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Die
Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung mit mindestens zwei in
oder an einem Gehäuse
geführten
Schlitten, wobei jeder Schlitten ein Greifelement trägt und jeweils
mit einer Zahnstange gekoppelt ist, die Teil eines die Schlitten
im Gehäuse
synchronisierenden Getriebes sind.
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Aus
dem Katalog „Sommer
Automatic" der Sommer-automatic
GmbH & Co.KG,
Seite 99, aus dem Jahr 2003 ist eine derartige Greifvorrichtung
bekannt. Diese Greifvorrichtung hat jedoch zwei Schlitten, die jeweils
einzeln mittels pneumatischer Zylinder-Kolben-Einheiten angetrieben werden.
Eine Lageregelung ist hier nicht möglich.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, eine
Greifvorrichtung mit geringer Masse zu entwickeln, bei der die die
Greifelemente tragenden Schlitten stabil geregelt, sicher und energiesparend
bewegt werden.
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Diese
Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Dazu
kämmt jede Zahnstange
mit einem Schraubrad.
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Die
Schraubräder
sind über
ein Getriebe gekoppelt. Das Getriebe ist Teil eines elektrischen
Antriebes.
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Mit
dieser Greifvorrichtung kann man weg- und/oder kraftgeregelt ein
Werkstück
handhaben, also ergreifen, halten und freigeben. Da bei dieser Vorrichtung
die letzte den Schlitten antreibende Getriebestufe ein selbsthemmendes
Schraubgetriebe ist, wird die Greifkraft gehalten ohne dass permanente,
den Antrieb überhitzende
Regelausschläge
notwendig sind.
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Beispielsweise
ist das Schraubgetriebe ein ebenes Lineargetriebe, bei dem pro Schlitten
ein schneckenartiges Schraubrad eine schrägverzahnte Zahnstange antreibt.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform.
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1:
Dimetrische Darstellung einer elektrisch angetriebenen Greifvorrichtung;
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2:
Mittiger Vertikallängsschnitt
zu 1;
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3:
Horizontalschnitt zu 1 auf der Höhe der Schraubräder;
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4:
Querschnitt zu 1 auf der Höhe des ersten Getriebezugs
des Vorgelegegetriebes;
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5:
Querschnitt zu 1 auf der Höhe des zweiten Getriebezugs
des Vorgelegegetriebes;
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6:
Querschnitt zu 1 auf der Höhe des Synchronisiergetriebes;
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7:
Querschnitt zu 1 auf der Höhe der Schraubradverzahnung.
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Die 1 zeigt
einen elektromotorisch angetriebenen Parallelgreifer mit zwei für das Aufnehmen von – hier nicht
dargestellten – Greifelementen
ausgestatteten Schlitten (61, 62). Die die Schlitten
(61, 62) tragenden Führungsschienen (21, 22)
sind außen
an einem Gehäuse
(10) befestigt. Der Antriebmotor (111) und die
Getriebe (70, 80, 90) sind im Gehäuse (10)
gelagert, vgl. 2 und 3.
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Der
Motor (111) treibt ein zweistufiges Vorgelegegetriebe (90)
an, dessen Abtriebsrad (94) des zweiten Getriebezugs an
das zentrale Rad (81) eines dreirädrigen Synchronisiergetriebes
(80) gekoppelt ist. Die vom Rad (81) angetriebenen
zwei Abtriebsräder
(82, 83) des Synchronisiergetriebes (80)
sind starr mit den jeweiligen Schraubrädern (75, 76)
der die Schlitten (61, 62) antreibenden Schraubgetriebe (70)
verbunden.
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Das
beispielsweise einteilige Gehäuse
(10) ist ein im Wesentlichen quaderförmiger, z.B. aus einer Aluminiumlegierung
hergestellter Körper.
Die Abmessungen des Gehäuses
(10) betragen beim Ausführungsbeispiel,
in Millimetern: 220 × 130 × 75. Das Gehäuse (10)
hat an seiner Oberseite (11) z.B. zwei Nuten (23)
zur Lagerung von Führungsschienen
(21, 22). Diese Nuten (23) verlaufen
parallel zu den längeren
Körperkanten
des Gehäuses
(10). Die Länge
der Führungsschienen
(21, 22) entspricht der Länge des Gehäuses (10).
