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Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung zur
Adaption in einer Gas- und/oder Flüssigkeit zuführenden
Werkzeugmaschinenspindel mit mindestens zwei Greifelemente tragenden
Schlitten, wobei diese Schlitten über ein Getriebe in einem Gehäuse mit
mindestens einer einfachwirkenden Zylinder-Kolbeneinheit gekoppelt
sind, wobei diese Zylinder-Kolbeneinheit für die Lösebewegung der Greifelemente entgegen
der Wirkrichtung eines die Greifbewegung ermöglichenden Federelementes mit
Gas oder Flüssigkeit
beaufschlagt wird.
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Aus der Webseite der Sommer-automatic GmbH & Co.KG, Straubenhardt
vom November 2002 sind u.a. Parallelgreifvorrichtungen GP1812N/NC/NH
bekannt, siehe Seite 2 der Rubrik „Parallelgreifer pneum./hydr.". Bei jeder dieser,
nicht zur Adaption in der Aufnahme einer Werkzeugmaschinenspindel
geeigneten Vorrichtungen, wirkt eine pneumatisch oder hydraulisch
angetriebene Kolben-Zylindereinheit über ein Doppelschiebekeilgetriebe
auf zwei Greifelemente.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Problemstellung zugrunde, eine Greifvorrichtung zur Aufnahme
in einer Gas- oder Flüssig keit
zuführenden
Werkzeugmaschinenspindel zu entwickeln, die bei verstellbarer Klemmkraft
einen geringen Bauraumbedarf und eine geringe Eigenmasse hat. Zudem
soll sie aus möglichst
wenigen, unkomplizierten Einzelteilen gefertigt sein.
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Diese Problemstellung wird mit den
Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
Dazu stützt
sich das am Kolben oder an der Kolbenstange anliegende Federelement
der Zylinder-Kolbeneinheit gegenüber dem
Gehäuse über ein,
den Hub des Federelements manipulierendes Getriebe ab.
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Die Greifvorrichtung stellt ein z.B.
in einem Werkzeugwechsler einer spanabhebend arbeitenden Mehrseitenbearbeitungsmaschine
parkbarer Manipulator dar. Bei einer Bearbeitungsmaschine mit zumindest
einer mindestens zweiachsig verfahrbaren Werkzeugmaschinenspindel,
kann in diese Spindel die Greifvorrichtung eingewechselt werden,
um das zu bearbeitende Werkstück
beispielsweise aus seiner Einspannposition zu entfernen oder zu
wenden.
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Das Getriebe, über das die Zylinder-Kolbeneinheit
auf die Greifbacken bzw. die sie tragenden Schlitten wirkt, ist
z.B. ein Doppelschiebkeilgetriebe. Die Richtung der Linearbewegung
der Kolbenstange wird mittels zweier Schiebekeile beispielsweise
um ca. 90 Winkelgrade umgelenkt. Die Zylinderkolbeneinheit öffnet die
Greifbacken oder löst
sie pneumatisch oder hydraulisch angetrieben vom zu haltenden Werkstück. Die
Schließ-
oder Greifbewegung erfolgt über
ein z.B. in der Zylinderkolbeneinheit eingelegtes Federelement.
Letzteres kann nahezu jedes beliebige mechanische oder pneumatische
Federelement sein. Der Werkstoff oder die Werkstoffkombination des
mechanischen Federelements ist nicht auf metallische Werkstoffe
beschränkt.
Auch Federelemente mit veränderlicher
Federrate sind denkbar.
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Anstelle des Doppelschiebekeilgetriebes können entsprechend
auch Kurven-, Hebel-, Räder- oder
Zugmittelgetriebe eingesetzt werden. Auch Getriebekombinationen
sind möglich.
Die Anzahl der Greifbacken bzw. Schlitten ist nicht auf zwei beschränkt.
