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Die Erfindung betrifft eine Greif- oder Spanneinheit mit einem Grundgehäuse, mit wenigstens einem einen Arbeitsdruckraum begrenzenden Arbeitskolben, der in einem Arbeitszylinder entlang eines Kolbenhubs verfahrbar ist, wobei der Arbeitskolben über ein Koppelglied mit wenigstens einer zwischen zwei Endlagen verfahrbaren Grundbacke derart bewegungsgekoppelt ist, dass bei Druckbeaufschlagung des Arbeitsdruckraums der Arbeitskolben die Grundbacke in eine Endposition bewegt. Eine solche Greif- oder Spanneinheit kann vorzugsweise eine mit insbesondere einem Festanschlag zusammenwirke Grundbacke oder zwei aufeinander zu und voneinander weg verfahrbare Grundbacken aufweisen. Ferner ist denkbar, dass auch drei hin zu einem Zentrum bzw. weg von einem Zentrum verlagerbare Grundbacken vorgesehen sind. Die Greif- oder Spanneinheiten können zum Innengreifen oder auch zum Außengreifen Verwendung finden.
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Eine derartige Greif- oder Spanneinheit ist beispielsweise aus der
DE 10 2017 124 713 B3 und der
DE 10 2017 124 720 A1 bekannt. Zum Verfahren der Backe wird folglich der entsprechende Arbeitsdruckraum mit Arbeitsdruck beaufschlagt.
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Aus der
DE 10 2008 023 813 A1 ist ferner ein Greifwerkzeug bekannt, welches insbesondere durch Federkraft betätigt wird, wobei ein Wälzgetriebe zur Bereitstellung einer gleichbleibenden Greifkraft über den gesamten Hub vorgesehen ist. In der
DE 10 2016 004 924 A1 ist ebenfalls eine Greifvorrichtung gezeigt, wobei die Greifelemente mittels Schraubendruckfedern betätigt werden.
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Die
GB 2 147 268 A offenbart zudem eine Greifvorrichtung für einen Roboterarm mit einer federbeaufschlagten Greifkraftsicherung.
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Es sind auch Greif- oder Spanneinheiten bekannt, bei denen der Arbeitskolben mit einer Federkraft eines Federelements beaufschlagt wird. Bei Druckbeaufschlagung des Arbeitsdruckraums bewegt sich der Arbeitskolben entgegen der Federkraft des Federelements, wodurch die Grundbacke in die eine Endlage verfahren wird. Wird der Druckraum drucklos geschalten, so bewegt sich der Arbeitskolben aufgrund der Federkraft des Federelements in die andere Richtung, wodurch die Grundbacke hin zur anderen Endposition gedrängt wird. Vorzugsweise ist die Anordnung derart, dass die Grundbacke zum Greifen eines Gegenstandes aufgrund des Federelements, bzw. dessen Federkraft, in die Greifposition gedrängt wird. Dies hat den Vorteil, dass bei Drucklosschaltung bzw. auch bei einem unerwünschten Druckabfall im Arbeitsdruckraum ein Gegenstand mit einer vom Federelement zur Verfügung gestellten Greifkraft gegriffen werden kann. Ein derartiges Federelement stellt folglich eine Greifkraftsicherung im Falle eines Druckverlusts zur Verfügung.