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Das
Gehäuse
(10) hat an seiner Vorderseite (13) in den oberen
Eckbereichen jeweils einen Gehäuseabsatz
(25, 26), dessen Länge z.B. 34% der Gehäuselänge und
dessen Höhe
z.B. 56% der Gehäusehöhe beträgt. Die
einzelne Absatzbreite entspricht je weils ca. 26% der Gesamtgehäusebreite.
In jedem Gehäuseabsatz
(25, 26) endet eine Durchgangsbohrung (27, 28),
in der jeweils z.B. gleitgelagert eine Zahnstange (71, 72)
geführt
ist.
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Der
mittlere Gehäusebereich
der Vorderseite (13) hat eine zentrale Stufenbohrung (31)
zur Aufnahme des Elektromotors (111) und eines Vorgelegegetriebes
(90). Am Boden (32) der ersten Stufe ist die Kombination
aus Motor (111) und Vorgelegegetriebe (90) mit
zwei Schrauben (109) befestigt, vgl. 2 und 7.
An der Rückseite
des Motors (111) ist ein Tachogenerator (113)
angeordnet. Der Tachogenerator (113) liefert Signale für eine Lageregelung
der Greifvorrichtung.
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Ein
Abtriebsrad (94) des Vorgelegegetriebes (90) stützt sich
in einem mittleren Stufenabschnitt (33) ab. An diesem mittleren
Stufenabschnitt (33) schließt sich ein hinterer Stufenabschnitt
(34) an, in den das Abtriebsrad (94) des Vorgelegegetriebes (90)
hineinragt. Das Gehäuse
(10) ist an seiner Vorderseite (13) durch eine
im Wesentlichen rechteckige Motorschachtverlängerung (35) verlängert. Letztere ist
mit einem Motorschachtdeckel (36) verschlossen. Aus dem
Motorschachtdeckel (36) werden im Ausführungsbeispiel die Kabel zum
Antrieb und zur Steuerung des Motors (111) herausgeführt, vgl. 1.
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Die
Stufenbohrung (31) wird von der Unterseite (12)
des Gehäuses
(10) aus von einer rechteckigen vertikal orientierten Gehäuseausnehmung (38)
geschnitten. Die Gehäuseausnehmung
(38) hat eine Breite, die dem Innendurchmesser der ersten Stufe
der Stufenbohrung (31) entspricht. Sie beginnt am Boden
(32) und erstreckt sich auf ca. 95% der Länge dieser
Stufe. Die Gehäuseausnehmung
(38) ist durch einen Bodendeckel (39) verschlossen.
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Von
der Rückseite
(14) aus sind in das Gehäuse (10) zwei parallele,
gestufte Sacklochbohrungen (41, 42) eingearbeitet.
Beide Sacklochbohrungen (41, 42) dienen u.a. der
Aufnahme der Schraubräder
(75, 76) des Synchronisiergetriebes (80).
Die Mittellinien dieser Sacklochbohrungen (41, 42)
und die Mittellinien der Durchgangsbohrungen (27, 28) liegen
parallel zueinander in einer Horizontalebene (29), vgl. 6.
Die Mittellinie der Stufenbohrung (31) liegt um ca. 7%
unterhalb dieser Horizontalebene (29).
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Die
Sacklochbohrungen (41, 42) treffen im mittleren
Gehäusebereich
auf den hinteren Stufenabschnitt (34) der zentralen Stufenbohrung
(31). Die Überdeckung
der Bohrungen (31, 41, 42) ist größer als
die Länge
der Verzahnungsbreite der Stirnräder (81–83)
des Synchronisiergetriebes (80). Die Sacklochbohrungen
(41, 42) sind mit einem hinteren Getriebedeckel
(59) verschlossen.
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Das
Vorgelegegetriebe (90) umfasst u.a. vier Stirnräder (91–94)
und zwei Getriebeplatten (95, 101), vgl. 2 bis 5,
wobei jede Getriebeplatte (95, 101) einen Getriebezug
aufnimmt. Der erste Getriebezug besteht aus einem Antriebsrad (91)
und einem Abtriebsrad (92). Die Übersetzung beträgt z.B.
