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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeughalterungsvorrichtung insbesondere
für Werkzeuge von Robotern oder Manipulatoren.
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Auf
automatisierten Fertigungsstraßen sind häufig
Roboter im Einsatz, welche für verschiedene automatisierbare
Bearbeitungs- und Handhabungsprozesse eingesetzt werden. Dabei werden
verschiedene Roboter mit verschiedenartigen Werkzeugen, wie beispielsweise
Schweißzangen, Klebepistolen, Nietzangen oder Haltemitteln
wie beispielsweise Saugnäpfen oder Klemmen, verwendet.
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Ein
kritischer Faktor beim Betrieb jener Fertigungsstraßen
besteht darin, dass die zu bearbeitenden Güter, wie beispielsweise
Automobilkarosserien, in gleichmäßigem Tempo ein-
und auslaufen, was insbeson dere dann Schwierigkeiten auslöst,
wenn ein Roboter mit seinem Arbeitsschritt sehr viel schneller fertig
ist als ein anderer Roboter an einer anderen Stelle innerhalb der
Fertigungsstraße. Zu diesem Zwecke ist man dazu übergegangen,
die Roboter mit verschiedenen austauschbaren Werkzeugen zu verbinden,
wobei die Werkzeuge an einer für den Roboter erreichbaren
Stelle gelagert sind. So ist es beispielsweise möglich,
einen Roboter in einem ersten Schritt mit einer Schweißzange
auszurüsten und für einen nachfolgenden Montageschritt
mit einer Haltevorrichtung. Auf diese Weise können die
einzelnen Stationen der Fertigungsstrasse effizient betrieben werden.
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Grundsätzlich
werden der Roboter und das Werkzeug mittels einer Kupplungsvorrichtung
miteinander verbunden. Dabei wird das zuerst am Roboter angekoppelte
Werkzeug an einer Stelle abgelegt und das neue Werkzeug aufgenommen,
angekoppelt und der zu vollziehende Arbeitsschritt durchgeführt.
Bekannte Werkzeughalterungsvorrichtungen derartiger Werkzeugwechselvorrichtungen
werden zur Bildung eines Werkzeugbahnhofes oder Werkzeugmagazins oftmals
nebeneinander angeordnet.
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Obwohl
die Roboter bereits relativ genau angesteuert werden können,
besteht immer noch ein Toleranzbereich von wenigen Millimetern,
um welchen die reale Position des Roboters von der angestrebten
Position abweichen kann. Dies ist ein Problem bei der Aufnahme bzw.
Ablage von Werkzeugen in einem Werkzeugbahnhof bzw. einer Werkzeughalterungsvorrichtung,
da die Kupplungsmechanismen an den Werkzeughalterungsvorrichtungen schnell
verschleißen können, wenn die Werkzeughalterungsvorrichtung
keine Lagerungsvorrichtung zum passiven oder aktiven Nachjustieren
der Position des Werkzeugs aufweist.
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Die
Gebrauchsmusterschrift
DE
202 08 059 U1 zeigt eine Werkzeugshalterung mit einer mit
mindestens einem Werkzeug, insbesondere einem Roboterwerkzeug, verbindbaren
ersten Kupplungsvorrichtung und einer mit einer festen Unterlage
verbindbaren zweiten Kupplungsvorrichtung, wobei die mindestens
eine erste Kupplungsvorrichtung eine Werkzeugaufhängung
mit mindestens einer Aussparung und einer Aufnahme aufweist und
die zweite Kupplungsvorrichtung eine Werkzeugaufnahmeplatte, eine
Grundplatte, mindestens einen Aufnahmebolzen und eine Lagerungsvorrichtung
umfasst. Zudem ist die Aufnahme der ersten Kupplungsvorrichtung mit
dem Aufnahmebolzen der zweiten Kupplungsvorrichtung axial verbindbar,
so dass ein an der ersten Kupplungsvorrichtung befestigtes Werkzeug
durch den Roboter aufgenommen werden kann. Nachteil der dort gezeigten
Werkzeughalterungsvorrichtung ist es, ist die große Komplexität
der dort gezeigten Kupplungsvorrichtungen, sowie der aufgrund dessen notwendige
Anfahrtsweg eines Roboters mit geringem Toleranzbereich.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Werkzeughalterungsvorrichtung
zu schaffen, welche günstig herstellbare und konstruktiv
einfache erste und zweite miteinander verbindbare Kupplungsvorrichtungen
aufweist.
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Die
Aufgabe wird mit einem Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den
untergeordneten Ansprüchen.
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Der
erfindungsgemäße Gegenstand der Werkzeughalterungsvorrichtung
weist eine erste und eine mit der ersten verbindbare zweite Kupplungsvorrichtung
auf, wobei die erste Kupplungsvorrichtung mindestens eine Aufnahme,
die zweite Kupplungsvorrichtung mindestens einen Aufnahmebolzen und
die erste oder zweite Kupplungsvorrichtung eine Werkzeugaufhängung,
welche mit einem Werkzeug, vorzugsweise mit einem Roboterwerkzeug,
verbindbar ist, auf und die Aufnahme besitzt ein erstes und ein
zweites Ende entlang einer Längsachse.
