DE102005033767A1

DE102005033767A1 - Vorrichtung zum Halten und Manipulieren von Werkstücken beim Massivumformen

Info

Publication number: DE102005033767A1
Application number: DE200510033767
Authority: DE
Inventors: Reinhold Wingert; Claus Martin
Original assignee: MARTIN MECHANIC FRIEDRICH MART; Martin Mechanic Friedrich Martin & Co KG GmbH; Mueller Weingarten AG
Current assignee: MARTIN MECHANIC FRIEDRICH MART; Martin Mechanic Friedrich Martin & Co KG GmbH; Mueller Weingarten AG
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2007-01-18
Also published as: CN100574927C; CN1895810A

Abstract

Es wird eine Handhabungsvorrichtung für Werkstücke beim Massivumformen vorgeschlagen, die sowohl eine Flexibilität während des Umformens als auch eine Fixierung des Werkstückes während des Transportes gewährleistet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung für Schmiedeprozesse mit automatisiertem Werkstücktransport nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei automatisierten Schmiedeprozessen erfolgen das Einlegen der Rohlinge und die Entnahme der geschmiedeten Werkstücke in der Regel durch Manipulatoren oder Roboter. Während des Schmiedevorgangs wird der Rohling dabei lagegerecht in dem Untergesenk gehalten. An die Handhabungsvorrichtung werden hierfür unterschiedliche Anforderungen gestellt. So kann das Schmieden von Werkstücken in einem Gesenk, zum Beispiel mittels eines Hammers, mit relativ hohem Tempo erfolgen. Da das Werkstück bei einer Temperatur von ca. 1200° C geschmiedet wird, ist in der Regel aus thermischen Gründen ein schnelles Ausheben aus dem Gesenk erforderlich. Für die Umformung des Werkstücks ist eine exakte Lageorientierung im Gesenk erforderlich.
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 Greifzange bzw. der Handhabungsvorrichtung zum Ausgleich der Formänderung des Werkstücks ist zwingend erforderlich. Dieses gilt auch für die beim Schlag auftretende Vertikalbewegung, der in der Regel schwingungsisoliert aufgestellten Hämmer.
Aufgrund der oben genannten Anforderungen kann das Werkstückhandling nicht über einen handelsüblichen Roboter erfolgen und somit ist eine entsprechende Gestaltung der Werkstückhaltemittel 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, dauerelastisches Nachgebeelement dient. Während der Transportbewegung des Werkstücks 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 dauerelastischen Werkstoff des Blockstückes einwirkt und eine dauerhafte Funktion nicht gewährleistet. Ein weiterer Nachteil ergibt sich dadurch, dass bei dieser Lösung ein Drehen der Zange nicht möglich ist bzw. dass bei einem Drehen der Zange die Funktionssicherheit nicht mehr gegeben ist. Für einige Schmiedeprozesse ist ein Drehen der Zange unabdingbar.

Weiterhin ist nachteilig, dass der Grad der Nachgiebigkeit über das dauerelastische Nachgebeelement nicht einstellbar ist. Außerdem ist der Greifmechanismus mittels des Pneumatikzylinders nicht mehr funktionssicher, wenn Schmiedeteile beim Ausheben kurzzeitig am Gesenk kleben bleiben.

In der EP 10 48 372 B1 ist eine Transportvorrichtung zum Umsetzen von Werkstücken insbesondere für Massivumformmaschinen offenbart. Die darin beschriebene Greifervorrichtung besteht aus zwei Klemmbacken, welche auf ein Werkstück eine Klemmkraft ausüben. Die Betätigung erfolgt mittels eines Servomotors, welcher über ein Spindelgetriebe und Zuglaschen mit Klemmbacken wirkverbunden ist. Die durch die Klemmbacken auf das Werkstück ausgeübte Klemmkraft ist durch den Servoantrieb definiert kontrollierbar. Dadurch ist es möglich, dass Werkstück in der Greifvorrichtung so freizugeben, dass das Werkstück nicht mehr fest gehalten, sondern lediglich in vertikaler Richtung geführt wird. Dies wäre beispielsweise während des Umformvorganges vorteilhaft.

Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass Stoßbelastungen, die durch den Schmiedevorgang auf die Klemmbacken einwirken unmittelbar auf die Betätigungselemente der Greifervorrichtung abgeleitet werden. Wie bei der eingangs zitierten Schrift bestehen auch in diesem Fall die Nachteile bezüglich der Verdrehbarkeit der Zange beziehungsweise des Festklebens der Schmiedeteile im Gesenk.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Ausgehend vom Stand der Technik, ist es Aufgabe der Erfindung, eine Handhabungsvorrichtung für Werkstücke beim Massivumformen vorzuschlagen, welche aufgrund ihres Aufbaus sowohl eine hohe Funktionssicherheit, als auch eine hohe Robustheit gegenüber den Beanspruchungen des Schmiedeprozesses gewährleistet.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruch 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Vorrichtung angegeben.

Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, dass zwei oder mehr Greifarme, welche das Werkstück halten, während der Transportbewegung der Handhabungsvorrichtung formschlüssig verriegelt sind und während des Schmiedevorgangs lediglich mittels Federkraft betätigt werden.

Die formschlüssige Verriegelung während des Transports wird durch Schieber, welche an einer entsprechend geformten Fläche der Greifarme entlang bewegt werden, erreicht. Die Schieber werden durch das Aus- bzw. Einfahren einer Kolbenstange eines Zylinders angetrieben. Der Zylinder wird vorzugsweise pneumatisch betätigt, aber auch ein hydraulischer oder elektromotorischer Antrieb ist denkbar. Um sicherzustellen dass die Greifarme das Werkstück fixieren, bleibt der Antrieb während der Transportbewegung ausgefahren und die Schieber befinden sich mit den Greifarmen im Eingriff. Sobald das Werkstück seine Umformposition erreicht hat, fahren die Schieber zurück und geben die Greifarme frei. Die Position des Werkstückes ändert sich dadurch zunächst nicht, weil die Greifarme nun das Werkstück mittels einer Federkraft fixieren. Durch den Umformvorgang erfährt das fixierte Werkstück eine ruckartige Positionsänderung. Dadurch, dass das Werkstück über die Greifarme mittels einer Federkraft gehalten wird, können die Greifarme der Bewegung des Werkstückes während des Umformvorganges folgen. Nach dem Umformen werden die Greifarme mit dem Werkstück selbsttätig wieder in die Ausgangsstellung zurückbewegt. Bevor nun wieder der Transport des umgeformten Werkstückes beginnt, kommen wiederum die Schieber mit den Greifarmen in Eingriff. Die Federkraft alleine würde nicht ausreichen, um den hohen Beschleunigungen und dynamischen Kräften der Transportvorrichtung standzuhalten. Erst der Eingriff der Schieber an der Oberfläche der Greifarme macht das System Werkstück-Greifarme-Schieber-Handhabungsvorrichtung steif genug, um den oben genannten Beanspruchungen standzuhalten.

Um das Werkstück abzulegen bzw. freizugeben, öffnen die Greifarme durch das Einfahren von zwei weiteren Öffnungsschiebern, welche gegenüber den oben beschriebenen und für das Schließen zuständigen Schließschiebern auf die entgegen gesetzte Seite der Greifarme wirken. Die Schieber für das Öffnen werden von jeweils einem Zylinder angetrieben. Auch in diesem Falle ist ein pneumatisch, hydraulisch oder elektromotorisch betätigter Antrieb möglich.

In vorteilhafter Weise wird die Handhabungsvorrichtung an einem Roboterarm befestigt, um das Werkstück in die Schmiedepresse einzulegen, um das Werkstück aus der Schmiedepresse auszutragen oder um das Werkstück aus einer Schmiedepressenstufe auszutragen und einer anderen Bearbeitungsstufe zuzuführen. Alternativ dazu kann die Handhabungsvorrichtung auch in konventionellen Transfersystemen mit durchgehender Greifer schiene integriert werden. Optional kann die vorgeschlagene Handhabungsvorrichtung auch mit einer Gesenksprüheinrichtung oder mit einer Kühl- und Blaseeinrichtung ausgerüstet werden, wodurch die Funktionalität nochmals erweitert wird.

