DE102006047285B3

DE102006047285B3 - Schnellwechselkupplung und Verwendung einer derartigen Schnellwechselkupplung bei einem Greifer oder Greifersystem im Karosseriebau der Kfz-Industrie

Info

Publication number: DE102006047285B3
Application number: DE200610047285
Authority: DE
Inventors: Rainer Kempken
Original assignee: Tuenkers Maschinenbau GmbH
Current assignee: Tuenkers Maschinenbau GmbH
Priority date: 2006-10-06
Filing date: 2006-10-06
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2026-10-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schnellwechselkupplung und die Verwendung einer derartigen Schnellwechselkupplung bei einem Greifer oder Greifersystem im Karosseriebau der Kfz-Industrie. Eine derartige Schnellwechselkupplung ermöglicht einen relativ einfachen und massearmen Aufbau, der eine sichere und schnelle Verspannung und Verriegelung mit den unterschiedlichen Greifern bzw. dem Greifersystem ermöglicht.

Description

Gattung
Die Erfindung betrifft eine Schnellwechselkupplung.
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer derartigen Schnellwechselkupplung für einen Greifer oder Greifersystem im Karosseriebau der Kfz-Industrie.
Stand der Technik
Durch die DE 33 28 291 A1 ist eine Drehmaschine mit einem an einem Ende der Drehspindel angeschlossenen kraftbetätigten Werkstückhalter, insbesondere Spannfutter, vorbekannt. In der Spindel befindet sich eine axial verstellbare Spannstange, die mit einem zentralen axialen Spannglied des Werkstückhalters verbunden ist. Zwischen der Drehspindel und dem Werkstückhalter ist ein Spannkopf mit am Spindelende befestigtem und von der Spannstange durchgriffenem Spannkopfkörper vorgesehen. Er besitzt radial geführte Spannbolzen mit nach außen über die Umfangsfläche des Spannkopfkörpers vorverstellbaren Bolzenköpfen, ferner Zylinderräume mit die Spannbolzen betätigenden Kraftkolben und auf der Seite des Werkstückhalters Zentriermittel für den Werkstückhalter. Der Werkstückhalter besitzt einen den Spannkopfkörper außen axial zur Drehspindel hin übergreifenden Kragen, der für den Eingriff der Bolzenköpfe in Form einer Ringnut ausgenommen ist. Die Bolzenköpfe und der Ringkragen liegen in schrägen Spannflächen axial derart einander an, dass bei radial nach außen gedrückten Spannbolzen der Werkstückhalter über die Spannflächen und den Kragen axial gegen den Spannkopfkörper gezogen und daran zentriert wird. Die begrenzt verdrehbare Spannstange und das Spannglied sind axial durch eine Kupplung verbunden.
Die DE 34 10 670 A1 beschreibt eine Spannzeugwechselanordnung an Werkzeugmaschinen. Hierbei ist ein Träger vorgesehen, der rückwärtig eine Formschlussaufnahme für die Spannelemente der Spannvorrichtung und ferner eine zentrierend wirkende Drehmitnahme aufweist, für die auf der Aufnahmeeinheit der Werkzeugmaschine ein entsprechend geformtes Gegenstück vorgesehen ist. Die Anordnung beinhaltet Träger mit jeweils an verschiedenen Spannzeugen angepassten, vorderen Befestigungsflächen. Es können somit die verschiedensten handelsüblichen Standardspannwerkzeuge, jeweils zusammen mit angepassten Trägern, an jeder beliebigen Bearbeitungsstation der Werkzeugmaschine eingewechselt werden.
Die DE 30 45 537 C2 betrifft eine Vorrichtung zum lösbaren Befestigen eines Spannfutters an einer hohlzylindrischen, drehbaren Spindel einer Werkzeugmaschine.
Aus der DE 30 45 536 A1 ist eine Vorrichtung zum zentrierten Spannen eines Werkstück-Spannfutters vorbekannt, was entsprechend auch für die DE 30 45 537 C2 und die DE 33 28 291 A1 gilt.
Die DE 38 13 982 C1 betrifft eine Vorrichtung zum Aufspannen eines kraftbetätigten Spannfutters auf einer Werkzeugmaschinenspindel.
Aus der US 5,901,967 A ist eine auswechselbare Kupplung vorbekannt.
Aus dem Katalog der Firma Sommer-Automatic GmbH & Co. KG, Ettlingen, 2005, Seite 8, „Roboterzubehör". sind verschiedene pneumatische Werkzeugwechsler, auch für Roboter, sogenannte Handwechsler für Roboter, mit einem Roboterflansch, einem roboterseitigem Festteil, einem sogenannten Energieelement mit integrierter Luftdurchführung, Verriegelungsbolzen, die einer Verriegelungshülse angepasst sein sollen, einem sogenannten Losteil zur werkzeugseitigen Montage mit Verriegelungshebel und federüberlasteter Einrastfunktion sowie einer Verriegelungshülse vorbekannt. Des weiteren ergeben sich aus dem Katalog sogenannte Drehverteiler für Roboter und Achsausgleiche sowie pneumatische Crash-Schütze, die im wesentlichen einen Antrieb mit einfach wirkendem Pneumatikzylinder und über den Arbeitsdruck einstellbare Ansprechempfindlichkeit mit integrierter Feder aufweisen. Es ist außerdem ein Roboteranschlussflansch, eine Energiezuführung, ein Differenzdruckschalter sowie ein Klemmbock zur Aufnahme für induktive Näherungsschalter und eine Sensorik, ferner eine Kraftübertragung mit einem Kolben und einem aus Aluminiumlegierung bestehendem Gehäuse und eine Überlastkennung und ferner ein Anschlussflansch vorgesehen. Die erforderlichen Momente und Kräfte sollen stufenlos über den Arbeitsdruck einstellbar sein, wobei durch das Auslenken der Werkzeugseite ein Signal erzeugt wird, das zur Not-Aus-Steuerung der Anlage verwendet werden soll.
