DE102020004566A1

DE102020004566A1 - Spann-, Greif-, Positionier- und Haltevorrichtung

Info

Publication number: DE102020004566A1
Application number: DE102020004566.9A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-02-07
Filing date: 2020-07-28
Publication date: 2021-08-12
Also published as: DE202020000509U1

Abstract

Bei den bekannten Lösungen findet eine Betätigung der Spannbacken (4), welche sich auf der X-Achse bewegen, auf einer Z-Achse statt, was unterschiedliche Kräfte beim Öffnen und Schließen der Backen, und eine hohe Ausdehnung in der Z-Achse generiert.Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spannvorrichtung vorzuschlagen, die einerseits in der Höhenausdehnung sehr wenig Bauraum benötigt und zudem, bei identischer Art der Betätigung, identische Kräfte zum Öffnen und Schließen generiert, was durch den Einsatz von zwei gegenüberliegenden Plunger-Koben (3) als Betätigung des Stellelementes (1) erreicht wird.Vorrichtung zum Spannen und Positionieren mittels Innen- oder Außenzentrierung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spann-, Greif-, Positionier- und Haltevorrichtung mit wenigstens einem in einem Führungsabschnitt verschiebbaren Aufnahmeblocks, wobei der Aufnahmeblock über ein Stellelement zwischen einer geöffneten- und in einer geschlossenen Position frei positionierbar ist. Im Wesentlichen bewegen sich aber zwei Aufnahmeblöcke mit gleichem Weg aufeinander zu oder voneinander weg.
Die Erfindung betrifft auch die dazugehörigen Aufsatzelemente (Backen), sowie ein dazugehöriges Verfahren zum Betrieb, welches auch die Positions- und Bauteilabfrage beinhaltet.
Bei Spannvorrichtungen kann es sich beispielsweise um Spannfutter, Zentrierspanner, Spannstöcke und andere Spannelemente handeln.
Bei den Greifvorrichtungen kann es sich insbesondere um Parallel- oder Zentrischgreifer handeln.
Bei Positionier- und Haltevorrichtungen kann es sich z. B. um Nullpunkt-Spannelemente und allgemeine Zentrierelemente handeln.
Stand der Technik:
Derartige Vorrichtungen sind in vielfältiger Weise aus dem Stand der Technik vorbekannt. Beispielsweise sind aus den Patenten „ DE 102016111893A1 ‟ und „ EP1281479A2 ‟ ein Parallelgreifer, sowie eine positionsflexible Spannvorrichtung, mit zwei verstellbaren Schiebern, welche in einem Gehäuse mit einer Führung verschiebbar geführt sind, vorbekannt.
An diesen Schiebern sind in der Regel sogenannte Finger oder Backen montierbar, mit welchen die zu greifenden, spannenden oder zentrierenden Gegenstände bedient werden. Je nach Art des zu spannenden oder zu greifenden Gegenstandes, können diese Backen unterschiedlich ausgebildet sein.
Bei derartigen Vorrichtungen kann es erforderlich sein festzustellen, in welcher Lage sich wenigstens ein Aufnahmeblock (Schieber, Backe)befindet. Insbesondere ist interessant, ob diese sich in der inneren- oder äußeren Endlage befinden.
Ebenso kann es bei automatisierten Prozessen erforderlich sein zu erfassen, ob ein zu spannendes Bauteil ordnungsgemäß vorpositioniert ist.
Dazu sind aus dem Stand der Technik elektrische Näherungsschalter bekannt, die das Signal eines Schiebers/Backe erfassen. Weiterhin können die Position des Schiebers und der zu spannenden Bauteile über eine pneumatische Staudruckabfrage mittels Drucksensoren erfasst werden.
Bei allen bekannten Erfindungen finden die Bewegungen der Schieber und die Betätigung oder Klemmung selbiger nicht auf parallelen X/Y-Führungsebenen statt. Das heißt: Entweder findet die Betätigung senkrecht zur Verschiebeebene, auf einer X/Z-Eben, statt ( DE 102016111893A1 ) oder die Schieber werden direkt linear betätigt ( EP1281479A2 ) und zusätzlich auf einer dazu senkrechten Achse mittels eines Betätigungskolbens geklemmt. Alle Lösungen bewirken eine relativ große Ausdehnung der Baugruppe entlang der jeweiligen Betätigungsachsen.
Zudem erzeugen alle bekannten Lösungen unterschiedliche Kräfte bei der Schließen- oder Öffnen-Bewegung, was ihren Einsatz für das Spannen/Greifen in der jeweils anderen Richtung erschwert oder ausschließt.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung:
Aufgabe der Erfindung ist es dem gegenüber, eine Spann-, Greif-, Positionier- und Haltevorrichtung vorzuschlagen, die einerseits in der Höhenausdehnung (Z-Achse, wie 3) sehr wenig Bauraum benötigt und zudem, bei identischer Art der Betätigung, identische Kräfte zum Öffnen und Schließen generiert.
