut 12 zum
Inneren des Futterkörpers 1 hin
ausgebildet. Ein Endbereich einer Achse 11a des Zahnrades 11,
das in dem ausgesparten Bereich 13 aufgenommen ist, wird
drehbar von dem Futterkörper
am Bodenbereich des ausgesparten Bereiches 13 gehalten.
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Eine Führungsschiene 4 mit
rechteckigem Querschnitt ist an der in beiden Richtung zentralen Position
der ausgesparten Nut 12 parallel zu einer Bewegungsrichtung
der Kolben 6A und 6B der Zylindermechanismen 2A und 2B angebracht.
Die Klemmelemente 3 sind an einer Relativposition an der Führungsschiene 4 so
angebracht, dass sie in einem Zustand, in welchem sie auf der Führungsschiene 4 reiten,
entlang der Führungsschiene
bewegbar ist.
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Die Führungsschiene 4 ist
so angeordnet, dass sie die untere Fläche des ausgesparten Bereiches 13 abdeckt,
und weist an dem ausgesparten Bereich 13 eine Halteöffnung 4a auf.
Der untere Endbereich der Achse 11a des Zahnrades 11 wird
drehbar in der Halteöffnung 4a gehalten.
Hierdurch werden an dem Zahnrad 11 beide Enden der Achsen 11a durch
den Futterkörper 1 und
die Führungsschiene 4 gehalten
(vgl. 4). Hierbei können beide
Enden des Zahnrades 11 durch den Futterkörper 1 gehalten werden.
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Die Klemmelemente 3 weisen
jeweils eine ausgesparte Nut 15 im mittleren Bereich ihrer
oberen Fläche
auf, in welche die Führungsschiene 4 eingesetzt
ist. Ein Linearlager 14 zum sanften Bewegen der Klemmelemente 3 ist
zwischen rechten und linken Nutenwänden 15a der ausgesparten
Nut 15 und beiden Außenflächen der
Führungsschiene 4 angeordnet.
Das Linearlager 14 besteht aus einer Vielzahl von Stahlkugeln 14a.
Diese Stahlkugeln 14a sind in einer Zirkulieröffnung 14b so
aufgenommen, dass sie frei rollen können. Die Zirkulieröffnung 14b hat
die Form einer Ellipse, die sich von der freien Fläche der Nutenwände 15a und
der Außenfläche der
Führungsschiene 4 zum
Inneren der Nutenwände 15a erstreckt.
Wenn die Klemmelemente 3 bewegt werden, zirkulieren die
Stahlkugeln 14a, wobei sie in der Zirkulieröffnung 14b rotieren.
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Hierbei ist das Linearlager 14 nicht
auf den beschriebenen zirkulierenden Typ beschränkt, sondern man kann auch
beliebige andere Gestaltungen verwenden, bspw. Linearlager mit einer
Vielzahl von Stahlkugeln und zylindrischen Wälzelementen in einer Nut.
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Die Klemmelemente 3 sind
folgendermaßen mit
den Kolben 6A und 6B verbunden. Ein Arm 3a ist an
einer der rechten und linken Nutenwände 15a eines Klemmelementes 3 und
der gegenüberliegenden Nutenwand 15b des
anderen Klemmelementes 3 vorgesehen. Der Arm 3a erstreckt
sich parallel zu der Führungsschiene 4 und
zu dem anderen Klemmelement 3. Jeder Arm 3a weist
einen Stift 30 auf, der sich von einem Schlitz 23 in
der Wand der Zylinderöffnungen 5A und 5B in
die Zylinderöffnungen 5A und 5B erstreckt.
Der Stift 30 ist in eine Stoppernut 17 der Kolben 6A und 6B eingesetzt
und liegt gegen diese an. Die Klemmelemente 3 sind individuell
mit den zugeordneten Kolben 6A bzw. 6B über den
Stift 30 und den Arm 3a verbunden. Wenn die Kolben 6A und 6B durch
die Kraft des Druckfluides in den einander gegenüberliegenden Richtungen bewegt
werden, werden daher die Klemmelemente 3 entsprechend der Bewegung
der Kolben in Schließ-
bzw. Trennrichtung bewegt. Hierbei klemmt das Paar von Klemmelementen 3 ein
Werkstück
zwischen den daran angebrachten Befestigungen bzw. gibt ein geklemmtes
Werkstück
frei.
