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Die Erfindung betrifft ein Handhabungsgerät zum Handhaben eines Werkstücks vor, während und/oder nach einem Umformprozess, insbesondere einem Schmiedeprozess, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein solches Handhabungsgerät ist aus der
WO 2004/108322 A1 bekannt. Das darin offenbarte Handhabungsgerät wird insbesondere beim Schmieden von Werkstücken eingesetzt und umfasst eine Greifeinrichtung zum Greifen des Werkstückes und eine Transporteinrichtung zum Transportieren der Greifeinrichtung, wobei in der dargestellten Ausführungsform die Greifeinrichtung an einer Trägereinrichtung und somit die Greifeinrichtung über diese Trägereinrichtung an die Transporteinrichtung angekoppelt ist. Die Trägereinrichtung umfasst eine Trägerwelle und ein Trageteil, welches an die Transporteinrichtung mittels eines flexiblen Elementes angekoppelt ist, das dem Zweck dient, Stoß- und Vibrationsbelastungen, die während des Umformprozesses, also insbesondere während eines Schmiedeschlages auf die Greifeinrichtung einwirken, von weniger robusten Teilen des Handhabungsgerätes, also insbesondere solcher innerhalb der Transporteinrichtung, fernzuhalten oder diese weitgehend abzuschwächen. Das Handhabungsgerät weist ferner eine Stützeinrichtung auf, die zur Überbrückung des flexiblen Elementes dient und ein Stützteil mit einem zylindersegmentförmigen konkaven Einschnitt als ein an die Trägerwelle angepasstes Stützlager, in das die Trägerwelle einlegbar ist, umfasst. Liegt die Trägerwelle im Stützlager, so ist die Flexibilität des Handhabungsgerätes in dem flexiblen Element in der Raumrichtung der Schwerkraft und in den nach unten gerichteten seitlichen Richtungen zwischen der Schwerkraft und der horizontalen Richtung beseitigt. Die Stützeinrichtung stellt also einen mechanischen Bypass dar und wird beim Handhaben des Werkstücks beim Transport oder bei einem Drehen oder Schwenken vor oder nach dem Umformschritt eingesetzt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Handhabungsgerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 weiterzubilden.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Handhabungsgeräts ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 ist dem Stützlager wenigstens eine Halteeinrichtung, insbesondere ein Haltebügel, zugeordnet. Die Halteeinrichtung hält die Greifeinrichtung oder die Trägereinrichtung nach einer Bewegung aus dem Stützlager, die insbesondere im flexiblen Zustand oder während des Umform- oder Schmiedevorganges oder bei in die Umform- oder Schmiedemaschine eingelegtem Werkstück auftritt oder auftreten kann, innerhalb eines Einfangbereichs, der unmittelbar oberhalb des Stützlagers gelegen ist, zumindest wenn auftretende Abdrängkräfte unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegen, und/oder holt die Greifeinrichtung oder die Trägereinrichtung bei oder nach einem Abdrängen aus dem Einfangbereich in den Einfangbereich zurück, zumindest wenn auftretende Abdrängkräfte oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegen. Mit anderen Worten, es ist ein Halte- oder Rückholelement vorgesehen, mittels welchem die Greifeinrichtung oder die Trägereinrichtung während des Umformprozesses in einem Einfangbereich des Stützlagers haltbar oder im Falle eines Drängens aus dem Einfangbereich in diesen rückholbar ist. Durch eine solche Halteeinrichtung oder ein solches Halte- oder Rückholelement ist sichergestellt, dass während des Umformprozesses dass Werkstück im flexiblen Zustand positionsgenau gehalten werden kann und nach dem Umformprozess auch nach einem Abdrängen problemlos zur starren Ankopplung oder in den starren Zustand übergegangen werden kann, z. B. für ein anschließendes Entschicken des Werkstücks aus der Umformanlage und Weitertransport zu einer Ablage oder dergleichen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 ein Handhabungsgerät mit geöffneter Greifeinrichtung vor dem Ergreifen eines Werkstücks in einer Seitenansicht als Prinzipskizze,
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2 das Handhabungsgerät gemäß 1 mit in der geschlossenen Greifeinrichtung ergriffenem und in eine Umformmaschine gelegten Werkstück in einer Seitenansicht ebenfalls als Prinzipskizze,
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3 eine weitere Ausführungsform eines Handhabungsgerätes in Perspektivansicht,
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4 eine Detailansicht des Handhabungsgerätes gemäß 3 in einer Schnittdarstellung entlang der Linie IV-IV,
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5 eine Schnittdarstellung des Handhabungsgerätes gemäß 3 entlang der Linie V-V bei im Stützlager befindlicher Trägerwelle,
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6 die Darstellung gemäß 5, bei oberhalb des Stützlagers befindlicher Trägerwelle und
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7 die Lagerung des Haltebügels mit Rückstellelementen in einer Schnittdarstellung.
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Einander entsprechende Größen und Teile sind in den 1 bis 7 mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.
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In je einer Prinzipskizze sind in den 1 und 2 ein Handhabungsgerät, insbesondere ein Manipulator oder ein Roboter, vorzugsweise ein Industrieroboter, mit 2, eine Greifeinrichtung (oder: Greifzange) mit 3, eine Trägerwelle mit 4, eine Stützeinrichtung (oder: Starrstellungseinrichtung) mit 5, ein Trageteil mit 6, ein flexibles Element mit 7, ein Rotationsantrieb mit 8, ein Gelenk mit 9, ein Werkstück mit 10, eine Betätigungseinrichtung zum Öffnen und Schließen der Greifeinrichtung 3 mit 11, ein unteres Werkzeug (oder: Gesenk) eines Schmiedehammers mit 12, ein oberes Werkzeug (oder: Schlagbär) des Schmiedehammers mit 13 und eine Transporteinrichtung mit 16 bezeichnet.