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Bei solchen Greif- oder Spanneinheiten wirkt das Federelement unmittelbar gegen den Arbeitskolben und ist vorzugsweise auf der dem Arbeitsdruckraum abgewandten Seite des Arbeitskolbens angeordnet. Der Federweg des Federelements entspricht dabei dem Weg des Kolbenhubs; der maximale Federweg entspricht dem maximalen Kolbenhub. Da als Federelemente in der Regel Schraubenfedern aus Stahl mit einer weitgehend linearen Federkennlinie Verwendung finden, nimmt die Federkraft des Federelements mit zunehmendem Einfederweg zu und mit zunehmendem Ausfederweg ab. Dadurch findet eine relativ große Greifkraftänderung über den Hubbereich des Arbeitskolbens statt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Greif- oder Spanneinheit der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welcher die Greifkraft sich über den maximalen Kolbenhub möglichst wenig ändert.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Greif- oder Spanneinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Folglich ist insbesondere vorgesehen, dass ein Funktionsmechanismus mit wenigstens einem Federelement und einer Getriebeanordnung vorgesehen ist, wobei das Federelement mit der Grundbacke so bewegungsgekoppelt ist, dass es bei Drucklosschaltung des Arbeitsdruckraums die Grundbacke zur Aufrechterhaltung einer Greifkraft beaufschlagt, und wobei die Getriebeanordnung zwischen dem wenigstens einen Federelement und dem Koppelglied so vorgesehen ist, dass die Bewegung des Arbeitskolbens zur Federbewegung des Federelements derart übersetzt wird, dass der maximale Kolbenhub des Arbeitskolbens merklich größer ist als der maximale Federweg des wenigstens einen Federelements.
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Das Federelement kann dabei als beliebig ausgebildetes elastisch nachgiebiges Element vorgesehen sein. Beispielsweise kann als Federelement ein Federsystem, eine Schraubenfeder, eine Spiralfeder, eine Tellerfeder, ein Elastomer, ein Metallkissen oder Metallgewebe, ein Piezo-Element und/oder pneumatisches oder hydraulisches Element vorgesehen sein. Insbesondere das pneumatische oder hydraulische Element kann dabei so ausgebildet sein, dass dessen Sperrvolumen verstellbar ist, so dass die durch das Federelement bereitgestellte Federkennlinie verstellbar ist. Der maximale Federweg des Federelements bedeutet dabei die elastische Nachgiebigkeit des Federelements bzw. des elastisch nachgiebigen Elements.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung kann erreicht werden, dass der Federweg auch bei größeren Kolbenhüben vergleichsweise klein gehalten wird, wodurch die über den Federweg auftretenden Greifkraftänderungen gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert werden können. Je nach Übersetzungsverhältnis kann erreicht werden, dass sich die Federkraft über den gesamten möglichen Federweg des Federelements nur geringfügig ändert. Gemäß der Erfindung können auch kürzere Federelemente Verwendung finden als beim Stand der Technik, da die Federelemente gemäß der Erfindung geringere Federwege zurücklegen. Die beschriebene Ausführungsform hat ferner den Vorteil, dass das Federelement nicht direkt auf den Antriebskolben, sondern auf das Koppelglied wirkt. Insofern kann der Antrieb in Form des Arbeitskolbens unabhängig von dem Federelement, welches letztlich für die Greifkraftsicherung verantwortlich ist, bereitgestellt werden.
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Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Getriebeanordnung derart ausgebildet ist, dass der maximale Kolbenhub zum maximalen Ausfederweg im Bereich von 1 zu 0,1 bis 1 zu 0,01 liegt und vorzugsweise 1 zu 0,3 beträgt. Unter diesen Bedingungen ergibt sich ein Verlauf der Federkraft über den Federweg, welche einer überwiegenden Anzahl von Greifaufgaben gerecht wird.
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Ferner ist vorteilhaft, wenn das Koppelglied um eine Drehachse drehbar angeordnet ist und mit einer Linearverzahnung des Arbeitskolbens bewegungsgekoppelt ist, wobei das Koppelglied einen Anschlussabschnitt zum Anschluss an die Getriebeanordnung aufweist. Die Linearverzahnung kann insbesondere an einer Kolbenstange des Arbeitskolbens vorgesehen sein. Ein derartig drehbar angeordnetes Koppelglied benötigt vergleichsweise wenig Bauraum und kann dennoch funktionssicher mit der Getriebeanordnung bewegungsgekoppelt werden.
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Vorteilhafterweise umfasst die Getriebeanordnung einen vom Federelement beaufschlagten Zahnstangenabschnitt und ein mit dem Zahnstangenabschnitt zusammenwirkendes Zahnradgetriebe mit einer Abtriebswelle. Die Abtriebswelle ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie mit dem Anschlussabschnitt des Koppelglieds drehgekoppelt ist. Eine derartige Ausbildung kann auf vergleichsweise geringem Bauraum die erforderliche Übersetzung zwischen der Bewegung des Kolbens und des Federwegs bereitstellen.
