DE102010020382A1

DE102010020382A1 - Linearer Planetengewindegreifer

Info

Publication number: DE102010020382A1
Application number: DE201010020382
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2011-11-17
Anticipated expiration: 2030-05-13
Also published as: DE102010020382B4

Abstract

Bei dieser Neuentwicklung handelt es sich um einen pneumatischen parallel geführten linearen Dreibackengreifer. Die Greiferbacken werden durch Planetengewinde bewegt. Sie können einen sehr großen Hub überbrücken und ermöglichen das Greifen mit einer konstanten Greiferbackenkraft. Dieser große Hubbereich ermöglicht selbst bei großen Werkstücken eine stark ansteigende Kraft. Die Bewegungseinleitung erfolgt über einen durch die Anordnung der Steilgewindespindeln gegen Verdrehen gesicherten pneumatischen Kolben (oder Ringkolben bei Mittendurchgang). Dies wird durch drei in Sackbohrungen in den Kolben eingeführten Steilgewindespindeln und darauf sitzenden Schwenkhebeln mit Kulissensteinen, die in Nuten die Greiferbacken bewegen, erreicht. Die Führungen der drei verschiedenen Greiferbacken sind räumlich in drei Ebenen versetzt und haben eine sehr große Länge und hohe Belastbarkeit (3). Es sind Greifer mit großem Mittendurchgang möglich. Hierbei werden zwei Führungen räumlich versetzt und außerhalb des Radius liegend an jeder der drei gleichen um 120° gedrehten Backen angebracht. Das Prinzip kann auch für pneumatische oder hydraulische Drehfutter angewendet werden. Das Prinzip der räumlich versetzten Führungen kann z. B. an Dreibackenfutter von allen Drehbänken angewendet werden. Sie erhalten dadurch eine größere Stabilität und Belastbarkeit.

