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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bauteilgreifer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zum Ergreifen und/oder Halten eines vorzugsweise unregelmäßig ausgebildeten Bauteiles gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9.
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Aus der
DE 198 02 320 A1 ist eine Haltevorrichtung für Werkstücke bekannt, bei der zumindest ein Spannbacken eine Vielzahl von im Querschnitt kreisförmigen, parallel zueinander ausgerichteten, seitlich aneinander anliegenden und in ihrer Haupterstreckungsrichtung einzeln verschiebbaren Spannstiften und einen die Spannstifte seitlich umgreifenden Rahmen, sowie eine Fixiereinrichtung zum Fixieren der Spannstifte gegenüber dem Rahmen aufweist. Dabei legen sich die Stifte passgenau an die Kontur des zu haltenden Werkstückes an, sodass auch unregelmäßig ausgeformte Werkstücke zuverlässig fixiert werden können.
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Die Fixiereinrichtung ist ähnlich eines Kolbens ausgebildet und schiebt die verschiedenen Stifte in radialer Richtung klemmend zusammen, nachdem die Stifte in das Bauteil eingegriffen haben, und fixiert somit die Stifte gegen Verrutschen. Dabei kann es vorkommen, dass auch bereits an das Bauteil angelehnte Stifte radial, das heißt quer zur Längsrichtung der Stifte, verschoben werden, mit der Folge, dass diese entweder verklemmen oder nicht mehr vollständig am Bauteil anliegen.
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Aus der
DE 19 29 830 A ist eine Spannvorrichtung bekannt, bei der in einem Korpus einerseits ein Hohlraum und andererseits eine Öffnung vorgesehen ist, wobei in der Öffnung eine Anzahl eng aneinander anliegender stabförmiger Elemente vorgesehen ist, die bis in den Hohlraum hinein reichen. Beim Anlegen dieser stabförmigen Elemente an ein unregelmäßiges Objekt werden einige der stabförmigen Elemente in das Innere des Hohlraums hineingedrückt und verdrängen dabei die im Hohlraum befindlichen Kügelchen. Dabei drücken diese an eine andere Stelle verdrängte Kügelchen dann andere stabförmige Elemente aus dem Hohlraum heraus. Dieser Vorgang geschieht so lange, bis sämtliche stabförmigen Elemente an dem unregelmäßigen Objekt anliegen. Beim Verschieben der Kügelchen innerhalb des Hohlraumes entsteht eine große Reibung, genauso dadurch, dass die stabförmigen Elemente eng aneinanderliegen. Im Ergebnis ist also ein großer Kraftaufwand erforderlich, damit die zuerst in den Hohlraum hineinragenden Elemente die Kügelchen verdrängen und diese verdrängten Kügelchen dann andere stabförmige Elemente aus dem Hohlraum herausdrücken. Aufgrund der anfallenden Reibung kann es auch schon mal vorkommen, dass einzelne stabförmige Elemente nicht exakt an der Kontur des Objektes anliegen, sodass es zu einem unzuverlässigen Ergreifen des Objektes durch die Spannvorrichtung kommt.
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Aus der
DE 92 04 691 U1 ist eine Einspannvorrichtung für Gegenstände mit unebener Oberfläche bekannt, bei der in einem Korpus eine Anzahl von zylindrischen Schäften ausgebildet ist, und wobei in jedem Schaft ein Spannkolben vorgesehen ist. Die einzelnen Schäfte sind nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren miteinander verbunden und alles mit einer Flüssigkeit gefüllt. Beim Ergreifen des Objektes werden dann einige Spannkolben tiefer in den Schaft hineingedrückt und verdrängen dabei einen Teil des Fluids. Dieses Fluid drückt dann andere Spannkolben ein Stück weit aus dem Schaft heraus und das Ganze geschieht so lange, bis sämtliche Spannkolben an dem unregelmäßig ausgebildeten Objekt anliegen. Auch hierbei muss durch das Fluid genügend Kraft auf einige der Spannkolben ausgeübt werden, damit diese an dem Objekt zur Anlage kommen. Auch hier kann es vorkommen, dass die an den einzelnen Stellen vorhandene Reibung größer ist als die aufzubringende Kraft mit der Folge, dass nicht sämtliche Spannkolben am Objekt zur Anlage kommen. Außerdem besteht bei der Verwendung eines solchen Fluids die Problematik der Abdichtung an den vielen beweglichen Spannkolben. Eine solche Abdichtung ist zwar technisch machbar aber mit einem gewissen Aufwand verbunden.
