DE19641870B4

DE19641870B4 - Einrichtung zum Greifen eines Werkstücks

Info

Publication number: DE19641870B4
Application number: DE19641870A
Authority: DE
Inventors: Theodore S. Elyria Zajac jun.; Theodore S. Bay Village Zajac
Original assignee: ZAYTRAN Inc ELYRIA; ZAYTRAN Inc
Current assignee: ZAYTRAN Inc ELYRIA; ZAYTRAN Inc
Priority date: 1995-10-10
Filing date: 1996-10-10
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2016-10-11
Also published as: DE19641870A1; US5657973A; JPH09201731A; JP3817308B2

Abstract

Einrichtung (10) zum Greifen eines Werkstücks, mit:
– einem Gehäuse (12) mit einer Bohrung (24), die eine zylindrische Kammer (26) definiert, wobei das Gehäuse (12) erste und zweite Enden (16, 18) zum Abschließen gegenüberliegender Enden der Kammer (26) aufweist;
– ersten und zweiten Kolben (30, 32), die in der Kammer (26) angeordnet sind und sich aufeinander zu und voneinander weg bewegen können;
– einer ersten Feststellschraube (34) zum Verbinden des ersten Kolbens (30) mit einem Bauteil (42), das in den Eingriff mit dem Werkstück bewegt werden kann;
– einer zweiten Feststellschraube (36) zum Verbinden des zweiten Kolbens (32) mit einem anderen Bauteil (44), das in den Eingriff mit dem Werkstück bewegt werden kann;
– Einrichtungen zum Aufbringen von Fluid-Druck auf gegenüberliegende Seiten der ersten und zweiten Kolben (30, 32), um die ersten und zweiten Kolben (30, 32) aufeinander zu und voneinander weg zu bewegen; und...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Greifen eines Werkstücks.
Eine Vorrichtung zum Bewegen von Bauteilen in den Eingriff mit einem Werkstück wird in der Robotertechnik und bei vielen anderen Einrichtungen zum Materialtransport verwendet. Es ist beim Betrieb einer solchen Vorrichtung wichtig, dass die Klemmen oder andere, mit den Werkstücken in Eingriff kommende Elemente sich synchron bewegen. Außerdem muss eine solche Vorrichtung ein geringes Gewicht haben, im Betrieb leistungsfähig und von einfacher Konstruktion sein.

Die aus der US 4,591,199 bekannte Vorrichtung zum Bewegen von Bauteilen in den Eingriff mit einem Werkstück umfasst zwei Kolben, die aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden können. Diese Kolben sind in einer zylindrischen Bohrung eines Gehäuses angeordnet. Eine Stange, nämlich eine Schraubstange mit gegenläufiger Schraubensteigung an gegenüberliegenden Enden, steht in Antriebsverbindung mit jedem der Kolben, um eine synchrone Bewegung sicherzustellen. Die Schraubstange wird durch eine Lagerbaugruppe im mittleren Abschnittes des Gehäuses gehalten. Zwei Fluid-Druckkammern sind an den gegenüberliegenden Seiten der Lagerbaugruppe in dem Gehäuse angeordnet. Die Fluid-Druckkammern werden durch Fluid-Druck beaufschlagt, um die Kolben voneinander wegzubewegen. Außerdem werden die Fluid-Druckkammern an den gegenüberliegenden axialen Enden des Gehäuses durch Fluid-Druck beaufschlagt, um die Kolben aufeinander zu zu bewegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einreichung zum Greifen eines Werkstücks zu schaffen, die leistungsfähig im Betrieb ist und nur ein geringes Gewicht hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen werden durch die Merkmale der Unteransprüche definiert.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen darauf, dass keine Lager vorhanden sind, die die Schraubstange bei der Drehung relativ zum Gehäuse tragen. Dies trägt zu dem angestrebten geringen Gewicht bei.