Description

Stand der Technik:
Pneumatische Greifersysteme:
Pneumatische Greifer werden in der Automation zum Handhaben von Werkstücken verwendet. Es sind verschiedene Bauformen bekannt. Vorwiegend sind dies parallel geführte linear bewegte punktsymmetrisch wirkende pneumatische Dreibackengreifer. Das zu meist angewendete Prinzip ist das Keilhakenprinzip. Dieses wird z. B. von den Firmen: Schunk, Festo, Afag usw. angewendet. Die Fa. Gimatic (Italien) wendet ein Prinzip mit einer verdrehten Platte an.
Bei allen Prinzipien sind nur sehr kurze Hübe der Greiferbacken möglich. Ein langer Hub im Verhältnis zur Baugröße ist bisher nicht möglich. Dies liegt z. B. daran, dass die Führung der Greiferbacken eine bestimmte Länge nicht unterschreiten darf, da sonst die Selbsthemmung der Führung und damit Klemmen nicht unvermeidbar ist. In der Mitte des Greifers laufen die Führungen zusammen, daher kann nur die Länge des Radius minus der Länge der Führung als Hub verwendet werden. Daraus folgt, dass nur kurze Hübe möglich sind
Aus der Statik für Führungen in 12 ist ersichtlich, dass eine große Führungslänge besonders bei großem Hebelarm der Wirkungslinie des Kraftangriffs erforderlich ist. Die Führung klemmt im Bereich der Überdeckungsflächen der Reibungskegel. Dies gilt auch für die von der Fa. Schunk gebaute Vielzahnführung. Bei dieser gilt ebenfalls das in 12 gezeigte. Durch das Vielzahnprinzip wird nur die spezifische Belastung gesenkt, aber keine Selbsthemmung, also Klemmen, vermieden!
Aus der Patentanmeldung DE 10 2010 019 348.8 ist ein Planetengewindegreifer mit drehenden Greiferbacken bekannt. Dieser hat auch eine parallele, aber keine lineare Greiferbackenbewegung, sondern eine kreisförmige.
Greifer für Teilefamilien die einen langen linearen Hub haben, parallel punktsymmetrisch bewegt werden, mit drei um 120° verdrehten Greiferbacken und mit einem verhältnismäßig großem Hub zur Baugröße, sind bisher nicht möglich. Eine weitere Forderung an Dreibackengreifer ist eine große und weitgehend konstante Kraft über den gesamten Hubbereich. Bei der Verwendung als Greifer für Teilefamilien ist es weiterhin noch erforderlich das kleine Durchmesser mit kleinerer und große Durchmesser mit größerer Greiferbackenkraft gegriffen werden. Die Backenkraft also angepasst ist.
Pneumatische Drehfuttersysteme:
Was oben aufgeführt für die Greifersysteme gilt, ist entsprechend für pneumatische Drehfutter an Drehautomaten gültig. Hierbei wird das gleiche Prinzip angewendet nur sind dabei größere Spannkräfte erforderlich. Dann werden die Übersetzungen vergrößert (z. B. durch Verringerung der Steigungswinkel der Keilhaken) und die Spannwege erheblich verkleinert.
Beschreibung:
Pneumatische Greifersysteme:
Greifer mit großem Hub je Backe, parallel geführt und linearer punktsymmetrischer Bewegung und konstanter Spannbackenkraft zum Greifen von verschiedenen Teilen mit großen Durchmesserdifferenzen, wie sie z. B. bei Teilefamilien vorkommen, sind zurzeit nicht bekannt. Dies erfordert beim Handhaben mit Robotern oder anderen Handhabungsgeräten ein Wechseln der Greifer für jede Änderung des Durchmessers der Werkstücke. Greifbacken mit sehr langer Führung (Länge = ca. Durchmesser des Greifers (2 × Radius) minus Hub) sind möglich durch das Versetzen der Führungen in drei Ebenen. Dadurch behindern die Greiferbacken sich nicht an dem Punkt in der Mitte, an dem die Backen zusammenlaufen. Es entsteht dadurch eine obere Backe (1a, Pos. 3a), eine mittlere (1a, Pos. 4a) und eine untere Backe (1a, Pos. 3a). Damit kann nun die Führung erheblich verlängert werden, etwa um den Betrag des Radius. Eine Selbsthemmung (Klemmen) wird durch das Abstützten der Führung auf der gegenüberliegenden Seite (3, 3a, 4, 10) verhindert. Das Backengehäuse (Pos. 1a) wird durch die Führungsnuten der Backen in drei Teile zerlegt und auf den Zylinderdeckel (Pos. 5) mittels einer Zentriernut und einem Wulst positioniert und verschraubt. Dabei kann das Backengehäuse gegenüber dem Zylindergehäuse verdreht werden, sodass die Schwenkhebel mit den Kulissensteinen in die Führungen der Greiferbacken bewegt werden können.
Das Planetengewindeprinzip aus Patentanmeldung DE 10 2010 019 348.8 wird benutzt. Es wird um in den Greiferbacken angebrachten Nuten und einen Kulissenstein am Ende der Schwenkhebel erweitert. Damit können die Greiferbacken in einer Nut geführt bewegt werden (6, 6a, 6b, 7).
