DE2556595B2

DE2556595B2 - Werkstück Haltevorrichtung

Info

Publication number: DE2556595B2
Application number: DE19752556595
Authority: DE
Inventors: Tadao Yokohama Kanagawa Inoyama; Yasuhide Hachioji Tokio Matsuyama; Yukio Chiba Nagao
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-12-16
Filing date: 1975-12-16
Publication date: 1980-09-11
Also published as: DE2556595A1; JPS5435356B2; JPS5170576A; DE2556595C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkstück-Haltevorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Gattung, wie sie insbesondere in automatischen Montagesystemen eingesetzt wird.

Eine Werkstück-Haltevorrichtung der genannten Gattung ist aus der US-Patentschrift 38 24 674, insbesondere deren Figur 3, bekannt. Dort können von bogenförmig verlaufenden Blattfedern sowohl Axialkräfte als auch Radialkräfte zwischen der Antriebsstange und dem Trägerelement aufgenommen werden. Die bekannte Vorrichtung eignet sich jedoch nur zur Handhabung verhältnismäßig geringer Gewichte, weil sonst die Blattfedern derart stark dimensioniert werden müßten, daß ihre Ansprechempfindlichkeit auf kleinere Fluchtungsfehler zwischen den beiden aufeinander auszurichtenden Werkstücken zu gering wird. Versucht man, diese Schwierigkeit durch Verwendung einer Detektoranordnung mit besonders hoher Empfindlichkeit zu lösen, so verteuert sich die gesamte Anordnung erheblich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkstück-Haltevorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die sich auch zur Handhabung schwerer Werkstücke eignet und trotzdem eine hohe Ansprechempfindlichkeit bei Fehlausrichtungen ohne besonderen Aufwand gewährleistet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichnungsteiluvs Patentanspruchs 1.

Danach umfaßt die Federanordnung einerseits in Radialrichtung wirkende Federn, die im wesentlichen nur bei Fehlauslenkungen ansprechen und entsprechend leicht und empfindlich sein können, sowie in Axialrichtung wirkende Federn, die in erster Linie nur das Gewicht des unteren Teils der Haltevorrichtung sowie des Werkstücks selbst federnd zu tragen haben und daher entsprechend kräftig sein könaen. Da die Radialfedern von den Axialfedern durch eine Gleitlageranordnung weitgehend entkoppelt sind, werden beim Auftreten von Radialkräften infolge von Fehlausrichtungen die gröberen Axialfedern praktisch nicht beaufschlagt, so daß die Messung der Auslenkung nur über die viel empfindlicheren Radialfedern erfolgt

is Die Verwendung einer auslenkbaren Lageranordnung ist zwar an sich aus Figur 8 der genannten US-PS 38 24 674 bekannt Dort wird jedoch eine Art Pendelkugellager verwendet, das Auslenkungen in Radialrichtung in Form von Verschwenkungen zwischen dem Trägerelement und dem Gehäuse sowie translatorische Auslenkungen des Trägerelements gegenüber dem Gehäuse nach oben gestattet Sämtliche Auslenkungen werden wiederum von einer Blattfederanordnung zurückgestellt Bei dieser Anordnung bewirkt das Lager jedoch keinerlei federnde Aufhängung des Trägerelements, so daß das Werkstück bei Fehlausrichtungen völlig ungefedert aufsetzt, was bei empfindlichen Werkstücken von Nachteil ist Im Gegensatz zu der Erfindung bewirkt das bekannte Lager auch keine Entkopplung zwischen axialen und radialen Federkräften.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einiger grundsätzlicher Überlegungen;

Fig.2 einen schematischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
F i g. 3 einen vergrößerten Längsschnitt durch einen

Teil der Vorrichtung nach F i g. 2;

F i g. 4 einen Querschnitt gemäS der Linie IV-IV nach Fig. 3; und

F i g. 5 einen Querschnitt gemäß der Linie V-V nach Fig. 3.

In der Praxis ist es bei automatischer Montage mit üblichem Aufwand kaum zu erreichen, daß z. B. beim Einsetzen eines Kolbens 109 in einen Zylinder 200 die Achse 201 des Kolbens mit der Achse 202 des Zylinders 200 bereits zu Beginn der Einsetzphase zusammenfällt.

Vielmehr werden Versetzungen und Verkantungen der in F i g. 1 gezeigten Art auftreten. Ob der Kolben 109 bei einer bestimmten relativen Lage zum Zylinder 200 in diesen einsetzbar ist oder nicht, ist eine Funktion der auf den Kolben 109 einwirkenden Kraft F. Der Kolben 109 ist dabei um so leichter in den Zylinder 200 einsc zbar, je genauer die Richtung der auf den Kolben 109 einwirkenden Kraft F mit der Richtung Zl der Achse des Zylinders 200 zusammenfällt Wenn die bekannte Haltevorrichtung, die in einer Ausführungsform nur axial belastbare Federn aufweist, z. B. einen sehr schweren Kolben 109 halten und tragen muß, müssen diese Federn entsprechend groß und mit hoher Federkraft ausgelegt sein. Für eine Auslenkung des Trägerelements in der -Y-V-Ebene, bezogen auf das in F i g. 1 dargestellte Achsensystem, ist also eine entsprechend große Kraft erforderlich. Die Kraftkomponente Fx der Kraft F muß also relativ zur Kraftkomponente Fz vergrößert werden. Das führt dazu, daß die

resultierende Kraft Frelativ stark aus der Richtung Z1 ausgelenkt ist.