Die Bohrung des Gehäuses, die die Kammer definiert, und die axialen Stirnflächen des ersten und des zweiten Kolbens bilden eine erste Fluid-Druckkammer zwischen den ersten axialen Stirnflächen der beiden Kolben. Die erste Fluid-Druckkammer wird mit Fluid-Druck beaufschlagt, um einen Druck auf die ersten axialen Stirnflächen der beiden Kolben auszuüben und dadurch die beiden Kolben voneinander wegzubewegen. Jeder der beiden Kolben umfasst eine zweite axiale Stirnfläche, die ebenfalls mit Fluid-Druck beaufschlagt wird, um die beiden Kolben aufeinander zu zu bewegen. Es gibt nur eine Leitung zur Führung des fluiden Mediums zu der ersten Fluid-Druckkammer in und von ihr weg.

Damit ist diese Vorrichtung leicht herzustellen und zusammenzubauen. Auch ist sie im Betrieb leistungsfähig und hat nur ein geringes Gewicht, da, wie bereits erwähnt, kein Lager für die Schraubstange vorhanden ist und nur eine Fluid-Druckkammer zum Bewegen der Kolben voneinander weg erforderlich ist.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute beim Lesen der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
2 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach 1, und zwar in einer Ansicht, die in 1 durch die Linie 2–2 angedeutet ist.
Eine Vorrichtung 10 (1) zum Greifen eines Werkstücks umfasst ein Gehäuse 12 mit einem Mittelabschnitt 14 und ein Paar Endplatten 16 und 18. Der Mittelabschnitt 14 ist vorzugsweise aus einem Extrusionsstahl hergestellt und die Endplatten 16 und 18 sind vorzugsweise aus Stahlpressteilen hergestellt. Die Endplatten 16 und 18 sind durch geeignete Befestigungen, wie z. B. Bolzen 20 mit dem Mittelabschnitt 14 verbunden. Der Mittelabschnitt 14 umfasst eine Bohrung 24, die eine zylindrische Kammer 26 definiert, welche durch die Endplatten 16 und 18 geschlossen wird.
Ein Paar Kolben 30, 32 sind in der zylindrischen Kammer 26 angeordnet und gleitbar mit der Bohrung 24 des Gehäuses 12 im Eingriff. Feststellschrauben 34, 36 sind im Gewindeeingriff mit den Kolben 30, 32 und erstrecken sich durch die Öffnungen 38, 40 im Mittelabschnitt 14. Die Feststellschrauben 34, 36 sind im Gewindeeingriff mit den Gleitern 42, 44, um die Kolben 30, 32 mit den Gleitern zu verbinden. Die Werkstückeingriffbauteile oder Klemmen (nicht gezeigt) sind angepasst, um an den Gleitern 42, 44 so befestigt zu werden, wie es in der Technik wohlbekannt ist.
Die Gleiter 42, 44 haben vorzugsweise einen T-förmigen Querschnitt, wie in 2 gezeigt ist, und bewegen sich in einer Gleitbahn 48. Die Gleitbahn 48 ist durch zwei Flansche 50 und 52 definiert, die sich von dem Mittelabschnitt des Gehäuses 12 erstrecken. Wenn die Kolben 30, 32 sich voneinander weg bewegen, bewegen sich die Gleiter 42, 44 voneinander weg. Wenn die Kolben 30, 32 sich aufeinander zu bewegen, bewegen sich die Gleiter 42, 44 aufeinander zu. Demgemäß sorgt die Bewegung der Kolben 30, 32 aufeinander zu und voneinander weg für die entsprechende Bewegung der Gleiter 42, 44, so dass die Klemmen, die an dem Gleiter gehalten werden, ein Werkstück greifen und wieder Ioslassen.
