DE102004013844A1 - Handhabungsvorrichtung für Werkstücke beim Gesenkschmieden - Google Patents

Abstract

Es wird, insbesondere für das Schmieden von Werkstücken im Gesenk, eine Handhabungsvorrichtung vorgeschlagen, die eine hohe Nachgiebigkeit beim Schmiedeprozess und eine starre Form beim Werkstücktransport gewährleistet. Eine kompakte massearme Bauform bei hoher Funktionssicherheit und langer Standzeit wird durch diese Handhabungsvorrichtung erreicht.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung zur Manipulation von Werkstücken beim Schmieden im Gesenk und insbesondere eine, mit einem Roboter verbundene und betätigte, flexible Haltezange für die Werkstücke.
• Stand der Technik
• Wird der Schmiedeprozess automatisiert durchgeführt, so erfolgt das Einlegen der Rohlinge und die Entnahme der geschmiedeten Werkstücke in der Regel durch Manipulatoren, wie z.B. einem Roboter. Während dem Schmieden wird der Rohling dabei lagegerecht in dem Untergesenk gehalten. Für die Handhabungsvorrichtung sind dabei verschiedene Aspekte zu berücksichtigen. So kann das Schmieden von Werkstücken in einem Gesenk, zum Beispiel mittels eines Hammers, durch unterschiedliche Schlagzahlen erfolgen. Wird mit nur einem Schlag das Werkstück im Fertiggesenk geformt, so ist in der Regel aus thermischen Gründen ein schnelles Ausheben aus dem Gesenk erforderlich. Erfolgt die Umformung des Werkstückes in mehreren Schlägen ist eine exakte Lageorientierung im Gesenk gefordert.
• Da der Hammerbär mit hoher Geschwindigkeit auf das Werkstück trifft, treten während der Umformung hohe dynamische Kräfte auf und das Werkstück unterliegt einer geometrischen Formänderung. Eine Nachführung der Spannzange bzw. der Handhabungsvorrichtung zum Ausgleich der Höhenänderung des Werkstückes ist zwingend erforderlich. Dieses gilt auch für die beim Schlag auftretende Vertikalbewegung der in der Regel schwingungsisoliert aufgestellten Hämmer.
• Aufgrund des dynamischen Fertigungsablaufs kann dieser Vorgang nicht durch den Roboter erfolgen und somit ist eine entsprechende Gestaltung der Werkstück-Haltemittel erforderlich.
• Die DE 100 60 709 A1 hat diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Greifarm wahlweise nachgiebig oder starr einstellbar ist. Die Starrstellung bewirkt in einer Art Verriegelung eine Starrstellstange während als elastische Verbindung ein blockförmiges Nachgebeelement vorgeschlagen wird.
• Während der Transportbewegung des Werkstückes ist der Greifarm verriegelt und beim Schmiedevorgang ist die Starrstellstange außer Funktion gebracht. Die Schmiedeschläge bzw. die auftretenden Erschütterungen, Zug- und Druckkräfte werden von dem flexiblen Blockstück aufgenommen.
• Nachteilig ist bei dieser Lösung eine große zu bewegende Masse einschließlich der Einrichtung zur Zangenbetätigung in Form eines ansteuerbaren Zylinders. Die Zangenbetätigungseinrichtung ist zusätzlich so angeordnet, dass auf diese die gesamten auftretenden Erschütterungen beim Schmieden einwirken.
• Ein weiterer Nachteil ergibt sich durch die große Hitze des Schmiedevorganges die auf den elastischen Werkstoff des Block stückes einwirkt und eine dauerhafte Funktion nicht gewährleistet.
• Aufgabe und Vorteile der Erfindung
• Ausgehend vom Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, eine flexible Handhabungsvorrichtung für zu schmiedende Werkstücke vorzuschlagen, die einfach im Aufbau ist und auch unter hoher thermischer Beanspruchung eine sichere, dauerhafte Funktion gewährleistet.
• Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Handhabungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Handhabungsvorrichtung angegeben.
• Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, die Handhabungsvorrichtungen mit einer speziellen Anordnung von spann- und lösbaren Seilen auszuführen die aufgrund ihrer Funktionalität eine hohe Flexibilität und eine große Beweglichkeit gewährleisten. Auf eine einfache und sichere Art passt sich die Handhabungsvorrichtung der veränderten Geometrie des Werkstückes beim Umformprozess bzw. der Höhenänderung der Schmiedemaschine an.
