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Die Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung zur Veränderung der Rastermaße einer Rasteranordnung von Werkstücken, wobei die Rasteranordnung Reihen und Spalten aufweist, umfassend eine Anzahl an Aufnahmeelementen, welche der Anzahl der Werkstücke der Rasteranordnung entspricht.
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Werkstücke liegen beispielsweise dann in einer Rasteranordnung vor, wenn sie mittels eines formgebenden Mehrfachwerkzeugs erzeugt worden sind. Das Mehrfachwerkzeug gibt eine Rasteranordnung vor. Eine Änderung der Rastermaße für die so erzeugte Gruppe von Werkstücken kann für den weiteren Produktionsablauf der Werkstücke zweckmäßig sein. Weitere Bearbeitungsschritte können so einfacher erfolgen oder wenn die Werkstücke bereits fertig sind können diese in eine verdichtete Rasteranordnung überführt und verpackt werden.
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Als Mehrfachwerkzeug wird im Sinne der Erfindung ein formgebendes Werkzeug verstanden, das in einem Arbeitsablauf eine definierte Anzahl an Werkstücken gleichzeitig herstellt. Auf diese Weise ist in einem Arbeitszyklus des Mehrfachwerkzeugs eine Gruppe von Werkstücken gebildet. Das Mehrfachwerkzeug kann die Werkstücke z. B. mittels eines Urform- oder Umformverfahrens herstellen. Für die vorliegende Erfindung ist insbesondere an ein Urformverfahren gedacht, wie beispielsweise Gießen, insbesondere Spritzgießen. Es kommen jedoch auch Umformverfahren in Betracht, wie Pressverfahren, Tiefziehen, etc. Darüber hinaus kann auch ein 3D-Drucker als Mehrfachwerkzeug gelten, wenn gleichzeitig mehrere Werkstücke in einer Rasteranordnung auf diese Weise durch 3D-Drucken ihre Gestalt erhalten.
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In der Regel liegen die Werkstücke, aus solch einem Mehrfachwerkzeug kommend, in einer vorgegebenen Rasteranordnung vor und werden an eine gattungsgemäße Handhabungsvorrichtung übergeben. Insbesondere ist die vorgeschlagene Handhabungsvorrichtung für langgestreckte Werkstücke vorgesehen, die becherförmig oder rohrförmig ausgebildet sind, beispielsweise Pipettenspitzen oder Laborgefäße mit Boden.
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Eine gattungsgemäße Handhabungsvorrichtung ist aus der
WO2015/049350 A1 bekannt. Diese Veröffentlichung betrifft eine Handhabungsvorrichtung für eine Gruppe von Werkstücken, hier Spritzgussteile, die in einem formgebenden Mehrfach-Spritzgießwerkzeug hergestellt wurden. Die bekannte Handhabungsvorrichtung hat einen mechanisch komplexen Aufbau. Die Rasteranordnung der Werkstücke, welche das Mehrfach-Spritzgießwerkzeug vorgibt, kann bei diesem Stand der Technik nicht beibehalten werden wenn die aus einem Spritzgießzyklus kommenden Werkstücke in die bekannte Handhabungsvorrichtung übernommen werden. Stattdessen sind mehrere Übergabeschritte eines Entnahmegreifers erforderlich. Des Weiteren beschreibt dieser Stand der Technik, wie eine Verdichtung der Werkstücke nur in Längsrichtung der Reihen vollzogen werden kann. Die Möglichkeit einer Verdichtung in Querrichtung wird zwar erwähnt, jedoch ohne zu erklären, wo und mit welchen vorrichtungsmäßigen Mitteln die Querverdichtung vonstattengehen könnte.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Handhabungsvorrichtung vorzuschlagen, welche eine einfachere Übernahme von Werkstücken in einer Rasteranordnung gestattet sowie eine effizientere Änderung der Rastermaße der Rasteranordnung ermöglicht, insbesondere eine effizientere Verdichtung der Rastermaße.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass jedes Aufnahmeelement als bewegliche Einzelaufnahme ausgestaltet ist, dass parallel zueinander mehrere Linearführungselemente in der Ebene der Rasteranordnung vorgesehen sind, dass an jedem der Linearführungselemente jeweils mehrere Einzelaufnahmen translatorisch bewegbar gelagert sind, dass die Linearführungselemente ihrerseits linear bewegbar gelagert sind und zwar in einer Richtung, die orthogonal zu ihrer Längserstreckung und in der Ebene der Rasteranordnung liegt, so dass mittels der orthogonalen Bewegbarkeit der Linearführungselemente deren Abstand zueinander veränderbar ist, dass wenigstens ein Antrieb für die Linearführungselemente vorgesehen ist, um deren orthogonale Bewegbarkeit bereitzustellen, und dass eine Antriebseinrichtung vorgesehen ist mittels welcher die translatorische Bewegung der Einzelaufnahmen relativ zu den sie lagernden Linearführungselementen erzeugbar ist.