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Das den Federhub manipulierende Getriebe ist
beispielsweise ein einfaches handbetätigtes Schraubgetriebe, das
z.B. im gemeinsamen Gehäuse
der Vorrichtung im Zylinderraum der einfachwirkenden Zylinder-Kolbeneinheit
angeordnet ist. Dort sitzt es zwischen dem Kolbenstangenboden und
dem sich nicht auf dem Kolben oder der Kolbenstange abstützenden
Ende des z.B. zylindereigenen Federelements. Bei einem ggf. auch
motorischen Verstellen der gehäusefesten
Federauflage wird die Vorspannkraft des Federelements verändert. Beispielsweise erzeugt
eine verkürzte
Druckfeder eine größere Klemmkraft
an den Greifbacken. Ist das Werkstück dagegen ein leicht verformbarer
Körper,
wird die Klemmkraft zum Verhindern einer unerwünschten Deformation durch ein
axiales Verlängern
des Federraums verringert.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels.
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1:
Dimetrische Ansicht einer Parallelgreifvorrichtung;
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2:
Längsschnitt
zu 1 ohne Greifbacken
mit quer geschnittener Greifbackenführung und maximal vorgespanntem
Federelement;
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3:
um 90° versetzter
Längsschnitt
zu 2;
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4:
Seitenansicht zu 2;
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5:
Längsschnitt
wie 3, jedoch mit ausgefahrenen
Greifbackenschlitten bei maximaler Federvorspannung;
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6:
Längsschnitt
wie 3, jedoch mit minimal
vorgespanntem Federelement;
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7:
Längsschnitt
wie 6, jedoch mit ausgefahrenen
Greifbackenschlitten;
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8:
Querschnitt zu 1 im
Bereich der Verstellung für
die Federelementvorspannung, vergrößert dargestellt.
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Die 1 zeigt
eine Parallelgreifvorrichtung mit zwei jeweils auf Schlitten (71, 72)
und Backenträgern
(91, 92) sitzenden Greifbacken (1, 2).
Die u.a. in Greifrichtung (9) beweglichen Schlitten (71, 72)
sind in einem Gehäuse
(10) z.B. gleitgelagert geführt. Das Gehäuse (10)
umgibt ferner eine einfachwirkende Zylinder-Kolbeneinheit (30).
Die Zylinder-Kolbeneinheit (30) wirkt über ein Doppelschiebekeilgetriebe (70)
auf die Schlitten (71, 72), vgl. 2 und 5.
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Das Gehäuse (10) besteht im
Wesentlichen beispielsweise aus drei größeren Einzelteilen: einem Werkzeugmaschinenadapter
(20), einem Zylinder (31) und einem Kolbenstangenboden
(13).
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Der Adapter (20), vgl. 3, ist z.B. eine Kurzkegelaufnahme
mit einem durchgängig
aufgebohrten Kegelschaft (21), der in einen sich flanschartig
erweiternden Kolbenboden (22) übergeht. Im aufgebohrten Kegelschaft
(21) sitzt ein Sieb (25).
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Der Kolbenboden (22) ist über mindestens einen
Passstift (26) z.B. in einer Eindrehung (34) am Zylinder
(31) zentriert. Der Rand der Eindrehung (34) umgreift
zumindest teilweise den flanschartigen Rand des Kolbenbodens (22).
In der Stirnseite der Eindrehung (34) befindet sich eine
Stirnringnut zur Aufnahme ei nes Dichtringes (27) und z.B.
acht im Kreis angeordnete Bohrungen (35, 36),
vgl. 2 und 3. Mindestens eine der Bohrungen
(36) dient der Aufnahme des Passstiftes (26).
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Der Zylinder (31) ist z.B.
eine zylindrische Hülse,
in deren Laufbohrung (32) ein Kolben (41) gelagert
und geführt
ist. Die Zylinderlauffläche
erstreckt sich zwischen dem Kolbenboden (22) und einem
in einer Ringnut sitzenden Sicherungsring (11). Der Sicherungsring
(11) ist im hinteren Drittel der Laufbohrung (32)
angeordnet. An die gehäuseinnere
Stirnseite (33) des Zylinders (31) schließt sich
ungefähr
im Abstand der Höhe
eines Verstellringes (55) die gehäuseinnere Stirnseite (15)
des Kolbenstangenbodens (13) an. Die Stirnflächen (33, 15)
haben hier zumindest annähernd
den gleichen Flächeninhalt.
In diese beiden Flächen
(33, 15) sind gegenüberliegend jeweils z.B. sechs
zylindrische Senkungen (37) eingearbeitet. In diesen Senkungen
(37), die hier ca. 1 mm tief sind, sitzen Führungshülsen (56).