Beim Schwenkwinkel werden zwei Varianten angewandt.
Variante 1: Der Schwenkwinkel bewegt sich um die Mittelsenkrechte auf die Führung durch den Drehpunkt. Daraus ergibt sich eine fast konstante Greifkraft über einen großen Hub mit Spannbackenkraftverlauf nach Diagramm in 13.
Variante 2: Bei einer Vergrößerung des Winkels über den symmetrischen Bereich der Mittelsenkrechten hinaus steigt die Spannbackenkraft kniehebelmäßig nach Diagramm in 14 an. Damit passt sich die Spannbackenkraft bei kleineren Durchmessern mit einer geringeren Kraft und einem konstanten Bereich an. Bei großen Durchmessern steigt die Kraft sehr stark an. (Diagramm 14 enthält Diagramm 13).
Abweichend von der Ausführung in Patentanmeldung DE 10 2010 019 348.8 sind die Steilgewindespindeln nicht durch den Kolben hindurchgeführt und auf der Gegenseite gelagert. Hier kann wegen geringerer Schwenkwinkel und damit kürzerem Kolbenhub bei gleicher Steigung ein anderer Weg gezeigt werden. Die Spindel endet im Kolben. Das dadurch entstehende Loch im Kolben wird durch einen Kolbendeckel mit O-Ring verschlossen. Hierdurch entfällt das Abdichtungsproblem der Steilgewindespindeln durch den Kolben (8).
Pneumatische Drehfuttersysteme:
Bei pneumatischen Drehfuttern gilt das gleiche Prinzip wie bei den Greifern. Drehfutter (Spannbackenfutter für z. B. Drehautomaten) mit großem Hub und über den gesamten Hub konstanter Kraft und großen Durchmesserdifferenzen sind möglich. Bei Systemen mit großem Durchgang durch die Mitte kann die Spannbackenführung zweigeteilt und außermittig auf dem Kreisring und in zwei Ebenen angebracht werden. An einer Spannbacke z. B. rechte Führung oben und linke Führung unten und drei gleiche solcher Spannbacken um 120° versetzt. Da die Führungen dann nicht mehr auf den Radius sondern z. B. tangential auf dem mittleren Kreisring angebracht sind, ist eine sehr lange stabile Führung möglich. Da hier sehr hohe Spannkräfte erforderlich sind, werden die Steigung der Steilgewindespindeln vergrößert und die Hebelarme der Schwenkhebel verkürzt. Die Schwenkhebel werden dann durch kinematische Umkehr zu Exzentern mit immer noch relativ großem Hub. Als Kolben wird ein Kreisringkolben verwendet (15, 16, 17, 18).
Es sind auch Greifer mit Mittendurchführung möglich.
Beschreibung der Figuren:
1: zeigt den Dreibackengreifer mit einem großen Werkstück.
1a: zeigt das Backengehäuse mit den drei Greiferbacken
2: wie 1, jedoch in schräger Stellung.
3: zeigt den Dreibackengreifer ohne Backengehäuse mit den drei Greiferbacken und den Schwenkhebeln in weit geöffneter Position.
3a: zeigt die drei Greiferbacken ohne Backengehäuse und Zylindergehäuse.
4: zeigt die Innenteile des Greifers ohne Zylinder- und Backengehäuse.
5: zeigt die Draufsicht des geöffneten Greifers als Draufsicht.
6: zeigt die Schwenkhebel mit den Steilgewindespindeln und den Kulissensteinen.
6a: wie 6, jedoch mit Zylindergehäuse und Zylinderdeckel.
6b: wie 6, jedoch mit herausgezogenen Steilgewindespindeln.
7: wie 6a, jedoch in der Draufsicht mit dem Schnittverlauf von 8.
8: zeigt einen Schnitt durch den Kolben und einer Steilgewindespindel. Zu sehen ist das die Steilgewindespindel nicht durch den Kolbendeckel hindurchgeführt ist.
9: zeigt den Greifer in der Spannstellung mit einem sehr kleinen Werkstück.
10: zeigt den Greifer in der Stellung von 9, jedoch ohne Backengehäuse.
11: zeigt die Greiferstellung von 10 in der Draufsicht.
12: zeigt die Statik von Führungen mit den Kräften und dem Selbsthemmungsbereich. Bezugsquelle: Techniker Handbuch.
13: zeigt ein Diagramm mit dem der Verlauf der Spannbackenkraft als Funktion des Werkstückdurchmessers. Dargestellt ist der Bereich um die Mittelsenkrechte des Drehpunkts mit fast konstanter Kraft.
14: zeigt ein Diagramm mit dem Verlauf der Spannbackenkraft als Funktion des Werkstückdurchmessers. Dargestellt ist der Bereich über die Mittelsenkrechte um den Drehpunkt hinaus bis in den Kniehebelbereich mit stark ansteigender Spannkraft.
15: zeigt ein Backengehäuse mit drei gleichen Spannbacken mit zwei Führungen pro Spannbacke und großem Mittendurchgang.
16: zeigt das Backengehäuse aus 15 in der Draufsicht mit außenstehenden Greiferbacken.
17: zeigt das aus einem Stück bestehende Backengehäuse mit großem Mittendurchgang und den übereinander liegenden Führungsnuten.
18: zeigt die drei gleichen Spannbacken mit den räumlich versetzten Führungsprofilen.

