DE112005002486C5

DE112005002486C5 - Translations- und Schwenkvorrichtung

Info

Publication number: DE112005002486C5
Application number: DE112005002486.5T
Authority: DE
Inventors: Ralf Fuhrmann
Original assignee: Waldorf Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Waldorf Technik GmbH
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2025-11-11
Also published as: DE202004017526U1; WO2006050956A3; DE112005002486A5; WO2006050956A2; DE112005002486B4

Abstract

Translations- und Schwenkvorrichtung zum motorischen Antreiben einer Trägereinheit (30, 12, 14), die zum Durchführen einer ersten Translationsbewegung mit einem ersten vorbestimmten Translationshub, einer Schwenkbewegung mit einem vorbestimmten Schwenkwinkel und einer zweiten Translationsbewegung mit einem dem ersten Translationsschub entgegengerichteten zweiten Translationsschub als Reaktion auf das motorische Antreiben ausgebildet ist, wobei die Trägereinheit einen langgestreckten, zum translatorischen Zusammenwirken mit einem drehbar an einer stationär vorgesehenen Antriebseinheit (38) angelenkten Schlitteneinheit (33) ausgebildeten Arm aufweist, der mittels eines von einem Antriebsmotor (35) der Antriebseinheit in eine Rotation um einen vorbestimmten Rotationswinkel versetzbaren, drehbar an dem Arm (30) über ein Drehgelenk (32) angelenkten Kurbelarms (34) um eine stationäre Drehlagerung (36) der Schlitteneinheit (33) verschwenkbar und entlang der Schlitteneinheit translatorisch verschiebbar ausgebildet ist, wobei Mittel (14) zum Aufnehmen eines Translations- und Schwenkgutes einends am langgestreckten Arm (30) vorgesehen sind, wobei der Kurbelarm (34), die Drehlagerung (36) der Schlitteneinheit (33) und der langgestreckte Arm (30) so ausgestaltet und zueinander angeordnet sind, dass als Reaktion auf einen Rotationswinkel des Kurbelarms (34) zwischen 180° und 270° der Schwenkwinkel des langgestreckten Arms (30) 90° beträgt, und dass die Mittel (14) dem den Kurbelarm (34) mit dem langgestreckten Arm (30) verbindenden Drehgelenk (32), bezogen auf die Schlitteneinheit, gegenüberliegend vorgesehen sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Translations- und Schwenkvorrichtung.
Derartige Vorrichtungen finden häufig Einsatz im Bereich der industriellen Fertigungs- und Handhabungstechnik, wobei komplexe Umsetzbewegungen neben einem Verschwenken, etwa eines in der industriellen Fertigung zugeführten bzw. verwendeten Elementes, zusätzlich dessen Linearbewegung (Translationsbewegung relativ zur Schwenkachse) erforderlich machen.
Ein typischer Anwendungsfall derartiger, gattungsgemäßer Handhabungstechnik ist beispielsweise die anhand der 6 bis 9 zum hausintern bekannten Stand der Technik zu erläuternde Umsetzbewegung, wie sie etwa im Zusammenhang mit der automatischen Zuführung von Verpackungsetiketten in einen IML (In Mold Labelling) Fertigungsprozess zum Herstellen von mit den Etiketten zu versehenden Verpackungsbehältern notwendig ist. Genauer gesagt ist bei der bekannten Technologie ein aus einer ersten Translationsbewegung, einer darauf folgenden Verschwenkung sowie einer weiteren, der ersten Translationsbewegung entgegengesetzten Translationsbewegung gebildeter Bewegungsprozess zu vollziehen, wie es anhand der Figuren deutlich wird. Eine langgestreckte Trägereinheit in Form eines Armes 10 weist dabei einends ein mittels eines Querarmes 12 verbundenes Paar von Aufnahmeeinheiten 14 auf, welche in der üblichen Weise durch Vakuum od. dgl. Effekte blattförmige Etiketten als Transportgut aus einem (nicht gezeigten) Magazin entnehmen. Die 6 zeigt dabei einen abgesenkten Aufnahmezustand der Vorrichtung; die Einheiten treten in Eingriff mit dem blattförmigen Transportgut.