Dies hat zur Folge, dass die Erfindung gleichermaßen zur Innenzentrierung, wie Außenzentrierung von aufzunehmenden Bauteilen verwendet werden kann.
Die niedrige Bauhöhe der Erfindung wird dadurch erreicht, dass sich das Stellelement (1) und das Betätigungselement (2; 3) auf denselben parallelen Ebenen (XY) wie der/die Aufnahmeblock/-blöcke (4) befinden.
Da bei dieser Lösung die Betätigung des Stellelementes vorzugsweise hydraulisch realisiert wird, können bei vergleichsweise geringen Gesamtabmessungen sehr große Kräfte bei Bewegung der Aufnahmeblöcke erzeugt werden.
Die Aufnahmeblöcke können mit Backen (11) zur Aufnahme/Zentrierung der aufzunehmenden Bauteile bestückt werden.
Ebenso ist bei einer standardisierten Lösung die Möglichkeit der pneumatischen Staudruckabfrage vorgesehen. Dies beinhaltet sowohl die inneren- und äußeren Endlagen des Aufnahmeblockes, als auch die Möglichkeit der pneumatischen Bauteilabfrage über die Aufnahmeblöcke. Die hierzu erforderlichen Druckluftkanäle im Führungsabschnitt (5; 6; 7) der Aufnahmeblöcke weisen dafür mehrere Mündungen auf.
Die integrierte pneumatische Abfrage hat den Vorteil, dass diese auch in Anwendungen eingesetzt werden kann, in denen keine Elektrik/Elektronik vorhanden ist oder eingesetzt werden darf/kann.
Weiterhin kann die Vorrichtung generell mit zusätzlichen Sicherheits-/Halteventilen zur Sicherheit gegen Druckabfall, sowie elektrischen Abfragen zur Positionsermittlung ausgerüstet werden.
In der Regel wird durch die Selbsthemmung zwischen Stellelement und den Aufnahmeblöcken aber auch bei Wegfall der Betätigungskraft an den Betätigungselementen die komplette Spann- /Haltekraft aufrechterhalten.
Es ist ebenfalls möglich, das Stellelement manuell, per Gewindetrieb, oder anderweitig elektrisch, magnetisch oder indirekt zu betreiben.
Weiterhin ist die Betätigung des Stellelementes mittels eines, in der Technik allgemein bekannten, doppeltwirkenden Kolbens möglich, wodurch sich eine Betätigung des Stellelementes von nur einer Seite auf der Betätigungsachse realisieren lässt.
Funktionsbeschreibung:
Die Bewegung von Stellelement und der Aufnahmeblöcke erfolgt hauptsächlich auf 90° zueinander angeordneten Achsen, die, wie in der Zeichnung dargestellt, im Folgenden als X, Y, Z bezeichnet werden, was hier nur zur Erklärung dient (3). Dieses Koordinatensystem, inklusive der Achsen, kann in einem globalen Koordinatensystem frei platziert werden.
Die Bauteile Stellelement (1) und Aufnahmeblock (4) sind durch eine schräg angeordnete, formschlüssige Verbindung mittels Führungsnut (1a) mit entsprechender Kulisse im Aufnahmeblock als Gegenstück, verschiebbar miteinander verbunden. Der Winkel (γ)der schräg zur Y-Achse angeordneten Nuten (1a) und zugehöriger um 90° gedrehter Kulissen in den Aufnahmeblöcken (4) ist hierbei frei wählbar.
Ebenso kann die erzeugte Bewegung der Aufnahmeblöcke in einem anderen Winkel zur Y-Achse, als den hier dargestellten 90° vollzogen werden. Hierzu müssen die Aufnahmeblöcke auch nicht symmetrisch oder spiegelbildlich angeordnet sein (α; β).
Zum Schließen der Aufnahmeblöcke, d. h. Bewegung zur Y-Achse hin, wird das Stellelement (1), z. B. mittels eines einfach wirkenden Plunger-Kolbens (2) entlang der Y-Achse betätigt, und der/die, durch die formschlüssige Nut (1a) verbundene Aufnahmeblock mit formschlüssiger Kulisse (4) auf der um 90° hierzu angeordneten X-Achse verschoben, wobei die Anordnung nicht zwingend 90° betragen muss.
Hierbei gilt folgende Formel: $\begin{array}{l} Kolbenkraft \times Kolbenweg = Stellelementkraft \times Stellelementweg; unter Ber \ddot{u} cksichtigung des \\ Wirkungsgrades . \end{array}$
Diese resultierende Kraft kann nun mittels der, auf dem Aufnahmeblock montierter Backen (11), direkt zur Spannung/Zentrierung eines Bauteils verwendet werden.
Bei diesem Prozess wird der drucklose Plunger-Kolben (3) zurück geschoben.
Wird nun der gegenüberliegende Kolben (3) betätigt, bei nun drucklosem gegenüberliegendem Kolben (2), erfolgt der Prozess in umgekehrter Reihenfolge und die Aufnahmeblöcke bewegen sich mit derselben Kraft voneinander weg.
Um die Prozesssicherheit zu gewährleisten/verbessern, sind idealerweise folgende pneumatische Abfragen integriert:

- Staudruckabfrage der geöffneten Endstellung (5)
- Staudruckabfrage der geschlossenen Endstellung (6)
- Staudruckabfragen zu vorhandenem Bauteil (7)

Vorteilhafterweise ist sowohl eine Möglichkeit zur manuellen Schmierung (10) der beweglichen Funktionselemente vorgesehen, als auch die Option der automatisierten zentralen Schmierung, über einen sogenannten gebohrten Kanal von der Unterseite der Vorrichtung. Weiterhin kann die beispielhaft gezeigte Vorrichtung sowohl über gebohrte Kanäle, als auch über eventuell integrierte Gewindeanschlüsse, zur Betätigung der Plunger-Kolben betrieben werden.
Alle gezeigten beweglichen Bauteile (1, 2, 3, 4) werden formschlüssig in Ihrer Bewegungsrichtung, beispielhaft durch die Bauteile Seitenführung (9) und Grundplatte (11), geführt.
Die Backen (11), die zur Spannung, Positionierung oder Zentrierung des aufzunehmenden Bauteils dienen, können nach individuellen Bedürfnissen ausgeführt sein, wobei eine integrierte Nut und/oder Bohrung in den Aufnahmeblöcken zur genauen Lagedefinierung und Kraftaufnahme der Backen, mittels Passfedern oder-stiften dienen.
Es wird also vorausgesetzt, dass die Vorrichtung sinnvollerweise erst nach Bestückung mit diesen Backen in der Praxis eingesetzt werden kann, sofern die Aufnahmeblöcke nicht so ausgeführt sind, dass diese direkt zum Betrieb der Vorrichtung verwendet werden können.
Bezugszeichenliste

(1): Stellelement
(1a): Führungsnut
(2): Betätigungskolben - Schließen
(3): Betätigungskolben - Öffnen
(4): Aufnahmeblock
(5): Pneumatischer Abfragekanal - Geöffnet
(6): Pneumatischer Abfragekanal - Geschlossen
(7): Pneumatischer Abfragekanal - Bauteilabfrage
(8): Grundplatte
(9): Seitenteil
(10): Schmierung
(11): Aufnahmebacken
(12): Gebohrter Kanal zur Druckmedien-Versorgung
(α): Winkel der rechten Führungsachse zur Y-Achse
(β): Winkel der linken Führungsachse zur Y-Achse
(γ): Winkel der Führungsnuten zur Y-Achse
(X): Horizontale Achse
(Y): Vertikale Achse
(Z): Senkrechte Achse