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Mittels der orthogonalen Bewegbarkeit der Linearführungselemente ist das Rastermaß der Spalten veränderbar und mittels der translatorischen Bewegbarkeit der Einzelaufnahmen an den sie lagernden Linearführungselementen ist das Rastermaß der Reihen veränderbar. So lassen sich die Rastermaße in zwei Richtungen verringern (Reihen und Spalten). Ein besonderer Vorteil der vorgeschlagenen Handhabungsvorrichtung wird darin gesehen, dass die Werkstücke in den Einzelaufnahmen verweilen können, während die Rasteranordnung schrittweise in den erwähnten zwei Richtungen der Reihen und Spalten verdichtet werden.
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Zunächst wird die Rasteranordnung der Einzelaufnahmen in der Bewegungsrichtung verdichtet, in welcher die Linearführungselemente verschiebbar sind (orthogonal zu ihrer Längserstreckung). Diese Richtung lässt sich auch als Längsrichtung der Handhabungsvorrichtung definieren. Die Linearführungselemente werden somit in Längsrichtung der Handhabungsvorrichtung aufeinander zu bewegt und einander angenähert. Die Annäherung kann maximal soweit reichen, bis sich die Einzelaufnahmen berühren oder fast berühren.
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Anschließend wird die Rasteranordnung in einer Querrichtung verdichtet. Mit Querrichtung ist diejenige Richtung gemeint, in welcher sich die Linearführungselemente erstrecken. Die Einzelaufnahmen sind translatorisch an den Linearführungselementen bewegbar gelagert und können in dieser Querrichtung einander angenähert werden. Auch in dieser Querrichtung kann die Annäherung der Einzelaufnahmen maximal soweit reichen, bis sie sich berühren.
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Die Werkstücke verbleiben sowohl während der Verdichtung in Längsrichtung als auch während der Verdichtung in Querrichtung stets in ihren Einzelaufnahmen. So dass vorteilhafterweise keine unterschiedlichen Aufnahmeelemente für Längs- und Querverdichtung erforderlich sind. Die vorgeschlagene Handhabungsvorrichtung ist daher kompakt und kommt mit einem geringeren baulichen Aufwand aus, als die aus dem Stand der Technik bekannte Handhabungsvorrichtung.
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Jede Einzelaufnahme kann eine weibliche oder männliche Werkstückaufnahme aufweisen, beispielsweise eine Kavität oder einen Dorn. Zweckmäßig ist die Einzelaufnahme kippsicher relativ zum Linearführungselement angeordnet. Zu dem Zweck kann eine formschlüssige Zusammenwirkung zwischen Linearführungselement und jeder Einzelaufnahme vorgesehen sein, beispielsweise nach Art einer Schwalbenschwanzführung. Alternativ kann das Linearführungselement eine Stangenführung umfassen, die z. B. einen polygonförmigen Querschnitt und die Einzelaufnahme eine passende Öffnung hat. Eine andere Lösung mit Stangenführung mit rundem Stangenquerschnitt kann pro Linearführungselement zwei solcher Stangen mit runden Querschnitten vorsehen, um Kippsicherheit der Einzelaufnahmen bereitzustellen.
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Vorzugsweise sind die Einzelaufnahmen beziehungsweise deren Werkstückaufnahmen so angeordnet, dass langgestreckte Werkstücke in einer aufrechten Position gehalten sind.
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Für die translatorische Bewegbarkeit der Einzelaufnahmen sind diese vorteilhaft mit einer Linearlagerung versehen, beispielsweise ein Linearkugel- oder Lineargleitlager. Das Linearkugel- oder Lineargleitlager wirkt rollend oder gleitend mit dem Linearführungselement beziehungsweise dessen Stangen zusammen, welche die Basis dieser Linearführung bilden. Auf diese Weise ist eine leichtgängige translatorische Bewegbarkeit gewährleistet.
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Die Linearführungselemente sind zueinander hin oder voneinander weg bewegbar. Es ist eine engste Position für die Linearführungselemente definiert sowie ein maximaler Abstand der Linearführungselemente zueinander. Die engste Position kann so definiert sein, dass die Linearführungselemente einander berühren.
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Für die orthogonale Bewegbarkeit jedes Linearführungselements ist hilfreich eine Führungseinrichtung vorgesehen, wobei die Führungseinrichtung als Führungsschiene oder als ein Führungsschienenpaar ausgebildet sein kann.
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Der Antrieb für die orthogonale Bewegbarkeit der Linearführungselemente kann eine translatorische oder rotatorische Antriebsart verwenden.
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Als nutzbringend hat sich eine rotatorische Antriebsart herausgestellt. Einfacherweise umfasst der Antrieb für die orthogonale Bewegbarkeit der Linearführungselemente wenigstens eine Antriebseinheit, wobei für jedes Linearführungselement wenigstens eine Schubstange mit individueller Länge oder ein Schubstangenpaar vorgesehen ist, welche dieses Linearführungselement mit der Antriebseinheit verbindet.