Aus einem weiteren Katalog der Firma Sommer-Automatic GmbH & Co. KG „Werkzeugwechsler" 09-2005 sind ebenfalls pneumatische Werkzeugwechselsysteme, Werkzeugkupplungen und Handwechsler vorbekannt. Die Werkzeugkupplungen besitzen eine Aufnahme für eine Zentrierscheibe, ein Festteil zur maschinenseitigen Montage und ein Gehäuse aus Aluminiumlegierung. Ferner Verriegelungskugeln, die selbsthemmend bei Druckabfall wirken, mit einer Spannhülse zur Momentaufnahme und einem Losteil zur werkzeugseitigen Montage. Es ist außerdem ein doppelt wirkender Pneumatik-Zylinder als Antrieb vorgesehen.
Aus einem Prospekt der Firma Carl Kurt Walther GmbH & Co. KG, Hahn, „Werkzeugwechselsystem für Industrie-Roboter" ist ebenfalls eine Wechselkupplung vorgesehen, bei der als Verriegelungskörper Kugeln verwendet werden, die über den Umfang verteilt angeordnet sind. Derartige Kupplungen sollen sowohl für Schweiß- als auch für Greifer-Werkzeuge Verwendung finden und je nach Einsatzzweck mit verschiedenen Elektro- oder Fluid-Übertragungselementen ausgerüstet werden. Bei Druckabfall soll der Werkzeugwechsler spielfrei und selbsthemmend arretieren.
Ähnlich mit Kugel arbeitende Kupplungen beschreibt die Firma Schunk in verschiedenen Katalogen, wobei über Kolben betätigte Kugeln zur Verriegelung verwendet werden (GWS-Greiferwechselsystem Typ GWS, Pneumatisch). Der Antrieb erfolgt pneumatisch. Bei einer Kupplung ähnlicher Bauart wird eine Verrie gelungsmechanik in Form eines Keilhakensystems mit integrierten Federn zur Erhaltung der Verriegelungskraft bei Druckabfall verwendet. Auch hier erfolgt der Druckabfall pneumatisch.
Bei den zum Stand der Technik gehörenden Kupplungen wird in der Regel eine teure Mechanik am Roboter vorgesehen, die außerdem an die unterschiedlichen Kupplungsmöglichkeiten von zu bewegenden Vorrichtungen, zum Beispiel von Greifersystemen, jeweils angepasst und abgestimmt werden muss. So werden zum Beispiel im Karosseriebau der Kfz-Industrie im Form von aus Rohren oder Profilen bestehende Gittersysteme verwendet, an denen unterschiedliche Vorrichtungen wie Kniehebelspannvorrichtungen, Clinch- und Zentrier- sowie über Kniehebel angetriebene Schweißvorrichtungen angeordnet werden. Derartige Greifersysteme können in einer Art Magazin bereitgehalten werden. Diese Greifersysteme müssen nunmehr Kupplungsteile verwenden, die jeweils mit den an einem Roboterarm befestigten, Energie angetriebenen Kupplungen angepasst sind. Hierdurch ergeben sich teure Konstruktionen, die darüber hinaus noch schwer sind.
Bei zahlreichen Kupplungen dieser Art besteht außerdem der Nachteil, dass nur eine Art Verrasterung mit dem jeweiligen Greifer erfolgt, was zum Beispiel für die mit Kugeln ausgerüsteten Kupplungen gilt. Derartige Kugeln ermöglichen zwar eine Verbindung in Form einer punktförmigen Verrasterung, aber keine direkte sichere Verspannung. Aus diesem Grunde können keine großen Kräfte und auch schon keine großen Massenträgheitskräfte übertragen werden. Das ergibt eine relativ labile Kupplung zwischen aufzunehmendem Greifer mit den unterschiedlichen an ihnen angeordneten Vorrichtungen und dem Roboterarm.
