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Die Erfindung betrifft einen Robotergreifer, welcher pneumatisch betätigbar ist.
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Als Robotergreifer wird eine Vorrichtung zum Greifen, zeitweisen Festhalten und Ablegen von Objekten mit Hilfe krafterzeugender oder formschließender Elemente bezeichnet.
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Ein gattungsgemäßer Robotergreifer, auch bezeichnet als Greifzange, ist beispielsweise für die Entnahme von Kunststoffelementen wie Formteilen und Angüssen aus einer Spritzgussvorrichtung verwendbar.
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Aus dem Stand der Technik sind hierfür bereits verschiedene Lösungsansätze für Greifer mit einem pneumatisch beträtigtem Kolben, dessen lineare Bewegung in eine Greifbewegung der Greifzange umgesetzt wird, bekannt.
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Die Druckschrift
DE 20 2015 101 448 U1 beschreibt eine Greifzangenanordnung, welche insbesondere zur Entformung größerer Kunststoff-Spritzgussteile aus einem Spritzgusswerkzeug geeignet ist. Die Greifzangenanordnung weist ein Greifzangenmodul sowie ein Hub-Element, welches insbesondere pneumatisch betätigbar ist, auf. Bei Betätigung des Hub-Elements wird das Greifzangenmodul translatorisch und in gerader Linie verfahren. Zudem ist ein Führungselement zum Führen der translatorischen Bewegung des Greifzangenmoduls vorgesehen, wobei das Führungselement und das Hub-Element koaxial zueinander angeordnet sind.
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Des Weiteren ist auch aus der Druckschrift
DE 20 2012 012 083 U1 ein insbesondere pneumatisch betätigbarer Greifer bekannt. Der Greifer weist ein Gehäuse, in welchem ein pneumatisch betätigbarer Linearantrieb ausgebildet ist, sowie eine erste und eine zweite verschwenkbare Greifbacke auf. Die beiden Greifbacken sind mit dem Linearantrieb derart gekoppelt, dass eine erzeugte Linearbewegung in eine Verschwenkbewegung der Greifbacken in Öffnungs- oder Schließrichtung umgewandelt wird. Zudem sind die beiden Greifbacken vorliegend über ein Synchronisationselement miteinander gekoppelt, so dass die Verschwenkbewegungen synchronisiert sind.
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Die Druckschrift
DE 2 162 372 A offenbart unter anderem einen mittels Druckluft betriebenen Manipulator als Teil eines Arbeitsautomaten. Der Manipulator ist am Ende eines Transportarms befestigt und weist eine Greifeinrichtung mit zwei Greifarmen sowie eine erste Dreheinrichtung zum Drehen der Greifeinrichtung auf. Zudem ist eine weitere Dreheinrichtung vorgesehen, deren Drehachse senkrecht zu jener der ersten Dreheinrichtung angeordnet ist.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten, gattungsgemäßen Robotergreifer weisen insbesondere den Nachteil auf, dass diese hohe Herstellungskosten, insbesondere bedingt durch erforderliche Nachbearbeitung urgeformter Teile, aufweisen.
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Unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Robotergreifer bereitzustellen, welcher störungsunanfällig ist, einen Aufbau mit geringer Komplexität aufweist und zudem einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Die Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein erfindungsgemäßer Robotergreifer weist einen Grundkörper, einen Kolben, eine erste Greifbacke sowie eine zweite Greifbacke auf. Die erste und zweite Greifbacke werden nachfolgend zusammengefasst auch als Greifbacken bezeichnet.
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Der Grundkörper weist einen zylindrischen Innenraum auf, welcher durch eine innere Mantelfläche begrenzt wird. In dem Innenraum ist ein axial bewegbarer und pneumatisch betätigbarer Kolben angeordnet. Als axiale Bewegung wird hierbei eine Bewegung in Richtung der Längsachse des Grundkörpers bezeichnet, welche durch Einbringung von Druckluft in den Innenraum bewirkbar ist. Erfindungsgemäß handelt es sich bei der Bewegung des Kolbens um eine lineare Bewegung.
