DE19803375C2 - Vorrichtung zum Positionieren des Werkstücks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum lagewahlfreien Positionieren eines Werkstücks mittels eines an einem Ständer gelagerten, freikragenden Tragarms, bei der das Werkstück um zwei sich schneidende Achsen schwenkbar ist.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE- 38 13 477 C1 bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine Vor­ richtung zum Halten eines Objekts in einem im wesentlichen gewichtslosen Zustand. Dabei umfaßt die Vorrichtung unter an­ deren ein Trägervorrichtungsteil mit immer vertikaler Achse, ein Positioniervorrichtungsteil, das mit dem Trägervorrich­ tungsteil und auch noch in einer horizontalen Ebene verstell­ bar ist. Des weiteren erhält sie eine Traghalterung zum An­ bringen eines Werkstücks oder Objekts, ein immer horizonta­ les, erstes lineares Führungsteil zur horizontalen Verstel­ lung der Traghalterung in bezug auf das Trägervorrichtungs­ teil und eine immer horizontale Achse, um die das Objekt drehbar ist. Dabei weist des weiteren das Positioniervorrich­ tungsteil einen zweiten linearen Führungsteil auf, mittels welchem die Traghalterung in bezug auf den Trägervorrich­ tungsteil horizontal sowie im wesentlichen quer zur Verstell­ richtung des ersten linearen Führungsteils verstellbar ist.

Diese Vorrichtung ist recht kompliziert aufgebaut und somit kostspielig und störanfällig. Des weiteren erlaubt sie aber nur eine freie Positionierung des Objekts, indem gleichzeitig mehrere Stellmotoren betätigt werden müssen. Schließlich ist die Vorrichtung an sich dazu vorgesehen, einen Testcomputer fest aufzunehmen, wofür zwei speziell geformte Tragstücke vorgesehen sind. Ein flexibler Einsatz für die vorübergehende Aufnahme unterschiedlicher Werkstücke oder dergleichen ist damit nicht möglich.

Aus der DE-AS 23 20 266 ist ein verstellbares Stativ für ein Mikroskop bekannt, welches durch Verschieben von Ausgleichs­ gewichten die Gewichtskraft des Mikroskops weitgehend kompen­ siert, wodurch eine einfache Handhabung während des Einsatzes möglich ist. Der konstruktive Aufwand ist jedoch aufwendig, da die Vorrichtung eine komplizierte Parallelogrammführung beinhaltet, die dort aufgrund des vorgesehenen Einsatzzweckes für erforderlich gehalten wird. Darüber hinaus ist auch hier das Mikroskop fest mit dem Stativ verbunden, so dass schon aus diesem Grunde kein flexibler Einsatz des Stativs möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art anzugeben, die mit techni­ schen einfachen Mitteln stets eine leicht durchzuführende und genaue Positionierung eines damit zu handhabenden Werkstückes ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genann­ ten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die erste Achse die Arbeitstischachse eines endseitig an dem Tragarm ange­ brachten und das Werkstück aufnehmenden als Arbeitstisch aus­ gebildeten Werkstückträgers ist, die zweite Achse die Rotati­ onsachse ist, um die der Tragarm rotieren kann, wobei der Schnittpunkt beider Achsen zumindest angenähert im Massenschwerpunkt des anbringbaren Werkstücks liegt und der Tragarm über einen Verstellmechanismus um eine horizontale Achse schwenkbar, sowie fixierbar absenkbar und anhebbar ist.

Mit dieser Vorrichtung kann eine Bedienperson Werkstücke, die teilweise sehr schwer sein können, in jede beliebige Position von Hand bewegen. Diese Bewegung erfolgt durch Drehung des Werkstücks um zwei Achsen, und zwar durch den Massenschwer­ punkt des zu drehenden Werkstücks. Die Verstellung kann auf schnelle und sichere Art und Weise bewerkstelligt werden. Da­ bei genügt lediglich ein leichter Druck mit der Hand, um das Werkstück in eine neue Lage zu bewegen. Es werden dabei weder Kurbeln noch Tastschalter oder Stellmotoren benötigt.