19: zeigt das Backengehäuse aus 15 in der Draufsicht mit innenstehenden Greiferbacken. Bezugszeichenliste:

Pos.	Benennung
1a	Backengehäuse
2a	Backe unten
3a	Backe oben
4a	Backe mitte
1	Zylindergehäuse
2	Kolben
3	O-Ring
4	Steilgewindespindel
5	Zylinderdeckel
6	Kolbendeckel
7	Schwenkhebel
8	Passfeder
9	Kulissenstein
10	Backengehäuse mit großem Durchgang
11	Spannbacken mit zwei Führungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010019348 [0004, 0008, 0012]

Claims

Pneumatischer parallel geführter linearer punktsymmetrisch wirkender Dreibackengreifer nach 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Greiferbacken durch ein Planetengewindegetriebe mit Steilgewindespindeln, welche durch den Hub eines Kolbens gedreht werden und mit Schwenkhebeln Pos. 7 und Kulissensteinen Pos. 9 die in Nuten der linear bewegten Greiferbacken geführt werden und die Greiferbacken bewegen.
Greifer nach Anspruch 1, mit linear geführten Greiferbacken dadurch gekennzeichnet, dass die Führung der Backen im Raum in drei Ebenen versetzt verläuft und dadurch eine lange stabile Führung bis auf die Gegenseite der Achsmitte ausgeführt werden kann. Es entsteht eine Backe mit Führung in der oberen Ebene (Pos. 3a), eine mit Führung in der mittleren Ebene (Pos. 4a) und eine mit Führung in der unteren Ebene (Pos. 2a nach 3a).
Greifer nach Anspruch 1 und 2 mit Greiferbacken in drei Ebenen in einem Backengehäuse geführt, dadurch gekennzeichnet, dass das Backengehäuse (Pos. 1a) dreigeteilt ist und mit einer Zentriernut und einem Zentrierwulst auf dem Zylinderdeckel verschraubt ist. Dabei wird das Backengehäuse gegenüber dem Zylindergehäuse (Pos. 1) verdreht, sodass die Schwenkhebel (Pos. 7) und die Kulissensteine (Pos. 9) in den Nuten der Greiferbacken eingreifen können.
Greifer nach Anspruch 1 mit einem großen Mittendurchgang dadurch gekennzeichnet, dass jede der drei Greiferbacken mit zwei Führungen außerhalb des Radius liegend ausgeführt werden. Eine Führung ist z. B. rechts oberhalb und links unterhalb der oberen Backengehäuseebene liegend oder umgekehrt ausgeführt. Die Greiferbacken mit den Führungen sind alle drei gleich ausgeführt. Dabei ragt die Backe selbst als Verbindung der Führungen nach oben heraus (15 + 18).
Greifer nach Anspruch 1 mit Steilgewindespindeln die durch einen Kolben bewegt werden dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben mit Löchern mit Innensteilgewinden ausgeführt wird und darin steckend Steilgewindespindeln die innerhalb des Kolbens einen Hub ausführen und sich dabei drehen und die Kolbenlänge größer ist als der Hub des Kolbens und die Löcher mit einem abgedichteten Kolbendeckel (Pos. 6) verschlossen werden.