In besonders vorteilhafter Weise ist die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung konstruktiv so gestaltet, dass zur Handhabung von unterschiedlich geometrisch gestalteten Werkstücken die Greiferarme bzw. der Spanneinsatz ohne großen Montageaufwand ausgetauscht werden können.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung besteht darin, dass aufgrund ihres konstruktiven Aufbaus, ein Drehen um 180 ° ohne Einbußen in der Funktionssicherheit möglich ist.

Weitere Einzelteile und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem anhand der Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel.

Es zeigen:

1 Handhabungsvorrichtung in einer Seitenansicht mit geöffneten Greifarmen.

2 Handhabungsvorrichtung in einer Seitenansicht mit geschlossenen Greifarmen in Transportstellung.

3 Handhabungsvorrichtung in einer Seitenansicht mit geschlossenen Greifarmen in Umformstellung.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

1 zeigt die Handhabungsvorrichtung 1 in geöffneter Stellung. Der konstruktive Aufbau ist hier deutlich zu erkennen. Die beiden Greifarme 2, 3 sind in den Drehachsen 4, 5 drehbar im Vorrichtungskörper 6 gelagert. In den Drehachsen 4, 5 befinden sich Drehfedern 7, 8 welche in Wirkverbindung mit dem Vorrichtungskörper 6 und den Greifarmen 2, 3 stehen. Die Federkraft, welche anwendungsspezifisch einstellbar ist, bewirkt ein Schließen der Greifarme 2, 3. Im hinteren, dem hier nicht dargestellten Roboter zugewanden Teil der Handhabungsvorrichtung 1 befinden sich im äußeren Bereich zwei pneumatisch betätigte Zylinder 9, 10, welche über Kolbenstangen 11, 12 die Schieber 13, 14 in horizontaler Richtung bewegen können. Die Schieber 13, 14 stehen in Wirkverbindung mit den Laufflächen 15, 16 welche sich am hinteren Ende der Greifarme 2, 3 befinden. Fahren nun die Kolbenstangen 11, 12 der Zylinder 9, 10 in Richtung des Pfeils 17 aus, so bewegen sich die Schieber 13, 14 auf den Laufflächen 15, 16 der Greifarme 2, 3 derart ab, dass die Greifarme 2, 3 in eine Drehbewegung um die Drehachsen 4, 5 in Drehrichtung der Pfeile 18, 19 versetzt werden. Die Greifarme 2, 3 öffnen somit entgegen der Federkraft der Drehfeder 7, 8. Sind die Kolbenstangen 11, 12 mit den Schiebern 13, 14 komplett ausgefahren und die Greifarme 2, 3 geöffnet, so ergibt sich die Stellung, die in 1 dargestellt ist.

Soll nun das Werkstück 20 mit den Greifarmen 2, 3 bzw. den Greifeinsätzen 21, 22 gegriffen werden, so fahren die Kolbenstangen 11, 12 der Zylinder 9, 10 mit den Schiebern 13, 14 in ihre Ausgangsstellung entgegen der Richtung des Pfeils 17 zurück und die Greifarme 2, 3 schließen sich aufgrund der Federkraft der Drehfedern 7, 8. Zusätzlich fährt die Kolbenstange 23 eines mittig angeordneten Pneumatikzylinders 24 in Richtung des Pfeils 17 aus und bewegt dadurch die Schieber 25, 26 in die gleiche Richtung. Durch das Abwälzen der Schieber 25, 26 auf den Laufflächen 27, 28 werden die Greifarme 2, 3 formschlüssig in der geschlossenen Stellung verriegelt. Diese Stellung ist in 2 dargestellt. In dieser Stellung wird das Werkstück 20 in die Umformstufe hinein- bzw. aus der Umformstufe heraustransportiert.

