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Die
Erfindung betrifft eine Handhabungseinrichtung zum Transportieren
von flachen Werkstücken
in einer Pressenanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie
sie beispielsweise aus der
DE 101
07 001 C2 als bekannt hervorgeht.
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Es
ist allgemein bekannt, flächige
Werkstücke,
insbesondere Blechteile für
den Karosseriebau, mit Hilfe von Unterdruck-Handhabungseinrichtungen zu transportieren.
Solche Handhabungseinrichtungen weisen eine Saugerbrücke mit
mehreren Sauggreifern auf, mit deren Hilfe das Werkstück an der Saugbrücke fixiert
wird. Die Sauggreifer sind mit Saugnäpfen aus einem flexiblen Werkstoff
versehen, die auf die Oberfläche
des zu transportierenden Werkstücks
gedrückt
werden; zwischen den Saugnäpfen
und dem zu transportierenden Werkstück wird ein Unterdruck erzeugt,
durch den das Werkstück
an den Sauggreifer angesaugt wird.
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Eine
solche Saugerbrücke
mit mehreren Sauggreifern ist beispielsweise in der
DE 101 07 001 C2 beschrieben.
Zu jedem Sauggreifer führen
zwei Druckleitungen, eine erste mit Arbeitsdruck und eine zweite
mit Abblasdruck. Durch Betätigung
von Ventilen können
die Sauggreifer entweder mit Arbeitsdruck oder mit Abblasdruck beaufschlagt
werden. Bei Beaufschlagung mit Arbeitsdruck wird die Druckluft durch
eine Düse
eines Ejektors geleitet, was einen Unterdruck im Innenraum des Sauggreifers
bewirkt und das zu transportierende Werkstück an den Sauggreifer ansaugt.
Zum Auswerfen des Werkstücks
wird die Druckluft direkt in einen in den Innenraum des Sauggreifers
mündenden
Zuführungskanal
eingeleitet; dadurch entsteht im Zuführungskanal ein Überdruck
(Abblasdruck), der zum Abstoßen
des Werkstücks
durch den Sauggreifer führt.
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Wird
die Handhabungseinrichtung zum Transport von Werkstücken in
einer Pressenanlage mit einem Unter- und einem Oberwerkzeug eingesetzt,
so umfasst die Handhabungseinrichtung – zusätzlich zu der Saugerbrücke – eine im
Unterwerkzeug gelagerte Anhebevorrichtung, die das Werkstück nach
Abschluss des Presszyklus' aus
dem Unterwerkzeug anhebt, damit es von der Saugerbrücke aufgenommen
werden kann. Um ein prozesssicheres Aufnehmen durch die Saugerbrücke zu gewährleisten,
muss das Werkstück
dabei in einer reproduzierbaren Lage und schwingungsfrei auf der
Anhebevorrichtung positioniert sein. Dies ist – insbesondere bei hohen Hubzahlen
der Pressenanlage – oftmals nicht
gegeben. Um dennoch eine reproduzierbare Aufnahme des Werkstücks durch
die Saugerbrücke sicherzustellen,
ist das Oberwerkzeug herkömmlicherweise
mit federgelagerten Stabilisatoren versehen, die beim Anheben des
Werkstücks
von oben her auf das in der Anhebevorrichtung gelagerte Werkstück drücken, um
es auf der Anhebevorrichtung zu zentrieren und zu stabilisieren.
Die in diesen Stabilisatoren üblicherweise
verwendeten Gasdruckfedern unterliegen allerdings einem hohen Verschleiß und müssen regelmäßig ausgewechselt
werden, was Zusatzkosten verursacht. Weiterhin besteht die Gefahr, dass
die Stabilisatoren in den Werkstücken
Abdrücke hinterlassen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Handhabungseinrichtung
in einer solchen Weise zu verbessern, dass auf die Stabilisatoren
verzichtet werden kann.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Danach
ist die Anhebevorrichtung mit Sauggreifern versehen, die das Werkstück während des Anhebevorgangs
auf der Anhebevorrichtung fixieren. Auf diese Weise wird eine reproduzierbare
Lage des Werkstücks
auf der Anhebevorrichtung gewährleistet;
weiterhin werden Vibrationen des Werkstücks gedämpft.
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Vorteilhafterweise
sind die Sauggreifer der Anhebevorrichtung einen an einem federgelagerten Druckelement
befestigt, das unter dem Pressendruck in das Unterwerkzeug hineingedrückt wird.