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Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bauteilgreifer und ein Verfahren zum Halten und/oder Ergreifen eines vorzugsweise unregelmäßig ausgebildeten Bauteiles der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem sich die Stifte an die Außenkontur des Bauteiles anlegen, ohne dass die obengenannten Nachteile auftreten.
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Als technische Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Bauteilgreifer mit den Merkmalen des Anspruches 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 9 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Bauteilgreifers und dieses Verfahrens sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Ein nach dieser technischen Lehre ausgebildeter Bauteilgreifer und ein nach dieser technischen Lehre ausgeführtes Verfahren zum Ergreifen und/oder Halten eines vorzugsweise unregelmäßig ausgebildeten Bauteiles haben den Vorteil, dass mit der Füllmasse und dem verbleibenden Hohlraum innerhalb des Korpus ein flexibler Stopper geschaffen ist. Dabei werden die Stifte entsprechend der Kontur des Bauteils ein Stück weit in den Korpus hineingeschoben. Sobald der Hohlraum innerhalb des Korpus durch das zusätzliche Volumen der Stifte aufgefüllt ist, hat die Füllmasse keinen Raum mehr, um den Stiften auszuweichen mit der Folge, dass die Füllmasse nunmehr die weitere axiale Bewegung der Stifte stoppt. Hierdurch kann der Bauteilgreifer das unregelmäßig ausgebildete Bauteil zuverlässig ergreifen und gleichzeitig den nötigen Haltedruck zum Halten des Bauteiles auf das Bauteil ausüben, zum Beispiel um das Bauteil zu bewegen oder zu schwenken, wie es bei Handhabungsrobotern, Manipulatoren, Transporvorrichtungen oder Werkzeugmaschinen üblich ist.
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Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Füllmasse aus einem nicht oder nur unwesentlich komprimierbaren Material zu bilden. Dies hat den Vorteil, dass die Stifte zwar gestoppt werden, aber gleichzeitig nach dem Lösen des Bauteilgreifers vom Bauteil ohne großen Kraftaufwand wieder axial beweglich sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Füllmasse aus einem Fluid, insbesondere aus einem Gel. Dies hat den Vorteil, dass das Fluid schnell auch in dem Bereich zwischen den Stiften gelangt und bei Ausfüllen des vorhandenen Hohlraumes das Fluid nur unwesentlich komprimierbar ist, und so die Stifte in axialer Richtung stoppt.
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In einer anderen, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist die Füllmasse auf einer Vielzahl von Füllkörpern, insbesondere von aus Edelstahl hergestellten Kugeln gebildet. Diese Vielzahl von Kugeln lassen sich beim Hereinschieben der Stifte in den Korpus leicht und reibungsarm bewegen und stehen somit der Axialverschiebung der Stifte nicht im Wege. Sobald der Hohlraum ausgefüllt ist, stoppen diese nicht komprimierbaren Kugeln die axiale Vorschubbewegung der Stifte und erreichen somit, dass die Stifte dauerhaft an dem Bauteil anliegen, auch wenn der Bauteilgreifer zusammen mit dem Bauteil gedreht, geschwenkt oder anderweitig bewegt wird.
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In einer ganz bevorzugten Weiterbildung ist die Erstreckung eines Füllkörpers zumindest in einer Richtung kleiner als der Abstand zweier benachbarter Stifte. Dies hat den Vorteil, dass zumindest einige Füllkörper beim Eindringen der Stifte in den Korpus und die Füllmasse zwischen zwei benachbarte Stifte gelangen und nach dem Ausfüllen des Hohlraumes eine radiale Kraft auf die Stifte ausüben. Hierdurch werden die Stifte verklemmt und somit gegen unbeabsichtigtes Verschieben fixiert. Dies wiederum bewirkt, dass die Stifte eine einmal eingestellte Kontur beibehalten, auch wenn der Bauteilgreifer vom Bauteil gelöst ist.
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In noch einer anderen, bevorzugten Weiterbildung ist der kleinste Abstand zweier benachbarter Stifte maximal doppelt so groß, wie die maximale Erstreckung des größten Füllkörpers, vorzugsweise nur 1,4-mal so groß. Dies hat den Vorteil, dass mehrere Füllkörper, insbesondere mehrere Kugeln, zwischen zwei benachbarte Stifte gelangen können, um diese zu verklemmen. Soll nun die Verklemmung wieder aufgehoben werden, so sind hierfür nur geringe Kräfte erforderlich, da sich die mindestens zwei Füllkörper zwischen den benachbarten Stiften leicht aus der Verklemmung lösen lassen.