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Die Greifeinrichtung 3 umfasst zwei Greifhebel (oder: Zangenhebel) 32 und 33, die zueinander um eine Schwenkachse E in einem Schwenklager 34 schwenkbar sind zum Öffnen und Schließen der Greifeinrichtung 3. An jedem der Greifhebel 32 und 33 ist eine zugehörige Greifbacke (oder: Greifelement, Zangenbacke) 30 bzw. 31 angeordnet. Die 1 zeigt die Greifeinrichtung 3 in geöffnetem Zustand, in dem die Greifeinrichtung 3 mit voneinander weit beabstandeten Greifbacken 30 und 31 von der Transporteinrichtung 16 auf ein Werkstück 10 in Richtung des dargestellten Pfeils zu bewegt wird.
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Zum Verschwenken des Greifhebels 33 gegenüber dem Greifhebel 32 ist eine Betätigungseinrichtung 11 vorgesehen, die in einem Angreiflager 35 am Greifhebel 33 angreift und, beispielsweise mittels eines Hubzylinders 15 oder anderen Antriebs, den Greifhebel 33 um das Schwenklager 34 rotiert. Die Betätigungseinrichtung 11 ist in einem Schwenklager 14 um eine Schwenkachse D schwenkbar an einem im Querschnitt U-förmigen Halteteil 61 des Trageteils 6 gelagert, um, in Zusammenwirkung mit der Bewegung im Angreiflager 35 bei Verkürzung oder Verlängerung des Hubzylinders der Betätigungseinrichtung 11, das Öffnen oder Schließen der Greifeinrichtung 3 durch Bewegen des Greifhebels 33 zu ermöglichen.
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Das Trageteil 6 umfasst ferner ein Zwischenteil 60, auf dem das Halteteil 61 montiert ist und das über die Trägerwelle 4 mit dem Greifhebel 32 der Greifeinrichtung 3 verbunden ist. Der Greifhebel 32, die Trägerwelle 4 und das Zwischenteil 60 sind entlang einer Achse M hintereinander (oder: koaxial) angeordnet und starr oder ortsfest zueinander, jedoch um die Achse M drehbar, miteinander verbunden und bilden zusammen mit dem Halteteil 61 und der Betätigungseinrichtung 11 eine vordere Einheit des Handhabungsgerätes 2. Der Greifhebel 32 folgt also einer Bewegung der Trägerwelle 4, insbesondere in vertikaler oder axialer Richtung und umgekehrt. Die Trägerwelle 4 sowie das Trageteil 6 mit dem Zwischenteil 60 und dem Halteteil 61 bilden zusammen eine Trägereinrichtung für die Greifeinrichtung 3 und deren Betätigungseinrichtung 11.
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An der von der Trägerwelle 4 abgewandten Seite des Zwischenteils 60 des Trageteils 6 ist das flexible Element 7 befestigt, das wiederum an der anderen Seite mit dem Schwenkantrieb (oder: Rotationsantrieb) 8 verbunden ist. Zur Verbindung des flexiblen Elements 7 mit dem Zwischenteil 60 und dem Schwenkantrieb 8 ist jeweils ein Flansch 67 bzw. 87 vorgesehen. Das flexible Element 7 besteht in aus einem elastischem Material, vorzugsweise einem Elastomer, und ist zumindest weitgehend massiv ausgebildet. Der Schwenkantrieb 8 ist mit dem Gelenk 9 auf der vom flexiblen Element 7 abgewandten Seite starr oder ortsfest verbunden.
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Der Schwenkantrieb 8 und das Gelenk 9 sind entlang einer zweiten Achse N, vorzugsweise konzentrisch zu dieser Achse N, angeordnet und bilden eine hintere Einheit des Handhabungsgerätes 2. In dem flexiblen Element 7 sind nun die vordere Einheit des Handhabungsgerätes 2, nämlich die Greifeinrichtung 3, die Trägerwelle 4 und das Trageteil 6 sowie die Betätigungseinrichtung 11, einerseits und die hintere Einheit des Handhabungsgerätes 2, nämlich der Schwenkantrieb 8 und das Gelenk 9 sowie die Transporteinrichtung 16, zueinander verschwenkbar. Die Achse M der vorderen Einheit und N der hinteren Einheit sind also durch Verformung des flexiblen Elements 7 gegeneinander neigbar oder verdrehbar. 1 zeigt die beiden Einheiten diesseits und jenseits des flexiblen Elements 7 in einer Stellung, in der die beiden Achsen M und N zusammenfallen oder koaxial verlaufen, während in 2 eine Stellung gezeigt ist, bei der Achse N um einen Winkel nach oben gegenüber der Achse M verschwenkt ist. In 1 sind die Achsen M und N im Wesentlichen horizontal, d. h. senkrecht zur Schwerkraft G angeordnet. Die Achsen M und N können aber auch unter einer Neigung zur Schwerkraft G angeordnet sein. Während in 1 das flexible Element 7 in einem im Wesentlichen unverformten geraden Zustand ist, ist es in 2 durch die veränderte Stellung der Achsen M und N zueinander in einem um den Winkel α nach oben verformten oder gebogenen Zustand.