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Die Linearverzahnung des Arbeitskolbens ist dabei vorzugsweise parallel zum Zahnstangenabschnitt der Getriebeanordnung angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine vergleichsweise kompakt bauende Greif- oder Spanneinheit.
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Um eine Greifkraftsicherung mit einer höheren Greifkraft zur Verfügung zu stellen, kann vorgesehen sein, dass zwei Federelemente vorgesehen sind und dass jedes Federelement einen Zahnstangenabschnitt beaufschlagt, wobei ein mit den beiden Zahnstangenabschnitten zusammenwirkendes Zahnradgetriebe mit einer Abtriebswelle vorgesehen ist, die mit dem Anschlussabschnitt des Koppelglieds zusammenwirkt.
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Ferner ist vorteilhaft, wenn zwei parallel zueinander verlagerbare Arbeitskolben vorgesehen sind, und wenn jeder Arbeitskolben eine Linearverzahnung aufweist, und wenn zwischen den beiden Linearverzahnungen das mit den beiden Linearverzahnungen bewegungsgekoppelte Koppelglied vorgesehen ist. Durch Vorsehen von zwei Arbeitskolben kann eine entsprechend hohe Greifkraft auf das Koppelglied und damit auf die wenigstens eine Grundbacke bereitgestellt werden.
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Gemäß der Erfindung ist ferner vorteilhaft, wenn der Funktionsmechanismus, bzw. das wenigstens eine Federelement und die Getriebeanordnung in einem am Grundgehäuse angeordneten oder anordenbaren Ansatzgehäuse untergebracht sind. Erfindung betrifft als auch ein Ansatzgehäuse gemäß Patentanspruch 9. Das Vorsehen eines solchen Ansatzgehäuses hat den Vorteil, dass für den Fall, dass eine Greifkraftsicherung nicht benötigt wird, diese entfallen kann. Ferner können auch unterschiedliche Ansatzgehäuse mit unterschiedlich hohen Greifkräften zur Greifkraftsicherung bereitgestellt werden. Dies hat ferner den Vorteil, dass verschiedene Funktionsmechanismen in verschiedenen Ansatzgehäusen vorgehalten werden können, und dass je nach Bedarfsfall der geeignete Funktionsmechanismus mit der Greif- oder Spanneinheit zum Einsatz kommen kann.
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Das Ansatzgehäuse weist vorzugsweise eine Oberseite und eine Unterseite auf, wobei die Abtriebswelle von der Oberseite und der Unterseite her zugänglich ist, und wobei das Ansatzgehäuse mit der Oberseite oder der Unterseite mit dem Koppelglied, bzw. dessen Anschlussabschnitt koppelbar ist. Je nachdem, wie herum das Ansatzgehäuse am Grundgehäuse befestigt wird, kann eine Greifkraftsicherung in die eine Richtung (beispielsweise beim Innengreifen) oder in die andere Richtung (beispielsweise beim Außengreifen) zur Verfügung gestellt werden. Insofern ist die Greif- oder Spanneinheit dann flexibel einsetzbar.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Baukasten gemäß Patentanspruch 11, der wenigstens eine Greif- oder Spanneinheit und wenigstens ein Ansatzgehäuse aufweist.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben und erläutert sind.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer aus dem Stand der Technik bekannten Greifeinheit;
- 2 eine Draufsicht auf die Greifeinheit gemäß 1;
- 3 einen Schnitt durch die Greifeinheit gemäß 2 entlang der Linie III;
- 4 einen Schnitt entlang der Linie IV in 3;
- 5 einen Schnitt entlang der Linie V in 2;
- 6 einen Schnitt entlang der Linie VI in 4;
- 7 die Greifeinheit gemäß den 1-6 mit einem Ansatzgehäuse im Teilschnitt;
- 8 eine im Ansatzgehäuse gem. 7 vorhandene Getriebeanordnung in isometrischer Ansicht;
- 9 einen Schnitt durch das Ansatzgehäuse entlang der Linie IX in 7;
- 10 einen dem Schnitt gemäß 9 entsprechenden Schnitt durch ein anders ausgebildetes Ansatzgehäuse; und
- 11 eine im Ansatzgehäuse gemäß 10 vorhandene Getriebeanordnung in isometrischer Ansicht.