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Alternativ kann eine translatorische Antriebsart gewählt werden, um die orthogonale Bewegbarkeit der Linearführungselemente bereitzustellen. Hierfür können beispielsweise pneumatische oder hydraulische Zylinder vorgesehen sein, welche den Druck eines Strömungsmediums als Antriebsenergie nutzen.
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Wenn die rotatorische Antriebsart in Form die Antriebseinheit vorgesehen ist, dann weist die Antriebseinheit wenigstens eine Kurbelschwinge auf, umfassend eine gerade Welle sowie Schwingarme und daran Schwingzapfen, wobei an jedem Schwingzapfen je eine Schubstange gelagert ist, die an ihrem anderen Ende mit einem Linearführungselement verbunden ist.
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Aufgrund der geraden Schwingwelle ist der Kurbelschwinge und der gesamten Antriebseinheit eine hohe Stabilität verliehen. Im Betrieb wird die Antriebseinheit wechselweise (schwingend) in entgegengesetzten Drehrichtungen bewegt. Vorzugsweise beträgt der Schwingbereich etwa eine halbe Umdrehung vorwärts und eine halbe Umdrehung rückwärts.
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Alternativ könnte die Antriebseinheit mit einer Kurbeleinheit versehen sein, umfassend eine Kurbelwelle mit exzentrischen Wellenzapfen und verbindenden Kurbelarmen, wobei an jedem Wellenzapfen eine Kurbelstange gelagert und am anderen Kurbelstangenende mit einem Linearführungselement verbunden ist. Dann ist zwischen zwei Kurbelarmen Platz für ein Durchdrehen der Kurbelstangen, so dass die Kurbeleinheit ungehindert um 360° und mehr gedreht werden kann. Es handelt sich dann um einen umschlagfähigen Antrieb, im Unterscheid zu der vorgenannten Antriebseinheit mit durchgehender gerader Schwingwelle der Kurbelschwinge einen nicht-umschlagfähigen Antrieb darstellt.
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Für die unterschiedlichen Linearführungselemente sind zweckmäßig Schubstangen mit unterschiedlicher Schubstangenlänge vorgesehen, welche mit Schwingarmen individueller Länge zusammenwirken. Durch eine Addition aus Schwingarmlänge und Schubstangenlänge kann für jedes Linearführungselement ein gewünschter Hub bereitgestellt werden. Als Hub wird ein Verfahrweg bezeichnet, entlang dem die Linearführungselemente bewegbar sind. Die Kurbelschwinge mit individueller Schwingarmlänge plus die Schubstangenlänge ergeben einen theoretischen maximalen Hub. Der Verfahrweg kann aber auch begrenzt werden, ohne den maximalen Hub auszunutzen, indem die Schwingbewegung der Antriebseinheit eher begrenzt wird.
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Als besonders hilfreich hat sich eine Ausführung herausgestellt, bei welcher der Antrieb zweigeteilt ist, wobei eine erste Antriebseinheit sowie eine zweite Antriebseinheit umfasst ist, wobei die Linearführungselemente in zwei Gruppen aufgeteilt sind, so dass die Linearführungselemente der ersten Gruppe über entsprechend lange Schubstangen oder Schubstangenpaare mit der ersten Antriebseinheit und die Linearführungselemente der zweiten Gruppe über entsprechend lange Schubstangen oder Schubstangenpaare mit der zweiten Antriebseinheit zusammenwirken.
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Um den konstruktiven Aufwand gering zu halten und eine gute und zuverlässige Funktion die Antriebseinheit zu gewährleisten ist es zweckmäßig, wenn die Verfahrwege in einem vernünftigen Maß gehalten werden. Zu weite Verfahrwege bedingen besonders lange Schubstangen oder Schubstangenpaare und erfordern eine besonders starke und schwere Schwingwelle. Insgesamt würde die Antriebseinheit einen größeren Bauraum benötigen und unliebsam schwer werden. Außerdem ziehen lange Verfahrwege hohe Beschleunigungswerte und große Kräfte in den beteiligten Bauteilen nach sich, was die Zuverlässigkeit des Antriebs schmälern würde.
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Günstig ist es, wenn die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit symmetrisch zueinander angeordnet sind und symmetrisch zueinander betrieben werden. Im Betrieb lässt sich so ein ruhiger Lauf erzielen und unliebsame Schwingungen und Vibrationen entgegenwirken. Aufgrund einer derartigen Symmetrie des zweigeteilten Antriebs lässt sich der benötigte Bauraum verringern, die Antriebseinheiten können kleiner und auch leichter gebaut werden.
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Des Weiteren wird die Handhabungsvorrichtung verbessert, wenn wenigstens eine Antriebseinheit eine Zentralwelle aufweist und symmetrisch daran zwei Kurbelschwingen vorgesehen sind, wobei jedes Linearführungselement über ein Schubstangenpaar mit je zwei Kurbelschwingen gekoppelt ist. Auf diese Weise kann jedes Linearführungselement vorzugsweise an seinen Enden mit je einer Schubstange gekoppelt sein und gleichmäßig und ruckelfrei angetrieben werden.
