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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Greifermodul und ein Steuerungsverfahren für ein solches Greifermodul, mit einer Spannaufnahme zur pneumatischen Aufnahme eines Spannbolzens und mit wenigstens einem Greifelement, das in radialer Richtung in einen Hintergriff zum Greifen des Spannbolzens verlagerbar ist. Bei geschlossenem Hintergriff befindet sich das zumindest eine Greifelement in einer radial inneren Lage, gegen den in der Spannaufnahme angeordneten Spannbolzen wirkend. Das Greifermodul weist einen in einer axialen Richtung verlagerbaren Kolben mit einem Koppelende, einem Kolbenhals und einem Aktuatorende auf. Der Kolben ist mittels einer Mechanik an seinem Koppelende derart mit dem Greifelement bewegungsgekoppelt, dass eine Verlagerung des Kolbens eine zumindest anteilig radiale Verlagerung des zumindest einen Greifelements bewirkt.
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DE 10 2015 206 590 B3 beispielsweise beschreibt ein grundsätzlich ähnliches Spannmodul, dass allerdings erstens die Anforderung hat, dass nach dem Greifen ein axiales Spiel verbleibt. Zweitens konzentriert sich die
DE 10 2015 206 590 B3 auf eine Sicherung des Greifzustands.
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Es besteht das Problem, dass insbesondere in explosionssicheren Anlagen Greifermodule anzeigen können sollen, dass ein sicherer Griff gewährleistet ist.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Greifermodul dessen Kolbenhals axial abschnittsweise vollumfänglich dichtend in einer Kolbenaufnahme geführt ist. Je nach Position des Kolbens ist zumindest ein zumindest grob radial vom in der Kolbenaufnahme ausgebildeten Kolbengang abgezweigter Kanal mit zumindest einer pneumatischen Anzeige luftdurchlässig verbunden oder nicht luftdurchlässig verbunden, um die Position des Kolbens und damit des Greifelements pneumatisch zu kommunizieren.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur pneumatischen Zustandsabfrage eines solchen Greifermoduls steuert aus dem Greifermodul heraus eine Anzeige der Position der Greifelemente, und zwar mittels ausschließlich pneumatischer Ansteuerung des Kolbens. Eine erfindungsgemäße Lösung bedarf keiner Abfrage der Kolben / bzw. -stangenposition außerhalb des Zylinders. Abfragestellen sind nach der Erfindung komplett innenliegend angeordnet, bevorzugt über der Kolbenstange und / oder in Gehäusebohrungen.
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Von Vorteil ist, dass keine außen am Gehäuse angebrachte Abfragekomponenten zur Endlagenstimmung von Kolben bzw. -stange erforderlich ist. Solche Komponenten wie beispielsweise pneumatische Rollenhebelventile entfallen also. Eine kompakte Bauweise mit weniger beweglichen Teilen ist das erfreuliche Ergebnis.
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Ein wesentlicher Erfindungsgedanke ist die hier beschriebene Zylinder-Ventil-Einheit. Die hier gezeigte Anwendung mit einer Greifmimik soll den Schutzbereich nicht beschränken. Die hier beschriebene Greifmimik kann auch durch ein anderes Anbauteil, das eine lineare Betätigung mit Endlagensignal braucht, ersetzt werden.
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Da die Steuerung der Anzeige rein pneumatisch erfolgt, ist hierauf keine Explosionsgefahr zurückführbar. Es handelt sich bei dieser Anzeigeautomatik außerdem um eine sehr betriebssichere Anzeigensteuerung.
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Bevor nachfolgend Ausgestaltungen der Erfindung eingehender an Hand von Zeichnungen beschrieben werden, ist zunächst festzuhalten, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Komponenten oder die beschriebenen Verfahrensschritte beschränkt ist. Weiterhin stellt auch die verwendete Terminologie keine Einschränkung dar, sondern hat lediglich beispielhaften Charakter. Soweit nachfolgend in der Beschreibung und den Ansprüchen der Singular verwendet wird ist dabei jeweils der Plural mitumfasst, soweit der Kontext dies nicht explizit ausschließt.
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Die Figuren zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines Greifermoduls gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung;
- 2 eine perspektivische Darstellung eines Kolbens mit einem Aktuatorende;
- 3 ein Axialschnitt durch das Greifermodul aus 1 mit darin eingelegtem Kolben in einer ausgefahrenen Stellung;
- 4 der Axialschnitt gemäß 3 mit eingelegtem Kolben in einer eingezogenen Stellung;
- 5 und 6 Axialschnitte analog zu den 3 und 4 eines abweichenden Ausführungsbeispiels.