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In den 1 bis 6 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Greifeinheit 10 mit einem Grundgehäuse 12 gezeigt, in dem zwei Arbeitskolben 14 in jeweils einem Arbeitszylinder 15 verfahrbar angeordnet sind, wobei jeder Arbeitskolben 14 mit einer Grundbacke 16 bewegungsgekoppelt ist. Das Grundgehäuse 12 weist zur Führung der Grundbacken 16 Vielzahnführungen 18 auf. Im mittleren Bereich zwischen den Grundbacken 16 ist eine Abdeckplatte 20 am Grundgehäuse 12 befestigt.
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Wie insbesondere aus dem Schnitt gemäß 4 hervorgeht, sind die beiden Arbeitskolben 14 entlang den Achsen 22 parallel zueinander verfahrbar. Die Arbeitskolben 14 umfassen ferner jeweils eine Arbeitskolbenstange 24, an der jeweils ein Koppelabschnitt 26 in Form einer Linearverzahnung 28 vorgesehen ist. Die beiden Koppelabschnitte 26 bzw. Linearverzahnungen 28 wirken mit einem Koppelglied 30 zusammen, welches ein Ritzel 32 aufweist. Das Ritzel 32 kämmt die Linearverzahnungen 28.
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Das Koppelglied 30 ist um eine Drehachse 34 drehbar angeordnet und synchronisiert die Bewegung der beiden Arbeitskolben 14 bzw. deren Arbeitskolbenstangen 24 und damit die Bewegung der Grundbacken 16.
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Wie insbesondere aus den 3 und 5 deutlich wird, weist das Koppelglied 30 einen Anschlussabschnitt 36 auf, der insbesondere bündig mit der Außenseite des Grundgehäuses 12 verläuft und von außerhalb des Grundgehäuses 12 zugänglich ist.
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Der Anschlussabschnitt 36 kann beispielsweise eine formschlüssige Schnittstelle wie beispielsweise einen Innensechskant, einen Innensechsrund oder auch zwei oder mehr parallel zueinander verlaufende Bohrungen vorsehen, über den bzw. die das Koppelglied 30 mit einem Funktionsmechanismus, wie er in den 7 und 10 dargestellt ist, verbunden werden kann.
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Zur geeigneten Drehlagerung des Koppelglieds 30 ist eine in den 3 und 5 deutlich zu erkennende Lagerbuchse 38 vorgesehen, die mittels Befestigungsschrauben 40 in einer Aufnahme 39 am Grundgehäuse 12 befestigt ist. Durch Lösen der Schrauben 40 kann die Lagerbuchse 38 sowie das Koppelglied 30 aus der Aufnahme 39 entfernt werden. Je nach vorzusehendem Funktionsmechanismus 60 kann ein anders ausgebildetes Koppelglied 30 mit einem entsprechend ausgebildeten Anschlussabschnitt 36 Verwendung finden.
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Wie insbesondere aus den 4, 5 und 6 deutlich wird, weisen die Arbeitskolbenstangen 24 eine Ausnehmung 42 auf, innerhalb welcher die Linearverzahnungen 28 angeordnet sind. 5 zeigt, dass der die Linearverzahnungen 28 in einem Bereich zwischen der jeweiligen Arbeitskolbenstange 24 und dem Ritzel 32 des Koppelglieds 30 liegt. In diesem Bereich weisen die Arbeitskolbenstangen 24 einen viertelkreisförmigen Querschnitt auf.