Dieses Bewegungsprinzip beruht darauf, daß der Schnittpunkt der Arbeitstischachsen des Werkstückträgers und des Tragarmes sich im Massenschwerpunkt des Werkstückes schneiden.

Bei einigen Fällen kann es allerdings vorkommen, daß der Mas­ senschwerpunkt des Werkstückes sich oberhalb der Rotati­ onsachse des Arbeitsarmes bzw. Tragarmes befindet. Die Ver­ stellung kann dazu führen, daß das Werkstück umschlagen kann.

Daher ist es in einem derartigen Fall von Vorteil, wenn ein Ausgleichs- bzw. Kontergewicht angeordnet ist zur Ausbildung eines gemeinsamen Massenschwerpunktes von dem anbringbaren Werkstück und dem Kontergewicht (Anspruch 2).

Eine noch bessere Ausbalancierung ist in dem oben angegebenen Fall gegeben, wenn der Tragarm um einen vorgegebenen Winkel­ bereich, von ca. 30°, in bezug auf die Rotati­ onsachse fixierbar absenkbar ist (Anspruch 3).

Dadurch ist es noch einfacher möglich, den gemeinsamen Mas­ senschwerpunkt des endseitig anbringbaren Werkstücks und des Ausgleichsgewichts auf die Rotationsachse auszurichten.

Obwohl eine Vielzahl von Einrichtungen möglich sind, den Tragarm definiert abzusenken, ist von besonderem Vorteil, wenn der Tragarm über einen Verstellmechanismus mit einem Schneckengetriebe absenkbar bzw. anhebbbar ist (Anspruch 4). Mit Hilfe des Schneckengetriebes ist eine fein dosierbare Verstellung des Tragarmes möglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform (entsprechend Anspruch 5) der vorliegenden Er­ findung ist an dem Tragarm ein Aufnahmeorgan für das Konter­ gewicht anbringbar.

Bei der Einstellung des Schnittpunktes beider Achsen zumin­ dest angenähert in dem Massenschwerpunkt bzw. gemeinsamen Massenschwerpunkt ist es von Vorteil, wenn der Tragarm in seiner Schwenkbewegung fixierbar ist. Dies kann durch eine Vielzahl von Hilfsmitteln erreicht werden, z. B. mit den Stützorganen. Es hat sich allerdings als besonders vorteil­ haft erwiesen, wenn sowohl der Werkstückträger als auch der Tragarm durch jeweilige Bremsen feststellbar sind (Anspruch 6).

Aus Sicherheitsgründen kann es dabei von Vorteil sein, wenn sowohl der Werkstückträger als auch der Tragarm durch zusätz­ liche Arretierorgane, vorzugsweise durch Steckbolzen, bloc­ kierbar ausgestaltet sind (Anspruch 7).

Je nach Art des anzubringenden Werkstückes kann der Werkzeug­ träger mit Spannfutter, Planscheibe, Spannkreuz oder Loch­ platte ausgeführt sein (Anspruch 8).

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie den Zeichnungen, auf die bezug genommen wird näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer be­ vorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zum la­ geunabhängigen Positionieren eines Werkstücks und

Fig. 2 eine schematische Ansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1 zur Erläuterung der Einstellmöglichkeiten.

Eine in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 10 zur lageunab­ hängigen Positionierung eines Werkstücks 21 (Fig. 2) weist ei­ nen Ständer 12 auf, der auf drei höhenverstellbaren Ständer­ füßen 32 abgestützt ist. Dieser Ständer 12 enthält drei mit einem bestimmten Winkel zueinander angeordnete Horizontalträ­ ger 34, an denen ein Vertikalträger 36 entsprechend ange­ schlossen ist.

An dem oberen Ende des Vertikalträgers 36 ist eine ver­ schwenkbare Traganordnung befestigt, die im wesentlichen aus einem Tragarm bzw. Arbeitsarm 14 und einer an einem von dem Vertikalträger 36 abgewandten Ende des Tragarmes 14 angeord­ neten Werkstückaufnahme bzw. einem Werkstückträger 20 be­ steht.