Nach 8 sind je drei
benachbarte Führungshülsen (56) um
45 Winkelgrade um das Bauteilzentrum herum verteilt. In der Schnittebene
A-A sind keine Führungshülsen (56)
positioniert.
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Im Kolbenstangenboden (13)
setzt sich die Laufbohrung (32) als Führung für einen kolbenartigen Verstellboden
(51) fort. Der Verstellboden (51), in 8 im Teilquerschnitt und
in einer Teildraufsicht dargestellt, sitzt höhenverstellbar zwischen dem
Sicherungsring (11) und der Bodenfläche (14) des Kolbenstangenbodens
(13). Der Verstellboden (51) schließt mit dem
Kolbenstangenboden (13) einen Verstellraum (5)
ein. Er (51) ist dazu eine – nach den 2, 3 und 5-7 – nach
unten offene Büchse,
deren Außendurchmesser
geringfügig
kleiner ist als der Durchmesser der Laufbohrung (32). Der
Hohlraum der Büchse,
eine axialen Ausnehmung (48), dient der Lagerung und bauraumsparenden
Aufnahme des Federelements (49).
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Etwa auf halber Höhe weist der Verstellboden
(51) einen kreisringförmig überstehenden Flansch
(52) mit einem Außengewinde
(53) auf. Die Länge
des Außengewindes
(53) beträgt
z.B. ca. 8 mm. In diesem Flansch (52) sind z.B. sechs Bohrungen
(54) angeordnet. Diese Bohrungen (54) umgeben
die Führungshülsen (56),
die zwischen dem Zylinder (31) und dem Kolbenstangenboden
(13) angeordnet sind. Über
diese Führungshülsen (56)
und die Gehäuseschrauben
(18) sind der Adapter (20) und der Zylinder (31)
mit dem Kolbenstangenboden (13) starr verbunden.
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Auf dem Außengewinde (53) des
Flansches (52), z.B. einem Feingewinde, ist der mutterartige Verstellring
(55) aufgeschraubt. Letzterer weist in seinem zylindrischen
Mantel mehrere, z.B. sechs, langlochartige Vertiefungen (59)
auf. In diese wird zum Verdrehen des Verstellringes (55)
ein Hakenschlüssel
eingerastet. Die Höhe
des Verstellringes (55) wird durch die Summe aus der Höhe, bzw.
Dicke des Flansches (52) und dem Federverstellweg (58)
bestimmt. Der Federverstellweg (58) beträgt im Ausführungsbeispiel
ca. 10 mm. Die Steigung des Außengewindes
(53) liegt in der Regel im Bereich der Selbsthemmung.
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In den gehäuseinneren Stirnflächen (33, 15) des
Zylinders (31) und des Kolbenstangenbodens (13)
sind im Bereich des Verstellringes (55) Stirnringnuten
angeordnet, in denen zur Abdichtung des Gehäuses (10) den Verstellring
(55) kontaktierende Dichtringe (57) untergebracht
sind.
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Im Kolbenstangenboden (13)
befindet sich eine durchgehende, parallel zur Greifrichtung (9)
orientierte Führungsausnehmung
(81). Der Querschnitt der Führungsausnehmung (81)
ist ein Viererpolygon mit paarweise parallelen Seitenkanten. Alle
Seitenkanten sind gleich lang. Die Eckradien des Polygons betragen
ca. ein Drittel der Querschnittsbreite. Die Führungsausneh mung (81)
und der Verstellraum (5) sind über eine Bohrung (83),
in der eine den Kolben (41) tragende Kolbenstange (45)
geführt
ist, verbunden.
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In der Führungsausnehmung (81)
sitzen mit geringem Spiel zwei baugleiche Schlitten (71, 72), die
an ihren äußeren Stirnseiten
(75) die aus 1 bekannten
Backenträger
(91, 92) tragen. In jeder Stirnseite (75)
sind zur Befestigung verschiedener Backenträger z.B. vier Gewindebohrungen
(76) eingearbeitet. Nach 1 werden
im Ausführungsbeispiel
nur die Gewindebohrungen (76) benutzt, die auf der vertikalen
Längsebene
liegen, in der auch die Mittellinie (8) liegt. Die Schlitten
(71, 72) sind an ihren gehäuseinneren Enden jeweils mit
einem Keilgetriebesteg (73, 74) ausgestattet.