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Wie ferner aus den 3 und 6 deutlich wird, ist an den Grundbacken 16 jeweils ein Mitnehmer 44 vorgesehen, der mit dem jeweiligen Koppelabschnitt 26 bewegungsgekoppelt ist. Die Mitnehmer 44 sind mittels der in 6 gezeigten Befestigungsschrauben mit den Grundbacken 16 starr verbunden. Zwischen dem jeweiligen Mitnehmer 44 und dem zugehörigen Koppelabschnitt 26 ist ein elastisches Element 46 vorgesehen, mit dem die Greifkraft aufrechterhalten werden kann bzw. welches eine Vorspannkraft beim Greifen eines Bauteils bereitstellt.
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Im Betrieb werden die von den Arbeitskolben 14 begrenzten Arbeitsdruckräume 50, 52 wechselseitig mit Arbeitsdruck beaufschlagt, wodurch bei einer Druckbeaufschlagung der Arbeitsdruckräume 50 die Grundbacken 16 aufeinander zu bewegt werden und bei einer Druckbeaufschlagung der Arbeitsdruckräume 52 die Grundbacken 16 voneinander weg verfahren werden.
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In den 7 und 10 sind Funktionsmechanismen 60, 100 zur Greifkraftsicherung gezeigt, die in einem Ansatzgehäuse 62 untergebracht sind. Das Ansatzgehäuse 62 kann dabei an das in den 1-6 gezeigte Grundgehäuse 12 angeordnet werden. Gemäß der Erfindung ist allerdings auch denkbar, dass der Funktionsmechanismus 60 zur Greifkraftsicherung innerhalb des Grundgehäuses 12 vorgesehen sein kann.
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Der im Ansatzgehäuse 62 untergerbachte Funktionsmechanismus 60 zur Greifkraftsicherung umfasst, wie in 8 gezeigt ist, ein Federelement 64 und eine Getriebeanordnung 66. Das Federelement 64 ist als Schraubenfeder ausgebildet, die sich an einem in das Ansatzgehäuse 62 eingeschraubten Gewindebolzen 68 abstützt. Das Federelement 64 beaufschlagt einen Zahnstangenabschnitt 70, der mit einem Zahnradgetriebe 72 zusammenwirkt. Das Zahnradgetriebe 72 umfasst bei der in der 8 gezeigten Ausführungsform ein den Zahnstangenabschnitt 70 kämmendes Ritzel 74 sowie ein mit dem Ritzel 74 drehfest verbundenes, größer als das Ritzel 74 ausgebildetes Zahnrad 76. Das Zahnrad 76 kämmt ein kleiner als das Zahnrad 76 ausgebildetes Ritzel 78, das auf einer Abtriebswelle 80 sitzt. Die Abtriebswelle 80 umfasst zwei Durchgangsbohrungen 82, welche zur Aufnahme von Koppelstiften 84, wie in 7 gezeigt, dienen.
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Im montierten Zustand ist folglich die Abtriebswelle 80 mit dem Koppelglied 30 über die Koppelstiften 84 drehgekoppelt, wodurch ein von dem Federelement 64 erzeugtes, auf die Abtriebswelle 80 wirkendes Drehmoment über das Koppelglied 30 auf die Arbeitskolben 14 und auf die Grundbacken 16 wirkt.
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Durch Vorsehen des Funktionsmechanismus 60 kann also eine Greifkraftsicherung bereitgestellt werden, für den Fall, dass während des Greifvorgangs in den Arbeitsdruckräumen 50, 52 ein insbesondere ungewollter Druckabfall stattfindet. Das Ansatzgehäuse 62 mit dem Funktionsmechanismus 60 ist dabei derart am Grundgehäuse 10 angeordnet, dass die Federkraft des Federelements 64 die Backen 16 in Greifrichtung beaufschlagt, wodurch die Bereitstellung einer Greifkraft auch bei Druckabfall sichergestellt werden kann.