• Auch die sich eigentlich widersprechenden Forderungen der Nachgiebigkeit beim Schmiedeprozess und der starren Gestalt der Handhabungseinrichtung beim Werkstücktransport kann die Erfindung funktionssicher und durch einfache Maßnahmen erfüllen. Durch das Spannen des Seilzugsystems kann in kürzester Zeit die Handhabungsvorrichtung zu einer starren Einheit und aus einer entspannten z.B. abgesenkten Form in eine sym metrische Horizontallage gebracht werden. Die Betätigung der Seilzüge geschieht durch einen Roboter an dem die Handhabungsvorrichtung angekuppelt wird.
• Ein weiterer vom Roboter zu betätigender Seilzug bewirkt über Gelenke das Öffnen der eigentlichen Spannzange für das Werkstück. Zum Schließen der Zange und Halten der Werkstücke sind Druckfedern vorgesehen. In Umkehrung der Funktion kann die Spannzange auch durch den Seilzug geschlossen und durch die Feder geöffnet werden.
• In einer alternativen Ausführungsform ist zwischen dem Roboter und der eigentlichen Werkstück-Spannzange eine Art Gliederkette angebracht. Die Variante ist insbesondere bei Werkstücken die in einer tieferen Formgravur geschmiedet werden günstig, da in diesen Fällen eine größere Aushebekraft erforderlich ist. Durch die Abstützung der Glieder zueinander ergibt sich auch eine entsprechend gute Abstützung gegenüber Vertikalkräften.
• In vorteilhafter Weise kann diese Ausführungsvariante mit unterschiedlicher Anordnung der Elemente der Gliederkette ausgeführt werden, wodurch die Flexibilität nochmals erhöht wird. Dadurch wird es ermöglicht, dass der vordere Teil mit der Spannzange seine Horizontallage beibehält während der dem Roboter zugewandte Teil sich bogenförmig der geänderten Geometrielage des Werkstückes anpasst. Die Beweglichkeit der Handhabungsvorrichtung wird zusätzlich durch eine unterschiedliche Betätigung der Spannseile erhöht, wodurch die Gliederkette eine Vielzahl von auch dreidimensionalen Formen realisieren kann. Durch die Betätigung der Spannseile ist auch das Zwischenlüften bei den Schmiedeschlägen möglich. Die Gliederkette besteht beispielhaft aus einer Anzahl kalottenförmi ger Scheiben die bei Bedarf über Zentrierelemente zueinander fixiert werden.
• Auch kann in der Handhabungsvorrichtung ohne Probleme eine Gesenksprüheinrichtung oder eine Kühl- und Blaseinrichtung integriert werden, wodurch die Funktionalität nochmals erhöht wird.
• In besonders vorteilhafter Weise ist die vorgeschlagene Handhabungsvorrichtung sehr kompakt und damit massenarm ausgeführt. Zur Handhabung von unterschiedlich geometrisch gestalteten Rohlingen besteht die Möglichkeit die Spannbacken auszutauschen.
• Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sind aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren von zwei Ausführungsbeispielen.
• 1 zeigt eine gespannte Handhabungsvorrichtung in einer Schnittdarstellung.
• 2 wie 1, jedoch gelöst.
• 3 zeigt eine Ausführungsvariante der Handhabungsvorrichtung in einer Schnittdarstellung.
• Beschreibung der Ausführungsbeispiele
• In 1 ist an einem bekannten und nicht näher dargestellten Roboter 1 die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung 2 angekuppelt. Ein Distanzstück 3 stützt ein Lagergehäuse 4, welches durch die gespannten Seile 5, 6 gegen das Distanzstück 3 gezogen wird, ab. Bevorzugt ist das Distanzstück 3 stirnseitig als Kugelpfanne und die abstützende Fläche des Lagergehäuses 4 als Kugelabschnitt ausgebildet. Beispielhaft sind von den drehbar im Lagergehäuse 4 gelagerten Seile 5, 6 zwei dargestellt, jedoch können auch eine größere Anzahl am Umfang verteilt angebracht werden, die jeweils einzeln oder gleichzeitig durch die Roboter 1 betätigbar sind.
• In dem Lagergehäuse 4 befindet sich der Lagerbolzen 7 für die Spannzange 8, 9. In den Spannbacken 15 ist das Werkstück 10 durch die Kraft der Feder 11 gespannt. Das Öffnen der Spannzangen 8, 9 erfolgt über das Hebelgelenk 12, in dem der Seilzug 13 in Richtung des Pfeils 14 durch den Roboter 1 betätigt wird. An den Spannzangen 8, 9 sind auswechselbare Spannbacken 15 angebracht, die der jeweiligen Geometrie des Werkstückes anpassbar sind.