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In 1 ist ein Greifermodul 10 mit einer Spannaufnahme 20 zur pneumatischen Aufnahme eines in 1 nicht dargestellten Spannbolzens 1 perspektivisch dargestellt. Das Greifermodul 10 hat in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Greifelemente 12, die in radialer Richtung in einen Hintergriff zum Greifen des in 1 nicht dargestellten Spannbolzens 1 verlagerbar sind. Die Schnitte der 3 bis 6 zeigen den Spannbolzen 1 eines zu greifenden Bauteils mal (4 und 6) gegriffen und zum Vergleich ein anderen Fällen ungegriffen (3 und 5). In der radial inneren Lage nach den 4 und 6 wirken die Greifelemente 12 gegen den in der Spannaufnahme 20 angeordneten Spannbolzen 1.
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In den 1 bis 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel gezeigt. In den 5 und 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt.
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Das Greifermodul 10 weist in seinem Inneren - damit in 1 nicht sichtbar - einen in einer axialen Richtung R verlagerbaren Kolben 17 mit einem Koppelende 11, 16, einem Kolbenhals 18H und einem Aktuatorende 19 auf. Der Kolben 17 ist in 2 separat perspektivisch dargestellt, ohne Einbauumgebung und ohne Koppelende. Die dargestellten Ausführungsformen gehen von einem anschraubbaren Koppelende 11, 16 aus. In alternativen ebenso erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist das Koppelende 11, 16 mit seinen Funktionsmerkmalen zum Koppeln an das zumindest eine Greifelement 12 integral ausgeführt, beispielsweise als eingedrehte Kontur.
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Der Kolben 17 ist mittels einer den 3 bis 6 zu entnehmbaren Mechanik 14, 15, 25 an seinem Koppelende 11, 16 derart mit dem Greifelement 12 bewegungsgekoppelt, dass eine Verlagerung des Kolbens 17 in axialer Richtung R eine zumindest anteilig radiale Verlagerung des zumindest einen Greifelements 12 bewirkt.
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Der Kolbenhals 18H ist axial abschnittsweise vollumfänglich dichtend in einer Kolbenaufnahme 18F geführt. Je nach Position des Kolbens 17 verbindet zwischen Dichtabschnitten ein radial vom in der Kolbenaufnahme 18F ausgebildeten Kolbengang abgezweigter Ansteuerkanal 26 je nach Kolbenposition mit zumindest einer pneumatischen Anzeige luftdurchlässig oder nicht luftdurchlässig, um die Position des Kolbens 17 und damit der Greifelemente 12 pneumatisch zu kommunizieren.
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Das Aktuatorende 19 ist mit seinen darauf montierten Durchmesservergrößerungen nach den in den 3 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen radial außen in einem Aktuatorraum 29 abgedichtet entlang der axialen Richtung R des Kolbens 17 beweglich gelagert. In dem Aktuatorraum 29 ist der Kolben 17 aus einer Greifposition (4, 6) der Kraft einer Feder 28 entgegen mit Druckluft in eine Offenposition (3 und 5) verstellbar.
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Das Greifermodul 10 hält mithin bei Druckverlust den Spannbolzen 1 im geschlossenen Zustand. Das Greifermodul 10 der dargestellten Ausführungsbeispiele hat einen Dauerdruckluftanschluss 30, der ständig Luft an den Kolbenhals 18H anlegt, um die Anzeige zu betreiben. Abschnitte des Kolbenhalses 18H sind als eine zumindest teilumfänglich umlaufende Radialrücksprungebene 32 ausgebildet. Unter Radialrücksprungebene 32 wird im Sinne eines axial konstanten Durchmesserverlaufs durchmessergleicher Umfangsring verstanden, der zeichnerisch im Schnitt gesehen als ein ebener Abschnittsverlauf zu erkennen ist. Damit sind Luftkammern 7.1, 7.2 zwischen Welle und Gehäuse ausgebildet, die bevorzugt mittels O-Ringen 36 voneinander getrennt sind.
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Das Greifermodul 10 weist nach dem in den 5 und 6 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel zwei Druckschalter 8.1, 8.2 als Bestandteile einer Anzeigeeinrichtung auf, nämlich dem Dauerdruckluftanschluss 30' gegenüber oder (als nicht dargestellte Alternative) um 90° versetzt im Bereich des Kolbenhalses 18H angeordnet. Die am Kolbenhals 18H anliegende Druckluft wird mithin je nach Position des Kolbens 17 in Richtung des einen Druckschalters 8.1 oder des anderen Druckschalters 8.2 geleitet. Dazu ist eine geteilte Luftkammer 34 zwischen Kolben 17 (Welle) und Kolbengang (Gehäuse) ausgebildet und mittels zumindest eines O-Ringes 36 voneinander getrennt.