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Aufgrund des Vorsehens der Getriebeanordnung 66 erfolgt eine Übersetzung der Bewegung der Arbeitskolben 14 zur Federbewegung des Federelements 64 derart, dass der maximale Kolbenhub des jeweiligen Arbeitskolbens 14 größer ist als der maximale Federweg des Federelements 64. Dadurch wird erreicht, dass beim Verfahren der Arbeitskolben 14, bzw. der Backen 16, das Federelement 64 insgesamt nur geringfügig bewegt, also komprimiert oder expandiert wird. Aufgrund der geringfügigen Bewegung des Federelements 64 ist die vom Federelement 64 zur Verfügung gestellte, an den Backen 16 wirkende Greifkraft in jeder Position der Backen 16 ähnlich groß, auch dann, wenn die Feder 64 eine lineare Federkennlinie aufweist. Das Übersetzungsverhältnis zwischen der Bewegung der Arbeitskolben 14 und der Federbewegung beträgt vorzugsweise 1 zu 0,3.
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Im Normalbetrieb der Spanneinheit 10 wird die von den Arbeitskolben 14 aufgebrachte Greifkraft durch die Kraft des Federelements 64 unterstützt; für den Fall, dass ein ungewollter Druckabfall stattfindet, wird die Greifkraft ausschließlich durch das Federelement 64 bereitgestellt, wobei die Federkraft des Federelements 64 über die Getriebeanordnung 66 auf das Koppelglied 30, und damit auf die Grundbacken 16, wirkt.
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Wie insbesondere aus dem Schnitt gemäß 7 deutlich wird, weist das Ansatzgehäuse 62 eine Oberseite 90 und eine Unterseite 92 auf. Aus 7 wird ferner deutlich, dass die Abtriebswelle 80 sowie die Durchgangsbohrungen 82 von der Oberseite 90 und auch von der Unterseite 92 her zugänglich ist. Die Abtriebswelle 80 befindet sich ferner mittig im Ansatzgehäuse 62; die Drehachse der Abtriebswelle 80 liegt im Schnittpunkt der Diagonalen des Ansatzgehäuses 62. Dadurch wird erreicht, dass das Ansatzgehäuse 62 mit dessen Oberseite 90 oder mit dessen Unterseite 92 an dem Grundgehäuse 10 befestigt werden kann. Wird die Oberseite 90 an dem Grundgehäuse 10 befestigt, so wie es in 7 gezeigt ist, dann wirkt das eine Ende 80.1 der Abtriebswelle 80 mit dem Koppelglied 30 zusammen. Wird das Ansatzgehäuse 62 anders herum, also mit der Unterseite 92 am Grundgehäuse 10 befestigt, so wirkt das andere Ende 80.2 der Abtriebswelle mit dem Koppelglied 30 zusammen. Je nach Einbaulage wirkt folglich die Greifkraftsicherung auf die Backen 16 in die eine oder andere Richtung. Damit kann, je nachdem, ob mit der Greifeinheit 10 ein Innengreifen oder ein Außengreifen realisiert werden soll, die Greifkraftsicherung über unterschiedliche Anordnung des Ansatzgehäuses 62 in die eine Richtung oder in die andere Bewegungsrichtung der Backen bereitgestellt werden.
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In der 10 ist ein Schnitt durch ein Ansatzgehäuse 100 gezeigt, in welchem ein weiterer Funktionsmechanismus 60 zur Greifkraftsicherung untergebracht ist. Entsprechende Bauteile sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß den 7 bis 9 umfasst der Funktionsmechanismus 100 gemäß den 10 und 11 zwei Federelemente 64, wobei jedes Federelement 64 einen Zahnstangenabschnitt 70 beaufschlagt. Zwischen den beiden Zahnstangenabschnitten 70 ist das Ritzel 78 des Zahnradgetriebes 72 vorgesehen. Durch diese Anordnung wird folglich das auf das Ritzel 78 wirkende Drehmoment aufgrund des Vorsehens von zwei Federelementen 64 erhöht; insgesamt kann hierdurch eine höhere Greifkraft zur Greifkraftsicherung bereitgestellt werden. Auch bei dieser Ausführungsform kann das Ansatzgehäuse 100 mit seiner Oberseite oder mit seiner Unterseite am Grundgehäuse 10 montiert werden, je nachdem, in welche Richtung die Greifkraft wirken soll.