Aus der DE 100 50 619 B4 ist eine als mit Werkzeugbefestigungsvorrichtung bezeichnete Schnellwechselkupplung mit einem Werkzeugadapter vorbekannt, an dem ein Robotergreiferwerkzeug angebracht ist, mit einer Befestigungseinheit, die an einem Robotergreifer angebracht ist, und mit der der Werkzeugadapter lösbar verbunden ist, wobei der Werkzeugadapter eine Vielzahl von Verbindungselementen zur verriegelnden Verbindung mit Klauenelementen, die an der Befestigungseinheit vorgesehen sind, aufweist, wobei die Befestigungseinheit eine Stange, die unter der Wirkung von Luftdruck ausfährt und einfährt, die Vielzahl von Klauenelementen, die in regelmäßigen Winkelabständen um eine Achse der Stange angeordnet und in Radialrichtung verschiebbar sind, einen Konvertierungsmechanismus zur Umwandlung einer Ausfahr-/Einfahrbewegung der Stange in Form eines Klemmkolbens in Verschiebungsbewegung der Klauenelemente und verbindende Verriegelungsabschnitte aufweist, die an äußeren Endabschnitten der jeweiligen Klauenelemente ausgebildet sind. Jeder der Verriegelungsabschnitte weist eine geneigte Fläche auf, die nach unten geneigt ist, während sie nach außen sich erstreckt, und die mit dem Verbindungselement in Eingriff tritt, um den Werkzeugadapter keilartig anzuziehen und einen Stopperabschnitt aufweist, der mit der geneigten Fläche verbunden ist, um bei einem Luftdruckabfall ein Herabfallen des Verbindungselementes von dem Verriegelungsabschnitt zu verhindern, wobei jeder Stopperabschnitt eine horizontale Fläche oder eine umgekehrt, entgegen der geneigten Fläche geneigte Fläche aufweist, wobei eine nach innen gerichtete Komponente der Kraft der Last, die über jedes der Verbindungselemente auf jedes der Klauenelemente wirkt, in einer Position des Stopperabschnittes aufgehoben wird. Der Konvertierungsmechanismus (Klemmkolben) weist eine Nocke auf, die an der Stange oder dem Klauenelement ausgebildet ist, und eine an dem jeweils anderen Element ausgebildete Nockennut, wobei die Nocke und die Nockennut relativ zu der Achse der Stange geneigt sind und miteinander in Eingriff stehen, so dass sie entlang dieser Neigung gleiten können. Der Werkzeugadapter und die Befestigungseinheit weisen jeweils Luftanschlussabschnitte für den Anschluss ihrer Luftrohrleitungsöffnungen auf, wobei ein Kontrollventil, das durch eine Feder elastisch in einer Ventilschließrichtung vorgespannt ist, angebracht ist, und dass eine Druckstange, die durch eine Feder in einer solchen Richtung elastisch vorgespannt ist, dass ein vorderes Ende der Druckstange aus dem Verbindungsabschnitt an der Befestigungseinheit vorsteht, in dem Luftverbindungsabschnitt an der Befestigungseinheit vorgesehen ist, dass die Druckstange durch den Werkzeugadapter hineingedrückt wird, um das Kontrollventil zu öffnen, wenn der Werkzeugadapter und die Befestigungseinheit verbunden sind, und dass der Werkzeugadapter durch die elastische Vorspannkraft der Feder getrennt wird, wenn der Werkzeugadapter und die Befestigungseinheit voneinander getrennt werden.
Die US 5,294,209 A zeigt eine Kupplung mit über den Umfang verteilten Verriegelungsbolzen, die hinter eine keilförmige Abschrägung eines ringförmigen Körpers in Verriegelungsstellung eingreifen.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schnellwechselkupplung zu schaffen, mit der eine sichere Verspannung und Verriegelung mit der aufzunehmenden Vorrichtung, gegeben ist.
Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Verwendung einer derartigen Schnellwechselkupplung für Greifer bzw. Greifersysteme, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie bereitzustellen.
Lösung der Aufgabe betreffend die Schnellwechselkupplung
Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.
Einige Vorteile
Die nach der Erfindung ausgebildete Schnellwechselkupplung ermöglicht eine sichere und schnelle Arretierung und Verriegelung bzw. Verspannung mit der jeweils anzukuppelnden Vorrichtung, zum Beispiel einem Greiferarm im Karosseriebau der Kfz-Industrie.
Im Gegensatz zum Stand der Technik werden keine Stifte oder Kugeln verwendet, die nur eine gewisse Verrasterung ermöglichen, sondern es wird über ein längenverstellbares Übertragungsglied, das mechanisch oder durch Druckmitteldruck durch ein Fluid abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen antreibbar ist, zum Beispiel in Form eines Klemmkolbens axial bewegt, über den jeweils über den Umfang verteilte und mit den Klemmkolben über getrennte Keilgetriebe kraftschlüssig angetriebene Spannbolzen radial stufenlos und synchron bewegt werden. Dadurch lassen sich definierte Spannkräfte radial nach außen an die Peripherie der Schnellwechselkupplung verlagern, so dass sich nicht nur über eine bloße Verrasterung, sondern eine über den Umfang gleichmäßig verteilte Verriegelung und Verspannung mit der aufzunehmenden Vorrichtung, zum Beispiel einem Greifer, ergibt.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Keilgetriebe jeweils mit einem Schnellgang für die Zustellbewegung des Übertragungsgliedes und damit des Klemmkolbens und auch für die Spannbolzen und einer Ausgestaltung versehen sind, die für den eigentlichen Spann- und Klemmhub dienen. Dadurch ist ein schnelles Kuppeln und Entkuppeln möglich. Bei der Erfindung weist der Klemmkolben über seinen Umfang verteilt mehrere Teile des jeweiligen Keilgetriebes bildende Nuten auf, in denen die Spannbolzen geführt und form- und kraftschlüssig angetrieben sind, wobei die in Nuten zur Bildung des Schnellganges in Bezug auf die Längsmittenachse des Übertragungsgliedes und damit des Klemmkolbens unter einem relativ großen spitzen Winkel und über den Weg, der den eigentlichen Klemm- und Spannweg bilden mit einem geringerem Winkel zu der entsprechenden Längsachse verlaufen.