Daraufhin findet, wie in 7 gezeigt, zunächst eine erste, aufwärts gerichtete (Pfeilrichtung 16) Translationsbewegung statt, bewirkt durch einen auf den Arm wirkenden, in der Figur lediglich schematisch gezeigten und an einer Antriebseinheit befestigten, servomotorisch betriebenen Schlitten 17. Dieser bewegt den langgestreckten Arm und damit die ansitzenden, durch den Querarm verbundenen Einheiten in Pfeilrichtung aufwärts, so dass eine durch die gestrichelte Linie 20 angedeutete Störkontur (etwa eine durch die nachfolgende Schwenkbewegung freizuhaltende Geometrie der umgebenden Anlage) nicht länger berührt wird. Erst nach diesem ersten Translationsvorgang kann dann das Verschwenken des Armes mit den ansitzenden Einheiten erfolgen; 8 verdeutlicht diesen um 90° im Uhrzeigersinn verschwenkten Zustand, noch innerhalb der Störkontur. Genauer gesagt wurde das Verschwenken bewirkt durch einen Schwenkarm 21, welcher einends von einem Antriebsmotor (nicht gezeigt) in die Schwenkbewegung versetzt wurde und anderenends zur Verbindung mit dem Arm 10 den Schlitten 17 als Linearantrieb trägt.
Erst nachdem das in 8 gezeigte Verschwenken erfolgt ist, führt die Schlitteneinheit 17 eine zweite Translationsbewegung, nunmehr in bezogen auf die Störkontur 20 auswärts gerichteter Richtung, aus, so dass in der in 9 gezeigten Endposition das von den Einheiten 14 gehaltene blattförmige Transportgut an eine nachfolgende Einheit, im vorliegenden Beispiel eine Einlegeeinheit für eine nachgeschaltete Spritzgießform, übergeben werden kann.
Allerdings ist die anhand der 6 bis 9 schematisch erläuterte, aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung prinzipbedingt nachteilig: So erfordert es die konstruktive Realisierung der gezeigten Vorrichtung, dass die einzelnen Bewegungsschritte (erste Translation, Verschwenken, zweite Translation) nacheinander stattfinden, mit anderen Worten, die gezeigte Umsetzbewegung erfordert nicht unbeträchtlichen Zeitaufwand, welcher, gerade im Hinblick auf Prozessoptimierungen und nachfolgende Verarbeitungsschritte, potentiell beschleunigungsbedürftig ist.
Hinzu kommt der notwendige konstruktive Aufwand; zum Durchführen der zwei Translationsbewegungen ist eine zusätzliche Lineareinheit notwendig, zum Durchführen der Schwenkbewegung eine zusätzliche, gesonderte rotatorische Antriebseinheit. Neben diesem apparativen Aufwand ist ferner der Koordinations- bzw. Ansteuerungsaufwand zu berücksichtigen, der dadurch entsteht, dass beide Aggregate in korrekter Weise und zum Verhindern unerwünschter Bewegungszustände synchronisiert werden müssen.
Die DE 691 17 328 T2 zeigt eine Translations- und Schwenkvorrichtung, bei der eine Trägereinheit an einem langgestreckten Arm festgelegt ist, mittels einer Kurbel, die eine Schwenkbewegung von weniger als 90° vollführt, entlang einer drehbar gelagerten Schlitteneinheit verstellbar und um eine Drehlagerung der Schlitteneinheit verschwenkbar ist. Die Kurbel ist axial zwischen der Trägereinheit und der Drehlagerung der Schlitteneinheit an den langgestreckten Arm angelenkt. Der Antrieb erfolgt mittels eines Pneumatikzylinders. Nachteilig ist, dass die maximale Große der verschwenkbaren Fläche (Trägereinheit) bei der bekannten Konstruktion stark begrenzt ist.
Die DE 12 62 715 A , die DE 38 02 166 C2 und die DE 195 12 570 A1 zeigen alternativ aufgebaute Handhabungsvorrichtungen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Translations- und Schwenkvorrichtung zu schaffen, welche zum Durchführen der aus Translations- und Schwenkbewegungen bestehenden Umsetzbewegung in verkürzter Zeit geeignet ist und dabei den apparativen sowie Steuerungsaufwand vermindert.
Die Aufgabe wird durch die Translations- und Schwenkvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise wird dabei mittels des stationär angetriebenen und drehbar an den langgestreckten Arm als Trägereinheit angelenkten Kurbelarmes der Arm in eine Schwenkbewegung versetzt, gleichzeitig übt dieser Kurbelantrieb auf den langgestreckten Arm eine Longitudinalkraft aus, welche, durch Wirkung der stationär und drehbar vorgesehenen, den langgestreckten Arm führenden Schlitteneinheit in die gewünschte Translationsbewegung des langgestreckten Arms umgesetzt wird.
