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Gattung
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Die
Erfindung betrifft eine Schnellwechselkupplung.
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Die
Erfindung betrifft die Verwendung einer derartigen Schnellwechselkupplung
für einen
Greifer oder Greifersystem im Karosseriebau der Kfz-Industrie.
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Stand der Technik
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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.
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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.
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Die
DE 30 45 537 C2 betrifft
eine Vorrichtung zum lösbaren
Befestigen eines Spannfutters an einer hohlzylindrischen, drehbaren
Spindel einer Werkzeugmaschine.
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Die
DE 38 13 982 C1 betrifft
eine Vorrichtung zum Aufspannen eines kraftbetätigten Spannfutters auf einer
Werkzeugmaschinenspindel.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schnellwechselkupplung
zu schaffen, mit der eine sichere Verspannung und Verriegelung mit
der aufzunehmenden Vorrichtung, gegeben ist.
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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.
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Lösung der Aufgabe betreffend
die Schnellwechselkupplung
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Diese
Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 wiedergegebenen Merkmale
gelöst.
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Einige Vorteile
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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.
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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.
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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.
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Weitere erfinderische Ausgestaltungen
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Weitere
erfinderische Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 2 bis
16 beschrieben.
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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.
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Bei
der Ausführungsform
nach Patentanspruch 3 ist das Druckmittel ein geeignetes Hydraulikmedium.
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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.
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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.
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Patentanspruch
7 beschreibt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform, bei der eine sichere Verspannung
gegeben ist.
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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.
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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.
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Patentanspruch
9 beschreibt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform, was auch für Patentanspruch
10 gilt.
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Vorteilhafterweise
ist das Gehäuse,
das das Übertragungsglied
aufweist, als Roboterplatte ausgebildet – Patentanspruch 11.
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Patentanspruch
12 beschreibt eine vorteilhafte Lösung.
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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.
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Bei
der Ausführungsform
nach Patentanspruch 14 ist die Stützplatte mit einer Greiferplatte verbunden.
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In
Patentanspruch 15 ist eine bevorzugte Konstruktion beschrieben,
was auch für
Patentanspruch 16 gilt.
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Lösung der Aufgabe betreffend
die Verwendung
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Diese
Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 17 beschriebenen Merkmale
gelöst.
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Eine
Schnellwechselkupplung gemäß der Erfindung
eignet sich mit besonderem Vorteil gemäß Patentanspruch 17 zum Kuppeln
mit einem Greifer im Karosseriebau der Kfz-Industrie.
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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.
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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.
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Die
Patentansprüche
18 und 19 beschreiben sehr vorteilhafte Ausführungsformen.
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Patentanspruch
20 beschreibt eine vorteilhafte Ausführungsform.
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In
der Zeichnung ist die Erfindung – teils schematisch – veranschaulicht.
Es zeigen:
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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;
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2 die
Anordnung einer Schnellwechselkupplung an einem Roboterarm mit Greiferplatte;
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3 einen
schematischen Teillängsschnitt durch
eine Schnellwechselkupplung der Erfindung in Offenstellung (entriegelter
Stellung);
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4 die
aus 3 ersichtliche Schnellwechselkupplung in Spann-
und Verriegelungsstellung;
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5 eine
Schnellwechselkupplung im Längsschnitt,
ohne Roboterarm und ohne Greifersystem;
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6 eine
perspektivische Darstellung des kolbenförmigen Übertragungsgliedes mit Klemmkolben,
drei Spannbolzen und Deckel;
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7 einen
Klemmkolben in perspektivischer Darstellung;
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8 einen
Spannbolzen in perspektivischer Darstellung, und
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9 eine
Ansicht in Richtung des Pfeiles A der 6, ohne Übertragungsglied.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.