Eine sich längs erstreckende Schraubstange 60, die entlang einer Achse 62 des Gehäuses 12 angeordnet ist, stellt eine synchrone Bewegung der Kolben 30, 32 sicher und dadurch eine synchrone Bewegung der Gleiter 42, 44 und der Klemmen. Die Schraubstange 60 besteht vorzugsweise aus zwei Edelstahlteilen 64 und 66, die geschweißt, verklebt oder auf andere Weise miteinander verbunden sind, um eine integrale Schraubstange 60 auszubilden. Die Stangenteile 64, 66 sind mit jeweiligen rechten und linken schraubenförmigen Nuten versehen, die mit in Gegenrichtung schräg verlaufenden rechten und linken Nutenrücken in den sich axial erstreckenden Öffnungen 70, 72 der Kolben 30, 32 im Eingriff sind.
Ein Eingreifen zwischen den Kolben 30, 32 und den jeweiligen Stangenteilen 64, 66 sorgt für eine Antriebsverbindung zwischen dem Kolben und der Schraubstange 60, die eine Drehung der Schraubstange 60 bei der Axialbewegung der Kolben 30, 32 hervorruft.
Axiale Stirnflächen 78, 80 der Schraubstange 60 sind mit Scheiben 82, 84 im Eingriff, die in Ausnehmungen 86, 88 in den Endplatten 16, 18 des Gehäuses 12 angeordnet sind. Die Scheiben 82, 84 sind vorzugsweise aus einem geeigneten Kunststoffmaterial hergestellt und positionieren die Schraubstange 60 axial im Gehäuse 12. Die Scheiben 82, 84 haben Nuten, welche in Nutenrücken der Ausnehmungen 86, 88 in den Endplatten 16, 18 eingreifen, um die Drehung der Scheiben 82, 84 relativ zu den Endplatten 16, 18 zu verhindern.
Die Kolben 30, 32 umfassen axial innere Abschnitte 90, 92, die die Feststellschrauben 34, 36 in Gewinden und die Schraubstange 60 antreibbar aufnehmen. Axial äußere Abschnitte 94, 96 der Kolben 30, 32 sind fest mit dem axial inneren Abschnitten 90, 92 durch ein Klebemittel oder jedwede andere geeignete Einrichtung verbunden. Die axial inneren und äußeren Abschnitte der Kolben 30, 32 sind vorzugsweise aus Polyethylenerephthalat (PET) oder Bronze gefertigt.
Die axial inneren Abschnitte 90, 92 der Kolben 30, 32 umfassen erste Abschnitte 100, 102 mit Außendurchmessern im Gleiteingriff mit der Bohrung 24, die die zylindrische Kammer 26 definiert, und zweite Abschnitte 104, 106 mit Außendurchmessern, die kleiner sind als die Außendurchmesser der ersten Abschnitte. Die zweiten Abschnitte 104, 106 werden in den Öffnungen 110, 112 in den axial äußeren Abschnitten, 94, 96 aufgenommen.
Die ersten Abschnitte 100, 102 und die zweiten Abschnitte 104, 106 definieren Absätze 116, 118, in welche die axial äußeren Abschnitte 94, 96 eingreifen. Scheiben 122, 124, vorzugsweise aus Edelstahl hergestellt, sind mit axialen Stirnflächen 126, 128 der zweiten Abschnitt 104, 106 im Eingriff und halten Dichtringe 130, 132 in Ausnehmungen in den axial äußeren Abschnitten 94, 96. Die Dichtringe 130, 132 sind mit der Schraubstange 60 im Eingriff, um zu verhindern, dass Fluid die Stange entlang fließt.
Axiale Stirnflächen 140, 142 der Kolben 30, 32 sind einander zugewandt. Die axialen Stirnflächen 140, 142 und die Bohrung 24 des Gehäuses 12 definieren die zylindrische Kammer 26, die eine erste Fluid-Druckkammer 144 definiert. Die Fluid-Druckkammer 144 nimmt Fluid-Druck auf, um die Kolben 30, 32 voneinander weg zu bewegen.