Weitere erfinderische Ausgestaltungen
Weitere erfinderische Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 2 bis 16 beschrieben.
Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 2 wird das Übertragungsglied und damit auch der Klemmkolben mechanisch angetrieben. Dies kann zum Beispiel über eine mit Selbsthemmung versehene und in entgegengesetzten Richtungen drehbare Schraubspindel geschehen.
Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 3 ist das Druckmittel ein geeignetes Hydraulikmedium.
Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 4 beträgt der Winkel für den Schnellgang 25° bis 50°, vorzugsweise 45°, während der Winkel, der den Spann- und Verriegelungsweg bildet, bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 5 1° bis 10°, vorzugsweise 2° bis 4°, beträgt.
Wie sich aus Patentanspruch 6 ergibt, sind die die Spannbolzen antreibenden Nuten des Klemmkolbens an ihrer Peripherie offen ausgebildet und durch die Wand eines in dem Klemmkolben angeordneten Gehäuses über den Umfang geschlossen ausgebildet. Dadurch werden die Spannkolben axial und radial kraft- und formschlüssig sicher geführt.
Patentanspruch 7 beschreibt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform, bei der eine sichere Verspannung gegeben ist.
Bevorzugt sind gemäß Patentanspruch 8 über den Umfang verteilt drei Nuten zur Aufnahme und Antrieb je eines Spannbolzens angeordnet, so dass sich über den Umfang im Bereich der Peripherie der Kupplung ein sicherer und hohe Spann- und Übertragungskräfte ermöglichender Kraftschluss ergibt, der maximal bis unmittelbar an den äußeren Umfang der Schnellwechselkupplung angeordnet ist.
Vorteilhafterweise ist der Klemmkolben durch ein Druckfederelement oder durch mehrere Druckfederelemente im Kupplungssinne und damit im Schließsinne belastet. Dies besitzt den Vorteil, dass bei Energieausfall sich die Schnellwechselkupplung nicht unbeabsichtigt lösen kann.
Patentanspruch 9 beschreibt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform, was auch für Patentanspruch 10 gilt.
Vorteilhafterweise ist das Gehäuse, das das Übertragungsglied aufweist, als Roboterplatte ausgebildet – Patentanspruch 11.
Patentanspruch 12 beschreibt eine vorteilhafte Lösung.
Gemäß Patentanspruch 13 kann die Stützplatte als den Verriegelungsbolzen angepasster Keilring ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, nur im Bereich des jeweiligen Spannbolzens eine derartige Stützplatte anzuordnen, die ein entsprechendes Widerlager als Teil des Keilgetriebes bildet.
Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 14 ist die Stützplatte mit einer Greiferplatte verbunden.
In Patentanspruch 15 ist eine bevorzugte Konstruktion beschrieben, was auch für Patentanspruch 16 gilt.
Lösung der Aufgabe betreffend die Verwendung
Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 17 beschriebenen Merkmale gelöst.
Eine Schnellwechselkupplung gemäß der Erfindung eignet sich mit besonderem Vorteil gemäß Patentanspruch 17 zum Kuppeln mit einem Greifer im Karosseriebau der Kfz-Industrie.
Im Gegensatz zum Stand der Technik kann der Greifer, der zum Beispiel aus einer Art Gittersystem mit an ihm anzuordnenden anderen Vorrichtungen wie Kniehebelspannvorrichtungen, Clinch- und Zentriervorrichtungen, Klebevorrichtungen oder dergleichen ausgebildet sein, mit einer bevorzugt zentrischen Kupplungsplatte versehen sein, die die Grundplatte als Stützplatte bildet. Hiermit können dann die Spannbolzen zusammenwirken, um den entsprechenden Greifer zu spannen. Auf diese Weise ist es zum Beispiel möglich, dass ein Roboter aus einem Magazin die unterschiedlichen Greifer, bestückt mit den jeweils zu verwendenden Vorrichtungen, aufnimmt und auch wieder abstellt. Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Schnellwechselkupplung die Spannstellen durch die Spannbolzen weit nach außen an der Peripherie der Kupplung verlagert sind, lassen sich nicht nur auch große und schwere Greifer sicher verspannen und aufnehmen, sondern auch praktisch spielfrei durch den entsprechenden Roboterarm bewegen, so dass selbst bei schnellen Bewegungen und hohen Massenträgheitskräften es zu keinen Unregelmäßigkeiten im Fertigungsablauf kommt. Darüber hinaus entfallen die bei dem Stand der Technik teuren mechanischen Ausgestaltungen, da nur eine Platte im Greifer vorgesehen zu werden braucht, mit der sich die Spannbolzen kuppeln lassen, in dem hier Widerlager in Form von Keilflächen vorgesehen sind, in die die angetriebenen Spannbolzen eingreifen, um den Greifer aufnehmen zu können.