Die Keilgetriebestege (73, 74) schließen mit
der Mittellinie (8) z.B. einen spitzen Winkel von 30 Winkelgraden
ein. Im oberen Bereich der Führungsausnehmung
(81) sind die Keilgetriebestege (73, 74)
nur wenige Zehntel Millimeter voneinander entfernt.
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Die Keilgetriebestege (73, 74)
haben einen t-förmigen
Querschnitt. Sie greifen in entsprechend gestaltete T-nutförmige Ausnehmungen
(87, 88) eines zentral angeordneten Doppelschiebekeils
(86) ein.
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Im unteren Bereich der Keilgetriebestege (73, 74)
ist die Kontur der Schlitten (71, 72) um z.B.
2 mm zurückgesetzt.
An jeder dieser Stellen ist eine z.B. rechteckige Druckverteilerplatte
(84) angeordnet. Jede Druckverteilerplatte (84)
ist mit dem benachbarten Schlitten (71, 72) mittel
eines Stiftes (85) fixiert. Über die Druckverteilerplatten
(84) stützen sich
die Schlitten (71, 72) am dort dünnwandigen
Kolbenstangenboden (13) ab.
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Der Doppelschiebekeil (86)
hat einen rechteckigen Querschnitt, mit einer zentralen Gewindebohrung,
vgl. 2 und 5. Die Ge windebohrung geht
in ihrem unteren Bereich in eine Senkung zur Zentrierung der Kolbenstange
(45) über.
Als Kolbenstange (45) dient ein Rohr, das ebenfalls in
einer zentrierenden Einsenkung (42) im Kolben (41)
sitzt.
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Der Kolben (41), der sich
in der Laufbohrung (32) zwischen dem Adapter (20)
und dem Sicherungsring (11) befindet, ist im Wesentlichen
eine Kreisscheibe. In der Mantelfläche des Kolbens (41) ist
eine Ringnut für
die Aufnahme eines Kolbendichtringes (43) vorhanden. Zum
Zylinderinnenraum (4) hin befindet sich eine Stirnringnut
(44), deren Nutgrund als Auflage für das rückstellende Federelement (49)
der einfach wirkenden Zylinder-Kolbeneinheit
(30) dient. Die Stirnringnut (44) ist so tief,
dass sich dort die Kolbenwandstärke
auf mindestens ein Drittel der maximalen Kolbenhöhe reduziert.
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Der Kolben (41), die Kolbenstange
(45) und der Doppelschiebekeil (86) sind beispielsweise über eine
zentrale Senkkopfschraube (46) miteinander verschraubt.
Zwischen dem kegelstumpfförmigen Senkkopf
der Schraube (46) und der entsprechenden Senkung im Kolben
(41) ist ein Dichtring (43) angeordnet.
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Für
die Montage der Greifvorrichtung werden die Schlitten (71, 72) über den
Doppelschiebekeil (86) miteinander formschlüssig gekoppelt.
Nach dem Einlegen der Druckverteilerplatten (84) – das Gehäuse (10)
liegt hierzu auf seiner vorderen, z.B. planen Stirnfläche (16)
auf – wird
dieser Verbund seitlich in die Führungsausnehmung
(81) so eingeschoben, dass die Schlitten (71, 72)
nahezu bündig
mit der Außenkontur
des Gehäuses
(10) abschließen.
Die zwischen der Führungsausnehmung
(81) und den Schlitten (71, 72,) liegenden
Dichtringe (82) fixieren während der Montage die eingeschobenen
Bauteile im Kolbenstangenboden (13).