Die Kolben 30, 32 umfassen axiale Stirnflächen 158, 160, die den axialen Stirnflächen 140, 142 entgegengesetzt liegen. Die axiale Stirnfläche 158 des Kolbens 30, die Bohrung 24 des Gehäuses 12 und die Endplatte 16 definieren eine Fluid-Druckkammer 162. Die axiale Stirnfläche 160 des Kolbens 32, die Bohrung 24 des Gehäuses 12 und die Endplatte 18 definieren eine Druckkammer 164. Fluid-Druck wird auf die Druckkammern 162 und 164 gerichtet, um die Kolben 30, 32 aufeinander zu zu bewegen.
Dichtringe 170, 172, die in Nuten 174, 176 in den Kolben 30, 32 angeordnet sind, verhindern eine Leckage von Fluid aus der Fluid-Druckkammer 144. Dichtringe 180, 182, die in Nuten 184, 186 der Kolben 30, 32 angeordnet sind, verhindern Leckage des Fluids aus den Druckkammern 162, 164 entlang der Außendurchmesser der Kolben 30, 32. Eine Gummidichtung 190, die zwischen die Endplatte 16 und ein Ende des Mittelabschnitts 14 des Gehäuses 12 geklemmt ist, verhindert Leckage des Fluids aus der Druckkammer 162 und dem Gehäuse 12. Eine Gummidichtung 192, die zwischen die Endplatten 18 und das andere Ende des Mittelabschnitts 14 geklemmt ist, verhindert Leckage des Fluids aus der Druckkammer 164 und dem Gehäuse 12.
Ein Luftkompressor 200 führt Luft in die Druckkammern 144, 162 und 164 zu. Wäre das zur Bewegung der Kolben 30, 32 verwendete Fluid eine Flüssigkeit, so würde der Kompressor 200 durch eine Pumpe ersetzt. Der Kompressor 200 führt Fluid aus einer Fluidquelle 202 durch eine Leitung 204 zu einem Regelventil 206. Eine Leitung 207 führt Fluid vom Regelventil 206 zur Fluidquelle 202. Das Regelventil 206 richtet das Fluid zu den Druckkammern 144, 162 und 164 hin und von ihnen weg, um die Kolben 30, 32 zu bewegen.
Eine Leitung 208 führt Fluid zwischen dem Regelventil 206 und einem Kanal 210, der schematisch in 1 gezeigt ist, im Gehäuse 12. Der Kanal 210 im Gehäuse 12 führt Fluid zwischen der Leitung 208 und der Druckkammer 144. Eine Leitung 212 führt Fluid zwischen dem Regelventil 206 und einem Kanal 214 im Gehäuse 12, der schematisch in 1 gezeigt ist. Der Kanal 214 führt Fluid zu den Schematisch in 1 gezeigten Kanälen 216, 218 im Gehäuse 12 hin und von ihnen weg, wobei die Kanäle 216, 218 mit den Druckkammern 162, 164 verbunden sind.
Die in 1 gezeigte Position entspricht derjenigen Position der Teile, in der ein Werkstück gehalten wird. Um das Werkstück Ioszulassen, wird das Regelventil 206 betätigt und Fluid-Druck wird der Fluid-Druckkammer 144 durch die Leitung 208 und den Kanal 210 zugeführt. Die Kolben 30, 32 bewegen sich voneinander weg und können sich bewegen, bis die Oberflächen 158, 160 mit den Endplatten 16, 18 in Eingriff kommen. Demgemäß wird ein Werkstück, das durch Klemmen (nicht gezeigt) gehalten wird, welche fest an den Gleitern 42, 44 befestigt sind, Iosgelassen. Fluid aus den Kammern 162, 164 wird durch die Kanäle 214, 216 und durch die Leitung 212 geführt und zur Fluidquelle 202 zurückgeführt.
Wenn ein Werkstück gegriffen werden soll, wird Fluid in die Kanäle 214, 216 und die Kammern 162, 164 geführt. Die Kolben 30, 32 bewegen die Klemmen aufeinander zu, so dass die Klemmen das Werkstück greifen. Kolben 30, 32 können sich bewegen, bis die Stirnflächen 140, 142 in Eingriff kommen oder bis ein Werkstück durch die Klemmen gegriffen wird. Fluid wird von der Kammer 144 abgezogen und zur Fluidquelle 202 zurückgeführt.