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Den dargestellten Ausführungsformen kann eine vorteilhafte Ausführungsform mit Schalldämpfern 38 nicht entnommen werden. Dennoch ist hiermit eindeutig und für den Fachmann nacharbeitbar eine vorteilhafte Ausführungsform beschrieben, wonach am Kolbenhals 18H anliegende Druckluft über Schalldämpfer 38 an die Umgebung abgegeben wird. Das Bezugszeichen 38 ist an einer Position eingetragen, an der eine Anordnung der Schalldämpfer 38 erfindungsgemäß vorgesehen ist.
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In 2 ist die Mantelkontur des Kolbens 17 nach den dargestellten beiden Ausführungsbeispielen zu erkennen. Zusätzlich oder alternativ sind nicht dargestellte axiale und/oder schräg umlaufende Kanalnuten mit im Ergebnis für manchen Anzeigewunsch guten Regelungsvarianten auf der Mantelfläche des Kolbens ausgebildet worden. So konnte auch erfolgreich eine Drehung des Kolbens in einen bestimmten Zustand angezeigt werden, insbesondere nach Drehung in einen gesicherten Zustand des zumindest einen Greifelements 12.
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Eine vorteilhafte Verfahrensvariante sieht vor, dass je nach axialer Position des Kolbens 17 zur Anzeige der Position von Greifelementen 12 einer oder zumindest ein weiterer von zwei Druckschaltern 37 mit an dem Kolben 17 anliegendem Dauerdruck beaufschlagt wird.
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Deswegen werden keine zusätzlichen Rollenventile benötigt, wie sonst üblich. Außerdem ist dieses Verfahren vakuumsicher bis - 0,5 bar.
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Obwohl die Erfindung in den Zeichnungen und der vorausgegangenen Darstellung im Detail beschrieben wurde, sind die Darstellungen illustrativ und beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen. Insbesondere ist die Wahl der zeichnerisch dargestellten Proportionen der einzelnen Elemente nicht als erforderlich oder beschränkend auszulegen. Weiterhin ist die Erfindung insbesondere nicht auf die erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Varianten der Erfindung und ihre Ausführung ergeben sich für den Fachmann aus der vorangegangenen Offenbarung, den Figuren und den Schutzansprüchen.
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In den Schutzansprüchen verwendete Begriffe wie „umfassen“, „aufweisen“, „beinhalten“, „enthalten“ und dergleichen schließen weitere Elemente oder Schritte nicht aus. Die Verwendung des unbestimmten Artikels schließt eine Mehrzahl nicht aus. Eine einzelne Einrichtung kann die Funktionen mehrerer in den Schutzansprüchen genannten Einheiten bzw. Einrichtungen ausführen.
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Der allgemeine Aufbau, der ein Gegenstand der hier vorgestellten Erfindung ist, lässt sich wie folgt formulieren und anhand der Figuren nachvollziehen: Das ist ein pneumatisch betätigter Zylinder, der mit seiner Kolbenstange über einen Kipphebelmechanismus Greifklauen ein- und ausschwenken lässt. Ist der Kolben 17 ausgefahren, sind die Greifklauen ausgeschwenkt und das Greifermodul 10 ist geöffnet. Ist der Kolben 17 eingefahren, sind die Greifklauen eingeschwenkt und das Greifermodul 10 ist geschlossen bzw. „gegriffen“.
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Ein vorteilhaftes Greifermodul 10 ist ein pneumatisch betätigter Zylinder, der mit seiner Kolbenstange über einen Stößel einen Kipphebelmechanismus mit zwei Greifklauen ein- und ausschwenken lässt. Ist der Kolben 17 ausgefahren, sind die Greifklauen ausgeschwenkt und das Greifermodul 10 ist geöffnet. Ist der Kolben 17 eingefahren, sind die Greifklauen eingeschwenkt und das Greifermodul 10 ist geschlossen bzw. „gegriffen“. Die Greifermodule 10 sind bevorzugt mit einem Druckfederpaket (bevorzugt vier Druckfedern) als Greifkraftsicherung ausgerüstet. Im geschlossen Zustand drückt das Federpaket, zusätzlich zur Kolbenkraft, die Greifklauen in die geschlossene Stellung. Zum Öffnen der Greifermodule 10 drückt der Pneumatikkolben die Greifklauen gegen die Federkraft in die geöffnete Stellung. Die Federkraft ist größer als die erforderliche Greifkraft. Damit ist der Greifer gegen Verlieren des Werkstücks bei Druckluftausfall gesichert. Zusätzlich zu den für die Kolbenbewegung benötigten beiden Druckluftanschlüssen (A und B) ist das Greifermodul 10 mit einem Druckluftanschluss 30 für dauerhafte Druckluft versehen. Dieser dient dazu, die über bevorzugt vier weitere Druckluftausgänge angeschlossenen Drucksensoren zu betätigen.