Damit wird es vorteilhaft möglich, lediglich durch ein einziges Antriebsaggregat, nämlich den den Kurbelarm in die vorbestimmte Rotation versetzenden Antriebsmotor, die komplexe, kombinierte Umsetzbewegung gemäß Gattung der Erfindung zu realisieren, und zwar ohne komplexe Synchronisations- und Ablaufsteuerungsmechanismen. Vielmehr erfolgt die Festlegung des ersten bzw. zweiten Translationshubs sowie des vorbestimmten Schwenkwinkels für den langgestreckten Arm lediglich durch die geometrischen Verhaltnisse an der Antriebseinheit, durch Auslegung von Anlenkungspunkt und Dimension des Kurbelarms sowie dessen vorbestimmtem Rotationswinkel.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Vorrichtung konstruktiv so auszugestalten, dass der vorbestimmte Rotationswinkel des Kurbelarms auf einen Bereich zwischen 180° und 270° ausgelegt wird. Dabei beträgt erfindungsgemäß der Schwenkwinkel der zu realisierenden Umsetzbewegung ca. 90°.
Während prinzipiell, wiederum durch die konstruktiven Einstellungsmaßnahmen bedingt, die Beträge des ersten bzw. zweiten Translationshubs beliebig und insbesondere auch unterschiedlich voneinander einstellbar sind, hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung und bei als kreisformig angenommener Störkontur als bevorzugt erwiesen, den Betrag des ersten Translationshubs dem des zweiten Translationshubs gleichzusetzen.
Besonders bevorzugt ist es zudem, die erfindungsgemaß vorgesehene Antriebseinheit zum gemeinsamen Aufnehmen (Lagern) des Antriebsmotors sowie der Drehlagerung für die Schlitteneinheit zu verwenden, wobei geeignet die jeweiligen Achsen zueinander parallel verlaufen und weiter bevorzugt aus einer gemeinsamen Außenfläche der Antriebseinheit heraus- treten.
Die Realisierung des Antriebsmotors im Rahmen der Erfindung ist prinzipiell beliebig, wird jedoch in der praktischen Ausgestaltung von dem jeweiligen Anwendungsfall abhängen. Für die praktische Umsetzung dürften sich dabei sowohl pneumatische Prinzipien, als auch eine Realisierung mittels einer Servomotorik anbieten.
Für die erfindungsgemäße Schlitteneinheit ist es bevorzugt, dieser geeignet an einer Außenfläche des Arms vorgesehene Schienen zuzuordnen, wobei diese, je nach Anwendungsfall, beliebig und in ansonsten bekannter Weise auszugestalten sind.
Ebenso ist es zwar bevorzugt im Rahmen der Erfindung, den langgestreckten Arm als Profilstück od. dgl. Element zu realisieren, wobei weiter bevorzugt diesem Arm dann endseitig geeignet auszuwählende Mittel zum Aufnehmen des Translations- und Schwenkgutes zugeordnet sind, hier sind jedoch die einzusetzenden Realisierungen konstruktions- und zweckbedingt vielseitig, so dass sich, mit der Vorgabe der gattungsgemäß vorgesehenen, komplexen und aus Translations- und Schwenkbewegungen bestehenden Umsatzbewegung, nahezu beliebige Anwendungsgebiete, insbesondere im Bereich der industriellen Fertigungstechnik, ergeben.
Dabei ist die vorliegende Erfindung insbesondere nicht auf das eingangs beschriebene Anwendungsfeld der Verpackungstechnologien beschränkt, vielmehr ist die erfindungsgemäße Translations- und Schwenkvorrichtung jeglichen Anwendungsfeldern zugänglich, bei welchen, vorgegeben durch die Störkontur eines umgebenden Systems, eine Umsetzbewegung aus Translation und Verschwenken realisiert werden muss.