Der Sauggreifer befindet sich an dem dem Werkstück zugewandten Ende des Druckelements
und umfasst einen Saugnapf aus einem flexiblen Material. Weiterhin weist
der Sauggreifer einen in den Innenraum des Saugnapfes mündenden,
mittels eines Ventils (12') verschließbaren Belüftungskanal
(9') auf,
der während
des Anhebens des Werkstücks
(2) verschlossen ist.
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Wenn
der Sauggreifer beim Ausfahren der Anhebevorrichtung gegen das auszuwerfende
Werkstück
gepresst wird, so wird der (aus einem flexiblen Material bestehende,
schüssel-
und/oder kegelförmige)
Saugnapf des Sauggreifers gestaucht. Dabei liegt ein ringförmiger Randbereich
des Saugnapfes umlaufend auf der Werkstückoberfläche auf. Durch die Stauchung
des Saugnapfes wird Luft aus dem Innenraum zwischen Saugnapfinnenfläche und
Werkstückoberfläche verdrängt, so
dass ein Unterdruck zwischen Sauggreifer und Werkstück aufgebaut
wird, der das Werkstück
in dieser Lage auf der Anhebevorrichtung fixiert und Schwingungen
des Werkstücks dämpft. Zur
Erzeugung dieses Unterdrucks zwischen dem Saugnapf des Sauggreifers
und der Werkstückoberfläche ist
dabei keine Druckluft notwendig; vielmehr genügt der Pressendruck bzw. der
Auswerfdruck der Anhebevorrichtung, um im Innenraum des Saugnapfes
einen ausreichenden Unterdruck zur Fixierung des Werkstücks aufzubauen.
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Vorzugsweise
ist auch die Saugerbrücke
mit Sauggreifern versehen, die ohne Druckluft betrieben werden können. Auch
hier wird der Unterdruck zwischen Sauggreifer und Werkstück aufgebaut,
indem der (aus einem flexiblen Material bestehende, schüssel- und/oder
kegelförmige)
Saugnapf des Sauggreifers auf das zu transportierende Werkstück gepresst wird,
wobei der Saugnapf gestaucht wird, ein ringförmiger Randbereich des Saugnapfes
umlaufend auf der Werkstückoberfläche aufliegt
und Luft aus dem Innenraum zwischen Saugnapfinnenfläche und Werkstückoberfläche verdrängt wird.
Beim Anheben der Saugerbrücke
entsteht durch das Eigengewicht des Werkstücks ein Unterdruck im geschlossenen
Innenraum zwischen Saugnapf und Werkstück, durch das das Werkstück angehoben
wird.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Saugerbrücke einen
Rahmen, an dem mehrere solche Sauggreifer befestigt sind. Um Höhenunterschiede
in der Lage der zu transportierenden Werkstücke auszugleichen, sind die
Sauggreifer vorzugsweise schwimmend, beispielsweise mit Hilfe einer
Druckfeder, gegenüber dem
Rahmen gelagert.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 Eine
schematische Schnittansicht einer Pressenanlage mit einer Handhabungseinrichtung,
umfassend eine Saugerbrücke
und eine Anhebevorrichtung;
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2 Darstellungen einzelner Prozessschritte
beim Transport eines Werkstücks
mit Hilfe der Saugerbrücke:
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2a:
Annäherung
des Sauggreifers an das Werkstück;
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2b:
Aufpressen des Sauggreifers auf das Werkstück;
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2c:
Transportieren des Werkstücks;
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2d:
Abwerfen des Werkstücks
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3 Darstellungen einzelner Prozessschritte
beim Anheben eines Werkstücks
mit Hilfe der Anhebevorrichtung:
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3a:
Annäherung
der Platine an das Unterwerkzeug;
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3b:
Umformung des Werkstücks;
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3c:
Anheben des Oberwerkzeugs;