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Es versteht sich, dass die Kontur und Dimensionierung der Füllkörper in verschiedenen Anwendungsfällen unterschiedlich ausfällt, je nachdem wie die Fixiereigenschaft des Bauteilgreifers sein soll.
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In der in der Figurenbeschreibung beispielhaft dargestellten Ausführungsform sind als Füllkörper Edelstahlkugeln gewählt, wobei der kürzeste Abstand benachbarter Stifte etwa 1,4-mal so groß ist wie der Durchmesser der Kugeln. Es versteht sich, dass andere Stifte auch größere Abstände aufweisen können. Begünstigt durch die Kugelform lassen sich die Füllkörper in den Raum zwischen den benachbarten Stiften bewegen und fixieren so die Stifte, nachdem der Hohlraum innerhalb des Korpus aufgefüllt ist. Weil aber die Kugeln eine gleichmäßige Oberfläche aufweisen, besteht die Verklemmung nur so lange, wie der Bauteilgreifer eine Haltekraft auf das Bauteil ausübt. Wird diese Haltekraft aufgehoben, so lösen sich auch die Kugeln aus der Verklemmung und die Stifte sind wieder frei beweglich.
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In einer anderen Ausführungsform sind an den Stiften Rückholfedern vorgesehen, um die Stifte aus dem Korpus heraus in eine Ausgangsstellung zu führen, nachdem die Haltekraft des Bauteilgreifers aufgehoben ist.
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Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Bauteilgreifers und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung und den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Haltevorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Bauteilgreifer und einem darin gehaltenen, unregelmäßig ausgebildeten Bauteil;
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2 eine schematische Darstellung des Bauteilgreifers gemäß 1 in Frontansicht;
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3a eine geschnitten dargestellte Seitenansicht des Bauteilgreifers gemäß 1, geschnitten entlang Linie III-III in 2 im Ausgangszustand;
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3b eine geschnitten dargestellte Seitenansicht des Bauteilgreifers gemäß 1, geschnitten entlang Linie IIIa-IIIa in 2 im Haltezustand zusammen mit einem Teil eines unregelmäßg ausgebildeten Bauteils;
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4 eine geschnittene Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteilgreifers.
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1 zeigt eine Haltevorrichtung als Teil einer Transportvorrichtung mit zwei Bauteilgreifern 10 und einem darin gehaltenen, ersten, unregelmäßig ausgebildetem Bauteil 11. Die in 1 dargestellten Bauteilgreifer 10 sind von einem Gehäuse umgeben, welches in in den nachfolgenden Figuren nicht dargestellt ist.
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Wie den 2, 3a und 3b zu entnehmen ist, umfasst der Bauteilgreifer 10 eine Anzahl von axial verschieblich gehaltenen, im Querschnitt runden Stiften 14, welche in einem Führungselement 16 axial verschieblich gehalten sind. Das Führungselement 16 umfasst eine Grundplatte 18 und eine parallel dazu ausgerichtete Halteplatte 20, wobei zwischen der Grundplatte 18 und der Halteplatte 20 vier Distanzstifte 22 vorgesehen sind, die die Grundplatte 18 von der Halteplatte 20 beabstandet halten, um ein Verkanten der Stifte zu vermeiden. Sowohl in der Grundplatte 18, als auch in der Halteplatte 20 sind hier nicht näher dargestellte Öffnungen vorgesehen, in die die Stifte 14 passgenau und reibungsarm eingesetzt sind. Innerhalb dieses Führungselementes 16 sind die Stifte 14 axial verschiebbar.
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An der Grundplatte 18 ist ein hohler Korpus 24 derart angebracht, dass die Stifte 14 im Ausgangszustand gemäß 3a teilweise in das Innere des Korpus 24 hineinreichen. Gleichzeitig können die Stifte 14 durch axiales Verschieben weiter in das Innere des Korpus 24 hineingeschoben werden.
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Im Inneren des Korpus 24 befindet sich eine Füllmasse 26, welche das Innere des Korpus 24 nur teilweise ausfüllt, sodass im Ausgangszustand des Bauteilgreifers 10 im Inneren des Korpus 24 neben den teilweise darin hineinragenden Stiften 14 und der Füllmasse 26 auch ein weiterer Hohlraum 28 verbleibt.
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Die Füllmasse 26 setzt sich aus einer Vielzahl von Kugeln 30 zusammen, welche aus Edelstahl gebildet sind. Dabei entspricht der kleinste Abstand 32 zu den benachbarten Stiften 14 dem 1,4-fachen Durchmesser der Kugeln 30.