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In einem nächsten Schritt werden die Führungshülsen (56)
in den Kolbenstangenboden (13) eingesetzt und der Verstellboden
(51) mit dem aufgeschraubten Verstellring (55)
eingelegt. Der Verstellring (55) schließt in der Montagelage – das Gehäuse (10)
liegt auf der Stirnfläche
(16) auf – mit
dem unteren Rand des Flansches (52) ab. Auf die Führungshülsen (56)
wird der Zylinder (31) mit montiertem Sicherungsring (11)
aufgesetzt. Anschließend
wird die hohle Kolbenstange (45) in die zentrale Bohrung
des Verstellbodens (51) eingeschoben, bis sie in der Senkung
des Doppelschiebekeils (86) aufliegt. Die Schraubenfeder
(49) wird in den Verstellboden (51) eingelegt.
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Nun wird der Kolben (41)
in den Zylinder (31) gegen den Druck der Schraubenfeder
(49) eingeschoben, auf die Kolbenstange (45) aufgelegt
und über
die Schraube (46) starr am Doppelschiebekeil (86)
verschraubt. In einem letzten Montageschritt wird der Adapter (20)
auf den Zylinder (31) eingepasst aufgesetzt, die Gehäuseteile
(20, 31, 56, 13) über die
Schrauben (18) miteinander verbunden und die Greifbacken
(1, 2), vgl. 1 und 4, mit den Backenträgern (91, 92)
an den Stirnseiten (75) der Schlitten (71, 72)
durch Verschrauben in den Gewindebohrungen (76) befestigt.
Die Montagefugen zwischen den Backenträgern (91, 92)
und den Greifbacken (1, 2) haben ein quer zur
Greifrichtung (9) orientiertes Rillenprofil, um die Greifbacken
(1, 2) u.a. in einfacher Weise auf andere Spannweiten
umrüsten zu
können.
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Die Greifvorrichtung befindet sich
nun in dem in den 1 und 6 dargestellten Zustand mit
maximal eingezogenen bzw. aufeinander zubewegten Greifbacken (1, 2)
und vorgespanntem Federelement (49) ohne Federwegverstellung,
d.h. der Verstellboden (51) liegt auf der Bodenfläche (14)
des Kolbenstangenbodens (13) auf.
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Die Greifvorrichtung wird u.a. als
Werkstückträger an Werkzeugmaschinenspindeln
mit zentraler Kühl-
und/oder Schmiermittelführung
adaptiert. Dazu wird die Vorrichtung im Aufnahmekonus der Spindel in
bekannter Weise fixiert. Wird nun die Kühl- und/oder Schmiermittelführung mit
einer Flüssigkeit oder
einem Gas beschickt, so strömt
dieses Medium über
das mögliche
Verunreinigungen herausfilternde Sieb (25) vor den Kolben
(41), um diesen gegen die Wirkung des Federelements (49)
am Sicherungsring (11) anzulegen. Über die Kolbenstange (45)
und das Schiebekeilgetriebe (70) werden die Greifbacken
(1, 2) ausgefahren, vgl. 7. Der Doppelschiebekeil (86)
befindet sich in seiner oberen Endlage und die Schlitten (71, 72)
sind in ihrer äußersten
Position. Der maximale Öffnungsweg
der Greifbacken (1, 2) beträgt im Ausführungsbeispiel ca. 22 mm, das
sind hier beispielsweise 37% der gesamten Breite der Greifvorrichtung.
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Nach dem Positionieren eines Werkstückes zwischen
den Greifbacken (1, 2) wird der Druck des Medium
in der Werkzeugmaschinenspindel in der Regel auf den Umgebungsdruck
abgesenkt. Das Federelement (49) schiebt den Kolben (41)
in Richtung auf das Sieb (25). Über das Doppelkeilgetriebe
(70) werden die Greifbacken (1, 2) zusammengezogen und
somit das Werkstück
eingespannt. Die hierfür notwendige
Klemmkraft liefert das Federelement (49). Der Raum zwischen
dem Kolben (41) und dem Verstellboden (51) weist
im Bereich des Sicherungsringes (11) in der Zylinderwandung
ein Gehäuseentlüftungsventil
auf, das in den Figuren nicht dargestellt ist. Über dieses Ventil wird u.a.
beim Ausfahren des Kolbens (41) Umgebungsluft angesaugt
oder beim Einfahren eingeschlossenes Gas ab einem Überdruck
von z.B. 15000 Pa entlüftet.