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Am Greifermodul 10 sind keine elektrischen Bauteile vorhanden. Die Steuerung des Greifermoduls 10 wird über die Drucksensoren bewirkt. In den Drucksensoren, die sich außerhalb des Nassbereichs befinden, werden die pneumatischen Signale in elektrische Signale umgewandelt. Von den Drucksensoren geht ein E-Kabel zur Greifersteuerung. Je nach Zustand (gegriffen oder geöffnet) wird der Dauerdruck in Richtung der zugehörigen Druckschalter weitergeleitet. Dies geschieht über die verschiedenen Luftkammern, die sich zwischen Kolbenstange und Schiebergehäuse befinden und durch O-Ringe 36 voneinander getrennt sind. Im geöffneten Zustand befindet sich die Druckluft in der Kammer, die zu dem dafür vorgesehenen Ausgang zum Druckschalter „geöffnet“ führt. Wird der Spannbolzen 1 gegriffen befindet sich die Druckluft in der Kammer, die über einen weiteren Ausgang zum Druckschalter „gegriffen“ führt. Je nachdem welcher Druckschalter betätigt wird, wird die Luft aus den anderen Kammern über Schalldämpfer 38 an die Umgebung abgegeben.
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Zur Prüfung der Greifkraftsicherung wird das Greifermodul 10 fest eingespannt bzw. angeschraubt und ein Spannbolzen 1 vom Greifermodul 10 gegriffen. Anschließend wird am Greifermodul 10 die Druckluftversorgung abgestellt indem der Pneumatikschlauch an einem Anschluss abgezogen wird und das gesamte Greifermodul 10 „drucklos“ gestellt wird. Jetzt wird mit einem geeigneten Messgerät am Spannbolzen 1 eine Zugkraft ausgeübt. Die Mindest-Zugkraft, bei der sich die Greifklauen öffnen und den Spannbolzen 1 loslassen, muss bevorzugt mindestens 200 N betragen.
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In nicht dargestellten vorteilhaften Ausführungsformen ist die Kolbenstange mit einem Nocken bestückt, welcher einen Schieber betätigt. Dieser Schieber gibt als ein Ventilschieber Luftkanäle- bzw.-strömungen frei, oder sperrt etwa so wie der oben beschriebene Kolbenstangenschieber. Das entspricht im Prinzip der reinen Ventilfunktion, nun von der Kolbenstange entkoppelt.
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Das erfindungsgemäße Greifermodul 10 wird bevorzugt mit seiner Stirnseite, zusammen mit mindestens einem weiteren Greifermodul 10 auf der Montageplatte einer Greifeinheit an einer Mehrachs-Greifeinheit oder an einem Roboterflansch montiert und dient dem Greifen von Werkstücken. Dazu muss das Werkstück mit speziellen Spannzapfen ausgestattet sein. Das Greifermodul 10 ist nicht geeignet alleine als Greifer zu fungieren. Eine Greifeinheit muss immer aus mindestens zwei Greifermodulen 10 bestehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannbolzen
- 3
- Abstützring
- 4
- Pilzansatz
- 5
- Stempelhals
- 6
- Stempelkopf
- 7
- Luftkammer
- 8
- Druckschalter
- 10
- Greifermodul
- 11
- Koppelende Spannbolzenseite
- 12
- Greifelement
- 13
- Vorsprung
- 14
- Achse
- 15
- Kopplungshebel
- 16
- Koppelende Kolbenseite
- 17
- Kolben
- 18F
- Kolbenaufnahme
- 18H
- Kolbenhals
- 19
- Aktautorende
- 20
- Spannaufnahme
- 22
- Ring
- 24
- Schließkanal Aktuator
- 26
- Ansteuerkanal Kolben
- 28
- Feder
- 29
- Aktuatorraum
- 30
- Druckluftanschluss Kolben
- 32
- Radialrücksprungebene
- 34
- Lufthammer
- 36
- O-Ring
- 37
- Druckschalter
- 38
- Schalldämpfer
- R
- axiale Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015206590 B3 [0002]