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Die Stützeinrichtung 5 ist stangenartig oder nach Art eines Gestänges ausgebildet und umfasst eine längs verlaufende Verbindungsstange 53, an der ein quer nach oben verlaufendes erstes Befestigungsteil 51 zum Verbinden der Verbindungsstange 53 mit dem Schwenkantrieb 8 und weiter hinten ein quer nach oben verlaufendes zweites Befestigungsteil 52 zur Verbindung der Verbindungsstange 53 mit dem Gelenk 9 sowie im vorderen Bereich ein quer zur Verbindungsstange 53 nach oben ragendes Fixierteil oder Stützteil 50 zum Fixieren oder Stützen der Trägerwelle 4 angeordnet sind. Das Stützteil 50 weist einen konkaven, vorzugsweise im Querschnitt teilweise kreisrunden, Einschnitt als an die Trägerwelle 4 angepasstes Stützlager (oder: ein Wellensitz) 54 auf, in das die Trägerwelle 4 zur Abstützung einlegbar oder eingelegt ist.
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Im in 1 gezeigten Zustand, in dem die Achsen M und N koaxial zueinander verlaufen, verläuft nun die Verbindungsstange 53 parallel zu diesen Achsen M und N und das Stützteil 50 stützt die Trägerwelle 4 und damit die mit ihr verbundene Greifeinrichtung 3 in seinem Stützlager 54 ab. Dadurch ist eine gestützte oder starre Verbindung zwischen der vorderen Einheit des Handhabungsgeräts 2 einerseits und der hinteren Einheit des Handhabungsgeräts 2 hergestellt, die das flexible Element 7 überbrückt. Die Stützeinrichtung 5 stellt also quasi eine mechanische Überbrückung oder einen mechanischen Bypass über das flexible Element 7 dar, und beseitigt somit in der Stellung gemäß 1 die Flexibilität des Handhabungsgerätes 2 in dem flexiblen Element 7 zumindest in der Raumrichtung der Schwerkraft G und in den nach unten gerichteten seitlichen Richtungen zwischen der Schwerkraft G und der horizontalen Richtung. Prinzipiell wäre die Greifeinrichtung 3 natürlich noch nach oben bewegbar oder biegbar, da der Lagersitz durch das Stützlager 54 die Trägerwelle 4 nur nach unten abstützt. Jedoch wird die starre Verbindung allein durch die Schwerkraft G oder das Eigengewicht der Teile des Handhabungsgerätes 2 aufrechterhalten.
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Über einen Verbindungsflansch 67 ist das Zwischenteil 60 des Trageteils 6 drehfest mit dem flexiblen Element 7 verbunden. Auf der abgewandten Seite ist das flexible Element 7 drehfest mit einem Antriebsflansch 87 des Rotationsantriebs 8 verbunden. Der Antriebsflansch 87 ist mit einer Abtriebswelle eines in dem Antriebsgehäuse 80 des Rotationsantriebs 8 angeordneten Antriebsmotors verbunden und relativ zum Antriebsgehäuse 80 um die Rotationsachse R des Rotationsantriebs 8 drehbar. Dabei dreht sich die abgestützte Trägerwelle 4 im Stützlager 54.
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In 1 wird das Werkstück 10 gerade von der Greifeinrichtung 3 von einem Förderband oder einem anderen, insbesondere stationären Werkstückvorrat erfasst. Anschließend wird das Werkstück in der Greifeinrichtung 3 gehalten und mittels der Transporteinrichtung 16 (des Roboters oder Manipulators) zu der Umformmaschine transportiert und dort in die Umformposition zum Umformen gebracht. Dabei wird über die Stützeinrichtung 5 das Handhabungsgerät 2 im starren Zustand gehalten.
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2 zeigt das Werkstück 10 im aufgelegten Zustand auf dem unteren Gesenk 12 eines Schmiedehammers. Durch Anheben der hinteren Einheit des Handhabungsgerätes 2, also Neigen der Mittelachse N von Rotationsantrieb 8 und Gelenk 9 um den Neigungswinkel gegenüber der Mittelachse M der vorderen Einheit des Handhabungsgerätes 2 um das flexible Element 7, wird die Stützeinrichtung 5 aus dem Eingriff mit der Trägerwelle 4 gebracht, da die Stützeinrichtung 5 mit dem Rotationsantrieb 8 und dem Gelenk 9 entlang deren Achse N ausgerichtet bleibt und damit das Stützteil 50 sich ausreichend von der Trägerwelle 4 entfernt. Bei der Neigungsbewegung um den Winkel dient dabei das Gesenk 12 über das Werkstück 10 als Widerlager.
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Nun schlägt der Schlagbär oder Hammer mit dem oberen Werkzeug 13 des Schmiedehammers in der Schlagrichtung A auf das Werkstück 10. Bei der Schlagbewegung entstehen erhebliche Stoß- und Vibrationsbelastungen, die über das Werkstück 10 auf die Greifeinrichtung 3 und das gesamte Handhabungsgerät 2 übertragen werden. Das elastische Element 7 entkoppelt nun jedoch diese Stöße oder Vibration weitgehend von der Transporteinrichtung 16 und dem Rotationsantrieb 8, so dass diese Antriebsvorrichtungen vor Überlastung geschützt werden.
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In einer Ausführungsform ohne Rotationsantrieb muss die Trägerwelle 4 keine Drehbewegung oder Drehmomente übertragen.