1 : 2,1 ins Langsame. Das Antriebsrad (91) sitzt über eine
kraftschlüssige
Wellen-Naben-Verbindung auf der Motorwelle (112). Die erste
Stufenbohrung (96) der ersten Getriebeplatte (95)
weist eine Motorzentrierung (97) auf. Die zweite Stufenbohrung
(98) der Getriebeplatte (95) trägt die das
Abtriebsrad (92) lagernde Achse (99) und umgibt
zugleich das Abtriebsrad (92). Letzteres sitzt nadelgelagert
auf der Achse (99). Die Getriebeplatte (95) ist
mit dem Stirnflansch des Motors (111) verschraubt.
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Die
zweite Getriebeplatte (101), die die gleichen Außenabmessungen
wie die erste (95) hat, lagert das Antriebsrad (93)
und das Abtriebsrad (94) des zweiten Getriebezugs. Dieser
Getriebezug hat z.B. die gleiche Übersetzung ins Langsame wie
der erste Getriebezug. Das Abtriebsrad (92) des ersten Getriebezugs
und das Antriebsrad (93) des zweiten Getriebezugs sind
z.B. aus einem Teil gefertigt.
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Auch
hier sitzt das Antriebsrad (93) in einer Stufenbohrung
(102), von der ein Bereich die Achse (99) lagert.
In der zweiten Stufenbohrung (104) sitzt kugelgelagert
das Abtriebsrad (94). Ein Rillenkugellager (105)
zentriert gleichzeitig die zweite Getriebeplatte (101)
gegenüber
dem Gehäuse
(10), vgl. 2.
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Das
Abtriebsrad (94) sitzt ferner bauraumsparend über ein
weiteres Wälzlager,
z.B. ein Rillenkugellager (106), auf der Motorwelle (112).
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Beide
Getriebeplatten (95, 101) sind über die Schrauben
(108), vgl. 4, miteinander verbunden.
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Das
Vorgelegegetriebe (90) treibt das Synchronisiergetriebe
(80) an, vgl. auch 6. Das Antriebsrad
(81) des Synchronisiergetriebes (80) kämmt mit
den beiden Abtriebsrädern
(82, 83). Das Übersetzungsverhältnis beträgt z.B.
1 : 1,66 in Langsame. Das Antriebsrad (81) ist einteilig
mit dem Abtriebsrad (94) des Vorgelegegetriebes (90)
verbunden, vgl. 3. Die Abtriebsräder (82, 83)
des Synchronisiergetriebes (80) sind jeweils Teil der Schraubräder (75, 76)
des ebenen Schraubgetriebes (70). Das einzelne Schraubrad
(75, 76) ist eine beispielsweise einzahnige, zylindrische
Schnecke.
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Die
einzelne Kombination aus Abtriebsrad (82, 83)
und Schraubrad (75, 76) ist jeweils dreifach nadelgelagert:
eine Radiallagerung und zwei Axiallagerungen. Die Schraubräder (75, 76)
lagern radial jeweils über
Nadeln (87) auf den Achsen (85, 86).
Im Bereich der Stirnseiten der Schraubräder (75, 76) sind
komplette Axialnadellager (88) angeordnet. Zur sicheren
Abstützung
der im Gehäuse
(10) in den Sacklochbohrungen (41, 42)
steckenden Achsen (85, 86), sitzen in den Bohrungen
(41, 42) jeweils Lagerböcke (43, 44).
In den über
Passschrauben am Gehäuse
(10) befestigten Lagerböcken
(43, 44) sind Einstellschrauben (45, 46)
gelagert. Letztere haben Mittellinien, die mit den Mittellinien
der Bohrungen (41, 42) deckungsgleich sind.