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Die
Aufnahme weist eine Ausnehmung und eine Öffnung auf, wobei
sich die Öffnung vom ersten Ende in Richtung des zweiten
Endes über eine Länge erstreckt und die Länge
der Öffnung kleiner ist als eine Länge der Ausnehmung
und eine Breite der Öffnung größer oder
gleich einer Breite des Aufnahmebolzens ist. Aufgrund der Öffnung
kann der Aufnahmebolzen seitlich in die Ausnehmung gleiten, wodurch
sich beispielsweise bei einer sich von der Außenfläche
zur Ausnehmung hin verjüngenden Öffnung, d. h.
insbesondere durch abgeschrägtes Zuschneiden der Außenwand,
eine Selbstjustage des Aufnahmebolzens in die Ausnehmung ergibt.
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Ein
Verfahren zur Herstellung einer Werkzeughalterungsvorrichtung mit
einer ersten und einer mit der ersten verbindbaren zweiten Kupplungsvorrichtung,
wobei die erste Kupplungsvorrichtung eine Aufnahme und die zweite
Kupplungsvorrichtung einen Aufnahmebolzen und entweder die erste
oder die zweite Kupplungsvorrichtung eine Werkzeugaufhängung
aufweist, umfasst zumindest folgende 2 Schritte.
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Zum
einen wird der Aufnahmebolzen hergestellt, wobei der Aufnahmebolzen
mindestens einen sich entlang einer geraden Achse erstreckenden
Abschnitt aufweist.
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Der
Abschnitt stellt dabei ein Ende des Aufnahmebolzens dar.
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Zum
anderen wird die Aufnahme hergestellt. Die Aufnahme wird aus einem
Werkstück gefertigt, wobei eine Ausnehmung in das Werkstück
eingebracht wird. Das Werkstück weist eine Außenfläche auf,
wobei zwischen der Außenfläche und der eingebrachten
Ausnehmung eine zumindest teilweise, vorzugsweise in einem Abschnitt
vollkommen, umlaufende Außenwand aufweist. Das Werkstück
weist zudem ein erstes und ein zweites Ende auf, wobei die Ausnehmung
in das erste Ende eingebracht wird und sich entlang einer Längsachse
erstreckt, d. h. im Wesentlichen gerade ist. Die Ausnehmung besitzt
dabei eine Länge, und weist mindestens einen zylinderförmigen
und/oder kegelstumpfförmigen Abschnitt auf, wobei die Achse
des mindestens einen Abschnitts im Wesentlichen parallel zur Längsachse
verläuft.
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Unter
zylinderförmig oder kegelabschnittsförmig sind
hierbei auch Geometrien zu verstehen, welche leichte Abweichungen
von der exakten geometrischen Form aufweisen. So sind beispielsweise auch
kugelschichtförmige Abschnitte, also Abschnitte, welche
in Richtung der Längsachse eine Krümmung aufweisen,
unter diesen Begriffen mit beinhaltet.
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In
einem zweiten Schritt, wobei die Schritte auch in umgekehrter Reihenfolge
durchgeführt werden können, wird eine Öffnung
in das Werkstück eingebracht. Die Öffnung ist
eine Aussparung der Außenwand, d. h. die Öffnung
wird im Wesentlichen zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des
Werkstücks eingebracht. Dabei erstreckt sich die Öffnung vom
ersten Ende in Richtung des zweiten Endes hin. Die Öffnung
weist eine Länge und eine Breite auf, wobei die Länge
der Öff nung kleiner ist als die Länge der Ausnehmung
im Bereich der Öffnung. Dies bedeutet, dass zwischen der
dem ersten Ende abgewandten Öffnungsende und der zweiten
Ende des Werkstücks ein Bereich vorhanden ist bei welchem die
Außenwand die Ausnehmung vollständig umläuft. Zugleich
ist die Breite der Öffnung so gewählt, dass diese
größer oder gleich ist als die geringste Breite des
Aufnahmebolzens.
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Vorteilhafterweise
ist das Verhältnis der Länge der Öffnung
zur Länge der Ausnehmung größer als 2
zu 10, vorzugsweise größer als 5 zu 10, besonders
vorzugsweise größer oder gleich 8 zu 10. Auf diese
Weise wird der Anfahrtsweg des Roboters bzw. des Werkzeugträgers
erleichtert.
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Der
Aufnahmebolzen und die Aufnahme können auf einfache und
effiziente Weise miteinander verbunden werden. Der Aufnahmebolzen
kann über die Öffnung seitlich in die Ausnehmung
gebracht werden, da der Aufnahmebolzen zumindest in dem Bereich
der geringsten Breite durch die Öffnung der Aufnahme passt.
Die Ausnehmung weist eine Breite auf, welche im Wesentlichen der
größten Breite des Aufnahmebolzens entspricht.
Somit kann der Aufnahmebolzen in der Breite vollständig
in die Ausnehmung eingeführt werden. Anschließend
wird die Aufnahme abgelassen (bzw. der Aufnahmebolzen abgelassen
oder hochgefahren), so dass der vollständig umlaufende
Teil der Außenwand des Werkstücks der Aufnahme
den Aufnahmebolzen vollständig umgreift.