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In 3 ist nun eine weitere Ausführungsform des Handhabungsgerätes 2 gezeigt. Abweichend von der Prinzipdarstellung gemäß 1 und 2 ist eine Verbindungsstange 53 der Stützeinrichtung 5 seitlich neben der Trägerwelle 4 angeordnet und befindet sich in etwa auf gleicher Höhe in einem nahezu horizontalen parallelen Versatz zur Trägerwelle 4. Mit einem vor der Verbindungsstange 53 an deren Ende befestigten Stützteil 50 greift die Stützeinrichtung 5 von der Seite von unten an die Trägerwelle 4 zur Abstützung der Trägerwelle 4 von unten in einem Stützlager 54. Die Trägerwelle 4 wird an einem Ende in dem Halteteil 65 befestigt und an dem anderen Ende an dem unteren Greifhebel 32 der Greifeinrichtung 3 an dessen Rückseite 36.
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Das Handhabungsgerät 2 ist an die Transporteinrichtung 16 über einen Kupplungsflansch 9' starr angekoppelt. Die Verbindungsstange 53 der Stützeinrichtung 5 ist mittels eines Befestigungsteils 56 über einen Rahmen 81 mit dem Kupplungsflansch 9' starr verbunden. Es sind mehrere flexible Elemente 7 vorgesehen, die hier senkrecht oder quer zur Greiferachse angeordnet sind und somit bei der Flexibelstellung, wenn also das Stützteil 50 und die Trägerwelle 4 außer Eingriff sind, durch die Stöße und Schläge beim Schmieden auf Querkräfte und Scherkräfte belastet werden. Die Verbindungsstange 53 überbrückt die flexiblen Elemente 7 in der Starrstellung, wenn die Greifeinrichtung 3 mit der Trägerwelle 4 im Stützlager 54 des Stützteils 50 abgestützt ist, und leitet somit Kräfte um die flexiblen Elemente 7 wie ein Kräfte-Bypass herum.
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4 und 5 zeigen jeweils eine Schnittdarstellung des Handhabungsgerätes gemäß 3 entlang den Linien IV-IV und V-V (auch angedeutet in 1). In dem darin gezeigten Zustand, welcher beispielsweise während des Bewegens des Werkstücks 10 zum Schmiedehammer auftritt, ist die Trägerwelle 4 im Stützlager 54 der Stützeinrichtung 5 aufgenommen und darin abgestützt.
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Das Stützlager 54 ist selbst als konkav ausgebildeter Einschnitt realisiert, der vorzugsweise zur Anpassung und flächigen Anlage an die runde, insbesondere zylindrische, Außenform der Trägerwelle 4 angepasst ist und dazu im Querschnitt kreissegmentförmig oder dreidimensional zylindersegmentförmig gebildet ist mit einem Umfangswinkel von mehr als 180° innerhalb eines Bereiches liegen, die ein Stundenzeiger einer Uhr von 3 Uhr bis 9 Uhr abdeckt, welcher Bereich für den vorliegenden Stützfall schwerkraftbedingt ausschließlich von Bedeutung ist, und mit einem Durchmesser d, der geringfügig größer ist als der Durchmesser der Trägerwelle 4.
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An das Stützlager 54 schließt sich eine sich nach oben aufweitende V-förmige Einführöffnung 90 an, durch die die Trägerwelle 4 bis ins Stützlager 54 geführt oder eingefädelt werden kann. Eine zentral durch das Stützlager 54 verlaufende vertikale und damit parallel zur Schwerkraft G gerichtete zentrale Ebene als Zentrallage für die Trägerwelle 4 ist mit Z bezeichnet.
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In den 4 und 5 ist die Trägerwelle 4 in ihrer untersten zentralen Lage gezeigt, in der sie auf dem Stützlager 54 flächig abgestützt ist und zugleich in der Zentrallage Z zentriert ist. Die Mittelachse der Trägerwelle 4 kommt nun an der unteren oder untersten Position UP auf der zentralen Achse Z zu liegen.
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In 6, die einem Schnitt wie in 5 entspricht, ist dagegen eine Situation gezeigt, in der die Mittelachse der Trägerwelle 4 an einer oberhalb der unteren oder untersten Position UP liegenden oberen Position OP auf der zentralen Achse Z gelegen ist und die Trägerwelle 4 somit aus dem Stützlager 54 herausgehoben und von diesem folglich auch nicht mehr abgestützt ist.
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Eine solche Situation kann in verschiedenen Prozessphasen und Handhabungsschritten auftreten, und zwar sowohl bei der Ausführungsform gemäß 3 bis 6 als auch bei der Ausführungsform gemäß 1 und 2 oder anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung.
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Ein erstes Beispiel für eine solche Situation gemäß 6 ist das gezielte Anheben, wie es in 2 gezeigt ist, also dem Zustand, in dem das Handhabungsgerät 2 das Werkstück 10 auf dem Gesenk 12 des Schmiedehammers aufgelegt hat und die Stützwirkung für die Greifeinrichtung 3 gezielt außer Kraft gesetzt ist und das Handhabungsgerät 2 für den Schmiedevorgang in die flexible Stellung oder den flexiblen Zustand gebracht ist. Dabei kippt das Stützteil 50 nach unten aus der mit dem unteren Greifhebel 32 verbundenen Trägerwelle 4. 6 entspricht der Darstellung von 5, jedoch in dem Zustand, in dem das Handhabungsgerät 2 das Werkstück 10 entsprechend 2 auf dem Gesenk 12 des Schmiedehammers aufgelegt hat.
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Ein zweites Beispiel für eine Situation gemäß 6 ist das Auflegen des Schmiedeteils oder Werkstücks 10 auf eine Erhebung im unteren Werkzeug 12, z. B. zum Erzeugen konkaver oder schräger Formen.
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Ein drittes Beispiel ist eine Verformung des Werkstücks 10 im Umformprozess derart, dass das oder die Werkstückende(n), an dem die Greifeinrichtung 3 angreift, nach oben wandert und der Greifhebel 32 mit der Trägerwelle 4 mit angehoben wird, z. B. bei einem Biegeprozess.