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 102016111893 A1 [0003, 0008]
EP 1281479 A2 [0003, 0008]

Claims

Beansprucht wird eine Spann-, Greif-, Positionier- und Haltevorrichtung zum zentrischen Positionieren von aufzunehmenden Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenausdehnung in der beispielhaften Z-Achse vergleichsweise gering ist, was dadurch erreicht wird, dass alle Bewegungen der beweglichen Bauteile auf einer beispielhaften xy-Ebene stattfinden, wobei das Stellelement (4) sich entlang einer Y-Achse bewegt, die um 90° gedreht zur beispielhaften X-Achse angeordnet ist, wobei die, in dem Stellelement (1) integrierte, zur Y-Achse unter dem Winkel (γ) angeordnete, Führungsnut (1a) die, in der selben Nut integrierte formschlüssige Kulisse betätigt, die wiederum mit dem/den Aufnahmeblock(en) (4) fest verbunden ist, um den Aufnahmeblock entlang der X-Achse zu bewegen, was vorzugsweise dadurch erreicht wird, dass hydraulisch oder pneumatisch angetriebene Kolben, (2; 3) welche gegenüberliegend auf der Y-Achse, an den Enden des Stellelementes (1), angeordnet sind, durch wechselseitige Druckbeaufschlagung die Bewegung des Stellelementes auslösen. Idealerweise sind die Führungsnuten um die Y-Achse spiegelbildlich angeordnet, was zur Folge hat, dass die Aufnahmeblöcke sich gleichmäßig aufeinander zu- (Schließen)oder weg (Öffnen) bewegen, je nach Bewegungsrichtung des Stellelementes (2; 3).
Spann-, Greif-, Positionier- und Haltevorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass die einfach wirkenden Plunger-Kolben (2; 3), welche die Öffnen- und Schließen-Bewegung der Aufnahmeblöcke (4) ursprünglich einleiten, identische Durchmesser aufweisen und ebenso identische Wege zurücklegen, was zur Folge hat, dass die, in Anspruch 1. beschriebenen Aufnahmeblöcke (4), durch wechselseitige Druckbeaufschlagung der beschriebenen Kolben (2; 3), beim Öffnen und Schließen dieselbe Kraft generieren.
Spann-, Greif-, Positionier- und Haltevorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass die einfach wirkenden Plunger-Kolben (2; 3), welche die Öffnen- und Schließen-Bewegung der Aufnahmeblöcke (4) ursprünglich einleiten, unterschiedliche Durchmesser aufweisen und somit in den beiden Bewegungsrichtungen unterschiedliche Kräfte erzeugen.
Spann-, Greif-, Positionier- und Haltevorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass die, durch das Stellelement (1) erzeugte Bewegung der Aufnahmeblöcke (4), auf einer Bewegungsachse (X) der Aufnahmeblöcke verläuft, die unter beliebigen, und auch unterschiedlichen Winkeln (α; β) zur Y-Achse stattfinden kann.
Spann-, Greif-, Positionier- und Haltevorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass auf die in Anspruch 2. beschriebenen Plunger-Kolben verzichtet wird und stattdessen ein doppelt wirkender Kolben als Antrieb des Stellelementes (1)auf der Y-Achse Verwendung findet. Dieser Kolben kann in einem der Seitenteile formschlüssig geführt untergebracht, und als Antrieb des Stellelementes (1) mit diesem beweglich (schwimmend) oder fest verbunden sein. Die übrige Funktionsweise ist hierbei wie in Anspruch 2. beschrieben, allerdings werden durch die wechselseitige Druckbeaufschlagung der Kolben- oder Stangenseite dieses Kolbens unterschiedliche Kräfte in der Folge zum Öffnen und Schließen der Aufnahmeblöcke generiert. Grundsätzlich ist hierzu die Funktionsweise eines doppelt wirkenden Zylinders Stand der Technik und hinlänglich bekannt.