3 zeigt die Stellung der Handhabungsvorrichtung 1 während des Umformens. Die Greifarme 2, 3 sind aufgrund der Federkraft der Drehfedern 7, 8 geschlossen und halten das Werkstück 20. Die Schieber 25, 26, welche die Greifarme 2, 3 beim Transport zusätzlich fixieren, sind in dieser Stellung zurückgezogen und stehen nicht im Eingriff mit den Laufflächen 27, 28. Erfährt nun das Werkstück 20 während der Umformung einen Schlag bzw. eine Bewegung, so können die Greifarme 2, 3 in geschlossener Stellung der Bewegung des Werkstücks 20 entgegen der Federkraft folgen. Anschließend entsteht durch die Federkraft ein Rückstellmoment auf die Greifarme 2, 3. Zum Ausheben des Werkstückes 20, beispielsweise aus einem Gesenk, werden die Schieber 25, 26 wieder in Eingriff mit den Laufflächen 27, 28 gebracht.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Gedankens. Beispielweise können zur Ver- bzw. Entriegelung der Greifarme statt der dargestellten Schieber auch keilförmige Betätigungselemente mit entsprechenden Gegenstücken verwendet werden. Auch andere geometrische Variationen sind denkbar. Optional kann die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung auch mit mehr als zwei Greifarmen ausgestattet werden.

1: Handhabungsvorrichtung
2, 3: Greifarme
4, 5: Drehachsen
6: Vorrichtungskörper
7, 8: Drehfedern
9, 10: Pneumatikzylinder
11, 12: Kolbenstangen
13, 14: Schieber
15, 16: Laufflächen
17: Richtungspfeil
18, 19: Richtungspfeile
20: Werkstück
21, 22: Greifeinsätze
23: Kolbenstange
24: Pneumatikzylinder
25, 26: Schieber
27, 28: Laufflächen

Claims

Vorrichtung zum Halten und zum Manipulieren von Werkstücken beim Massivumformen, welche an ein zum Transport vorgesehenes Transfersystem ankuppelbar ist und wobei ein Greifmechanismus der Vorrichtung sowohl nachgiebig als auch starr einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Starrstellung der Greifarme (2, 3) durch Einfahren wenigstens eines Profilelementes (25, 26) entlang wenigstens einer Kontaktfläche (27, 28) realisierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen der Greifarme (2, 3) durch Einfahren wenigstens eines Profilelementes (13, 14) entlang wenigstens einer Kontaktfläche (15, 16) realisierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachgiebigkeit der Greifarme (2, 3) durch jeweils mindestens einer Feder (7, 8) welche auf die Greifarme (2, 3) in deren Drehachse (4, 5) einwirken, realisierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft der Federn (7, 8), welche auf die Greifarme (2, 3) wirken, einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilelemente (13, 14, 25, 26) als Rollen ausführbar sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ein- bzw. Ausfahren die Profilelemente (13, 14, 25, 26) mittels Pneumatikzylinder antreibbar sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ein- bzw. Ausfahren die Profilelemente (13, 14, 25, 26) mittels Hydraulikzylindern antreibbar sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ein- bzw. Ausfahren die Profilelemente (13, 14, 25, 26) mittels servoelektrischen Spindelantrieben antreibbar sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ein- bzw. Ausfahren die Profilelemente (13, 14, 25, 26) mittels Linearmotoren antreibbar sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft mit der das Werkstück 20 von den Greifarmen (2, 3) gehalten wird steuerbar und regelbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Greifarme (2, 3) beim Öffnen und Schließen steuerbar und regelbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifarme (2, 3) werkstückspezifisch austauschbar sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinsätze (21, 22) der Greifarme (2, 3) werkstückspezifisch austauschbar sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabungsvorrichtung (1) auch in einer gedrehten Stellung, beispielsweise 90 °, funktionssicher ist.