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Die Antriebseinrichtung für die translatorische Bewegung der Einzelaufnahmen ist zweckmäßig mit mehreren Führungsbahnen versehen, von denen wenigstens eine Führungsbahn einen kurvigen Verlauf aufweist, wobei jede einzelne Führungsbahn mit Einzelaufnahmen zusammenwirkt, welche unterschiedlichen Linearführungselementen zugeordnet sind und gemeinsam einer Spalte der Rasteranordnung zugehören.
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Die Gestaltung der Führungsbahnen ist in Form und Ausrichtung ihres kurvigen Verlaufs variabel. Mit der Kurvenumfangslänge und Größe von Kurvenradien sowie der Steilheit von Teilen der Führungsbahn können für die Einzelaufnahmen unterschiedliche Bewegungsprofile realisiert werden. Das Bewegungsprofil bezieht sich insbesondere auf den Verfahrweg der Einzelaufnahmen sowie die dafür benötigte Zeit und die Beschleunigung.
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Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass die Führungsbahnen der Antriebseinrichtung dafür hergerichtet sind, die abtriebseitige erforderliche translatorische Bewegung der Einzelaufnahmen zu erzeugen mittels einer ebenfalls translatorischen Antriebsbewegung der Führungsbahnen, die orthogonal zur Längserstreckung der Linearführungselemente liegt.
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So kann die antriebseitige translatorische Antriebsbewegung der Führungsbahnen einfach umgesetzt werden in die abtriebseitige gewünschte translatorische Bewegung der Einzelaufnahmen. Die Antriebsbewegung der Führungsbahnen erfolgt dann parallel zu den Führungseinrichtungen/Führungsschienen, welche die Linearführungselemente lagern.
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Zweckmäßig sind die Führungsbahnen synchron bewegbar. Einfacherweise sind alle Führungsbahnen an einem Grundträger angeordnet, der seinerseits translatorisch bewegbar ist. Die Bewegbarkeit des Grundträgers stellt auf diese Weise die Antriebsbewegung aller Führungsbahnen bereit.
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Der Grundträger kann mittels Linearführungen gelagert sein. Um seine translatorische Bewegung zu erzeugen kann nutzbringend ein Spindelantrieb vorgesehen sein. Dessen Spindel ist zweckmäßig über ein Fest- und ein Loslager gelagert, um Längentoleranzen sowie Temperaturausdehnungen auszugleichen.
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Zweckmäßig wirken die Führungsbahnen formschlüssig mit den Einzelaufnahmen zusammen.
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Eine Führungsbahn kann beispielsweise als Führungsschiene oder Führungsnut ausgebildet sein. Die Einzelaufnahmen können passend dazu mit einem Gleit- oder Rollelement, wie einem Kugelkopf formschlüssig in eine Führungsnut greifen oder es kann ein Gabelkopf eine Führungsschiene formschlüssig umgreifen.
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Darüber hinaus ist alternativ zwischen jeder Führungsbahn und jeder der Einzelaufnahmen eine berührungslose magnetische Kopplung möglich.
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Zumindest für den Antrieb der Linearführungselemente und/oder für die Antriebseinrichtung mittels welcher die translatorische Bewegung der Einzelaufnahmen relativ zu den sie lagernden Linearführungselementen erzeugbar ist, kann wenigstens ein Motor vorgesehen sein, vorzugsweise ein Elektromotor, besonders bevorzugt ein Servomotor, wobei eine programmierbare Steuerung für den entsprechenden Motor vorgesehen sein kann.
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Nachstehend ist die Erfindung in einer Zeichnung beispielhaft veranschaulicht und anhand mehrerer Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
- 1 Eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung in einer Ausgangsposition mit Einzelaufnahmen in einem vorgegebenen Raster zur Aufnahme einzelner Werkstücke,
- 2 die Handhabungsvorrichtung gemäß 1 in einer Endposition mit verdichtetem Raster der Einzelaufnahmen,
- 3a eine Seitenansicht der Handhabungsvorrichtung in der Ausgangsposition gemäß 1,
- 3b eine Draufsicht auf die Handhabungsvorrichtung in der Ausgangsposition gemäß 1,
- 4 eine schematische Darstellung des symmetrischen Antriebs für die Bewegung der Linearführungseinheiten,
- 5a eine Seitenansicht der Handhabungsvorrichtung in einer Zwischenposition des Rasters der Einzelaufnahmen,
- 5b eine Draufsicht auf die Handhabungsvorrichtung in der Zwischenposition gemäß 5a,
- 6a eine weitere Seitenansicht
- 6b eine Draufsicht gemäß 6a,
- 7a eine Seitenansicht der Handhabungsvorrichtung in der Endposition des Rasters der Einzelaufnahmen gemäß 2,
- 7b eine Draufsicht auf die Handhabungsvorrichtung in der Endposition gemäß 7a.
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Nach der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung 1 zur Veränderung einer Rasteranordnung von Werkstücken 2 vorgesehen, beziehungsweise zur Veränderung der Rasteranordnung von Aufnahmeelementen für Werkstücke, die in Form von Einzelaufnahmen 3 ausgebildet sind.