Das dem Werkstückträger 20 entgegengesetzte Ende des Tragar­ mes 14 überragt das oberer Ende des Vertikalträgers 36, wobei dieses entgegengesetzte Ende über eine Querstrebe 38 an den Vertikalträger 36 angelenkt ist. Mit Hilfe dieser Querstrebe 38 kann die Rotationsachse 18 zusätzlich bis zu 15° verstellt werden. Das entgegengesetzte obere Ende läßt sich innerhalb des Vertikalträgers 36 in vertikaler Richtung schwenken.

Zwischen dem oberen Ende des Vertikalträgers 36 und dem zu dem Werkstückträger 20 weisenden Teil des Tragarmes 14 ist ein Verstellmechanismus 22 zwischengefügt, mit dem der zu dem Werkstückträger 20 weisende Teil des Tragarmes 14 um eine ho­ rizontal verlaufende Achse 30, die auch als Schwenkachse 30 bezeichnet wird, drehbar ist.

Um bei den Einstellarbeiten eines Massenschwerpunktes 40 (Fig. 2) sowohl den Tragarm 14 als auch den Werkstückträger 20 in einer bestimmten Position fixieren zu können, sind an dem der Querstrebe 38 benachbarten Ende des Tragarmes 14 eine er­ ste Bremse 26 und unterhalb des Werkstückträgers 20 eine zweite Bremse 28 angeordnet. Durch Anziehen dieser Bremsen 26 und 28 können sowohl der Tragarm 14 als auch der Werkstück­ träger 20 fixiert werden. Diese fixierte Lage kann zusätzlich noch mit Hilfe von nicht gezeigten Steckbolzen gesichert wer­ den.

Um den Tragarm 14 um die Schwenkachse 30 zu verschwenken, ist der Verstellmechanismus 22 vorgesehen, der bevorzugt zur Ein­ stellung ein Schneckengetriebe 23 aufweist.

Es gibt jedoch auch Fälle, bei denen der Einstellbereich des Tragsarms 14, der bevorzugt 0° bis 30° beträgt, nicht mehr ausreicht, so daß der Massenschwerpunkt 40 des Werkstücks 21 oberhalb der Rotationsachse 18 liegt, obwohl sich der Tragarm 14 in seiner tiefsten Stellung von 0° befindet. Das führt da­ zu, daß bei dem Entriegeln des Tragarmes 14 das Werkstück 21 umschlagen kann.

Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, daß ein Konterge­ wicht 24 unterhalb des Werkzeugträgers 20, der um eine verti­ kale Achse oder Arbeitstischachse 17 drehbar ist, angebracht wird.

Mit Hilfe dieses Kontergewichtes 24 wird dann der gemeinsame Massenschwerpunkt von dem Kontergewicht 24 und dem Werkstück 21 nach unten verlagert und befindet sich wieder in dem Ein­ stellbereich von 0 bis 30° des Tragarmes 14, so daß die Rota­ tionsachse 18 des Tragarmes 14 sich mit der Arbeitstischachse 17 des das Werkstück 21 aufnehmenden Werkstückträgers 20 zu­ mindest in der Nähe des Massenschwerpunkts schneidet oder schneiden kann.

Anhand der Fig. 2 wird nun das Aufspannen des Werkstückes 21 beschrieben.

Zum Aufspannen des Werkstückes 21 wird der Arbeitsarm 14 der Vorrichtung 10 mit dem Verstellmechanismus 22 so tief nach unten verschwenkt, daß ein Massenschwerpunkt 40 des Werkstüc­ kes 21 unterhalb der Rotationsachse 18 liegt, wobei die Kipp­ achse 16 um 30° zur Rotationsachse 18 geneigt ist.

Dann werden sowohl der Werkstückträger 20 als auch der Trag­ arm 14 mit Hilfe der in der Fig. 1 gezeigten Bremsen 26 und 28 fixiert, wobei sie auch noch zusätzlich über nicht darge­ stellte Steckbolzen arretiert werden können.