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Die
einzelne Einstellschraube (45, 46) hat einen Kopf
(48) und einen Schaft (55). Sie hat eine gestufte
Durchgangsbohrung (47). Im Kopf (48) weitet sich
die Durchgangsbohrung (47) zur Lagerung der Achse (85, 86)
entsprechend auf. Um die Durchgangsbohrung (47) herum befindet
sich im Kopf (48) eine zylindrische Einsenkung, in der
jeweils eine der Axiallagerschalen der Axialnagellager (88)
eingebettet ist. Der Schaft (55) weist an seiner Außenkontur ein
Einstellgewinde (56) auf. Im dortigen Bereich der Durchgangsbohrung
(47) ist ein Innensechskantprofil (57) eingearbeitet. Über den
Innensechskant kann die jeweilige Einstellschraube (45, 46)
zur Einstellung des Lagerspiels der Schraubräder (75, 76)
verstellt werden. Die Einstellschrauben (45, 46)
haben gegenüber
den Lagerböcken
(43, 44) oder gegenüber dem Gehäuse (10) hier nicht
dargestellte Verdrehsicherungen.
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Jedes
Schraubrad (75, 76) kämmt mit einer Zahnstange (71, 72).
Letztere hat eine im Wesentlichen zylindrische Kontur, die gleitgelagert
in der Durchgangsbohrung (27, 28) gelagert ist.
Die einzelne Zahnstange (71, 72) hat im Ausführungsbeispiel eine
reine Schrägverzahnung,
deren Schrägungswinkel
dem Mittensteigungswinkel des jeweiligen Schraubrades (75, 76)
entspricht. Die Zahnflanken der Paarung haben pro Flankenberührung jeweils nur
eine Punktberührung.
Die vorhandene Längsgleitbewegung
der Zahnflanken erfordert hier verschleißfeste Werkstoffe oder gehärtete Bauteile.
Im Ausführungsbeispiel
sind daher die Bauteile (71, 72) und (75, 76)
jeweils aus einem Nitrierstahl 31CrMoV9 gefertigt und entsprechend
oberflächengehärtet.
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Die
Schrägverzahnung
der Zahnstangen (71, 72) hat u.a. den Vorteil,
dass bei seinem Einbau in das Gehäuse (10) die Mittellinie
der Schraubräder (75, 76)
nicht präzise
in der Mittelebene der Verzahnung liegen muss.
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Im
hinteren Bereich ist die Zahnstange (71, 72) auf
z.B. 50% ihrer Gesamtlänge
schrägverzahnt. Das
vordere Ende der Zahnstange (71, 72) ist über ein
Koppelelement (67, 68) starr mit einem auf einer entsprechenden
Führungsschiene
(21, 22) gelagerten Schlitten (61, 62)
gekoppelt, vgl. 1. Das untere Ende des Koppelelements
(67, 68) umgreift formschlüssig das vordere Ende der entsprechenden Zahnstange
(71, 72), vgl. 3. Zusätzlich hält eine Senkschraube
(69) die Verbindung spielfrei.
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Nach
den 1 und 3 befindet sich der vordere
Schlitten (61) in einer vorderen und der hintere (62)
in einer hinteren Position. Nach 3 kämmt demnach
die Zahnstange (71) mit ihrem hinteren Ende mit dem entsprechenden
Schraubrad (75), während
die Zahnstange (72) über
ihr vorderes Verzahnungsende mit dem Schraubrad (76) in
Eingriff steht.
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Durch
ein Betätigen
des Motors (111) wechseln die Schlitten (61, 62)
bei voller Hubausnutzung ihre Position. Nach 3 fährt die
Zahnstange (71) nach rechts und die Zahnstange (72)
synchronisiert nach links. Bei diesen Bewegungen verlassen jeweils nur
die Zahnstangenbereiche das Gehäuse
(10), die eine zylindrische Außenkontur aufweisen. Zur Abdichtung
gegenüber
der jeweiligen Zahnstange (71, 72) kann daher
jeweils ein Radialwellendichtring (73) verwendet werden.
Auf diese Weise können
der gesamte Motor- und Getriebebereich u.a. gegen das Eindringen
von Schmutz, Staub, Spänen
oder Spritzwasser abgedichtet werden.
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Die
auf der Gehäuseoberseite
(11) sitzenden Führungsschienen
(21, 22) tragen jeweils einen Schlitten (61, 62).