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Wirkt
nun auf den Aufnahmebolzen oder die Aufnahme aufgrund eines in eine
Werkzeughängung montierten Werkzeugs ein Gewicht, so bietet
der vollständig umlaufende Rand zwischen dem Öffnungsende
und dem zweiten Ende des Werkstücks eine Möglichkeit
das aufgrund des Gewichtes wirkenden Moments (erstes Moment) auf zunehmen,
wobei das Werkzeug in seiner Position gehalten wird. Hierbei ist der
vollständig umlaufende Rand derart zu verstehen, dass zumindest
eine geschlossene Kontur senkrecht zu Längsachse der Aufnahme
gibt, welche geschlossen ist. Insbesondere muß der umlaufende Rand
nicht innerhalb einer Ebene senkrecht zur Längsachse liegen,
sondern kann auch stufenförmig oder abgeschrägt
vorliegen.
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Dabei
ist der dem Abschnitt des Randes zwischen Öffnungsende
und dem zweiten Ende gegenüberliegende Teil des umlaufenden
Randes derart ausgebildet, dass dieser ein der Richtung des ersten Moments
gegenläufiges Moment aufnimmt, wobei dieses Moment in einer
anderen Ebene senkrecht zur Längsachse wirkt. Das zweite
Ende kann zudem offen, oder teilweise oder vollkommen geschlossen sein.
Das Wirkprinzip der Kupplungsvorrichtung besteht also darin mittels
eines umlaufenden Teilabschnitts der Aufnahme das erste Moment und
das entgegenwirkende Moment aufzunehmen, und so eine stabile Halterung
zu bewirken.
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Vorteilhaft
ist die Kombination von Aufnahmebolzen und Aufnahme, da die erste
oder zweite Kupplungsvorrichtung nicht über ihre volle
Länge entlang ihrer Achsen, d. h. axial mit einander in
Eingriff gebracht werden, sondern ein Großteil der Anfahrt
eines Roboters innerhalb einer Ebene verläuft und lediglich
ein geringer Hub senkrecht zu dieser Ebene nötig ist um
das Werkzeug abzulegen oder aufzunehmen. Der geringe Hub entspricht
im Wesentlichen in der Differenz zwischen der Öffnungslänge
und der Ausnehmungslänge, bzw. der Öffnungslänge
und der Länge des Aufnahmebolzens innerhalb der Ausnehmung
vom ersten Ende der Ausnehmung an berechnet.
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Vorzugsweise
werden die Ausnehmung und/oder die Außenfläche
des Werkstücks, bzw. der Aufnahme mittels Drehen hergestellt,
was aufgrund der konstruktiven Einfachheit möglich ist
und zudem kostengünstig ist.
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Vorteilhafterweise
werden der Aufnahmebolzen oder die Aufnahme an einer Werkzeugaufnahmeplatte
montiert oder mit einer Werkzeugaufhängung verbunden. Auf
diese Weise werden die erste und zweite Kupplungsvorrichtung in
eine größere Werkzeughalterungsvorrichtung eingebunden.
Zudem kann sowohl der Aufnahmebolzen als auch die Aufnahme den feststehenden
Teil bilden. Als feststehender Teil wird diejenige Kupplungsvorrichtung
bezeichnet, welche nicht mit der Werkzeugaufhängung verbunden
ist, d. h. im Wesentlichen ortsfest angeordnet ist. Der feststehende
Teil nimmt das aufgrund der Gewichtskraft eines Werkzeugs an dem nicht-feststehenden
Teil der Kupplungsvorrichtungen wirkenden Moments auf.
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Die
Aufnahme kann vorteilhafterweise einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen
Körper aufnehmen, so dass sich keine Kanten in dem Abschnitt der
Ausnehmung befinden und der Verschleiß, welcher normalerweise
insbesondere an den Kanten auftritt, sehr gering gehalten werden
kann.