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1 zeigt die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung 1 als perspektivische Ansicht und zwar in einer Ausgangsposition A. Die Einzelaufnahmen 3 sind in einem Raster mit Reihen R1-R8, und Spalten S1-S8 angeordnet. In der Ausgangsposition A gemäß 1 ist das Raster der Einzelaufnahmen maximal expandiert. Die expandierte Anordnung des Rasters stimmt einfacherweise überein mit einer Rasteranordnung der Werkstücke, wie sie aus einem vorangehenden Produktionsprozess übernommen werden. Die Anzahl an Einzelaufnahmen 3 entspricht der Anzahl der Werkstücke, die aus dem vorangehenden Produktionsprozess vorgegeben sind und einfacherweise wird diese Rasteranordnung für die Ausgangsposition identisch übernommen. Im vorliegenden Beispiel ist eine Anzahl von vierundsechzig Einzelaufnahmen 3 vorgesehen.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Endposition E der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung, in welcher alle vierundsechzig Einzelaufnahmen 3 sich in einer verdichteten Rasteranordnung befinden. Die Einzelaufnahmen 3 sind beweglich ausgestaltet, um sie zwischen der expandierten Rasteranordnung der Ausgangsposition A und der verdichteten Rasteranordnung der Endposition E gemäß 2 hin und her bewegen zu können. Der Wechsel der Einzelaufnahmen 3 von der expandierten Rasteranordnung der Ausgangsposition A in die verdichtete Endposition E wird in zwei Richtungen und mittels zweier Schritte vollzogen. Zunächst werden die Reihen R1-R8 verdichtet, d. h. der Abstand zwischen den Reihen wird verringert und in dieser Richtung eine Zwischenposition Z erzielt.
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Anschließend werden mit einem zweiten Schritt die Einzelaufnahmen 3 aus der Zwischenposition Z in die Endposition E gebracht, wofür der Abstand der Spalten S1-S8 reduziert werden muss. Für den zweiten Schritt der Verdichtung von der Zwischenposition Z in die Endposition E ist eigens eine Antriebseinrichtung 4 vorgesehen, die einen beweglichen Grundträger 5 mit Führungsbahnen 6 für Einzelaufnahmen 3 umfasst.
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Zum Zweck der Veränderung der Rasteranordnung sind in ihrer Ebene einerseits parallel zueinander mehrere Linearführungselemente 7 vorgesehen, wobei an jedem der Linearführungselemente jeweils mehrere Einzelaufnahmen 3 translatorisch bewegbar gelagert sind. Dabei sind die Einzelaufnahmen 3 kippsicher gelagert. Zu dem Zweck umfasst gemäß 1 jedes Linearführungselement zwei zylindrische Führungsstangen 7a und 7b parallel zueinander. Auf den parallelen Führungsstangen sind die Einzelaufnahmen 3 translatorisch bewegbar gelagert und kippsicher, so dass die Einzelaufnahmen nicht umkippen und aufgenommene Werkstücke nicht herausfallen können.
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Andererseits sind auch die Linearführungselemente 7 selbst in der Ebene der Rasteranordnung linear bewegbar, jedoch in einer Richtung, die orthogonal zu ihrer Längserstreckung L liegt. Dadurch kann in zwei Schritten von der expandierten Rasteranordnung der Ausgangsposition A umgeschaltet werden, um in die verdichtete Rasteranordnung der Endposition E zu gelangen. Ausgehend von der expandierten Rasteranordnung in 1 erfolgt der erste Schritt mittels der orthogonalen Bewegbarkeit der Linearführungselemente 7 deren Abstand zueinander verringert wird. Nach dem ersten Schritt ist die Zwischenposition Z erreicht, die weiter unten erläutert und am besten in 5b verdeutlicht ist.
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Darüber hinaus ist für den zweiten Schritt, d. h. von der Zwischenposition Z in die Endposition E, die besondere Antriebseinrichtung 4 vorgesehen. Mit dieser Antriebseinrichtung 4 wird die translatorische Bewegung der Einzelaufnahmen 3 relativ zu den sie lagernden Linearführungselementen 7 erzeugt.
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Zunächst zeigen die Figurengruppen 3a/3b eine Seitenansicht beziehungsweise eine Draufsicht der Handhabungsvorrichtung jeweils in der identischen Ausgangsposition A, wie in 1. In der Seitenansicht gemäß 3a sind acht Einzelaufnahmen 3 zu erkennen. Die Einzelaufnahmen 3 sind jeweils einer von acht Reihen R1-R8 der Rasteranordnung zuzuordnen. In der Draufsicht der 3b sind acht Linearführungselemente 7 dargestellt und es ist erkennbar, dass jedes Linearführungselement 7 eine Anzahl von acht Einzelaufnahmen 3 trägt und sie translatorisch bewegbar gelagert sind.