• Optional ist in der 1 auch die Integration von Medium führenden Leitungen 16 angedeutet. Durch diese Leitungen 16 mit am Ende angebrachten Düsen 17 kann dem Schmiedegesenk 18 ein Schmier- oder Trennmittel sowie Sprüh-, Kühl- oder Blasmedium zugeführt werden.
• Die Situation während dem Schmiedevorgang zeigt 2. Aufgrund z.B. des Lagesignals eines nicht weiter dargestellten Hammerbärs sind die Seile 5, 6 durch den Roboter 1 gelöst. Zusätzlich führt der Roboter 1 eine Horizontalbewegung aus, wodurch das Distanzstück 3 von dem Lagergehäuse 4 entfernt wird. Das Werkstück 10 liegt im Schmiedegesenk 18 und die Spannzange 8, 9 ist abgekoppelt wie für den eigentlichen Umformvorgang erwünscht. Die Handhabungsvorrichtung 2 und insbesondere der Roboter 1 wird vollkommen von den Umformkräften, wie Schläge und Erschütterungen, entlastet. Ohne Probleme kann die Spannzange 8, 9 der sich im Schmiedeprozess ergebenden Lageveränderung des Werkstückes 10 folgen. Trotz der Abkupplung der Spannzange 8, 9 ist das Werkstück über die Feder 11 sicher gespannt. Ist ein Öffnen der Zange während dem Schmiedeprozess erforderlich, so kann die Spannzange 8, 9 über das Hebelgelenk 12 durch Betätigung des Seilzuges 13 in Pfeilrichtung 14 geöffnet werden.
• Die geringen Schalt- und Reaktionszeiten ermöglichen ohne Probleme ein Spannen und Lösen des Werkstückes 10 auch bei einer hohen Schlagfrequenz. Die geforderte exakte Gesenklage des Werkstücks 10 ist dadurch sichergestellt, dass zwischen den Schlägen jeweils ein Spann- oder Haltevorgang erfolgen kann.
• Eine alternative Ausführungsform ist in 3 dargestellt.
• Das Distanzstück 3 wird ersetzt durch eine Gliederkette 19. Die Gliederkette 19 besteht aus Kugelscheiben 20, die eine unterschiedliche Schichtung 21, 22 haben und durch eine Kugelpfanne 23 getrennt sind. Bei Bedarf können die Kugelscheiben 20 mit einer Zentrierung ausgeführt werden. Diese Art der Schichtung 21, 22 ermöglicht der Gliederkette 19 bezogen auf die Längsachse 24 einen unterschiedlichen Gestaltungsverlauf, z.B. in Form einer Kurve. An der Gliederkette 19 schließt sich die bereits in ihrer Funktion beschriebene Spannzange 8, 9 an. Die Seile 5, 6 werden ebenfalls durch den Roboter 1 betätigt und dienen zur Manipulation der Gliederkette 19. Das Lagergehäuse 4 steht in Wirkverbindung mit der Gliederkette 19. Werden beide Seile 5, 6 in Pfeilrichtung 14 betätigt und gespannt, so richten sich die Kugelscheiben 20 symmetrisch zueinander aus und verspannen sich. Die Handhabungsvorrichtung 2 befindet sich in einer geraden, horizontalen und starren Lage. Eine unterschiedliche Lage der Handhabungsvorrichtung 2 und insbesondere auch Kurvenformen werden durch einseitiges oder differenziertes Spannen der Seile 5, 6 ermöglicht. Werden die Seile 5, 6 gelöst, so können sich die Kugelscheiben 4 in bestimmten Grenzen frei zueinander bewegen bzw. verschieben. Die Gliederkette 19 ist entspannt.
• Trotz der Vielzahl von Funktionen ist aus den Figuren die kompakte, massearme und robuste Ausführung der Handhabungsvorrichtung 2 gut erkennbar. Aufgrund der vorgeschlagenen Bauteile arbeitet das System nahezu verschleißfrei und gewährleistet eine hohe Verfügbarkeit.
• Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst auch alle fachmännischen Ausgestaltungen im Rahmen des geltenden Hauptanspruches. So kann beispielhaft die Gliederkette 19 aus nur einer gleichgerichteten Schichtung oder mehreren unterschiedlichen Schichtungen bestehen. Die Anzahl der Kugelscheiben 20 ist ebenfalls variabel. Auch die Anordnung und Anzahl der Seile 5, 6 ist in Abhängigkeit von der geforderten Funktionalität der Handhabungsvorrichtung 2 wählbar und kann aus einem zentralen Seil oder einer Anzahl im äußeren Bereich angeordneten Seilen bestehen. Eine Zentrierung der Zange zum Untergesenk, z. B. durch das Einfahren eines Stiftes in eine Aufnahme ist ebenfalls ohne Probleme möglich.