Auf diese Weise kann zum Beispiel ein Roboter aus einer Art Magazin die unterschiedlichsten Greifer und Vorrichtungen aufnehmen, zum Beispiel an Konsolen angeordnete Kniehebelspannvorrichtungen oder dergleichen, da in dem jeweiligen als Greifer bezeichneten Vorrichtungen nur die entsprechenden Ausnehmungen mit entsprechenden keilförmigen Widerlagerflächen für die Spannbolzen vorgesehen zu werden brauchen. Dadurch ergibt sich eine sehr einfache Konstruktion für die greiferseitige Kupplung.
Die Patentansprüche 18 und 19 beschreiben sehr vorteilhafte Ausführungsformen.
Patentanspruch 20 beschreibt eine vorteilhafte Ausführungsform.
In der Zeichnung ist die Erfindung – teils schematisch – veranschaulicht. Es zeigen:
1 einen Greifer oder Greifersystem in Form eines aus Rohren bestehenden Gitterwerks mit an diesem angeordneten verschiedenen Vorrichtungen, wie zum Beispiel Kniehebelspannvorrichtungen, Clinch- oder Zentriervorrichtungen, Schweißvorrichtungen oder dergleichen;
2 die Anordnung einer Schnellwechselkupplung an einem Roboterarm mit Greiferplatte;
3 einen schematischen Teillängsschnitt durch eine Schnellwechselkupplung der Erfindung in Offenstellung (entriegelter Stellung);
4 die aus 3 ersichtliche Schnellwechselkupplung in Spann- und Verriegelungsstellung;
5 eine Schnellwechselkupplung im Längsschnitt, ohne Roboterarm und ohne Greifersystem;
6 eine perspektivische Darstellung des kolbenförmigen Übertragungsgliedes mit Klemmkolben, drei Spannbolzen und Deckel;
7 einen Klemmkolben in perspektivischer Darstellung;
8 einen Spannbolzen in perspektivischer Darstellung, und
9 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A der 6, ohne Übertragungsglied.
In 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 insgesamt ein Greifer oder Greifersystem bezeichnet, das aus mehreren im Querschnitt runden oder polygonförmigen Rohren besteht, an denen im Raum die unterschiedlichsten Vorrichtungen, zum Beispiel Kniehebelspannvorrichtungen 2 oder dergleichen angeordnet sein können.
Etwa im mittleren Bereich des Greifersystems 1 ist eine Greiferplatte 3 angeordnet, die Teil einer Schnellwechselkupplung bildet, mit der der einem Roboterarm 4 zugeordnete roboterseitige Teil 5 der Schnellwechselkupplung kuppelbar ist. Der Greifer oder das Greifersystem 1 können in einem Magazin bereitgehalten und mit den unterschiedlichsten Vorrichtungen, zum Beispiel Kniehebelspannvorrichtungen, Clinch- und Zentriervorrichtungen, Klebevorrichtungen, Schweißvorrichtun gen oder dergleichen, bestückt sein. Der Roboterarm 4 kann dann aus diesem Magazin den jeweils benötigten Greifer 1 aufnehmen und auch hier wieder ablegen. Die die Verbindung, das Spannen und Lösen bewirkenden Teile der Schnellwechselkupplung sind kraftangetrieben, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform in der noch zu beschreibenden Art und Weise durch Druckmitteldruck, insbesondere pneumatisch. Druckluft steht in den meisten Betrieben durch das dort verlegte Druckluftleitungssystem zur Verfügung. Es steht allerdings auch nicht im Wege, den Kraftantrieb mechanisch, hydraulisch oder elektrisch zu bewirken, falls eine erfindungsgemäße Schnellwechselkupplung in anderer Weise, zum Beispiel in anderen Betrieben oder für andere Zwecke, verwendet werden soll.
Die erfindungsgemäße Schnellwechselkupplung weist ein Gehäuse 6 und ein in einem Zylinderraum 8 längsverschieblich und dichtend geführtes, als Kolben ausgebildetes Übertragungsglied 7 auf. Der Kolben 7 ist über eine nicht dargestellte Steuerungsanlage abwechselnd beidseitig durch Druckmitteldruck, bevorzugt durch Druckluft, zu beaufschlagen und damit pneumatisch in Richtung X bzw. Y angetrieben.
Das Gehäuse 6 besitzt einen Flansch 9 und an seiner dem Kolben 7 zugekehrten Stirnseite Befestigungsbohrungen und Bolzen, mit denen das Gehäuse 6 an dem Roboterarm 4 bzw. dessen Aufnahme fest, aber lösbar, einstückig anzuordnen ist.
Das kolbenförmige Übertragungsglied 7 weist eine Kolbenstange 10 auf, die eine Sackbohrung 11 mit Gewinde aufweist, in das eine Befestigungsschraube 12 durch eine Bohrung 13 eines Klemmkolbens 14 einschraubbar ist und diesen mit der Kolbenstange 10 und damit mit dem kolbenförmigen Übertragungsglied 7 einstückig, aber lösbar, verbindet, so dass beim Hub in Richtung X oder Y der Klemmkolben 14 eine entsprechende Hubbewegung ausführt.