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Vorteilhaft
ist es weiterhin, wenn das Werkstück der Aufnahme an seinem
zweiten Ende zumindest teilweise geschlossen ist. Hierdurch kann
das Ende des Aufnahmebolzens mit der dem zweiten Ende zugewandten
Aufnahmebegrenzung der Ausnehmung in Kontakt treten, wodurch ein
Teil der durch ein Werkzeug wirkenden Gewichtslast auf den feststehenden
Teil der ersten oder zweiten Kupplungsvorrichtung wirkt und von
diesem aufgenommen wird. Der umlaufende Rand der Aufnahme ist dabei
insbesondere dazu geeignet einem auf die erste oder zweite Kupplungsvorrichtung
wirkenden Moment entgegenzuwirken. Besonders vorteilhafterweise
weist das zweite Ende zudem ein kleines Loch auf, so dass zwischen
der Aufnahmebegrenzung und dem Aufnahmebolzen befindliche Luft oder
Gase entweichen können und kein Luft oder Gaspolster zwischen
Aufnahmebolzen und Aufnahmebegrenzung entstehen kann.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn während der Herstellung der Aufnahme
am ersten die Ausnehmung aufweisenden Ende des Werkstücks
eine Querbohrung eingebracht wird, welche sich in Richtung des zweiten
Endes hin schließt. Die Querbohrung kann dabei die gesamte
Außenwand durchstoßen, ist vorteilhafterweise
jedoch lediglich ein die Außenwand verschmälerndes,
aber nicht durchstoßendes Merkmal. Vorzugsweise verjüngt
sich die Querbohrung in Richtung des zweiten Endes, so dass die Breite
der Querbohrung vom ersten Ende zum zweiten Ende hin abnimmt. Auf
diese Weise kann ein Passstift, welche in seiner Endlage am geschlossenen
Teil der Querbohrung aufliegt, in die Querbohrung gelangen und aufgrund
der Verjüngung – die Aufnahme leicht rotierend – selbst
in die Endlage justiert. Die Länge der Querbohrung entlang
der Längsachse kann mit der Größe und
Form des Passstiftes abgestimmt werden, d. h. die Länge
kann den Ausmaßen des Passstiftes entsprechen, kann jedoch wesentlich
größer sein.
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Besonders
vorteilhafterweise ist der Aufnahmebolzen in dem sich entlang einer
geraden Achse erstreckenden Abschnitt, vorzugsweise komplett, aus
einem vorerst rotationssymmetrischen Grundkörper aufgebaut.
Der Grundkörper wird dabei vorzugsweise mittels Drehen
hergestellt, da dies besonders einfach und günstig ist.
Anschließend werden weitere Zuschnitte in den Grundkörper
eingebracht, wobei die vollkommene Rota tionssymmetrie aufgehoben
wird, jedoch insbesondere der Abschnitt des Aufnahmebolzen, welcher
in der Ausnehmung zum Liegen kommen kann die rotationssymmetrische Oberfläche
beibehält.
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Vorteilhafterweise
umfassen die Zuschnitte, vorzugsweise gebohrte oder gefräste,
Löcher zur Aufnahme mindestens eines Befestigungsbolzens, wobei
zumindest ein Austritt des Befestigungsbolzen so erfolgt, dass dieser
im Bereich der Öffnung der Aufnahme oder dem ersten Ende
der Aufnahme austritt. Weiterhin kann der Zuschnitt ein Loch zur
Aufnahme eines Passstiftes sein, welcher in die Querbohrung eingreift.
Des Weiteren können die Zuschnitte den rotationssymmetrischen
Grundkörper parallel zur Rotationsachse schneiden, wobei
die durch den Zuschnitt entstehende Fläche ebene Abschnitte
aufweist. Entlang der ebenen Flächen kann der Aufnahmebolzen
mit einer Werkzeugaufhängung oder einer Wergzeugaufnahme
verbunden werden, wobei diese Flächen jedoch keine zwingende
Voraussetzung einer solchen Befestigungsart sind.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der Aufnahmebolzen zumindest teilweise
mit der Ausnehmung in formschlüssigen, lösbaren
Eingriff bringbar ist. Aufgrund der großen Kontaktfläche
zwischen der Ausnehmung und dem Aufnahmebolzen wird eine verbesserte
Kraftübertragung zwischen den beiden Teilen möglich,
was eine erhöhte Stabilität beim Auf- bzw. Abhängen
oder Halten des Werkzeugs durch die erste und zweite, bzw. die feststehende
und die nicht-feststehende Kopplungseinrichtung bewirkt.
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Wie
bereits vorab erwähnt, weist die Ausnehmung vorteilhafterweise
mindestens einen Abschnitt zum teilweisen oder vollständigen
Umschließen eines Zylinders oder eines Kegelstumpfes auf,
wobei die Trägheitsach se mit einem größten
Trägheitsmoment des Zylinders und/oder Kegelstumpfes im
Wesentlichen parallel zur Längsachse der Aufnahme ausgebildet
ist. Derartige Abschnitte können mittels Drehen oder Bohren
besonders einfach und genau in die Aufnahme eingebracht werden.
Besonders vorteilhaft sind die zylinderförmigen und/oder
kegelstumpfförmigen Abschnitte, wenn der Aufnahmebolzen
ebenfalls derlei zylinderförmige und/oder kegelstumpfförmige
Abschnitte an seiner Oberfläche aufweist. Diesen können
ebenfalls besonders einfach auf einem Grundkörper aufgebracht
werden. In Kombination bilden diese Merkmale bei gleichem oder leicht
unterschiedlichem Durchmesser der Ausnehmung und des Aufnahmebolzen
(dessen Durchmesser hierbei gleich oder kleiner ist) einen vorteilhaften formschlüssigen
Eingriff.