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Die Linearführungselemente 7, die für den ersten Schritt relativ zueinander bewegbar sein müssen, sind zu diesem Zweck mittels Führungseinrichtungen in Form von Führungsschienen 8 translatorisch gelagert und zwar in der benötigten Richtung orthogonal zur Längserstreckung der Linearführungselemente 7. Um dies konstruktiv einfach umzusetzen sind zwei Trägerelemente 9 und 10 vorgesehen, welche einen Antrieb P sowie auch die Führungsschienen 8 für die Linearführungselemente 7 tragen. In 3a ist eines der beiden Trägerelemente 9 zu sehen, das als obenliegendes Trägerelement 9 ausgestaltet ist. Die Führungsschienen 8 sowie der Antrieb P für die Linearführungselemente 7 sind an einer Unterseite 9a dieses Trägerelements 9 angeordnet und bilden zusammen eine Baugruppe. In der Draufsicht der 3b sind beide Trägerelement 9 und 10 dargestellt. Die Linearführungselemente 7 sind in diesem Ausführungsbeispiel hängend angeordnet und die Führungsschiene 8 für die Linearführungselemente 7 zu diesem Zweck an der Unterseite 9a des Trägerelementes 9 angebracht.
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Um die Funktion des Antriebs P und der Führungsschienen 8 zu verdeutlichen zeigt 4 einen Ausschnitt auf die erwähnte Baugruppe. Dargestellt ist eines ihrer Trägerelemente 10 mit den daran angebrachten Bauteilen des Antriebs P und der Lagerung für die Linearführungselemente 7. Der besseren Erkennbarkeit halber ist die Baugruppe in 4 umgedreht dargestellt, d. h. mit der Unterseite 10a des Trägerelements 10 sowie den daran vorgesehenen Bauteilen nach oben gerichtet.
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Erkennbar ist in 4, dass der Antrieb P aufgeteilt ist in zwei separate Antriebseinheiten 11 und 12, die mit einer Anzahl von je vier Linearführungselementen 7 zusammenwirken.
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Außerdem zeigt 4 die beiden möglichen Positionen, nämlich die Ausgangsposition A und die Zwischenposition Z, welche die Linearführungselemente 7 einnehmen können. Die Darstellung der unterschiedlichen Positionen dient nur der Vereinfachung der Zeichnung, während die Positionen im Betrieb nicht gleichzeitig auftreten. Im Betrieb befinden sich entweder beide Antriebseinheiten 11 und 12 und alle acht Linearführungselemente 7 in ihrer jeweiligen Ausgangsposition A oder in der jeweiligen Zwischenposition Z.
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Die Antriebseinheit auf der rechten Seite der 4 ist in ihrer Ausgangsposition A dargestellt, in welcher die Linearführungselemente 7 ihre expandierte Lage einnehmen. Die auf der linken Seite von 4 dargestellte Antriebseinheit 11 ist hingegen in der Zwischenposition Z dargestellt, um auch die Zwischenposition anhand von 4 erläutern zu können. In der Zwischenposition Z sind die Linearführungselemente 7 der Reihen R1-R4 bereits in einer Richtung verdichtet.
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4 zeigt des Weiteren die Kurbelschwinge 13 der Antriebseinheit 11 sowie die Kurbelschwinge 14 der Antriebseinheit 12. Die Kurbelschwinge 13 weist eine durchgehende Welle 13w auf, an der radial unterschiedlich lange Schwingarme 13a, 13b, 13c und 13d angeordnet sind. Der kürzeste Schwingarm 13a ist gabelförmig gestaltet und mit einem Schwingzapfen 13x als Drehachse für eine Schubstange 16 versehen. Die übrigen Schwingarme 13b, 13c und 13d haben eine zunehmende Länge und sind gleichermaßen mittels Drehachsen drehbar mit unterschiedlich langen Schubstangen 16, 17 und 18 verbunden.
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Die Kurbelschwinge 14 der Antriebseinheit 12 weist ebenfalls eine Welle 14w auf, an der radial abstehende Schwingarme 14a, 14b, 14c und 14d mit zunehmender Länge angeordnet sind. Die Schwingarme sind gabelförmig gestaltet und mit Schwingzapfen 14x als Drehachsen für unterschiedlich lange Schubstange 20, 21, 22 und 23 versehen. Die Kurbelschwinge 14 ist gemäß 4 in einer Position, in der die Schwingarme 14a, 14b, 14c und 14d relativ zum Trägerelement 9 distal nach außen gerichtet sind. In dieser Position ragen die an den Schwingzapfen 19 gelagerten Enden der Schubstangen 20, 21, 22 und 23 über die Welle 14w hinweg. Die Linearführungselemente 7 befinden sich dann in der Ausgangsposition A. Damit die Schubstangen in dieser Position nicht mit der Welle 14w der Kurbelschwinge 14 kollidieren können, weisen die Schubstangen Ausnehmungen 20a, 21a, 22a und 23a auf. Die Ausnehmungen schaffen ausreichend Platz für die Welle 14w in dieser Position.