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Der Kolben weist eine äußere Kolbenmantelfläche auf, welche mit der inneren Mantelfläche in einem Gleitkontakt steht. Somit wird sichergestellt, dass der Kolben eine geradlinige Linearbewegung ausführt. Der Gleitkontakt kann dabei unmittelbar zwischen der äußeren Kolbenmantelfläche und der inneren Mantelfläche vorliegen. Alternativ kann der Gleitkontakt mittelbar über einen oder mehrere Gleit- oder Dichtringe, welche an dem Kolben angeordnet sind, vorliegen.
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Der Grundkörper ist erfindungsgemäß als nichtfaservergütetes Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet, wobei die innere Mantelfläche des Grundkörpers als nachbearbeitungsfreie Erstarrungsoberfläche ausgebildet ist.
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Die Herstellung des Grundkörpers aus Kunststoff erfolgt somit mittels Spritzgießens. Der thermisch plastifizierte Kunststoff erstarrt in der Form. Der zylindrische Innenraum wird dabei durch einen Ziehkern ausgebildet. Somit besteht direkt an dem Ziehkern eine Grenzfläche des Kunststoffs, welche bei der Erstarrung eine Erstarrungsoberflläche eine Gefügestruktur aufweist, die sich von der Gefügestruktur innerhalb des Kunststoffs qualitativ abhebt. Diese besondere Gefügestruktur besteht damit an der inneren Manteloberfläche des Grundkörpers. Abweichend von dem Stand der Technik bleibt die innere Manteloberfläche des Grundkörpers erfindungsgemäß ohne Nachbearbeitung. Diese hat den Vorteil, dass die besondere Gefügestruktur der Erstarrungsoberfläche als Gleitfläche zur Verfügung steht. Hieraus resultieren tribologisch vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich hoher Abriebfestigkeit der inneren Manteloberfläche, einer geringen abrasiven Beanspruchung etwaiger Dicht- oder Gleitringe des Kolbens sowie eines niedrigen Reibungskoeffizienten.
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Durch den erfindungsgemäßen Entfall von Nachbearbeitungsschritten der Erstarrungsoberfläche ist der Grundkörper als weiterer Vorteil somit bereits unmittelbar nach der Spritzgussurformung verwendbar.
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Da der Grundkörper zudem als nichtfaservergütetes Spritzgussteil ausgebildet ist, wird der erzielte Gleitkontakt zwischen der äußeren Kolbenmantelfläche und der inneren Mantelfläche des Grundkörpers weiter verbessert. Im Falle einer faservergüteten Ausbildung des Grundkörpers würden die äußere Kolbenmantelfläche sowie eine vorzugsweise vorhandene Kolbendichtung durch den reibenden Kontakt mit den Kunststofffasern stärker abrasiv belastet werden.
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Neben dem Grundkörper und dem Kolben liegen die beiden Greifbacken als weitere Bestandteile des erfindungsgemäßen Robotergreifers vor. Die Greifbacken sind beweglich mit dem Grundkörper verbunden, wobei mittels der Greifbacken die axiale Bewegung des Kolbens in eine Greifbewegung umsetzbar ist. Somit wird die lineare Bewegung des Kolbens in eine Verschwenkbewegung der Greifbacken überführt.
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Erfindungsgemäß sind die beiden Greifbacken als Metal Injection Molding (MIM)-Spritzgussteile ausgebildet. Abweichend zu dem zuvor beschriebenen Kunststoff-Spritzgießen liegt bei dem MIM-Verfahren das Spritzgussteil zunächst als Grünteil vor, welches bereits geometrische Merkmale des fertigen Spritzgussteils aufweist. Der im Grünteil enthaltene Binder wird nun im Rahmen der Entbinderung entfernt. Das nun als Braunteil vorliegende Spritzgussteil wird in einem nachfolgenden Schritt gesintert, wobei der zuvor porös ausgebildete Körper durch Temperatureinwirkung verdichtet wird und somit seine finalen geometrischen und mechanischen Eigenschaften erhält.
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Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Robotergreifers bestehen somit in Folgendem.