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Vorzugsweise
ist die Aufnahme ein eigenständiges Werkstück,
welches beispielsweise mit einer Werkzeugaufhängung kraftschlüssig
verbunden sein kann. Auf diese Weise ist es möglich, die
Aufnahme in einem gesonderten Prozess herzustellen, was insbesondere
dann vorteilhaft ist, wenn der Herstellungsprozess der Aufnahme
zu großen Teilen aus einem Drehprozess besteht. Drehen
ist eine hierbei präferierte Alternative, da Kosten eingespart
werden können und die Aufnahme schneller hergestellt werden
kann.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn die Aufnahme eine Querbohrung zur Aufnahme
eines Passstiftes aufweist. Mittels des Passstiftes bzw. der dafür vorgesehenen
Querbohrung kann eine Rotation der ersten Kupplungsvorrichtung verhindert
werden. Vorteilhafterweise kann die Querbohrung dabei quer zur Richtung
der eingreifenden Verbindung teilweise verjüngend ausgebildet
sein, um die Justage der ersten Kupplungsvorrich tung auf dem Passstift
bzw. in der Querbohrung weiter zu erleichtern.
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Vorzugsweise
weist die Werkzeughalterungsvorrichtung an der Werkzeugaufhängung,
mindestens eine Aussparung und vorzugsweise eine weitere Bohrung
zur Fixierung eines Werkzeugs auf. Oftmals ist die Aussparung der
ersten Kupplungsvorrichtung vorwiegend dafür gedacht, dass
der am Werkzeug befindliche Kupplungsmechanismus durch die Aussparung
hindurchgesteckt wird. Eine Fixierung des Werkzeugs mit der Werkzeugaufhängung
ist dadurch nicht zwangsläufig gegeben. Diese Fixierung
kann erreicht werden, wenn die Werkzeugaufhängung vorzugsweise
weitere Bohrungen aufweist und das Werkzeug mittels Schrauben und/oder anderen
Befestigungsmitteln, welche durch die Bohrungen hindurchgesteckt
werden, in der Werkzeugaufhängung fixiert wird.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn der Aufnahmebolzen seitlich an einer Seitenplatte
der Werkzeugaufnahmeplatte befestigt ist. Auf diese Weise können
an mehreren Seiten der Werkzeugaufnahmeplatte Werkzeuge angebracht
werden, wodurch die Lagerung mehrerer Werkzeuge auf geringem Raum möglich
wird. Die Seitenplatte kann dabei eine Seite der Aufnahmeplatte,
oder ein eigenständiges Bauteil, welches an der Werkzeugaufnahmeplatte
befestigt ist, sein. Die Werkzeugaufhängung wäre
in diesem Fall der ersten Kopplungsvorrichtung zugeordnet.
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Als
Material bieten sich Metalle, vorzugsweise Stahl, oder Kunststoffe,
oder Kombinationen aus den beiden Werkstoffen an.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstands können den
weiteren untergeordneten Ansprüchen oder der Figurenbeschreibung
entnommen werden.
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Die
erfindungsgemäße Werkzeughalterungsvorrichtung
soll anhand einiger Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen
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1a,
b, c, d eine erste und zweite Kupplungsvorrichtung;
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2a,
b, c alternative Ausführungsform einer ersten und zweiten
Kupplungsvorrichtung;
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3 eine
Werkzeughalterungsvorrichtung mit Lagerungsvorrichtung;
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Die 1a zeigt
eine Werkzeughalterungsvorrichtung 1 mit einer ersten Kupplungsvorrichtung 100 und
einer zweiten Kupplungsvorrichtung 200. Die erste Kupplungsvorrichtung 100 weist
eine Werkzeugaufhängung 101 und eine Aufnahme 110 auf. Die
Werkzeugaufhängung 101 weist zudem eine Aussparung 102 auf,
durch welche die an einem Werkzeug bzw. Roboterwerkzeug angebrachte Kupplung
sich hindurcherstrecken kann, um von dem Roboter angekoppelt werden
zu können.
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In
den 1a–1d wird
die erste Kupplungsvorrichtung 100 und der korrespondierende Aufnahmebolzen 300 gezeigt,
welcher im Wesentlichen eine Ausrichtung ihrer jeweiligen Achsen
in z-Achse besitzen, derart, dass eine Rotationsachse des Zylinders
bzw. Kegelstumpfes der zylinderförmigen 112, 312 und
kegel stumpfförmigen 113, 113', 313, 313' Abschnitte
der Ausnehmung und der Oberfläche des Aufnahmebolzens ebenfalls
in Richtung der z-Achse verlaufen. Die erste Kupplungsvorrichtung 100 weist
eine Werkzeugaufnahme 101 mit der Aussparung 102 und
weiteren Bohrungen 140 auf, wobei die Bohrungen 140 dafür
geeignet sind, ein mit der Werkzeugaufhängung 101 zu
verbindendes Werkzeug bzw. Roboterwerkzeug an der Werkzeugaufhängung 101 zu
fixieren. Dabei können die Bohrungen 140 sowohl
durch die Werkzeugaufhängung 101 in z-Achse durchgehend
als auch geschlossene Bohrungen mit Gewinden sein. Innerhalb der
Aussparung 102 sind zudem Halbschalen 141 vorhanden,
welche eine genaue Positionierung des Werkzeuges bzw. des Roboterwerkzeuges
verbessern und so zu einer erhöhten Lebensdauer sowohl
des Werkzeuges als auch der Werkzeughalterungsvorrichtung als auch
des Roboters selbst beitragen. An der Werkzeugaufhängung 101 ist
die als eigenes Werkstück 111 ausgebildete Aufnahme 110 mittels Schrauben 1110 befestigt.