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3d:
Entnahme des Werkstücks
aus der Anhebevorrichtung
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Handhabungseinrichtung 1,
mit deren Hilfe flache Werkstücke 2,
insbesondere Blechteile für
den Karosseriebau, in einer Stufentransferpresse 27 transportiert
werden. Die Stufentransferpresse 27 umfasst mehrere Umformstufen 28, 28', in denen die Werkstücke zwischen
einem Unterwerkzeug 29, 29' und einem (in 1 nicht
gezeigten) Oberwerkzeug umgeformt werden. Die Handhabungseinrichtung 1 umfasst
eine an einem mehrgliedrigen Manipulator 30 (beispielsweise
einem mehrgliedrigen Hebelarm oder einem Industrieroboter) befestigte
Saugerbrücke 4,
mit deren Hilfe die Werkstücke 2 aus
der Umformstufe 28 in die Umformstufe 28' transportiert
werden. Weiterhin umfasst die Handhabungseinrichtung 1 eine
im Unterwerkzeug 29, 29' gelagerte Anhebevorrichtung 4', 4'', durch die die Werkstücke 2 nach dem
Umformen aus dem Unterwerkzeug 29, 29' ausgeworfen
werden. Die Saugerbrücke 4 weist
einen oder mehrere Sauggreifer 3 auf, der bzw. die an einem
Rahmen 31 montiert sind; die Anhebevorrichtung 4' umfasst mehrere
federgelagerte Druckelemente 32, an deren dem Werkstück 2 zugewandten Ende
Sauggreifer 3' befestigt
sind. Wie 2a und 3a zeigen,
umfasst jeder Sauggreifer 3, 3' eine Grundplatte 5, 5', an der ein Saugnapf 6, 6' aus einem flexiblen
Material befestigt ist. In der Ausgestaltung der 2a–2d bzw. 3a–3d weist der
Saugnapf 6, 6' einen
der Grundplatte 5, 5' benachbarten wulstförmigen Abschnitt 7, 7' auf, an den sich
ein kegelförmiger
Abschnitt 8, 8' anschließt; allgemein
kann der Saugnapf 6, 6' eine beliebige schüssel- und/oder
trichterförmige
Gestalt haben. In der Grundplatte 5, 5' ist ein Belüftungskanal 9, 9' vorgesehen,
der den Innenraum 10, 10' des Saugnapfes 6, 6' mit der Umgebung 11 verbindet
und der mit Hilfe eines (in den Figuren schematisch angedeuteten) elektrisch
steuerbaren Ventils 12, 12' verschlossen werden kann.
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Das
Aufnehmen, Transportieren und Abwerfen des Werkstücks 2 durch
die Saugerbrücke 4 ist
in den 2a–2d dargestellt.
Zum Aufnehmen des Werkstücks 2 aus
der Anhebevorrichtung 4' in
Umformstation 28 wird der Rahmen 31 mit den Sauggreifern 3 auf
die Werkstückoberfläche 2 hin
abgesenkt (Pfeil 13 in 2a). Dabei
ist der Sauggreifer 3 in einer solchen Lage und Orientierung
am Rahmen 31 befestigt, dass die Symmetrieachse 14 des
Saugnapfes 6 während
dieses Absenkvorgangs näherungsweise
parallel zur Vorschubrichtung 13 des Rahmens 31 ausgerichtet
ist und dass weiterhin der Saugnapf 6 in einem Bereich
der Werkstücks 2 auftrifft,
in welchem die Oberfläche 15 vergleichsweise flach
ist.
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Beim
Absenken des Sauggreifers 3 trifft zunächst der Außenrand 16 des Saugnapfes 6 auf
der Werkstückoberfläche 15 auf;
beim weiteren Absenken wird der flexible Saugnapf 3 elastisch
verformt. Dabei wird Luft aus dem zwischen der Innenwand 17 des
Saugnapfes 6 und der Werkstückoberfläche 15 gebildeten
Innenraum 10 verdrängt.
Rippen 18 auf der Innenwand des kegelförmigen Abschnitts 8 des Saugnapfes 6 versteifen
diesen Abschnitt 8. Ein zylinderförmiger Absatz 19 im
Innenraum 10 des Saugnapfes 6 begrenzt die Verformung;
Rillen 20 auf der Stirnseite 21 des Absatzes 20 stellen
sicher, dass die aus dem Innenraum 10 verdrängte Luft
zum Belüftungskanal 9 gelangen
kann. Während
dieses Absenkvorgangs 13 ist das Ventil 12 geöffnet, so
dass die Luft durch den Belüftungskanal 9 entweichen kann.
Alternativ kann das Ventil 12 auch geschlossen sein, so
dass die Luft zwischen Außenrand 16 des Saugnapfes 6 und
Werkstückoberfläche 15 hindurch entweicht.