Im Ergebnis ermöglicht damit die vorliegende Erfindung nicht nur die drastische Reduzierung des apparativen und Steueraufwandes, auch kann, wie sich unmittelbar aus dem Vorstehenden sowie der Diskussion des nachfolgenden Ausführungsbeispiels ergibt, die eigentliche Zykluszeit für die zu realisierende Umsetzbewegung drastisch realisiert werden. Da erfindungsgemäße Vorrichtungen typischerweise nicht eigenständig, sondern in einem Systemumfeld mit vor- und nachgeschalteten Aggregaten eingesetzt werden, wobei, etwa im beschriebenen Anwendungsbeispiel der Verpackungstechnik, der Systemtakt häufig von nachgeschalteten Spritzmaschinen bestimmt wird, sich diese Taktzeitersparnis nicht notwendigerweise unmittelbar auf die Gesamtdurchlaufzeit auswirkt, bietet die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, die vorgenommene Umsetzbewegung aus Prozesssicht zu optimieren. So hat es sich als günstig herausgestellt, die Zeit für das Aufnehmen des Transportgutes aus dem zugehörigen Magazin zu verlängern, mit der Absicht, nachträgliches Aneinanderhaften mehrerer der flachen Etiketten zu verhindern. Durch die mit der vorliegenden Erfindung ermöglichte Beschleunigung des eigentlichen Umsetzvorganges und innerhalb des extern vorgegebenen Prozesszyklus ergibt sich somit vorteilhafte Möglichkeit, die hierfür benötigte zusätzliche Zeit im Prozess ohne eine Gesamtverzögerung bereitzustellen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Figuren; diese zeigen in
1: eine Schemaansicht der erfindungsgemäßen Translations- und Schwenkvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem ersten Betriebszustand (Aufnahmeposition für das Translations- und Schwenkgut);
2: eine Ansicht der Vorrichtung gemäß 1 bei bereits teilweise verschwenkter sowie translatorisch in eine erste Translationsrichtung verschobener Trägereinheit;
3: eine gegenüber der Darstellung der 2 weiter in Richtung auf eine Abgabe- bzw. Übergabeposition verschwenkte und zusätzlich in einer zweiten, entgegengesetzten Translationsrichtung verschobenen Trägereinheit;
4: eine rückwärtige Ansicht der in den 1 bis 3 gezeigten Einheit zum Verdeutlichen des Zusammenwirkens zwischen langgestrecktem Arm als Trägereinheit, Kurbelarm und (stationär und drehbar gelagerter) Schlitteneinheit;
5: eine Detailansicht des Ausschnittsdetails V in 4 zum Verdeutlichen der konstruktiven Ausgestaltung der Schlitteneinheit und deren Zusammenwirken mit Schienen des langgestreckten Arms, und
6 bis 9: Schemaansichten zum Verdeutlichen des Standes der Technik.
Die 1 bis 3 der ersten bevorzugten Ausführungsform beschreiben den mittels der erfindungsgemäßen Translations- und Schwenkvorrichtung realisierten modifizierten Umsetzvorgang. Ein langgestreckter, als Metallprofil realisierter Arm 30 ist einends über ein Drehgelenk 32 mit einem Kurbelarm 34 versehen, welcher wiederum mittels einer Motoreinheit 35 (5), welche in ansonsten bekannter Weise pneumatisch oder servoelektrisch realisiert ist, in eine Schwenkbewegung um einen vorbestimmten Schwenkhub, im gezeigten Ausführungsbeispiel um 180°, versetzt wird.
Gleichzeitig ist der Arm 30 in einer Schlitteneinheit 33 geführt, welche ihrerseits mittels eines Drehgelenks 36 stationär und drehbar in einer Außenfläche einer Antriebseinheit 38 gehalten ist, wobei diese Antriebseinheit 38, wie in den Figuren gezeigt, achsparallel zum Drehgelenk 32 den Antriebsmotor 35 lagert.
Die 4 und 5 verdeutlichen im Detail das Zusammenwirken zwischen Kurbelarm 34, Antriebsmotor 35, Schlitteneinheit 33 und Arm 30: Wie insbesondere aus der Ausschnittsvergrößerung der 5 deutlich wird, ist dabei die Schlitteneinheit 33, die plattenförmig ausgestaltet ist, auf einem Paar von Schienen 40 längsverschieblich geführt, welche wiederum fest an einer auf die Antriebseinheit 38 gerichteten Außenfläche des Armes 30 befestigt sind.
Nachfolgend wird der durch diese konstruktiven Bedingungen ermöglichte Bewegungsablauf verdeutlicht. Die 1 zeigt dabei den zur 6 äquivalenten Ausgangszustand, nämlich die Aufnahmeposition für blattförmige Etiketten od. dgl. Transportgut (es wird vom selben Anwendungskontext ausgegangen, wie eingangs zum Stand der Technik beschrieben). In der gezeigten Position ermöglicht das Paar von Aufnahmeeinheiten 14 das Aufnehmen des Transportgutes. Daraufhin wird durch Antreiben des Motors 35 die Kurbel 34 in eine vorbestimmte Schwenkbewegung (Schwenkhub insgesamt 180°) versetzt, woraufhin dann, siehe insbesondere 2, der Arm 10 im Schlitten translatorisch versetzt, gleichzeitig jedoch um das Drehlager 36 des Schlittens verschwenkt wird. Ein Weiterdrehen der Kurbel führt dann zu einer weiteren Translationsbewegung des Armes 30 relativ zum Schlitten 34 in einer entgegengesetzten Richtung, ein weiteres Verschwenken findet statt, bis die Anordnung den in 3 gezeigten, 90° verschwenkten Zustand erreicht hat, welcher dem Übergabezustand der 9 zur Diskussion des Standes Technik entspricht.