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Die den Schwingzapfen 14x abgewandten Enden der Schubstangen 20-23 sind mit Führungsschlitten 24 verbunden, die auf Führungsschienen 8 laufen. An den Führungsschlitten 24 sind die Linearführungselemente 7 angebracht. Auf diese Weise sind die Linearführungselemente 7 gemeinsam mit den Führungsschlitten 24 translatorisch bewegbar.
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In dem linken Teil von 4, welcher die Zwischenposition Z der Einzelaufnahmen dargestellt, ist die Kurbelschwinge 13 der Antriebseinheit 11 in einer einwärts geschwenkten Position dargestellt. Die Länge des kürzesten Schwingarms 13a addiert sich mit der Länge der Schubstange 16 und definiert so die Endposition für das Linearführungselemente 7 der Reihe R4. Des Weiteren addieren sich die Längen des Schwingarms 13b plus Schubstange 17 und definieren die Endposition der Reihe R3. Außerdem addieren sich Schwingarm 13c plus Schubstange 18 und definieren die Endposition der Reihe R2 und der längste Schwingarm 13d plus die Schubstange 19 definieren die Endposition der Reihe R1. Die Schubstangen respektive die Führungsschlitten haben dann jeweils Ihren maximalen Verfahrweg erreicht, so dass die Linearführungselemente 7 der Reihen R1 - R4 in dieser ersten Richtung maximal verdichtet sind. Die Linearführungselemente 7 berühren sich jedoch nicht, um einem Verschleiß durch ständige Kollision vorzubeugen.
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Die erste Antriebseinheit 11 und die zweite Antriebseinheit 12 sind symmetrisch zueinander angeordnet. Zweckmäßig erfolgt der Antrieb für beide Antriebseinheiten 11 und 12 synchron, so dass sich die äußeren Reihen R1 und R8, welche einen gleichlangen Verfahrweg haben, symmetrisch aufeinander zu und voneinander wegbewegen. Gleichermaßen haben die inneren Reihen R4 und R5 einen gleichlangen Verfahrweg und sie bewegen sich symmetrisch aufeinander zu und voneinander weg. Ebenso symmetrisch bewegen sich die Reihen R3 und R6 sowie die Reihen R2 und R7 vollkommen symmetrisch. Durch diesen symmetrischen Aufbau und die synchrone Arbeitsweise lässt sich ein ruhiger Lauf erzielen. Schwingungen und Vibrationen wird auf diese Weise entgegengewirkt.
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Wie des Weiteren in 4 dargestellt, umfasst die Antriebseinheit 11 eine Antriebswelle 25 und die Antriebseinheit 12 eine Antriebswelle 26. An dem in 4 sichtbaren Ende trägt die Antriebswelle 25 eine Wellenkupplung 27, welche sie mit der Kurbelschwinge 13 verbindet. Die Wellenkupplung 27 kann Wellenversatz ausgleichen und Vibrationen dämpfen und leitet zuverlässig das benötigte Drehmoment in die Kurbelschwinge 13, um die Linearführungselemente 7 hin und her zu bewegen. Die Antriebswelle 26 ist gleichermaßen mit einer Wellenkupplung 28 versehen. Beide in 4 gezeigten Antriebseinheiten 11 und 12 sind jeweils mit einem Kurbelschwingenpaar versehen, von dem im Ausschnitt der 4 nur eine Kurbelschwinge dargestellt ist. Die nicht dargestellte Kurbelschwinge des jeweiligen Kurbelschwingenpaares ist gleichermaßen mit Hilfe einer Wellenkupplung mit der Antriebswelle 25 beziehungswiese 26 verbunden.
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5a zeigt wiederum eine Seitenansicht der Handhabungsvorrichtung, wobei die Linearführungselemente 7 ihre Zwischenposition Z erreicht haben. Anhand der zugehörigen Draufsicht 5b ist noch besser zu erkennen, dass alle acht Linearführungselemente 7 sich nah beieinander befinden, währenddessen noch große Abstände zwischen denjenigen Einzelaufnahmen bleiben, die sich an demselben Linearführungselement 7 befinden. Nach 5a hat die Antriebseinheit 11 ihre Vierergruppe Linearführungselemente der Reihen R1-R4 aufeinander zu bewegt, so dass deren Einzelaufnahmen 3 in der ersten Richtung verdichtet sind. Synchron dazu und symmetrisch sind auch die Linearführungselemente 7 der Reihen R5-R8 mittels der Antriebseinheit 12 aufeinander zu bewegt worden, so dass auch deren Einzelaufnahmen 3 in der ersten Richtung verdichtet sind. In 5a sind darüber hinaus weitere Bauteile der Antriebseinheit 11 dargestellt und zwar ein Elektromotor 29 sowie ein Zahnriemen 30. Der Zahnriemen 30 überträgt die Drehbewegung und das Drehmoment des Elektromotors 29 auf eine der Kurbelschwingen desjenigen Kurbelschwingenpaares, das mit der Antriebswelle 25 zusammenwirkt. Gleichfalls weist die Antriebseinheit 12 einen Elektromotor 31 auf, der mittels eines Zahnriemens 32 seine Drehbewegung und das Drehmoment an die Kurbelschwinge 14 des Kurbelschwingenpaares überträgt. Anhand von 4 ist ersichtlich, dass der Kurbelschwinge 14 eine Zahnriemenscheibe 33 zugeordnet ist, so dass der Zahnriemen 32 das vom Elektromotor 31 erzeugte Drehmoment in die Kurbelschwinge 14 übertragen kann. Da die Kurbelschwinge 14 mittels der Wellenkupplung 28 verbunden ist mit der Antriebswelle 26 gelangt das Drehmoment darüber und eine weitere Wellenkupplung auch an die zweite Kurbelschwinge dieses Kurbelschwingenpaares. Der Kurbelschwinge 13 ist ebenfalls eine Zahnriemenscheibe zugeordnet (nicht dargestellt).