Als Material sowohl für die Aufnahme 110 als auch
die Werkzeugaufhängung 101 bieten sich Stahle
oder Metalle an, welche für die hohe Belastung durch Roboterwerkzeuge
ausgelegt sind.
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Die
Aufnahme 110 weist in ihrem Inneren eine Ausnehmung 1000,
welche aus mehreren verschiedenförmigen Abschnitten besteht,
auf. Die Ausnehmung 1000 weist einen Abschnitt zur Aufnahme eines
Zylinders 112 auf, und wird in z-Richtung an ihrem ersten
die Ausnehmung aufweisenden Ende 1010 durch einen Abschnitt
zur Aufnahme eines Kegelstumpfabschnitts 113 verlängert.
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In 1b ist
eine weiterer Abschnitt zur Aufnahme eines Kegelstumpfes 113' zu
sehen, welche in direkter Nachbarschaft zur oberen Aufnahmebegrenzung 117 der
Ausnehmung 1000 anschließt. Des Weiteren weist
die Aufnahme 110 eine Öffnung 114 auf,
welche durch eine seitliche Öffnungswand 115 und
die nicht sichtbare gegenüberliegende Öffnungswand
und eine obere Öffnungswand 116 begrenzt wird.
Ebenfalls in 1b zu sehen sind die Innenkantschrauben 1110,
mit welchen die Aufnahme 110 mit der Werkzeugaufhängung 101 verbunden
ist.
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Die Öffnung 114 ist
dabei derart gewählt, dass der Aufnahmebolzen 300,
welcher den zylinderförmigen Abschnitt 312 und
die zwei kegelstumpfförmigen Abschnitte 313 und 313' aufweist,
in die Ausnehmungen 112, 113 der Aufnahme einführbar
ist. Die Breite BO der Öffnung 114 ist derart
gewählt, dass sie dem Durchmesser des Aufnahmebolzens 300 entspricht,
wobei sich die Öffnung 114 von der Außenfläche 1100 zur
Ausnehmung 1000 hin verjüngt. Auf diese Weise
kann die Werkzeugaufhängung 101 aus der y-Richtung
kommend auf den Aufnahmebolzen 300 aufgeschoben werden,
wobei aufgrund der selbstjustierenden, in y-Richtung konischen Öffnung 114 eine
exakte Anfahrt nicht nötig ist, da der Aufnahmebolzen 300 durch
die Öffnung 114 geleitet wird.
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In 1b ist
erkennbar, dass die Öffnung 114 und insbesondere
ihre obere Öffnungswand 116 derart gewählt
ist, dass die Ausnehmung 1000 einen senkrecht zur Längsachse
vollständig umlaufenden Kegelstumpfabschnitt 113' aufweist.
Dies ist im Gegensatz zu den Abschnitten zur Aufnahme eines Zylinders 112 und
zur Aufnahme eines Kegelstumpfes 113, welche aufgrund der Öffnung 114 unterbrochen sind.
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Die
Länge der Öffnung LO ist kleiner als die Länge
der Ausnehmung LA im Bereich der Öffnung. Dies bedeutet,
dass lediglich der kegelförmige Abschnitt 113' der
Ausnehmung umlaufend ist und die Aufnahme 110 wie ein Haken
an dem Aufnahmebolzen 300 eingehängt wird, wobei
der oberhalb der oberen Öffnungswand 116 gelegene
Teilabschnitt des Abschnitts 113' auf den korrespondierenden
Abschnitt 313' des Aufnahmebolzens 300 gepresst
wird und die Aufnahme 110 in Position hält, da
das Moment des in der Werkzeugaufhängung befindlichen (jedoch
hier nicht eingezeichneten) Werkzeug vom Aufnahmebolzen aufgenommen
wird. Das Längenverhältnis LO zu LA ist in der
hier gezeigten Variante etwa 10 zu 9. Zu beachten ist auch die in
negativer y-Richtung leicht überstehende obere Öffnungswand 116,
welche nach dem Einhängen der Aufnahme auf den Aufnahmebolzen
beispielsweise mit einer Werkzeugaufnahmeplatte in Kontakt treten
kann und somit das Gewicht eines eingehängten Werkzeugs auch
direkt die die Werkzeugaufnahmeplatte tragbar wird.
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An
ihrem ersten Ende 1010 weist die Aufnahme 110 eine
Querbohrung 120 auf, in welche ein Passstift 320 des
Aufnahmebolzens 300 eintreten kann. Dabei ist die Querbohrung 120 zum
ersten Ende 1010 hin geöffnet und in Richtung
des zweiten Endes 1020 in der Breite konisch zulaufend.