Es ergibt sich somit, dass durch (ausschließlichen) Antrieb von Motor 35 bzw. Kurbel 34 ein der Abfolge der 6 bis 9 zum Stand der Technik entsprechender, komplexer, translatorischer sowie verschwenkter Bewegungsablauf realisiert werden kann, welcher jedoch keine simultanen Einzelbewegungen erfordert, sondern diese vielmehr geeignet so kombiniert, dass nach wie vor die durch die Systemgeometrie vorgegebene Bewegungsgrenze der Störkontur beachtet wird.
Während die vorliegende Erfindung besonders geeignet im gezeigten Ausführungsbeispiel eingesetzt werden kann und dort auch die beschriebenen Vorteile realisiert, ist prinzipiell der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung unbegrenzt, wobei sich neben industriellen Fertigungsumgebungen etwa auch Anwendungen im Bereich der Montage-, Medizin- oder Reinraumtechnik anbieten.

Claims

Translations- und Schwenkvorrichtung zum motorischen Antreiben einer Trägereinheit (30, 12, 14), die zum Durchführen einer ersten Translationsbewegung mit einem ersten vorbestimmten Translationshub, einer Schwenkbewegung mit einem vorbestimmten Schwenkwinkel und einer zweiten Translationsbewegung mit einem dem ersten Translationsschub entgegengerichteten zweiten Translationsschub als Reaktion auf das motorische Antreiben ausgebildet ist, wobei die Trägereinheit einen langgestreckten, zum translatorischen Zusammenwirken mit einem drehbar an einer stationär vorgesehenen Antriebseinheit (38) angelenkten Schlitteneinheit (33) ausgebildeten Arm aufweist, der mittels eines von einem Antriebsmotor (35) der Antriebseinheit in eine Rotation um einen vorbestimmten Rotationswinkel versetzbaren, drehbar an dem Arm (30) über ein Drehgelenk (32) angelenkten Kurbelarms (34) um eine stationäre Drehlagerung (36) der Schlitteneinheit (33) verschwenkbar und entlang der Schlitteneinheit translatorisch verschiebbar ausgebildet ist, wobei Mittel (14) zum Aufnehmen eines Translations- und Schwenkgutes einends am langgestreckten Arm (30) vorgesehen sind, wobei der Kurbelarm (34), die Drehlagerung (36) der Schlitteneinheit (33) und der langgestreckte Arm (30) so ausgestaltet und zueinander angeordnet sind, dass als Reaktion auf einen Rotationswinkel des Kurbelarms (34) zwischen 180° und 270° der Schwenkwinkel des langgestreckten Arms (30) 90° beträgt, und dass die Mittel (14) dem den Kurbelarm (34) mit dem langgestreckten Arm (30) verbindenden Drehgelenk (32), bezogen auf die Schlitteneinheit, gegenüberliegend vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des ersten Translationshubs dem Betrag des zweiten Translationshubs entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebswelle des Antriebsmotors (35) für den Kurbelarm und die Drehlagerung (36) der Schlitteneinheit, um einen vorbestimmten Abstand versetzt, axial parallel zueinander und bevorzugt auf einer gemeinsamen Außenfläche der Antriebseinheit (38) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitteneinheit (33) zum Zusammenwirken mit einer an einer Außenfläche des langgestreckten Arms vorgesehenen Schieneneinheit (40) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (30) als langgestrecktes Profilstück ausgebildet ist, das die Mittel (14) zum Aufnehmen eines Translations- und Schwenkgutes aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (14) zum Aufnehmen des Translations- und Schwenkgutes zum Aufnehmen blattförmiger Elemente, insbesondere von Papier- und/oder Folienstücken, ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheit vom Antriebsmotor (35) als einzigem motorischen Antrieb angetrieben wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (35) zum pneumatischen oder servoelektrischen Antreiben des Kurbelarmes (34) ausgebildet ist.