Spann-, Greif-, Positionier- und Haltevorrichtung nach vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der folgenden pneumatischen Abfragen durch dafür in der Baugruppe vorgesehene gebohrte Kanäle realisiert werden können (5, 6, 7): - Pneumatische Staudruckabfrage über gebohrte Kanäle zur Detektion der geöffneten Stellung, wobei die geöffnete Stellung dadurch erfasst werden kann, dass der Kanal (5) eines Aufnahmeblocks keinen Druck aufbaut, dafür aber der Kanal (6) des anderen Aufnahmeblocks. - Pneumatische Staudruckabfrage über gebohrte Kanäle zur Detektion der geschlossenen Stellung, wobei die geschlossene Stellung dadurch erfasst werden kann, dass nun der Kanal (5) des zuvor geöffneten Aufnahmeblockes einen Druck aufbaut, da nun geschlossen, dafür aber der Kanal des gegenüberliegenden Aufnahmeblockes (6) keinen Druck aufbaut, da der Kanal offen ist. - Pneumatische Staudruckabfrage über gebohrte Kanäle zur Detektion des korrekt oder unkorrekt eingeiegten Bauteils, welches in die Aufnahmebacken (11) eingelegt wird und der, in den Aufnahmeblöcken (4) vorgesehene Kanal (7) durch diese Aufnahmeblöcke und Aufnahmebacken (11)hindurchgeführt wird, was bei korrekt eingelegtem Bauteil ein Verschließen des Kanals zur Folge hat und somit ein Staudruck aufgebaut wird, welcher über einen Druckschalter ermittelt und an die Anlagen-/Maschinensteuerung weitergegeben wird. Diese Abfrage kann über beide Aufnahmeblöcke (4)oder nur der beiden stattfinden.
Spann-, Greif-, Positionier- und Haltevorrichtung nach vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass andere Abfragen als in Anspruch 6. beschrieben verwendet werden. Dies können elektrische Schalter oder Sensoren jeglicher Art sein, die zur Positionsabfrage der beweglichen Teile und/oder des einzulegenden/zu greifenden Bauteils dienen.
Spann-, Greif-, Positionier- und Haltevorrichtung nach vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebauform der gesamten Baugruppe im Grundriss auf der xy-Ebene rund oder rechteckig sein kann, damit diese selbstzentrierend in eine passgenaue Aufnahmekontur eingebracht werden kann.
Spann-, Greif-, Positionier- und Haltevorrichtung nach vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite der gesamten Baugruppe, im Grundriss auf der xy-Ebene, ein oder mehrere Stifte vorgesehen sind, damit die Vorrichtung in genauer Position und Lage montiert werden kann, was auch zur Kraftaufnahme in dieser Eben dient.
Spann-, Greif-, Positionier- und Haltevorrichtung nach vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass eine manuelle oder zentrale Schmierung zum Schutz vor Verschleiß und Förderung der Leichtgängigkeit integriert ist. Diese Schmierung bezieht sich auf die beweglichen Teile (1; 4) und kann als Schmiernippel, beispielsweise wie (10) manuell oder als Zentralschmierung über gebohrte Kanäle auf der Unterseite (xy-Ebene) umgesetzt werden, was dann auch automatisiert realisiert werden kann.
Spann-, Greif-, Positionier- und Haltevorrichtung nach den Ansprüchen 1. bis 3., dadurch gekennzeichnet, dass zur Druckbeaufschlagung und Entlüftung mittels eines Mediums wie Luft oder Öl, wahlweise über gebohrte Kanäle oder auch über direkt in den Gehäusebauteilen integrierte Gewindeanschlüsse die Versorgung das Druckmediums umgesetzt werden kann.
Spann-, Greif-, Positionier- und Haltevorrichtung nach vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Aufnahmeblöcke (4) selbst, als auch darauf zusätzlich montierbaren Backen (11) zum Spannen, Positionieren und Greifens eines Bauteiles verwendet werden können.