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Um die Trägerwelle 4 bei diesem Anheben zu führen und nicht zu verlieren ist nun gemäß der Erfindung, wie in 1 bis 7 dargestellt, am Stützteil 50 ein U-förmiger oder hufeisenförmiger Haltebügel 91 mit zwei zueinander parallelen Schenkeln 98 mit freien oberen Enden und einer die beiden Schenkel 98 an deren unteren Enden verbindenden Basis 99 vorgesehen. Der Abstand der beiden Schenkel 98 ist ein wenig größer als der Durchmesser der Trägerwelle 4 gewählt, so dass die Trägerwelle zwischen den beiden Schenkeln 98 des Haltebügels 91 gehalten und geführt ist. Die Länge l der Schenkel 98 ist größer als der Durchmesser d des Stützlagers 54, beispielsweise zwischen 1,5 bis 2,5 mal so groß, so dass der Haltebügel 91 die Trägerwelle 4 über einen längeren Weg führen kann, auch wenn die Trägerwelle 4 sich bereits nicht mehr im Stützlager 54 befindet. Die Basis 99 des Haltebügels 91 liegt unterhalb des Stützlagers 54, um dessen Stützfunktion nicht zu beeinträchtigen, kann aber auch selbst ein weiteres Stützlager ausbilden.
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Der Haltebügel 91 ist vorzugsweise am Stützteil 50 in axialer Richtung oder parallel zur Mittelachse M versetzt angekoppelt, kann aber auch im Stützteil 50 integriert sein.
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Die Ankopplung erfolgt dabei, wie insbesondere in 4 bis 6 gezeigt, bevorzugt in um eine Schwenkachse S schwenkbarer Ausführung, wobei die Schwenkachse S des Haltebügels 91 durch eine Haltebügellagerung 92 verläuft und parallel zur Trägerwelle 4 und Mittelachse M ausgerichtet ist. Eine zentrale Winkellage im Schwenkwinkelbereich der Schwenkbewegung des Haltebügels 91 ist dadurch definiert, dass die beiden Schenkel 98 parallel zur zentralen Ebene oder Zentrallage Z und damit vertikal oder parallel zur Schwerkraft gerichtet sind.
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Der in 4 eingezeichnete und mit β bezeichnete Schwenkwinkelbereich des Haltebügels 91 ist mittels Anschlägen (oder: Stoppern, Endanschlägen) 94 begrenzt. Der maximale Schwenkwinkel in beiden Schwenkrichtungen von der zentralen Winkellage aus ist beispielsweise auf einen Winkel aus einem Bereich zwischen 5° und 30°, vorzugsweise ca. 10°, eingeschränkt, so dass der gesamte Schwenkwinkelbereich (in beide Drehrichtungen von der Zentrallage Z) bevorzugt zwischen 10° und 60° liegt, vorzugsweise bei etwa 20°. Die Anschläge 94 sind neben den beiden Schenkeln des Haltebügels 91 außenseitig an dem Stützteil 50 befestigt und beispielsweise in Form von entsprechend weit aus dem Stützteil 50 herausstehenden parallel zur Schwenkachse S verlaufenden Anschlagsbolzen ausgebildet.
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Es ist somit ein Einfangbereich 89 für die Trägerwelle 4 oberhalb des Stützlagers 54 gebildet zwischen den Schenkeln 98 des Haltebügels 91, wenn dieser senkrecht und parallel zur Zentrallage Z angeordnet, also nicht verschwenkt ist. Solange die Trägerwelle 4 im Einfangsbereich 89 oberhalb des Stützlagers 54 ist, kann sie durch einfache vertikale Bewegung nach unten, auch einfach infolge der Schwerkraft, wenn keine Gegenkräfte wirken, unter Führung der Schenkel 98 des Haltebügels 91 wieder zurück ins Stützlager 54 eingefangen oder zurückgeführt werden.
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Nun treten aber in manchen Situationen beim Schmiedeprozess aufgrund der Verformung des Werkstücks 10 auch Abdrängungskräfte zur Seite auf, die senkrecht oder quer zur Greifrichtung oder Greiferachse oder Werkstückachse, insbesondere der Achse M oder der Längsachse des Werkstücks 10, gerichtet sind und vom im Verformungsprozess befindlichen Werkstück 10 über den unteren Greifhebel 32 auf die Trägerwelle 4 übertragen werden und diese seitlich abdrängen wollen.
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Solche seitlichen Abdrängungskräfte treten beispielsweise auf, wenn das Schmiedeteil oder Werkstück 10 auf eine schräge Fläche im unteren Werkzeug 12, beispielsweise an einer Erhebung, gelegt wird und die Schmiedekräfte oder auch schon die Schwerkraft das Werkstück seitlich aus seiner Solllage abdrängen wollen, was zu Umformfehlern am Werkstück führen würde.
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Weiterhin können seitliche Abdrängkräfte auftreten, wenn das Werkstückende, an dem die Greifeinrichtung 3 angreift, aufgrund der Gestaltänderung des Werkstücks 10 bei der Umformung nicht nur nach oben, sondern zugleich auch zur Seite wandert.
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Solange die Trägerwelle wie in 1, 4 und 5 gezeigt, im Stützlager 54 flächig und damit auch zur Seite abgestützt ist, werden solche seitlichen Abdrängungskräfte aufgefangen und eine Bewegung der Trägerwelle 4 und damit des Greifhebels 32 zur Seite vermieden.