Wenn die Kolben 30, 32 sich aufeinander zu und voneinander weg bewegen, dreht sich die Schraubstange 60 um die Achse 62. Wenn die Kolben 30, 32 sich voneinander weg bewegen, dreht sich die Schraubstange 60 in eine Richtung. Wenn die Kolben 30, 32 sich aufeinander zu bewegen, dreht sich die Schraubstange 60 in einer entgegengesetzten Richtung. Der Eingriff zwischen dem Nutrücken der Kolben 30, 32 und der Schraubstange 60 stellt sicher, dass die Kolben 30, 32 sich im Gehäuse 12 mit derselben Drehzahl bewegen, um eine synchrone Bewegung der Kolben 30, 32 sicherzustellen. Obwohl die Kolben 30, 32 und die Schraubstange 60 so geteilt sind, dass sie ineinander eingreifende Nuten haben, können die Kolben 30, 32 und die Schraubstange 60 ineinander eingreifende Gewinde haben, um die synchrone Bewegung der Kolben 30, 32 sicherzustellen.

Claims

Einrichtung (10) zum Greifen eines Werkstücks, mit: – einem Gehäuse (12) mit einer Bohrung (24), die eine zylindrische Kammer (26) definiert, wobei das Gehäuse (12) erste und zweite Enden (16, 18) zum Abschließen gegenüberliegender Enden der Kammer (26) aufweist; – ersten und zweiten Kolben (30, 32), die in der Kammer (26) angeordnet sind und sich aufeinander zu und voneinander weg bewegen können; – einer ersten Feststellschraube (34) zum Verbinden des ersten Kolbens (30) mit einem Bauteil (42), das in den Eingriff mit dem Werkstück bewegt werden kann; – einer zweiten Feststellschraube (36) zum Verbinden des zweiten Kolbens (32) mit einem anderen Bauteil (44), das in den Eingriff mit dem Werkstück bewegt werden kann; – Einrichtungen zum Aufbringen von Fluid-Druck auf gegenüberliegende Seiten der ersten und zweiten Kolben (30, 32), um die ersten und zweiten Kolben (30, 32) aufeinander zu und voneinander weg zu bewegen; und – einer Schraubstange (60) zum Sicherstellen einer synchronen Bewegung der ersten und zweiten Kolben (30, 32), welche sich entlang einer Längsachse des Gehäuses (12) erstreckt, wobei die Schraubstange (60) und die ersten und zweiten Kolben (30, 32) eine Antriebsverbindung haben, welche eine Drehung der Schraubstange (60) in einer Richtung bewirkt, wenn die ersten und zweiten Kolben (30, 32) sich aufeinander zu bewegen und in einer entgegen gesetzten Richtung, wenn die ersten und zweiten Kolben (30, 32) sich voneinander weg bewegen, wobei die Schraubstange (60) gegenüberliegende Abschnitte (64, 66) hat, die sich durch die ersten und zweiten Kolben (30, 32) erstrecken, und axiale Stirnflächen (78, 80), die mit den ersten und zweiten Gehäuseenden (16, 18) im Eingriff sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei der jedes der ersten und zweiten Gehäuseenden (16, 18) ein Scheibenbauteil (82, 84) umfasst, das mit einer der axialen Stirnflächen (78, 80) der Schraubstange (60) im Eingriff ist, wobei jedes der ersten und zweiten Gehäuseenden (16, 18) eine Ausnehmung (68, 88) zur Aufnahme des Scheibenbauteils (82, 84) aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 2, bei der jedes der Schreibenbauteile (82, 84) Nuten umfasst, die zur Drehsicherung in Rippen in jeder der Ausnehmungen (86, 88) in den ersten und zweiten Gehäuseenden (16, 18) eingreifen.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei der jeder der ersten und zweiten Kolben (30, 32) eine erste axiale Stirnfläche (140, 142) aufweist, wobei die Bohrung (24) des Gehäuses (12), die Kammer (26) definiert und die ersten axialen Stirnflächen (140, 142) der ersten und zweiten Kolben (30, 32) eine erste Fluid-Druckkammer (144) zwischen den ersten axialen Stirnflächen (140, 142) der ersten und zweiten Kolben (30, 32) definieren, wobei Fluid-Druck über eine Leitung (208) und einen Kanal (210) im Gehäuse (12) der ersten Fluid-Druckkammer (144) zugeführt wird, um Druck gegen die ersten axialen Stirnflächen (140, 142) der ersten und zweiten Kolben (30, 32) aufzubringen und die ersten und zweiten Kolben (30, 32) voneinander weg zu bewegen.