An jedem Schlitten (61, 62) sind zwei Kugelumlaufschuhe
(65, 66) hintereinander befestigt. Die Kugelumlaufschuhe
(65, 66,) führen
die Schlitten (61, 62) reibungsarm an den Führungsschienen
(21, 22). Nach 1 sitzen
vor den Kugelumlaufschuhen (65, 66) an dem einzelnen
Schlitten (61, 62) jeweils ein Koppelelement (67, 68).
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An
der Schlittenoberseite, vgl. 1, trägt jeder
Schlitten (61, 62) mehrere Zentrierhülsen (63) und
Befestigungsbohrungen (64). Die Befestigungsbohrungen (64)
haben unterhalb der die Zentrierhülsen (63) positionierenden
Zylindersenkungen z.B. jeweils Innengewinde. Auf den Zentrierhülsen (63) werden – hier nicht
dargestellte – Greifelemente
aufgesetzt und jeweils mittels Schrauben in den entsprechenden Befestigungsbohrungen
(64) verankert. Selbstverständlich können die Greifelemente auch an
die jeweiligen Schlitten (61, 62) angeformt sein.
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Nach
der Montage des Motors (111), der Getriebe (70, 80, 90)
und der Schlitten (61, 62) werden die Verzahnungen
mit Fett geschmiert und abschließend die Deckel (36, 39, 59)
auf der Vorder- (13), Rück-
(14) und Unterseite (12) des Gehäuses (10) abdichtend
befestigt.
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- 5
- Hubrichtung
- 10
- Gehäuse
- 11
- Oberseite
- 12
- Unterseite
- 13
- Vorderseite,
Stirnseite
- 14
- Rückseite,
Stirnseite
- 21,
22
- Führungsschienen,
Führungen
- 23
- Befestigungsnuten
- 25,
26
- Gehäuseabsatz
- 27,
28
- Durchgangsbohrungen
- 29
- Horizontalebene
- 31
- Stufenbohrung
- 32
- Boden
- 33
- Stufenabschnitt,
Mitte
- 34
- Stufenabschnitt,
hinten
- 35
- Motorschachtverlängerung,
rechteckig
- 36
- Motorschachtdeckel
- 38
- Gehäuseausnehmung,
vertikal
- 39
- Bodendeckel
- 41,
42
- Sacklochbohrungen
- 43,
44
- Lagerböcke
- 45,
46
- Einstellschrauben
- 47
- Durchgangsbohrung
- 48
- Kopf
- 55
- Schaft
- 56
- Einstellgewinde
- 57
- Innensechskant
- 59
- Getriebedeckel,
hinten
- 61,
62
- Schlitten,
vorn, hinten
- 63
- Zentrierhülsen
- 64
- Befestigungsbohrungen
- 65,
66
- Kugelumlaufschuhe
- 67,
68
- Koppelelemente
- 69
- Senkschraube
- 70
- Schraubgetriebe
- 71,
72
- Zahnstangen
- 73
- Radialwellendichtringe
- 75
- Schraubrad,
links
- 76
- Schraubrad,
rechts
- 77,
78
- Rotationsachsen
- 80
- Synchronisiergetriebe
- 81
- Antriebsrad
- 82
- Abtriebsrad,
links
- 83
- Abtriebsrad,
rechts
-
-
- 85,
86
- Achsen
- 87
- Nadeln
- 88
- Axialnadellager
- 90
- Vorgelegegetriebe
- 91
- Antriebsrad,
erster Getriebezug
- 92
- Abtriebsrad,
erster Getriebezug
- 93
- Antriebsrad,
zweiter Getriebezug
- 94
- Abtriebsrad,
zweiter Getriebezug
- 95
- erste
Getriebeplatte
- 96
- erste
Stufenbohrung
- 97
- Motorzentrierung
- 98
- zweite
Stufenbohrung
- 99
- Achse
- 101
- zweite
Getriebeplatte
- 102
- erste
Stufenbohrung
- 104
- zweite
Stufenbohrung
- 105
- Rillenkugellager
- 106
- Rillenkugellager
- 108
- Schrauben
zur Verbindung von (95) und (101)
- 109
- Schrauben
für Antriebsbefestigung
- 110
- Antrieb
- 111
- Elektromotor
- 112
- Motorwelle
- 113
- Tachogenerator