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Wenn aber zugleich die Trägerwelle 4 aufgrund einer gleichzeitig auftretenden Situation gemäß 6, für die oben drei Beispiele genannt wurden, aus dem Stützlager 54 herausgehoben wird oder herausgehoben worden ist, kann das Stützlager 54 die seitlichen Abdrängungskräfte nicht mehr auffangen und die Trägerwelle 4 kann aufgrund ihrer fehlenden Abstützung und seitlichen Bewegbarkeit in eine undefinierte Lage geraten oder abgedrängt werden, was zu Ungenauigkeiten in der Positionierung im Prozessablauf führt und im Extremfall dazu führt, dass die Trägerwelle 4 nicht mehr zurück in das Stützlager 54 findet und somit eine Starrstellung des Handhabungsgerätes 2 nicht mehr möglich ist.
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Um diesem Problem der seitlichen Abdrängung zu begegnen und/oder die Trägerwelle 4 und damit den Greifhebel 32 und damit auch das Werkstück zentriert zu halten und somit über den Einfangbereich 89 problemlos in das Stützlager 54 zurückführen zu können, ist nun gemäß der Erfindung dem Haltebügel 91 wenigstens ein Rückstellelement zugeordnet, das auf den Haltebügel 91 eine Rückstellkraft oder ein Rückstelldrehmoment in Richtung zu seiner zentralen Winkellage, die durch die Zentrallage Z definiert ist, ausübt, also den Haltebügel 91 in seine zentrierte Stellung bei der Zentrallage Z bringen will oder dort hält, wobei in der zentrierten Stellung des Haltebügels 91 die beiden Schenkel 98 parallel zur zentralen Ebene Z gerichtet sind und den Einfangbereich 89 für die Trägerwelle 4 definieren.
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In der insbesondere in 7 dargestellten Ausführungsform sind als Rückstellelemente an der Basis 99 des Haltebügels 91 und jeweils unterhalb der Schenkel 98 zwei federnde Druckstücke 93 vorgesehen, die in das Stützteil 50 in axialer Richtung parallel zur Schwenkachse S eingesetzt sind und mit korrespondierenden Ausnehmungen 97 in der Basis 99 des Haltebügels 91 in federnder Wirkverbindung stehen. Jedes federnde Druckstück 93 umfasst eine Feder 95, die eine an ihrem vorderen oder äußeren Ende angeordnete Kugel 96 mit ihrer Federkraft beaufschlagen und nach außen in die zugehörige Ausnehmung 97 drücken. Die Ausnehmungen 97 sind konus- oder kegelförmig ausgebildet und haben somit schräge Seitenflächen. Wenn sich die Kugeln 96 in der Mitte der jeweiligen Ausnehmungen 97 befinden, ist der Haltebügel 91 zentriert in der Zentrallage Z, der Auslenkwinkel also Null oder die Schenkel 98 parallel zur zentralen Ebene der Zentrallage Z und damit vertikal ausgerichtet, so dass der Zwischenraum der Schenkel 98 den Einfangbereich 89 für die Trägerwelle 4 bildet.
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Wird der Haltebügel 91 dagegen durch Schwenken um die Schwenkachse S in einer Schwenkrichtung aus der Zentrallage Z ausgelenkt, so wandern die Kugeln 96 auf der schrägen Fläche der konusförmigen Ausnehmungen 97. Die Federkraft der Feder 95 drückt die Kugel 96 gegen die schräge Fläche der Ausnehmung 97, wodurch eine Kraft oder Kraftkomponente nach innen zur Mitte der Ausnehmung 97 entsteht, die den Haltebügel 91 als Rückstellkraft zur Zentrallage Z zurückstellen will. Die Rückstellkraft ist umso größer, je weiter die Auslenkung oder je größer der Schwenkwinkel des Haltebügels 91 ist, bei einer Hookeschen Federkennlinie in linearer Abhängigkeit.
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Die Rückstellkraft der federnden Druckstücke 93 auf den Haltebügel 91 über die Ausnehmungen 97 wird nun durch Auslegung der Federn 95 ausreichend groß gewählt, dass sie den beim Prozess, insbesondere beim Einlegen des Werkstücks 10 ins Werkzeug, auftretenden, unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegenden seitlichen Abdrängungskräften entgegenwirkt und den Haltebügel 91 und damit die Trägerwelle 4 zentriert hält, um die gewünschte exakte Position in der Mitte oder bei der Zentrallage Z zu halten.
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Für den Fall, dass die seitlichen Abdrängungskräfte einen Schwellwert überschreiten, wird der Haltebügel 91, insbesondere zum Schutz der Transporteinrichtung, gegen die Rückstellkräfte der Rückstellelemente verschwenkt, gibt also federnd nach. Wenn die Abdrängungskräfte wieder unter den Schwellwert gesunken sind, wird die abgedrängte, zwischen den Schenkeln 98 des verschwenkten Haltebügels 91 gehaltene und eingefangene Trägerwelle 4 wieder unter Führung zwischen den Schenkeln 98 durch Rückschwenken des Haltebügels 91 infolge der Rückstellkräfte der Rückstellelemente 93 in die Zentrallage Z in den Einfangbereich 89 zurückgebracht. Von dem Einfangbereich 89 kann die Trägerwelle 4, insbesondere unter Einwirkung der Schwerkraft G, nach unten zurück in das Stützlager 54 am Stützteil 50 gebracht werden oder auch oberhalb des Stützlagers 54 im Einfangbereich 89 verharren, je nachdem, ob der flexible Zustand oder der starre Zustand des Handhabungsgerätes 2 gewählt ist. Zu große Abdrängungskräfte, die größer sind als die maximale Rückstellkraft im Schwenkwinkelbereich β sind, werden von den Anschlägen 94 aufgenommen. Bei zu großen Abdrängungsbewegungen schließlich kann die Trägerwelle 4 über die Öffnung zwischen den freien Enden der Schenkel 98 aus dem Haltebügel 91 austreten, so dass eine Beschädigung des Haltebügels 91 bei übergroßen Abdrängungskräften vermieden wird.