Einrichtung nach Anspruch 4, bei der jeder der ersten und zweiten Kolben (30, 32) eine zweite axiale Stirnfläche (158, 160) umfasst, wobei die zweite axiale Stirnfläche (158) des ersten Kolbens (30), die Bohrung (24) des Gehäuses (12), die die Kammer (26) definiert, und das erste Ende (16) des Gehäuses (12) eine zweite Fluid-Druckkammer (162) definieren, die zweite axiale Stirnfläche (160) des zweiten Kolbens (32), die Bohrung (24) des Gehäuses (12), welche die Kammer (26) definiert, und das zweite Ende (18) des Gehäuses (12) eine dritte Fluid-Druckkammer (164) definieren, wobei Fluid-Druck über Kanäle (214, 216, 218) im Gehäuse (12) den zweiten und dritten Fluid-Druckkammern (162, 164) zugeführt wird, um die ersten und zweiten Kolben (30, 32) aufeinander zu zu bewegen.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei der jeder der Kolben (30, 32) einen axial inneren Abschnitt (90, 92) und einen axial äußeren Abschnitt (94, 96) umfasst, der fest mit dem axial inneren Abschnitt (90, 92) verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, bei der jeder der axial inneren Abschnitte (90, 92) der ersten und zweiten Kolben (30, 32) im Antriebseingriff mit der Schraubstange (60) ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, bei der jeder axial innere und äußere Abschnitt (90, 92; 94, 96) gleitbar mit der Bohrung (24) des Gehäuses (12) im Eingriff ist, die die Kammer (26) definiert.
Einrichtung nach Anspruch 6, bei der jeder der axial inneren Abschnitte (90, 92) einen ersten Abschnitt (100, 102) mit einem ersten Außendurchmesser und einen zweiten Abschnitt (104, 106) mit einem zweiten Außendurchmesser umfasst, der kleiner ist als der erste Außendurchmesser, wobei jeder der zweiten Abschnitte (104, 106) in eine Öffnung in einem der axial äußeren Abschnitte (94, 96) der ersten und zweiten Kolben (30, 32) aufgenommen wird.
Einrichtung nach Anspruch 9, bei der jeder erste und zweite Abschnitt (100, 102; 104, 106) eines jeden axial inneren Abschnitts (90, 92) der ersten und zweiten Kolben (30, 32) einen Absatz (116, 118) definiert, wobei die axial äußeren Abschnitte (94, 96) der ersten und zweiten Kolben (30, 32) mit den Absätzen (116, 118) im Eingriff sind.
Einrichtung nach Anspruch 6, bei der der axial innere Abschnitt (90) des ersten Kolbens (30) mit der ersten Feststellschraube (34) verbunden ist, und der axial innere Abschnitt (92) des zweiten Kolbens (32) mit der zweiten Feststellschraube (36) verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Bohrung (24) des Gehäuses (12), die die Kammer (26) definiert, erste und zweite Öffnungen (38, 40) umfasst, durch welche die ersten und zweiten Feststellschrauben (34, 36) sich erstrecken.