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Ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem bekannten Stand der Technik besteht in der kostengünstigeren Fertigung des erfindungsgemäßen Robotergreifers. Herkömmliche gattungsgemäße Greifzangen werden meist mittels spanender Herstellungsverfahren aus Metallen wie insbesondere Aluminium oder Edelstahl gefertigt.
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Durch die Fertigung sämtlicher Komponenten des Robotergreifers mittels Spritzgießens kann somit eine erhebliche Kostenersparnis erzielt werden.
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Ein weiterer Vorteil ist unter Wahung der erforderlichen mechanischen Stabilität die erreichbare Massenreduzierung des erfindungsgemäßen Robotergreifers, so dass die Beschleunigungskräfte verringert werden und eine kleinere, kostengünstigere und energieeffizientere Handlingsaktorik ermöglicht wird.
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Zugleich zeichnet sich der Aufbau des Robotergreifers durch eine geringe konstruktive Komplexität aus, da sich dieser lediglich aus einer geringen Anzahl von Bauteilen zusammensetzt. Dies wirkt sich darüber hinaus auch positiv auf eine Reduzierung der Störanfälligkeit aus. Des Weiteren besteht ein Vorteil in der geringen Anzahl an Bearbeitungsschritten, die zur Herstellung des Robotergreifers zu durchlaufen sind.
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Besonders vorteilhaft ist zudem die Ausbildung der inneren Mantelfläche des Grundkörpers als nachbearbeitungsfreie Erstarrungsoberfläche. Die innere Mantelfläche weist hierbei eine hohe Oberflächengüte und mit vorteilhaften Gleiteigenschaften auf. Da keine Nachbearbeitungsschritte an der inneren Mantelfläche durchzuführen sind, wird der Zeit- und Kostenaufwand signifikant reduziert.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass der Kolben einen keilförmigen Kopfabschnitt aufweist, welcher gleitend auf korrespondierende Auflaufflächen der Greifbacken wirkt und dass somit die Greifwirkung bereitstellbar ist.
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Die axiale Bewegung des Kolbens ist somit ohne zusätzliche Bauteile direkt in die Greifwirkung der Greifbacken umsetzbar. Grundlage dessen ist die keilförmige Ausbildung des Kopfabschnitts des Kolbens, welcher mittels der axialen Bewegung des Kolbens auf die jeweils mit der Keilform korrespondierenden Auflaufflächen der Greifbacken auftrifft und diese mittels einer Kraftübertragung verspreizt. Die um jeweils einen Drehpunkt gelagerten Greifbacken wirken als zweiseitige Hebel, so dass die Verspreizung der Kraftarme zur Greifbewegung des Lastarmes führt.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kolben einen Magneten auf, welcher zur Positionsbestimmung des Kolbens verwendbar ist.
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Die Positionsbestimmung erfolgt mittels eines außerhalb des Robotergreifers angeordneten Sensors, welcher den magnetischen Fluss des von dem Magneten ausgehenden magnetischen Feldes detektiert. Da der Grundkörper, in welchem der Kolben sowie der Magnet angeordnet sind, erfindungsgemäß aus einem Kunststoff besteht, erfolgt lediglich eine geringfügige Streuung des zu detektierenden magnetischen Flusses. Die Messergebnisse weisen daher eine hohe Genauingkeit auf. Neben einer Positionsbestimmung des Kolbens kann zugleich eine mittelbare Messung des Öffnungswinkels der Greifbacken und somit eine Feststellung einer Öffnungs- oder Schließstellung der Greifbacken erfolgen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Robotergreifers weisen die Greifbacken ein Federelement auf, mittels welchem eine Rückstellkraft zwischen den Greifbacken bereitstellbar ist.
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Das Federelement ist vorzugsweise zwischen den beiden Greifbacken angeordnet. Nachdem mittels der axialen Bewegung des Kolbens eine Schließung der Greifbacken erfolgt ist, wird durch das Federelement bewirkt, dass die Greifbacken wieder in Richtung einer geöffneten Ausgangsstellung bewegt werden.