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Rückstellelemente zum Ausüben von Rückstellkräften oder Rückstelldrehmomenten auf den schwenkbaren Haltebügel 91 können auch anders realisiert sein, beispielsweise durch Torsionsfedern im Bereich der Schwenkachse S oder Zugfedern, die in Umfangsrichtung eine Zugkraft in Richtung zur Zentrallage Z ausüben, oder andere an sich bekannte Rückstellmechanismen.
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Im Zustand gemäß 6 hat die Trägerwelle 4 Bewegungsfreiheit in alle Richtungen, zumindest für kleine Bewegungen. Sie wird lediglich eingeschränkt in seitlicher Richtung durch die beiden Schenkel 98 des Haltebügels 91 und die Anschläge 94 und die Druckstücke 93. Diese Einschränkung ist jedoch – wie vorstehend beschrieben – nicht starr, sondern flexibel durch eine federnde Abstützung des Haltebügels 91.
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In der Stellung gemäß 6 liegt das Werkstück 10 im Schmiedehammer auf und wird vom Handhabungsgerät 2 fixiert. Während des Schmiedeschlages werden über das Werkstück 10 an das Handhabungsgerät 2 Schläge, Stöße und Vibrationen übertragen. Diese Belastungen werden jedoch von der Greifeinrichtung 3 des Handhabungsgerätes 2 nicht an empfindliche Teile weitergeleitet, sondern wie weiter oben beschrieben durch das flexible Element 7 aufgefangen, dies jedoch nur, weil die mechanische Überbrückung der Stützeinrichtung durch Lösen der Stützlagerung außer Kraft gesetzt ist. Die Stützlagerung wird wieder eingesetzt durch Abheben des Werkstücks 10 vom Schmiedehammer, wodurch schwerkraftbedingt die Trägerwelle 4 wieder in das Stützlager 54 absinkt. Durch die Führung der Trägerwelle 4 durch die beiden Schenkel des Haltebügels 91 erfolgt ein geführtes Gleiten und ein Austritt der Trägerwelle 4 aus dem Einfangbereich des Stützlagers 54 ist verhindert.
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Das Handhabungsgerät weist in den beschriebenen Ausführungsbeispielen eine Greifeinrichtung zum Greifen des Werkstücks für die Beschickung und/oder Entschickung einer Umformanlage mit diesem Werkstück auf. Die Greifeinrichtung dient aber auch dem Festhalten des Werkstücks während des Umformprozesses in einem Arbeitsbereich der Umformanlage, insbesondere einer Gravur einer Schmiedeanlage. Um das Handhabungsgerät oder zumindest weniger robuste Teile davon vor den während des Umformprozesses auftretenden hohen Stoß- und Vibrationsbelastungen zu schützen ist die Greifeinrichtung oder eine Trägereinrichtung, an der die Greifeinrichtung befestigt oder befestigbar ist, an die Transporteinrichtung über wenigstens ein flexibles Element angekoppelt, so dass die Transporteinrichtung und damit auch eventuell weitere umfasste Teile des Handhabungsgerätes von den hohen Belastungen weitgehend mechanisch entkoppelt sind. Diese flexible Ankopplung ist jedoch nur während des Umformprozesses vorteilhaft. Für den Beschickungs- und/oder Entschickungsvorgang ist eine solche Flexibilität eher unerwünscht. Daher umfasst das Handhabungsgerät weiterhin eine Stützeinrichtung, die das flexible Element überbrücken kann und damit eine starre Anordnung der Greif- oder Trägereinrichtung an die Transporteinrichtung herstellt.