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In 3b ist der Bauteilgreifer 10 im Haltezustand dargestellt, wobei die Stifte 14 an der Außenkontur eines zweiten Bauteils 12 anliegen und soweit in das Innere des Korpus 24 hineingedrückt sind, dass die Kugeln 30 der Füll-masse 26 den Hohlraum 28 komplett ausfüllen und dabei auch zwischen benachbarte Stifte 14 gelangen.
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4 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteilgreifers 110, der genauso aufgebaut ist, wie der in den 2, 3a und 3b dargestellte Bauteilgreifer 10, zusätzlich jedoch an den Stiften 114 jeweils eine Rückhohlfeder 134 besitzt, welche den jeweiligen Stift 14 nach dem Lösen des Bauteilgreifers 10 vom zweiten Bauteil 12 in ihre Ausgangsposition zurückbringt, sodass innerhalb des Korpus 124 wieder ein Hohlraum 128 entsteht.
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Nachfolgend wird das Verfahren zum Ergreifen/Halten eines vorzugsweise unregelmäßig ausgebildeten Bauteils detailliert wie folgt beschrieben:
Während der Bauteilgreifer 10 an das zu ergreifende oder zu haltende, zweite Bauteil 12 heranbewegt wird, kommen die Stifte 14 am Bauteil 12 zur Anlage und werden fortan in axialer Richtung in das Innere des Korpus 24 hineingeschoben. Entsprechend der Kontur des zweiten Bauteils 12 werden einzelne Stifte 14 unterschiedlich weit in das Innere des Korpus 24 hineingeschoben.
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Damit vergrößert sich der im Inneren des Korpus 24 befindliche Teil der verschiedenen Stifte 14 und gleichzeitig verkleinert sich der Hohlraum 28. Sobald einer oder mehrere der Stifte 14 mit der Füllmasse 26, hier mit den Kugeln 30 in Kontakt kommt, werden diese danach zur Seite bewegt, wobei sich die Kugeln 30 auch zwischen benachbarte Stifte 14 bewegen lassen, wie in den 3a und 3b zu sehen ist. Dabei wird der im Inneren des Korpus 24 befindliche Hohlraum 28 immer kleiner, bis er letztendlich endgültig verschwunden ist, wie dies in 3b dargestellt ist. Weil nun der Hohlraum 28 fehlt, kann die Füllmasse 26 in Form der Kugeln 30 nicht weiter wegbewegt werden und weil die Kugeln 30 nicht komprimierbar sind, entsteht auf diesem Wege ein Widerstand und die Stifte 14 können nicht weiter in das Innere des Korpus hineingeschoben werden. Nun kann der Bauteilgreifer 10 durch weiteres Andrücken eine Haltekraft auf das zweite Bauteil 12 ausüben und dieses entsprechend sicher fixieren. Dabei hält der Bauteilgreifer 10 das Bauteil 12 so fest, dass auch eine Drehbewegung, eine Schwenkbewegung oder eine andere Bewegung ausgeführt werden kann, ohne dass das Bauteil 12 aus dem Bauteilgreifer 10 herausgelangt.
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Unter anderem aufgrund der vom Bauteilgreifer 10 ausgeübten Haltekraft werden die sich zwischen den Stiften 14 befindlichen Kugeln 30 verklemmt, sodass die Stifte 14 in dieser Position fixiert werden. Hiermit ist es möglich, etwaiges Spiel zwischen den Stiften 14 und dem Führungselement 16 auszugleichen und ein zuverlässiges Ergreifen des Bauteils 12 zu ermöglichen.
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Sobald die vom Bauteilgreifer 10 auf das Bauteil 12 ausgeübte Haltekraft zurückgenommen wird, löst sich auch die Verklemmung zwischen den Kugeln 30 und den Stiften 14, sodass die Stifte 14 wieder ohne nennenswerten Kraftaufwand axial verschieblich sind.
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Bei der in 4 dargestellten zweiten Ausführungsform bewirkt die Rückholfeder 134 nun, dass die Stifte 114 in ihren Ausgangszustand zurückbewegt werden, sodass im Inneren des Korpus 124 wieder ein Hohlraum 128 entsteht.
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In einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform ist die Füllmasse als ein nur wenig komprimierbares Fluid ausgebildet. Das oben beschriebene Verfahren wird mit diesem Fluid in analoger Weise ausgeführt.