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Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von
- 1 Seitenansicht des Robotergreifers,
- 2 Schnittansicht des Robotergreifers
näher erläutert.
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1 zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Robotergreifers. Der Robotergreifer weist einen Grundkörper 1, einen Kolben 2, eine erste Greifbacke 3 sowie eine zweite Greifbacke 4 auf. Aufgrund der dargestellten Perspektive ist in 1 lediglich der Grundkörper 1 sowie der erste Greifer 3 sichtbar. Der Grundkörper 1 ist als nichtfaservergütetes Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet.
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2 zeigt eine Schnittansicht entlang der in 1 eingezeichneten Schnittebene D-D. Hierbei ist sichtbar, dass der Grundkörper 1 einen zylindrischen Innenraum 5 aufweist, welcher von einer inneren Mantelfläche 6 in seiner räumlichen Ausdehnung begrenzt wird. Vorliegend ist der zylindrische Innenraum 5 in einem Endbereich abgerundet.
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In dem Innenraum 5 ist ein axial bewegbarer Kolben 2 angeordnet, so dass der Innenraum 5 zugleich den Arbeitsraum des Kolbens 2 ausbildet. Der Kolben 2 ist pneumatisch betätigbar. Er weist eine äußere Kolbenmantelfläche 7 auf. Bei der durch die Einbringung von Druckluft in den Arbeitsraum bewirkbaren Hubbewegung des Kolbens 2 befinden sich die äußere Kolbenmantelfläche 7 und die innere Mantelfläche 6 in einem Gleitkontakt, so dass von dem Kolben 2 eine geradlinige Linearbewegung durchführbar ist.
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Es wirken möglichst geringe Reibungskräfte der äußeren Kolbenmandelfläche 7 und der inneren Mantelfläche 6. Dies wird dadurch erreicht, dass der Grundkörper 1 als nichtfaservergütetes Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet ist sowie dass es darüber hinaus bei der inneren Mantelfläche 6 des Grundkörpers 1 um eine nachbearbeitungsfreie Erstarrungsoberfläche handelt. Die Erstarrungsoberfläche wird erzielt, indem des Kunststoffmaterial im direkten Kontakt mit dem Ziehkern erhärtet und so eine Gefügestruktur an einer Grenzfläche ausbildet. Da es sich um eine nachbearbeitungsfreie Erstarrungsoberfläche handelt, bleibt die besondere Gefügestruktur mit ihren vorteilhaften tribologischen Eigenschaften erhalten.
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Zudem kann direkt nach der Fertigung des Grundkörpers 1 mittels Kunststoff-Spritzgießens ohne Durchführung weiterer Bearbeitungsschritte eine vorteilhafte Oberflächengüte erzielt werden.
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Die beiden Greifbacken 3 und 4 sind beweglich mit dem Grundkörper 1 verbunden und sind erfindungsgemäß als MIM-Spritzgussteile ausgebildet. Im gewählten Ausführungsbeispiel sind die Greifbacken 3 und 4 jeweils mit Hilfe von form- und/oder kraftschlüssigen Befestigungsmitteln verschwenkbar an dem Grundkörper 1 montiert. Mittels der Greifbacken 3 und 4 ist die axiale Bewegung des Kolbens 2 in eine Greifbewegung umsetzbar.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Kolben 2 einen keilförmigen Kopfabschnitt 8 auf, welcher bei einer axialen Hubbewegung des Kolbens 2 gleitend auf korrespondierende Auflaufflächen 9 der Greifbacken 3 und 4 wirkt und diese voneinander spreizt. Die Greifbewegung der Greifbacken 3 und 4 wird durch Verschenkung um die Drehpunkte 10.1, 10.2 herbeigeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Grundkörper
- 2
- Kolben
- 3
- erste Greifbacke
- 4
- zweite Greifbacke
- 5
- Innenraum
- 6
- innere Mantelfläche
- 7
- äußere Kolbenmantelfläche
- 8
- Kopfabschnitt
- 9
- Auflaufflächen
- 10
- Drehpunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202015101448 U1 [0005]
- DE 202012012083 U1 [0006]
- DE 2162372 A [0007]