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Zum
Anheben des Werkstücks 2 wird
das Ventil 12 geschlossen, so dass zwischen Werkstückoberfläche 15 und
Saugnapfinnenfläche 17 ein
dicht geschlossener Hohlraum 10 gebildet ist (siehe 2b);
anschließend
wird, wie in 2c gezeigt, die Saugerbrücke 4 mit
dem Sauggreifer 3 angehoben (Pfeil 22). Aufgrund
des Eigengewichts des Werkstücks 2 entsteht
dabei im Innenraum 10 ein Unterdruck, der eine Hebekraft
auf das Werkstück 2 bewirkt;
ist die Hebekraft größer als
die auf das Werkstück 2 wirkende
Schwerkraft, so wird das Werkstück 2 von
den am bewegten Rahmen 31 befestigten Sauggreifern 3 entlang
einer (vorgegebenen) Bahnbewegung der Saugerbrücke 4 zu einer Ablagestelle (hier:
der Umformstation 28' der 1)
bewegt. Versuche zeigen, dass ein einziger Sauggreifer 3 mit
einem Saugnapf 6 der in 2a dargestellten
Form (mit Außendurchmesser 23 von
60 mm) ein Metallwerkstück
von 10 kg Gewicht prozesssicher heben und über mehrere Wochen hinweg halten
kann.
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An
der Ablagestelle (z.B. der Umformstation 28' in 1) wird
das Ventil 12 geöffnet,
was ein Belüften
des Innenraums 10 zur Folge hat und bewirkt, dass das Werkstück 2 abgeworfen
wird (2d).
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Das
beschriebene Transportverfahren setzt voraus, dass im Zuge der Werkstückaufnahme (2b)
eine ausreichende elastische Verformung des Saugnapfes 6 erreicht
wird, die während des
Anhebens des Werkstücks 2 (2c)
einen ausreichend hohen Unterdruck im Innenraum 10 zur
Folge hat; diese ausreichende elastische Verformung kann nur dann
gewährleistet
werden, wenn der Sauggreifer 3 bei der Werkstückaufnahme
reproduzierbar mit einer vorgegebenen Minimalkraft auf die Werkstückoberfläche 15 gepresst
wird. Um – unabhängig von der
genauen Raumlage des Werkstücks 2 im
Arbeitsraum der Handhabungseinrichtung 1 – diese
Minimalkraft (und damit ein prozesssicheres Aufnehmen und Transportieren
des Werkstücks 2)
gewährleisten zu
können,
ist der Sauggreifer 3 schwimmend gegenüber dem Rahmen 31 der
Saugerbrücke 4 gelagert. Dies
ist in den 2a–2d durch
eine Druckfeder 24 angedeutet. Diese Druckfeder 24 bewirkt,
dass der Sauggreifer 3 beim Absenken des Rahmens 4 mit einer
ausreichenden Kraft auf die Werkstückoberfläche 15 gedrückt wird,
um den Saugnapf 6 elastisch zu verformen, dass aber bei
einem weiteren Absenken des Rahmens 4 der Sauggreifer 3 in
einer Führung 25 elastisch
zurückweicht,
so dass eine weitere Verformung bzw. Beschädigung des Saugnapfes 6 vermieden
wird. Beim Anheben des Rahmens 4 entspannt sich die Feder 24,
wobei ein Anschlag 26 die Bewegung der Grundplatte 5 begrenzt
und verhindert, dass der Sauggreifer 3 aus der Führung 25 hinausgleitet.
Auf diese Weise können
auch toleranzbehaftete oder ungenau gelagerte Werkstücke 2 reproduzierbar
aufgenommen und transportiert werden. Werden zum Transportieren
des Werkstücks 2 mehrere
Sauggreifer 3 benötigt,
die an verschiedenen Bereichen des Werkstücks 2 angreifen, so
hat die schwimmende Lagerung den Vorteil, dass beim Aufnehmen des
Werkstücks 2 die
unterschiedlichen Sauggreifer 3 unterschiedlich stark zurückweichen können, so
dass auch lokale Werkstücktoleranzen ausgeglichen
werden können.
Alternativ zur schwimmenden Lagerung der Sauggreifer 3 auf
dem Rahmen 4 können
die Sauggreifer 3 auch kraft- oder abstandsgeregelt auf
die Werkstückoberfläche 15 gedrückt werden.
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Das
Auswerfen des Werkstücks 2 aus
dem Unterwerkzeug 29 durch die Anhebevorrichtung 4' ist in einer
schematischen Detaildarstellung in 3a–3d dargestellt:
3a zeigt
einen Bereich des Unterwerkzeugs 29 während des Einlegens des in
dieser Umformstation 28 umzuformenden Werkstücks 2.
Das Unterwerkzeug 29 umfasst die Anhebevorrichtung 4' mit mehreren
auf Druckfedern 24' gelagerten
Druckelementen 32. Aufgrund der Federkraft der Druckfedern 24' ragen die Druckelemente 32 der
Anhebevorrichtung 4' bei
geöffnetem
Umformwerkzeug 29, 33 aus der Oberfläche 34 des
Unterwerkzeugs 29 heraus. An den dem Werkstück 2 zugewandten
Enden der Druckelemente 32 ist je ein Sauggreifer 3' befestigt, der
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
baugleich zu den Sauggreifern 3 der Saugerbrücke 4 ausgeführt sind;
gleiche Bezugszeichen bezeichnen daher gleiche Komponenten.