Nun wird das Werkstück 21, dessen Massenschwerpunkt 40 vorher in bekannter Weise festgelegt worden ist, mit diesem Massen­ schwerpunkt 40 auf dem Werkzeugträger 20 fest montiert. Dann wird der Steckbolzen für den Werkstückträger 20 gezogen und die Bremse 28 des Werkstückträgers 20 derart eingestellt, daß das Werkstück 21 in jeder beliebigen Position stehen bleibt.

Dann wird der Steckbolzen für den Tragarm 14 gezogen.

Anschließend wird der Tragarm 14 mit dem Werkstück 21 so weit nach oben verschwenkt, bis der Massenschwerpunkt 40 des Werk­ stückes 21 die Rotationsachse 18 schneidet.

Nachdem die Bremse 26 des Tragarmes 14 gelöst worden ist, kann das Werkstück 21 in der Rotationsachse 18 leicht gedreht werden. Nun wird die Bremse 28 des Tragarmes 14 so einge­ stellt, daß das Werkstück 21 in jeder Lage sich im Gleichge­ wicht befindet.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur lageunabhängigen Positionierung von Werkstücken können die Werkstücke in jede beliebige Position von Hand versetzt werden. Eine Drehung des Werkstückes erfolgt dabei um die zwei oben genannten Achsen und zwar durch den Massenschwerpunkt des zu drehenden Werk­ stücks.

Die Vorrichtung ist derart ausgelegt, daß nur ein leichter Druck mit dem Finger genügt, um das Werkstück in eine neue Lage zu bewegen. Es werden weder Kurbeln noch Tastschalter noch Stellmotoren benötigt.

Das erfindungsgemäße Prinzip beruht darauf, daß die Rotationsachsen des Werkstückträgers und des Tragarmes sich zumindest in der Nähe des Massenschwer­ punktes des Werkstückes schneiden. Nachdem das Werkstück auf dem Werkstückträger aufgespannt worden ist, kann durch Ju­ stieren über einen Verstellmechanismus, der beispielsweise ein Schneckengetriebe aufweisen kann, der Winkel des Tragar­ mes so verstellt werden, daß die Arbeitstischachse des Werk­ stückträgers sich mit der Rotationsachse des Tragarmes schneidet und somit sich das Werkstück im Gleichgewicht be­ findet.

Claims (8)

1. Vorrichtung (10) zum lagewahlfreien Positionieren ei­ nes Werkstückes (21) mittels eines an einem Ständer (12) ge­ lagerten, freikragenden Tragarms (14), bei der das Werkstück (21) um zwei sich schneidende Achsen (17, 18) schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Achse (17) die Arbeitstischachse eines endseitig an dem Tragarm (14) angebrachten und das Werkstück (21) aufnehmen­ den, als Arbeitstisch ausgebildeten Werkstückträgers (20) ist, die zweite Achse (18) die Rotationsachse ist, um die der Tragarm (14) rotieren kann, wobei der Schnittpunkt beider Achsen (17, 18) zumindest angenä­ hert im Massenschwerpunkt (40) des anbringbaren Werk­ stückes (21) liegt, und der Tragarm (14) über einen Ver­ stellmechanismus um eine horizontale Achse (30) schwenkbar sowie fixierbar absenkbar und anhebbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Ausgleichs- bzw. Kontergewicht (24) zur Ausbildung eines gemeinsamen Massenschwerpunktes von dem anbring­ baren Werkstück (21) und dem Kontergewicht (24).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Tragarm (14) um einen vorgegebe­ nen Winkelbereich von ca. 30° in bezug auf die Rotati­ onsachse (18) absenkbar und anhebbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Tragarm (14) über einen Verstellmechanis­ mus (22) mit einem Schneckengetriebe (23) absenkbar bzw. anhebbar ist.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Arbeitstischachse (17) ein Aufnahmeorgan für das Aus­ gleichsgewicht (24) anbringbar ist.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückträger (20) und der Tragarm (14) durch Bremsen (26, 28) feststellbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Werkstückträger (20) und der Tragarm (14) durch zusätzliche Arretierorgane, vorzugsweise durch Steckbolzen, blockierbar sind.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger (20) mit Spannfutter, Planscheibe, Spannkreuz oder Lochplatte ausgeführt ist.