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Damit eine genaue Positionierung auch im flexiblen Zustand sowie auch der Übergang von flexiblem Zustand zum starren bzw. gestützten Zustand sicher gewährleistet ist und nicht durch beim Prozess auftretende Abdrängvorgänge oder Abdrängkräfte behindert wird, ist die Halteeinrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen. Vorzugsweise ist der Greifeinrichtung oder der Trägereinrichtung eine Trägerwelle zugeordnet, die im Stützlager abstützbar ist. Das Stützlager und die Trägerwelle sind dabei günstigerweise korrespondierend ausgebildet, so dass eine sichere Aufnahme der Trägerwelle im Stützlager sichergestellt ist. Insbesondere ist einen an die Trägerwelle angepasster konkav ausgebildeter Einschnitt mit U- oder V-förmiger Einführöffnung als Stützlager vorgesehen, in den die Trägerwelle einlegbar oder eingelegt ist. Mit Hilfe der Einführöffnung ist gewährleistet, dass beim Übergang vom flexiblen in den starren Zustand die Trägerwelle in den konvexen Einschnitt rutscht bzw. gleitet, sollte ein seitlicher Versatz der Trägerwelle zum konkaven Einschnitt vorliegen. Das Halte- oder Rückholelement ist vorzugsweise als ein zum Stützlager axial versetzt angeordnetes Führungselement dargestellt, wobei unter „axialem Versatz” ein Versatz entlang der Mittelachse der Trägerwelle verstanden werden kann. Das Führungselement ist insbesondere ein U-förmig ausgebildeter Haltebügel, der längere Schenkel als das Stützlager aufweist. Diese längeren Schenkel wirken sich insbesondere in vertikaler Richtung aus, das heißt, bei einer Bewegung aus dem Stützlager verlässt die Trägerwelle zuerst den Bereich, den die U- oder V-förmige Einführöffnung des Stützlagers abdeckt, bevor sie den Bereich verlässt, den der U-förmige Haltebügel abdeckt. Die Trägerwelle kann somit immer noch im Zugriffsbereich des U-förmigen Haltebügels sein, wenn sie den Einfangbereich des Stützlagers nach oben hin schon verlassen hat. Vorzugsweise verbleibt die Trägerwelle während des Umformprozesses im Bereich zwischen den beiden Schenkeln des Haltebügels, so dass sie weder im starren noch im flexiblen Zustand der Verbindung von Greifeinrichtung oder Trägereinrichtung einerseits und Transporteinrichtung andererseits aus dem von der U-Form des Haltebügels begrenzten Bereich tritt. Der Haltebügel kann dabei so ausgestaltet sein, dass der Trägerwelle wenigstens im flexiblen Zustand in horizontaler Richtung großer Freiraum gegeben ist, so dass also während des Umformprozesses der Trägerwelle in allen Richtungen eine Bewegung gestattet sein kann um hohe Stoß- oder Vibrationsbelastungen nicht unmittelbar zur Weiterleitung kommen zu lassen. Alternativ können die Schenkel zur Trägerwelle in horizontaler Richtung nur wenig beabstandet sein, die Schenkel des Haltebügels oder der gesamte Haltebügel jedoch aus einem flexiblen oder federnden Material ausgebildet sein, so dass zwar der horizontale Freiraum der Trägerwelle im flexiblen Zustand begrenzt ist, jedoch Stöße oder Vibrationen nur stark gedämpft weitergeleitet werden.
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Vorzugsweise ist jedoch der Haltebügel, der aus starrem oder flexiblem Material hergestellt sein kann, schwenkbar gegenüber dem Stützlager an einer zur Trägerwelle parallelen Achse gelagert. Auf diese Weise ist der Trägerwelle im flexiblen Zustand während des Umformprozesses sowohl in vertikaler ans auch in horizontaler Richtung Freiraum gegeben um zu verhindern, dass Stöße und Vibrationen Schäden an weniger robusten Teilen des Handhabungsgerätes verursachen können. Bei horizontalen Bewegungen weicht der Haltebügel durch eine Schwenkbewegung aus und die Stöße oder Vibrationen treffen nicht senkrecht sondern schräg auf die Schenkel auf. Durch dieses schräge Auftreffen erfolgt die Übertragung der Belastung nur entsprechend der Komponente, die senkrecht auf den Schenkel steht. Günstigerweise ist die Ausweichbewegung des Haltebügels derart beschränkt, dass die Trägerwelle immer noch innerhalb des Flächenbereiches der U-Form verbleibt. Die schwenkbare Lagerung ist bevorzugt gefedert mit Rückstellelementen ausgestaltet, so dass die Trägerwelle oberhalb des Stützlagers zentriert gehalten wird, solange die Abdrängungskräfte nicht zu groß werden. Bei übergroßen Abdrängungskräften gibt das Halteelement durch die Rückstellelemente federnd nach und wird dann, bei abnehmenden Abdrängungskräften, wieder in die Ausgangslage zurückgebracht oder zentriert. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Federung des Haltebügels durch wenigstens ein federndes Druckstück hergestellt ist, das am Stützlager angekoppelt und parallel zur Schwenkachse des Haltebügels ausgerichtet ist. Bevorzugt ist jeweils ein Druckstück einem der beiden Schenkel des Haltebügels zugeordnet das jeweilige federnde Druckstück kann den Haltebügel zurückdrängen, wenn der Haltebügel auf die Seite schwenkt, auf der sich dieses Druckstück befindet.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Handhabungsgerät
- 3
- Greifeinrichtung
- 4
- Trägerwelle
- 5
- Stützeinrichtung
- 6
- Trageteil
- 7
- flexibles Element
- 8
- Rotationsantrieb
- 9
- Gelenk
- 9'
- Kupplungsflansch
- 10
- Werkstück
- 11
- Betätigungsvorrichtung
- 12
- Gesenk
- 13
- Schlagbär
- 14
- Schwenklager
- 15
- Hubzylinder
- 16
- Transporteinrichtung
- 30, 31
- Greifbacke
- 32, 33
- Greifhebel
- 34
- Schwenklager
- 35
- Angreiflager
- 36
- Rückseite
- 50
- Stützteil
- 51, 52
- Befestigungsteil
- 53
- Verbindungsstange
- 54
- Stützlager
- 56
- Befestigungsteil
- 60
- Zwischenteil
- 61
- Halteteil
- 65
- Halteteil
- 67
- Verbindungsflansch
- 80
- Antriebsgehäuse
- 81
- Rahmen
- 87
- Antriebsflansch
- 89
- Einfangbereich
- 90
- Einführöffnung
- 91
- Haltebügel
- 92
- Haltebügellagerung
- 93
- federnde Druckstücke
- 94
- Anschlag
- 95
- Feder
- 96
- Kugel
- 97
- Ausnehmung
- 98
- Schenkel
- 99
- Basis
- M
- vordere Achse
- N
- hintere Achse
- A
- Schlagrichtung
- D, E
- Schwenkachse
- F
- Schwenkachse
- G
- Schwerkraft
- R
- Rotationsachse
- Z
- Zentrallage
- OP
- obere Position
- UP
- untere Position
- S
- Schwenkachse
- d
- Durchmesser
- l
- Länge
- β
- Schwenkwinkelbereich