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Nach
Ablage des Werkstücks 2 in
das Unterwerkzeug 29 wird das Oberwerkzeug 33 abgesenkt, und
das Werkstück 2 wird
zwischen den Werkzeughälften 29, 33 umgeformt.
Durch die Pressenkraft des Oberwerkzeugs 33 werden die
Druckelemente 32 in das Unterwerkzeug 29 hineingedrückt, so
dass sie – wie
in 3b dargestellt – in das Unterwerkzeug 29 versenkt
werden. Der Gegendruck der Druckfeder 24' bewirkt, dass der Sauggreifer 3' an das Werkstück 2 angedrückt wird,
wobei der Saugnapf 6' verformt
und Luft aus seinem Innenraum 10' verdrängt wird. Beim Schließen des
Werkzeugs 29, 33 kann das Ventil 12' – wie in 3b dargestellt – geöffnet sein,
so dass die Luft aus dem Innenraum 10' des Saugnapfs 6' durch den Belüftungskanal 9' entweichen
kann. Alternativ kann das Ventil 12' auch geschlossen sein, so dass
die Luft zwischen Außenrand 16' des Saugnapfes 6' und der Oberfläche 15 des Werkstücks 2 hindurch
entweicht.
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Ist
das Oberwerkzeug 33 vollständig abgesenkt, so wird das
Ventil 12' des
Sauggreifers 3' geschlossen,
so dass zwischen der Werkstückoberfläche 15 und
der Saugnapfinnenfläche 17' ein dicht geschlossener
Hohlraum 10' gebildet
wird. Beim Anheben des Oberwerkzeugs 33 wird das Werkstück 2 durch
die Federkraft 24' des
Druckelements 32 aus dem Unterwerkzeug 29 herausgedrückt (siehe 3c);
durch den Unterdruck im geschlossenen Hohlraum 10' wird das Werkstück 2 dabei
auf dem Druckelement 32 lagefixiert. Der Sauggreifer 3' gewährleistet
daher – auch
bei hohen Hubzahlen der Transferpresse 27 – eine ruhige
Teilelage und eine reproduzierbaren Lage und Ausrichtung des Werkstücks 2 und
verhindert, dass das Karosserieteil 2 auf den Druckelementen 32 der
Anhebevorrichtung 4' hin-
und herrutscht.
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Die
Entnahme des Werkstücks 2 aus
der Anhebevorrichtung 4' erfolgt
mit Hilfe eines (in den Figuren nicht dargestellten) Greifwerkzeugs,
beispielsweise der Saugerbrücke 4 der 2a–2d.
Sobald das Greifwerkzeug das Werkstück 2 ergriffen hat,
wird Ventil 12' geöffnet, so
dass der Innenraum 10' des
Saugnapfes 6' durch
den Belüftungskanal 9' belüftet wird
und das Werkstück 2 von
den Druckelementen 32 abgehoben werden kann (Pfeil 35 in 3d).
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Die
Handhabungseinrichtung 1 mit der Saugerbrücke 4 und/oder
der Anhebevorrichtung 4' kommt
vorzugsweise in einer Transferpresse 27 zum Einsatz, um
Blechteile von einer Tiefziehstation in eine nächste zu transferieren. Besonders
vorteilhaft wirkt sich dabei das (beim Tiefziehen allgemein übliche)
leichte Ölen
der Blechteile aus, da es ein gasdichtes Anhaften des Außenrands
des Saugnapfes 6, 6' auf
der Werkstückoberfläche 15 sicherstellt. Weiterhin
kann die Handhabungsvorrichtung 1 zum automatisierten Einlegen
von Platinen in eine Tiefziehpresse bzw. zum Entnehmen fertig abgepresster Tiefziehteile
verwendet werden. Außerdem
kann die Handhabungsvorrichtung 1 beim automatisierten Transportieren
bzw. Fixieren von flachen Werkstücken
aus Glas, Kunststoff etc. zum Einsatz kommen. Einzige Voraussetzung
ist, dass die Oberfläche 15 des
zu transportierenden Werkstücks 2 glatt
genug ist, um zwischen der Innenfläche 17, 17' des Saugnapfes 6, 6' und der Werkstückoberfläche 15 den
beschriebenen Unterdruck aufzubauen und während des Werkstücktransports
bzw. der Werkstückfixierung
zu halten.