Der Klemmkolben 14 besitzt die insbesondere aus 6, 7 und 9 ersichtliche Ausgestaltung und weist im wesentlichen drei mit gleichmäßigen Winkelabständen, vorliegend um 120° über den Umfang verteilte Flügel oder Arme 15, 16 und 17 auf, deren äußere Peripherie von ein und demselben Kreis begrenzt sind, mithin zylindrisch über den größten Teil der axialen Länge geformt sind. Lediglich an dem den Kolben 7 zugekehrten Längenabschnitt 18 ist der Klemmkolben 14 im Durchmesser verjüngt ausgebildet. Jeder der Flügel 15, 16 und 17 besitzt eine axiale Durchgangsbohrung 19, 20 und 21, wodurch u. a. das Gewicht des Klemmkolbens 14 entsprechend verringert wird. Die Flügel 15, 16 und 17 sind an den einander zugekehrten Seitenwandungen auf dem überwiegenden Teil der axialen Länge durch parallel zur Längsachse des Kolbens 4 verlaufende ebene Wände 22, 23, 24, 25, 26 und 27 begrenzt, wobei in den Wänden 23, 25 und 27 jeweils nutförmige Kulissen 28, 29 und 30 angeordnet sind. Diese nutförmigen Kulissen 28 bis 30 sind nach außen offen ausgebildet und münden stirnseitig auf beiden Seiten des jeweils zugeordneten Flügels 15, 16 und 17 aus.
Wie man insbesondere aus 5 und 7 erkennt, besteht jede Nut 28 bis 30 aus drei Längenabschnitten, wobei aus Gründen der Vereinfachung in 5 lediglich für eine Nut diese drei Längenabschnitte mit den Bezugszeichen 31, 32 und 33 bezeichnet wurden. Wie man erkennt, ist der Längenabschnitt 31 relativ kurz ausgebildet und dem kolbenförmigen Übertragungsglied 7 zugewandt. Der Längenabschnitt 31 verläuft parallel oder unter einem sehr spitzen Winkel von 1° bis 10°, vorzugsweise etwa 2° bis 4°, zur Längsachse 34 des Klemmkolbens 14, während der sich daran anschließende Längenabschnitt 32 unter einem relativ großen spitzen Winkel von zum Beispiel 45° zur Längsachse 34 anschließt. Der sich an den Längenabschnitt 32 anschließende Längenabschnitt 33 verläuft darum wieder unter einem geringen spitzen Winkel von nur 2° bis 4° zur Längsachse 34 des Klemmkolbens 14.
Die Längenabschnitte 31 und 32 dienen als Zustellweg und damit für den Schnellgang, während der Längenabschnitt 33 für den eigentlichen Spann- und Verriegelungsweg von jeweils in den Nuten 28 bis 30 einzeln geführten Spannbolzen 36, 37 und 38 dient. Hierzu besitzt jeder Spannbolzen 36 bis 38 eine quer zu seiner Längsachse verlaufende Aussparung 39 (8), mit der er in der zugehörigen Nut 28 bis 30 des Klemmkolbens 14 kraftschlüssig radial in Richtung R bzw. T, also orthogonal zur Längsachse 34 des Klemmkolbens 14 synchron und stufenlos angetrieben wird. Mit 35 ist die Totpunktebene in 5 angedeutet. In Spann stellung liegen die Spannbolzen 36 bis 38 in dieser Ebene 35 oder etwa in Übertotpunktstellung nach Tot eines Kniehebelgelenks. Jeder Spannbolzen 36 bis 38 besitzt an seinem radial aus der Peripherie des Klemmkolbens 14 heraustretenden Längenabschnitt eine Abschrägung 40, die unter einem spitzen Winkel zur Längsachse des betreffenden Spannbolzens 36 bis 38 verläuft und zum Beispiel 25° bis 50°, vorzugsweise 45°, beträgt und mit der der betreffende Verriegelungsbolzen hinter eine entsprechende keilförmige Aussparung in der zugeordneten Greiferplatte 3 oder einer Stützplatte 41 greift, die Teil der entsprechenden Vorrichtung, zum Beispiel eines Greifers oder eines Greifersystems 1 bildet und die unter einem gleichen Winkel abgeschrägt ist wie die Schräge 40. Selbstverständlich sind auch andere Winkelmaße möglich. In 5 wurde unten provisorisch die Greiferplatte 3 eingezeichnet, um darzustellen, dass die Stützplatte 41 und die übrigen Vorrichtungsteile, die außerdem aus 5 noch ersichtlich sind, nicht unbedingt erforderlich sind. Es genügt, wenn die entsprechenden Widerlager zum Spannen und Kuppeln für die Spannbolzen 36 und 38 in der Greiferplatte 3 selbst vorgesehen sind, so dass sich eine sehr einfache, leichte und damit von der Masse her durch den Roboterarm 4 gut bewegliche Schnellwechselkupplung ergibt.