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Jeder der Arme 3a ist als
eine dünne
Platte ausgebildet. Wenn die Klemmelemente 3 zu einer Schließposition
bewegt werden, um ein Werkstück
zu klemmen, werden die Arme 3a in eine Lücke zwischen
den Klemmelementen 3 und der unteren Fläche des Futterkörpers 1 eingesetzt,
so dass sie einander nicht beeinträchtigen.
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Der Futterkörper 1 weist in Axialrichtung
des Futterkörpers 1 mehrere,
vorzugsweise zwei stationäre
Löcher 28 zur
Befestigung des Futterkörpers
an einem Haltekörper,
bspw. einem Roboterarm, mit Hilfe einer Schraube auf. Diese stationären Löcher 28 sind
einzeln an der durch das Futterelement 3 an der Führungsschiene 4,
die in dem mittleren Bereich des Futterkörpers 1 angebracht
ist, abgedeckten Position so ausgebildet, dass sie mit der ersten
Fläche 1a in Verbindung
stehen und durch die Führungsschiene 4 und
den Futterkörper 1 durchtreten.
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Andererseits weisen die Klemmelemente 3 an
dem die Führungsschiene 4 abdeckenden
Bereich Arbeitsöffnungen 29 zum
Einsetzen einer Befestigungsschraube in das stationäre Loch 28 und zum
Einschrauben in einen Haltekörper
auf. Die Arbeitsöffnungen 29 sind
so ausgebildet, dass sie an einer spezifizierten Bewegungsposition
der Klemmelemente 3 mit den stationären Löchern 28 korrespondieren.
Hierbei haben die Arbeitsöffnungen 29 eine Größe (Durchmesser),
die es einem Schraubenkopf der Befestigungsschraube erlauben, durch
sie hindurchzutreten.
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Vorzugsweise sind die obigen zwei
stationären
Löcher 28 und
die Arbeitsöffnungen 29 des
Klemmelementes 3 an einer zu dem Zahnrad 11 symmetrischen
Position ausgebildet. Wird das Paar von Klemmelementen 3 synchron
bewegt, werden hierdurch die beiden stationären Öffnungen 28 und die Arbeitsöffnungen 29 simultan
zueinander ausgerichtet.
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Die stationäre Öffnung 28 ist an einer
Position ausgebildet, die von dem Zahnrad 11 und den Durchgängen 20 und 21 beabstandet
ist. Ein Lochabschnitt 28b, der in dem Futterkörper 1 angeordnet
ist, ist etwas kleiner ausgebildet als der Durchmesser eines Lochabschnittes 28a,
welcher in der Führungsschiene 4 angeordnet
ist. Hierdurch wird der Schraubenkopf der Befestigungsschraube in
dem Lochbereich 4a an der Seite der Führungsschiene 4 in
einem Zustand angebracht, in dem er gegen eine Kante des Lochabschnittes 28b des
Futterkörpers 1 anliegt.
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In dem wie oben beschrieben aufgebauten Öffnungs-
und Schließspannfutter
sind die stationären
Löcher 28 an
Positionen angeordnet, die mit den Klemm elementen 3 an
der Führungsschiene 4 überlappen.
Die Klemmelemente 3 weisen Arbeitsöffnungen 29 auf, die
zu den stationären
Löchern 28 ausgerichtet
werden, so dass es möglich
ist, durch die Klemmelemente 3 eine Schraube in die stationären Löcher 28 einzuführen. Es
besteht daher keine Notwendigkeit für einen Raum für die stationäre Öffnung an
einem Endbereich nahe dem Futterkörper, um wie bei dem herkömmlichen
Fall einem Bewegungsbereich der Klemmelemente auszuweichen. Als
Folge hiervon kann der Futterkörper
um diesen Raum verkleinert werden, so dass das gesamte Spannfutter miniaturisiert
werden kann.
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Außerdem ist die stationäre Öffnung 28 an der
Position der mittleren Achse des Futterkörpers 1 ausgebildet.
Dadurch ist es möglich,
bei einem kleinen Befestigungsbereich eine stabile und ausbalancierte
Befestigung zu realisieren.
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Die Antriebskraft der Zylindermechanismen 2A und 2B wurde
bei der oben beschriebenen Ausführungsform über die
Antriebsstifte 30 und Hebel 3a der Klemmelemente 3 auf
die Klemmelemente 3 übertragen.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieser Gestaltung
beschränkt,
sondern die Antriebskraft der Zylindermechanismen kann auch durch
beliebige andere Mittel auf die Klemmelemente übertragen werden.