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Sollte die Klemmkraft für den vorgesehenen Nutzzweck
nicht ausreichen, kann durch Drehen des Verstellringes (55)
der Verstell boden (51) in Richtung auf das Sieb (25)
z.B. stufenlos zubewegt werden. Der Verstellring (55),
der Verstellboden (51) und die Führungshülsen (56) bilden zusammen
ein Schraubgetriebe (50). Die maximale Federvorspannung
ist – bei
zusammengefahrenen Schlitten (71,72) – erreicht,
wenn der Verstellraum (5) sein maximales Volumen einnimmt,
vgl. 3. Im Ausführungsbeispiel verkürzt sich
dabei die Federlänge
um ca. 14%.
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Zur Kontrolle des Verstellweges (58)
kann auf der Außenfläche des
Zylinders (31) oder des Kolbenstangenbodens (13)
in der Nähe
des Verstellringes (55) eine entsprechende Skala aufgebracht
bzw. eingraviert sein. In diesem Fall kann die Steigung des Gewindes
(53) so dimensioniert sein, dass mit einer Verstellringumdrehung
der gesamte Verstellweg variiert wird. Alternativ hierzu kann z.B.
parallel zur Mittellinie (8) im Mantel des Kolbenstangenbodens
(13) ein Langloch (17) eingearbeitet sein, vgl. 3, das den Verstellraum
(5) mit der Umgebung verbindet. Durch dieses Langloch (17)
wäre die
Position des Verstellbodens (51) gegenüber dem Gehäuse (10) erkennbar.
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Zur Variation der Federspannkraft
der Greifvorrichtung können
im Zylinder auch mehrere Schraubenfedern ineinander geschachtelt
angeordnet werden. Auch können
als Federelemente gepackte oder gestapelte Tellerfedern verwendet
werden. Zur Erhöhung
der Lösekraft
können
z.B. im Zylinder mehrere Kolben hintereinander angeordnet werden.
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- 1,
2
- Greifelemente,
Greifbacken
- 4
- Zylinderinnenraum
- 5
- Verstellraum
- 8
- Mittellinie
- 9
- Greifrichtung
- 10
- Gehäuse
- 11
- Sicherungsring
- 13
- Kolbenstangenboden
- 14
- Bodenfläche
- 15
- Stirnseite,
Stirnfläche;
innen
- 16
- Stirnseite;
Stirnfläche;
außen
- 17
- Langloch
- 18
- Gehäuseschrauben
- 20
- Adapter,
Werkzeugmaschinenadapter
- 21
- Kegelschaft
- 22
- Kolbenboden
- 25
- Sieb
- 26
- Passstifte
- 27
- Dichtring
- 30
- Zylinder-Kolbeneinheit,
einfachwirkend
- 31
- Zylinder
- 32
- Laufbohrung
- 33
- Zylinderstirnseite,
innen
- 34
- Eindrehung
- 35
- Bohrungen
für Gehäuseschrauben
- 36
- Bohrungen
für Passstifte
- 37
- Senkungen,
zylindrisch
- 41
- Kolben
- 42
- Einsenkung
- 43
- Kolbendichtring
- 44
- Stirnringnut
- 45
- Kolbenstange
- 46
- Senkkopfschraube
- 47
- Dichtring
- 48
- axiale
Ausnehmung in (51)
- 49
- Federelement,
Schraubenfeder
- 50
- Verstellvorrichtung,
Schraubgetriebe
- 51
- Verstellboden
- 52
- Flansch
- 53
- Außengewinde
- 54
- Flanschbohrungen
- 55
- Verstellring,
Verstellmutter
- 56
- Führungshülsen, Führungselemente
- 57
- Dichtringe
- 58
- Federverstellweg
- 59
- Verstellausnehmungen
- 70
- Doppelschiebekeilgetriebe
- 71,
72
- Schlitten;
links, rechts
- 73,
74
- Keilgetriebestege
- 75
- Schlittenstirnseiten
- 76
- Gewindebohrungen
- 81
- Führungsausnehmung
- 82
- Dichtringe
- 83
- Bohrung,
zentral
- 84
- Druckverteilerplatten
- 85
- Stifte
- 86
- Doppelschiebekeil
- 87,
88
- Ausnehmungen,
T-nutförmig
- 91,
92
- Backenträger; linke,
rechts