Der Klemmkolben 14 ist in einem Gehäuse 42 gelagert, das mit einem Flansch in einer Aussparung des Gehäuses 6 radial und axial auch durch die Greiferplatte 3 arretiert und gelagert ist. Das Gehäuse 42 besitzt einen hülsenförmigen Abschnitt 43, in dem der Klemmkolben 14 verschieblich angeordnet ist. Der hülsenförmige Abschnitt 43 ist stirnendseitig durch einen Deckel 44 abgeschlossen, der durch Schrauben oder dergleichen angeordnet sein kann. Zwischen diesem Deckel 44 und dem Klemmkolben 14 sind vorliegend über den Umfang gleichmäßig verteilt drei Druckfederelemente in Form von Schraubendruckfedern 45, 46 und 47 unter Vorspannung angeordnet, die die Tendenz haben, den Klemmkolben 14 im Klemm- und Verriegelungssinne zu belasten, so dass bei Energieausfall sich die Schnellwechselkupplung nicht unbeabsichtigt lösen kann.
Mit 48 ist eine Platte mit Flansch 49 bezeichnet. Die Platte 48 und der Flansch 49 können mit der Greiferplatte 3 durch Schrauben einstückig verbunden sein. Die Platte 48 und der Flansch 49 können im Bedarfsfalle auch entfallen.
Die Roboterseite wird mithin durch das Gehäuse 6 mit dem Kolben 7, den Klemmkolben 14, dem Gehäuse 42 und dem Deckel 44 und die Greiferseite durch die Greiferplatte 3, ggf. mit Platte 48 und Flansch 49 gebildet. Die Trennebene verläuft also zwischen dem Gehäuse 6 und der Greiferplatte 3.
Die Wirkungsweise ist folgende:
Angenommen, das kolbenförmige Übertragungsglied 7 wird von der dem Klemmkolben 14 abgekehrten Seite mit Druckmitteldruck, zum Beispiel durch Luftdruck, beaufschlagt, dann erfolgt eine Verschiebung des Kolbens 7 in Richtung Y und über die Schraube 12 auch eine Verschiebung des Klemmkolbens 14 in gleicher Richtung gegen die Rückstellkraft der drei Druckfederelemente 45, 46 und 47, die dabei weiter vorgespannt werden. Gleichzeitig werden die drei um 120° über den Umfang versetzt zueinander angeordneten Spannbolzen 36, 37 und 38 aus der aus 3 ersichtlichen gelösten Position auf dem Längenabschnitt der betreffenden Nuten 28, 29 und 30 über den Längenabschnitt 32 (Eilgang) bis in den Längenabschnitt 33 hineinbewegt und zunehmend synchron radial in Richtung R, also nach außen in Spann- und Klemmstellung bewegt. Dabei hintergreifen sie die Abschrägung 40 der zugeordneten Greiferplatte 3 und klemmen und verspannen diese, so dass der Roboterarm 4 nunmehr das Greifersystem 1 aufnehmen und in die entsprechende Position bewegen kann. Das Lösen der Schnellkupplung und damit das Ablegen des Greifersystems 1 erfolgt dadurch, dass die entgegengesetzte Seite des Kolbens 7 des Zylinderraums 8 mit Druckmitteldruck, zum Beispiel durch Luftdruck, beaufschlagt wird, was eine entsprechende Verschiebung des Übertragungsglieds 7 in Richtung X und damit auch des Klemmkolbens 14 zur Folge hat. Dadurch bewegen sich die Spannbolzen 36, 37 und 38 aus dem Längenabschnitt 33 (7) über den Längenabschnitt 32 in den Längenabschnitt 31 (3), also in die Lösestellung und geben die Greiferplatte 3 frei, wodurch das Greifersystem 1 abgekuppelt wird.

Claims

Schnellwechselkupplung, mit einem einem Handhabungsgerät zugeordneten Gehäuse (6), in dem ein axialverstellbares Übertragungsglied (7) angeordnet ist, das mit einem Klemmkolben (14) verbunden ist, über den über getrennte Keilgetriebe mehrere über den Umfang des Klemmkolbens (14) verteilte Spannbolzen (36, 37, 38) radial (R bzw. T) in entgegengesetzten Richtungen stufenlos synchron, gleichsinnig und arretierbar antreibbar sind, die verriegelnd in einer auswechselbaren und von einem Roboterarm (4) oder dergleichen transportierbaren Greiferplatte (3) für einen Greifer oder ein Greifersystem (1) eingreifen, wobei die Spannbolzen (36, 37, 38) während des Zustell- oder Anstellhubes durch den Klemmkolben (14) über einen Schnellgang durch getrennte Keilgetriebe antreibbar sind, und dass die Keilgetriebe am Klemmkolben (14) eingearbeitete kulissenartige, zum Umfang und zu den Stirnseiten offene Nuten (28, 29, 30) aufweisen, die jeweils aus drei ineinander sprunglos übergehenden Abschnitten bestehen, von denen der erste, in Lösestellung wirksame Längenabschnitt (33) mit seiner Längsachse einen geringen spitzen Winkel zur Längsachse (34) des Klemmkolbens (14) und der sich daran anschließende, den Schnellgang definierende Längenabschnitt einen erheblich größeren spitzen Winkel mit der Längsachse (34) des Klemmkolbens (14) und der sich daran anschließende, in die Klemm- und Spannstellung des Spannbolzens (36, 37, 38) übergehende Längenabschnitt (33) wiederum einen wesentlich geringeren spitzen Winkel mit der Längsachse (34) des Klemmkolbens (14) bildet und gegebenenfalls bis zur Totpunkt- oder Übertotpunktstellung reicht.
Schnellwechselkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsglied (7) mechanisch durch eine in entgegengesetzten Richtungen drehbar angeordnete und in der jeweiligen Stellung auch arretierbare und auch mit Selbsthemmung versehene Schraube oder Schraubspindel angetrieben ist.
Schnellwechselkupplung nach Anspruch 1, wobei das Übertragungsglied als ein in einem Zylinderraum des Gehäuses längsverschieblich und dichtend abwechselnd beidseitig durch Druckmitteldruck zu beaufschlagender Kolben ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsglied (7) hydraulisch in entgegengesetzten Richtungen (X bzw. Y) antreibbar ist.
Schnellwechselkupplung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der den Schnellgang definierende Längenabschnitt (32) einen Winkel von 25° bis 50°, vorzugsweise von 45°, mit der Längsachse (34) des Klemmkolbens (14) bildet.
Schnellwechselkupplung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, der Lösestellung zugekehrte Längenabschnitt (33) einen Winkel von 1° bis 10°, vorzugsweise von 2° bis 4°, mit der Längsachse (34) des Klemmkolbens (14) bildet.
Schnellwechselkupplung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten oder Kulissen (28, 29, 30) umfangseitig von einem hülsenförmigen Abschnitt (43) eines in dem Gehäuse (6) angeordneten weiteren Gehäuse (42) radial abgedeckt sind, die in einer Aussparung des das Übertragungsglied (7) aufnehmenden Gehäuses (6) angeordnet sind.
Schnellwechselkupplung nach 1 oder einem Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der den Spann- und Klemmweg bildende Längenabschnitt (33) der Kulissen oder Nuten (28, 29, 30) bis zur Totpunktebene (35) oder darüber hinaus reicht.
Schnellwechselkupplung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass drei Nuten bzw. Kulissen (28, 29, 30) mit gleichzeitigem Winkelabstand über den Umfang des Klemmkolbens (14) angeordnet sind und in jeder dieser Nuten (28, 29, 30) je ein Spannbolzen (36, 37 bzw. 38) radial verstellbar angeordnet ist.
Schnellwechselkupplung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkolben (14) stets durch ein oder mehrere vorgespannte Druckfederelemente (45, 46, 47) im Verriegelungssinne belastet ist.
Schnellwechselkupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Druckfederelemente (45, 46, 47) mit ihrem einen Ende gegen die Stirnseite des Klemmkolbens (14) und mit ihrem anderen Ende gegen einen Deckel (44) abstützen, der einstückig mit dem hülsenförmigen Abschnitt (43) des Gehäuses (42) verbunden ist.
Schnellwechselkupplung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Greiferplatte (3) eine Öffnung aufweist, durch die der hülsenförmige Teil (43) mit dem Klemmkolben (14) hindurchgreift und dass die Greiferplatte (3) mit den Spanbolzen (36, 37, 38) zugeordneten Verriegelungsschrägen (40) versehen ist und dass das Gehäuse (6) als Roboterplatte ausgebildet ist.
Schnellwechselkupplung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Greiferseite eine Stützplatte (41) zugeordnet ist, die mit entsprechenden Verriegelungsschrägen für die entsprechende Abschrägung (40) eines jeden Spannbolzens (36, 37, 38) ausgerüstet ist.
Schnellwechselkupplung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützplatte (41) als Keilring ausgebildet ist, mit dem eine entsprechende keilförmige Abschrägung (40) des Spannbolzens (36, 37, 38) zusammenwirkt.
Schnellwechselkupplung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützplatte (41) mit der Greiferplatte (3) funktionell oder materialmäßig einstückig verbunden ist.
Schnellwechselkupplung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Greiferplatte (3) flächig an dem das Übertragungsglied (7) aufnehmenden Gehäuse (6) anliegt.
Schnellwechselkupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Klemmkolben (14) aufnehmendes Gehäuse (42) in einer Durchmesservergrößerung des das Übertragungsglied (7) aufnehmenden Zylinderraumes (8) radial und axial und auch abgedichtet gegenüber dem Zylinderraum (8) angeordnet ist.
Verwendung einer Schnellwechselkupplung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 16 für einen Greifer oder ein Greifersystem (1) im Karosseriebau der Kfz-Industrie.
Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer bzw. das Greifersystem (1) über mehrere kraftangetriebene Keilgetriebe, die über den Umfang der Schnellwechselkupplung angeordnet sind, mit einem Roboter zusammenwirken.
Verwendung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer bzw. das Greifersystem (1) mit unterschiedlichen Vorrichtungen-Kniehebelspannvorrichtung, Clinch- und Zentrier- und Klebevorrichtung, Konsolen – ausgerüstet ist und dass die lösbare Verriegelung mit einer einem Roboterarm (4) zugeordneten Schnellwechselkupplung über mehrere über den Umfang der Greiferplatte (3) angeordnete kraftangetriebene Keilgetriebe erfolgt.
Verwendung nach Anspruch 17 oder einem der Ansprüche 18 oder 19 mit einem mit der Greiferplatte (3) verbundenen waben- oder gitterförmig gestalteten Systemboden, an dem andere Vorrichtungen wie Kniehebelspannvorrichtungen, Clinch- und Zentriervorrichtungen oder Schweißvorrichtungen auswechselbar angeordnet sind.