Wird die erste Kupplungsvorrichtung 100 nun aus der y-Richtung
kommend und in z-Richtung leicht angehoben auf den Aufnahmebolzen 300 geschoben,
so kommt der Passstift 320 in einem seitlichen Teil der
Querbohrung 120 zum Anschlag. Wird die erste Kupplungsvorrichtung 100 dann
in negativer z-Richtung abgelassen, kommt das obere, in dem Abschnitt 112 liegende
Ende der Querbohrung 120 auf dem Passstift 320 zum
Liegen, ebenso wie die Aufnahmebegrenzung 117 auf der Aufnahmebolzenbegrenzung 317 zum
Liegen kommt.
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Dies
sei anhand der 1c nochmals genauer erläutert.
Die Aufnahme 110 wird zuerst in der Richtung AN des Aufnahmebolzens 300 bewegt,
so dass der Zylinderabschnitt 312 des Aufnahmebolzens 300 mit
der Ausnehmung zur Aufnahme eines Zylinders 112 in Kontakt
tritt. Die erste Kupplungsvorrichtung 100 muss dabei so
in Richtung des Aufnahmebolzens 300 gefahren werden, dass
der Passstift 320 in die Querbohrung 120 eingreift.
Ansonsten kommt es zu keinem flächigen Kontakt zwischen
dem Zylinderabschnitt 312 und der Abschnitt der Ausnehmung
zur Aufnahme eines Zylinders 112, und die erste Kupplungsvorrichtung 100 kann
nicht derart in der Richtung AB abgelassen werden, so dass die Aufnahmebolzenbegrenzung 317 mit
der Aufnahmebegrenzung 117 in Kontakt treten kann und eine
kraftschlüssige Verbindung zwischen der ersten Kupplungsvorrichtung 100 und
dem Aufnahmebolzen 300 gegeben ist.
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Selbstverständlich
ist auch eine Ausführung des Aufnahmebolzens mit einem
integralen Passstift oder ohne Passstift möglich, wobei
bei fehlendem Passstift eine Querbohrung nicht notwendig ist.
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Die
Aufnahmebegrenzung 117 weist ein Loch 1021 auf,
durch welches Luft oder Gase, welche sich zwischen der Aufnahmebolzenbegrenzung 317 und
der Aufnahmebegrenzung 117 befindet, entweichen kann. So
wird verhindert, dass die erste Kupplungsvorrichtung auf einem Luftkissen „schwimmt".
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Die
Situation, in welcher der Aufnahmebolzen 300 mit der Kupplungsvorrichtung 100 im
Eingriff ist, ist in 1d dargestellt. Der Kegelstumpfabschnitt 313' des
Aufnahmebolzens 300 ist dabei vollständig durch
die den Abschnitt 113' der Aufnahme 110 umgeben.
Des Weiteren ist zu sehen, dass der Boden 318 des Aufnahmebolzens
bündig mit der Unterseite 104 der Werkzeugaufhängung 101 abschließt.
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In
den 2a, b, c ist eine alternative Ausführungsform
der ersten und zweiten Kupplungsvorrichtung dargestellt, welche
gegenüber der Ausführungsform der 1a,
b, c, d eine stärkere Betonung auf das Wirkkonzept der
Hebelwirkung setzt. Zudem ist das zweite Ende gänzlich
offen gestaltet.
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In 2a sind
die Aufnahme 110 und der Aufnahmebolzen 300 in
leicht geänderten Ausführungsformen im nicht-verbundenen
Zustand gezeigt. Der größte Unterschied besteht
darin, dass die Aufnahme 110 an ihrem zweiten Ende 1020 in
z-Richtung offen ist. Des Weiteren befindet sich zwischen der oberen Öffnungswand 116 und
dem zweiten Ende 1020 ein in der xy-Ebene nicht umlaufender
zylinderförmiger Abschnitt 119. Das zweite Ende 1020 wird
als umlaufender Rand 1021 ausgebildet, wobei der umlaufende
Rand nicht innerhalb der xy-Ebene verläuft, sondern auch
schräg in z-Richtung nach unten verlaufende Abschnitte
aufweist. In der in 2a gezeigten Ausführungsform
wird die Werkzeugaufhängung vorzugsweise an der Aufnahme 110 angebracht,
wobei das Gewicht der Werkzeugaufhängung in negativer z-Richtung
wirkt. Aus der Gewichtskraft und der Entfernung des Gewichts zur
Aufnahme 110 wirkt ein Moment auf die eingehängte
Aufnahme 110, welches vom Aufnahmebolzen 300 aufgenommen wird.
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Der
Aufnahmebolzen 300 weist zur Aufnahme 110 komplementäre
Elemente auf. Oberhalb des zylinderförmigen Abschnitts 312,
befindet sich eine Verlängerung 319 desselbigen,
an welchem sich wiederum der kegelstumpfförmigen Abschnitt 313'' anschließt.
Der kegel stumpfförmigen Abschnitt 313'' ist anders
als in der Ausführungsform der 1 nicht umlaufend,
sondern wird durch die Aufnahmebolzenbegrenzung 317' abgeschnitten.