1

Roboter

2

Handhabungsvorrichtung

3

Distanzstück

4

Lagergehäuse

5

Seil

6

Seil

7

Lagerbolzen

8

Spannzange

9

Spannzange

10

Werkstück

11

Feder

12

Hebelgelenk

13

Seilzug

14

Pfeil

15

Spannbacken

16

Leitung

17

Düse

18

Schmiedegesenk

19

Gliederkette

20

Kugelscheibe

21

Schichtung

22

Schichtung

23

Kugelpfanne

24

Längsachse

Claims (9)

1. Handhabungsvorrichtung, zur Manipulation von Werkstücken in einem Schmiedeprozess, die an einem, zur Betätigung vorgesehenen, Roboter ankuppelbar ist und wobei eine Spannzange der Handhabungsvorrichtung wahlweise beweglich oder starr einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannzange (8, 9) durch das Spannen von mindestens einem Seil (5, 6) in eine Starrstellung und durch das Lösen von mindestens einem Seil (5, 6) in eine gelöste Stellung bringbar ist.
2. Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Roboter (1) und einem Lagergehäuse (4) für die Spannzange (8, 9) ein Distanzstück (3) oder eine Gliederkette (19) angeordnet ist und das die Gliederkette (19) aus Kugelscheiben (20) in einfacher gleichgerichteter oder unterschiedlicher Mehrfachschichtung (21, 22) gebildet wird.
3. Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zentral angeordnetes Seil (5, 6) oder mehrere in äußeren Bereich des Distanzstückes (3) oder der Gliederkette (19) angeordnete Seile (5, 6) durch den Roboter (1) spann- oder lösbar sind.
4. Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Seilen (5, 6) diese zeitlich getrennt und mit unterschiedlicher Kraft betätigbar sind.
5. Handhabungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seile (5, 6) in dem Lagergehäuse (4) beweglich gehalten sind.
6. Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lagergehäuse (4) die Spannzange (8, 9) schwenkbar gelagert ist.
7. Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannzange (8, 9) über ein Hebelgelenk (12) durch einen Seilzug (13) zu öffnen und über eine Feder (11) spannbar ist.
8. Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 1, 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Spannzangen (8, 9) befestigte Spannbacken (15) austauschbar sind.
9. Handhabungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Medium führende Leitungen (16) durch das Distanzstück (3) oder die Gliederkette (19) an Spannzange (8, 9) befestigte Düsen (17) führbar sind.