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Die 6a und 6b zeigen den Grundträger 5 mit den Führungsbahnen 6 auf einer Teilstrecke seines Verfahrweges. Um seine translatorische Antriebsbewegung zu ermöglichen ist für den Grundträger 5 eine Lagerung vorgesehen, bestehend aus zwei Linearführungen 34 und 35 sowie die Antriebseinrichtung 4 vorgesehen, umfassend eine Antriebsspindel 36, die von einem Servomotor angetrieben ist (nicht dargestellt).
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In den 6a/6b hat der Grundträger 5 das Ende der Antriebsbewegung entlang seines Verfahrweges noch nicht erreicht. Die Verdichtung der Einzelaufnahmen 3 in der Richtung der Spalten S1-S8 ist noch im Gange. Am Beispiel der Spalte S1 ist in 6b vermerkt, wie weit die verdichtende Bewegung der Einzelaufnahmen 3 dieser Spalte S1 fortgeschritten ist. Die verdichtende Bewegung der Einzelaufnahmen 3 der Spalte S1 ist von dem Verlauf dieser Führungsbahn 6 gesteuert. Die Einzelaufnahmen 3 der Spalte S1 befinden sich in einer Krümmung 6a der Führungsbahn 6. Des Weiteren deutet sich in 6b an, wie die verdichtende Bewegung der Einzelaufnahmen 3 der Spalte S1 fortschreiten wird, wenn der Grundträger 5 seine translatorisch Antriebsbewegung in Richtung des Pfeils A1 fortsetzt und beendet. Das Gleiche gilt für alle Einzelaufnahmen 3, die den anderen Spalten S2-S8 zugeordnet sind.
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In den 7a/7b ist die Endposition E aller Einzelaufnahmen 3 dargestellt. Der Grundträger 5 hat dann seine Antriebsbewegung beendet und seine Endlage erreicht. Alle Einzelaufnahmen 3 sind in zwei Richtungen (Reihen und Spalten) verdichtet und alle vierundsechzig Einzelaufnahmen 3 liegen in einer gewünschten kompakten Rasteranordnung vor (Endposition E) .
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Handhabungsvorrichtung
- 2
- Werkstück
- 3
- Einzelaufnahme
- 3a
- Werkstückaufnahme
- 4
- Antriebseinrichtung
- 5
- Grundträger
- 6
- Führungen
- 6a
- Krümmung
- 7
- Linearführungselement
- 7a
- Führungsstange
- 7b
- Führungsstange
- 8
- Führungsschiene
- 9
- Trägerelement
- 10
- Trägerelement
- 10a
- Unterseite
- 11
- Antriebseinheit
- 12
- Antriebseinheit
- 13
- Kurbelschwinge
- 13a
- Schwingarm
- 13b
- Schwingarm
- 13c
- Schwingarm
- 13d
- Schwingarm
- 13w
- Welle
- 13x
- Schwingzapfen
- 14
- Koppelschwinge
- 14a
- Schwingarm
- 14b
- Schwingarm
- 14c
- Schwingarm
- 14d
- Schwingarm
- 14w
- Welle
- 14x
- Schwingzapfen
- 16
- Schubstange
- 17
- Schubstange
- 18
- Schubstange
- 19
- Schubstange
- 20
- Schubstange
- 20a
- Ausnehmung
- 21
- Schubstange
- 21a
- Ausnehmung
- 22
- Zugstange
- 22a
- Ausnehmung
- 23
- Schubstange
- 23a
- Ausnehmung
- 24
- Führungsschlitten
- 25
- Antriebswelle
- 26
- Antriebswelle
- 27
- Wellenkupplung
- 28
- Wellenkupplung
- 29
- Elektromotor
- 30
- Zahnriemen
- 31
- Elektromotor
- 32
- Zahnriemen
- 33
- Zahnriemenscheibe
- 34
- Linearführung
- 35
- Linearführung
- 36
- Antriebsspindel
- A
- Ausgangsposition
- A1
- Pfeil
- E
- Endposition
- L
- Längserstreckung
- P
- Antrieb
- Z
- Zwischenposition
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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