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Anhand
der 2b soll erläutert werden, wie der feststehende
Aufnahmebolzen 300 mit der nicht-feststehenden Aufnahme 110 und
der daran befestigten, jedoch nicht eingezeichneten Werkzeugaufhängung
in Eingriff steht und die Gewichtskraft FG eines Werkzeugs aufnimmt,
so dass eine stabile Verbindung zwischen Aufnahmebolzen 300 und
Aufnahme 110 zustande kommt. Die Gewichtskraft FG wirkt in
negativer z-Richtung, so dass der nicht umlaufende zylinderförmige
Abschnitt 119 der Ausnehmung 1000 aufgrund des
auf die Aufnahme wirkenden ersten Moments OM in y-Richtung auf den
zylinderförmigen Abschnitt 319 des Aufnahmebolzens 300 gepresst
wird. Der Abschnitt 313'' nimmt in dieser Ausführungsform
keinen oder nur einen kleinen Teil des Moments OM auf.
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Zugleich
drückt das in negativer y-Richtung wirkende Moment EOM
den in z-Richtung betrachtet unteren Abschnitt der Ausnehmung 1000 – unter
anderem im Bereich der Querbohrung 120 – die Aufnahme 110 auf
die in z-Richtung untenliegende, und in y-Richtung liegenden Abschnitte 313 und 312 des Aufnahmebolzens 300.
Auf diese Weise werden die beiden aufgrund der Gewichtskraft FG
auf die Aufnahme 110 wirkenden Momente OM und EOM durch den
feststehenden Aufnahmebolzen 300 aufgenommen.
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In 2c ist
nochmals eine andere Perspektive der alternativen Ausführungsform
der Kupplungsvorrichtungen dargestellt. Aus dieser Perspektive ist
erkennbar, dass die Aufnahmebolzenbegrenzung 317' derart ausgebildet
ist, dass sie mit dem oberen Rand 1021 der Aufnahme 110 bündig
abschließt.
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In 3 sind
die erste und zweite Kupplungsvorrichtung in Verbindung mit einer
Lagervorrichtung 220 und einer Werkzeugaufnahmeplatte 201 gezeigt,
wobei die beiden vorgenannten Elemente einen Teil der zweiten Kupplungsvorrichtung 200 bilden.
Weiterhin ist die erste Kupplungsvorrichtung 100 mit der
Werkzeugaufhängung 101 und der Aufnahme 110 gezeigt,
welche auf einem nicht sichtbaren Aufnahmebolzen 300 eingehängt
sind. Der Aufnahmebolzen 300 ist dabei an der seitlichen
Seitenplatte 202 der Werkzeugaufnahmeplatte 201 angeordnet.
Das nicht sichtbare obere Öffnungsende 116 liegt
auf der Oberfläche der Werkzeugaufnahmeplatte 202 auf.
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Der
Aufnahmebolzen 300 wird entweder mittels der Befestigungsbolzen 330, 331, 332, 333 oder eines
im Boden 318 des Aufnahmebolzens 300 angeordneten
Passstiftes mit einer beliebigen hier nicht dargestellten Werkzeugaufnahmeplatte
verbunden und nach dem in den 1a–1d dargestellten und
erläuterten Verfahren zur Ablage der ersten Kupplungsvorrichtung 100 auf
dem Aufnahmebolzen 300 eine Verbindung zwischen der Aufnahme 110 und
dem Aufnahmebolzen 300 hergestellt werden. Dabei ist auch
denkbar, dass es ebenfalls möglich ist, dass die Öffnung 114 der
Aufnahme 110 nicht vorhanden ist und so eine rotationssymmetrische
Aufnahme 110 geschaffen wird. Hierbei wäre es
jedoch notwendig, die Aufnahmebolzen 330, 331, 332, 333 zu
entfernen und ebenfalls einen vorteilhafterweise rotationssymmetrischen
Aufnahmebolzen 300 zu verwenden.
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Die
hier gezeigte Aufnahme 110 und der Aufnahmebolzen 300 können
dabei in einem ersten Verfahrensschritt mittels Drehen hergestellt
werden. Erst in einem zweiten Arbeitsschritt wird mittels Fräsen die Öffnung 114 in
die Aufnahme 110 und Bohrungen für die Befestigungsbolzen 330, 331, 332, 333 im Aufnahmebolzen 300 eingebracht.
Die Befestigungsbolzen 330, 331, 332, 333 werden
anschließend in Bohrungen gesteckt und mit einer Werkzeugaufnahmeplatte 201 verbunden.
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Bei
der ersten Kupplungsvorrichtung und deren Verbindung mit dem Aufnahmebolzen 300 mittels der
Aufnahme 110 besteht der Vorteil darin, dass ein Großteil
der Materialbearbeitungen zunächst durch Drehen vorgenommen
werden kann und anschließend durch wenige einfache Zuschnitte
die fertigen Bauteile hergestellt werden können. Die Zuschnitte können
dabei mittels Fräsen, oder Schneiden eingebracht werden.
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Abschließend
sei noch angemerkt, dass Aspekte zur Herstellung oder dem Gegenstand
der vorliegenden Erfindung, welche nicht explizit gegenständlich
oder verfahrenstechnisch beschreiben sind, jeweils sowohl als Offenbarung
im Sinne eines Herstellungsverfahrens als auch im Sinne des Gegenstands
zu verstehen sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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