Diesem unerwünschten Zustand hilft die vorgeschlagene Anordnung zweier Gruppen von längsbelastbaren Federn ab. Dabei weisen die beiden Gruppen von s Federn auch unterschiedliche Federkräfte (Elastizitätsmoduln) auf. Dadurch kann die Komponente Fx der Kraft F, die auf den Kolben 109 einwirkt, relativ zur Komponente Fz klein gehalten werden. Die Kopplung zwischen den Federn des Systems ist nämlich gering. ι ο

In der Fig.2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schnitt gezeigt Ein Gehäuse 300 weist eine öffnung 301 auf seiner Unterseite auf, durch die ein Träger 302 hindurchgreift Das Gehäuse 300 ist fest mit einer Antriebsstange 303 verbunden. Greiferarme 304 eines Haltemechanismus sind schwenkbar am Träger 302 angelenkt Im Gehäuse 300 ist der Kopf des Trägers fest mit einem als Trägerplatte ausgebildeten Trägerelement 305 verbunden. Die Greiferanne 304 halten ein erstes Bauelement 306, das in dem hier beschriebenen AusfOhrungsbeiäpicl der Kolben eines Zylinders ist der in ein zweites Bauelement nämlich in diesel Zylinder, eingesetzt werden solL Frei über der Trägerplatte 305 und dieser gegenüberliegend ist im Gehäuse 300 ein Detektor 307 angebracht der Verschiebungen und Verkantungen der Trägerplatte 305 relativ zur Antriebsstange 303 aufnehmen, registrieren und umsetzen kann. Die Trägerplatte 305 ist radial beweglich über Federn 309 und 310 zwischen den Seitenwänden 308 des Gehäuses 300 gehaltert Sie ist gleichzeitig über Kugellager 313 und 314 auf Gleitstücken 311 und 312 axial gelagert Die Trägerplatte 305 ist durch diese Lagerung senkrecht zur Achse der Antriebsstange 303 beweglich. Die Kraft der Federn 309 und 310 ist so bemessen, daß die Trägerplatte 305 gegen die Reibungskraft der Kugellager 313 und 314 zentriert werden kann, sobald ein Arbeitstakt des Einsetzens eines Kolbens in einen Zylinder abgeschlossen ist

Zusätzlich sind die Gleitstücke 311 und 312 auf der unteren Genäusewand 315 über Druckfedern 318 und 319, die in Stützzylindern 316 und 317 angeordnet sind, gelagert. Dadurch ist die Trägerplatte 305 auch in axialer Richtung, bezogen auf die Antriebsstange 303, beweglich.

Die in dem in F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel in X- bzw. Z-Richtung liegenden Federpaare 309,310 bzw. 318, 319 können selbstverständlich auch in der y-Z-Ebene oder zusätzlich in dieser angeordnet sein. Ihre Darstellung in der F i g. 2 unterbleibt aus Gründen der besseren Darstellung.

In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der eine Satz von vier Federn rechtwinklig zur Achse der Antriebsstange 303 angeordnet, während der andere Satz der vier Federn parallel zur Achse der Antriebsstange 303 ausgerichtet ist Es können aber beispielswei- se auch drei Federn zur Stützung der Trägerplatte 305 in radialer Richtung verwendet werden, wobei diese drei Federn jeweils einen Winkel von 120° gegeneinander einschließen. Auch zur Lagerung der Trägerscheibe 305 in axialer Richtung können statt der beschriebenen vier nur drei Federn, die ebenfalls im gleichen Winkelabstand voneinander angeordnet sind, verwendet werden.

In den Fig.3, 4 und 5 ist die Ausbildung des Ausführungsbeispiels der Erfindung näher dargestellt. Dabei ist die F i #. 3 ein Schnitt nach III-III in den F i g. 4 *>5 und 5.

Das Gehäuse 400 besveht aus einer oberen Wane; 401, einer unteren Wand 402 mit einer öffnung 405 und Seitenwänden 403. Eine Antriebsstange 404 ist fest mit der oberen Wand 401 des Gehäuses 400 verbunden, Bin als Trägerplatte ausgebildetes Trägerelement 406 ist fest mit einem Träger 407 verbunden, an dem ein Haltemechanismus, der in den Figuren nicht gezeigt ist angelenkt ist Der Träger 407 greift durch die öffnung

405 hindurch und ragt aus dem Gehäuse heraus.

Die Trägerplatte 406 (Fig,4) weist vier Ausschnitte 408 auf, die je eine Zugfeder 409 aufnehmen. Jede der vier Zugfedern 409 ist mit einem Ende an der Stirnseite der Ausnehmung 408 mit der Trägerplatte 406 verbunden. Das gegenüberliegende Ende jeder der Zugfedern 409 ist an Widerlagern 410 befestigt die in der Seitenwand 403 des Gehäuses verankert sind. Die Widerlager 410 sind in die Seitenwand 403 eingeschraubt und ermöglichen eine Justierung der wirksamen Federkraft der Federn 409, so daß die Trägerscheibe 406 radial zur Antriebsstange 404 verschiebbar und so justierbar ist daß der Mittelpunkt der Trägerplatte auf die Zentralachse der Antrieb?.j.ange 404 fällt Die Trägerplatte 406 weist weiterhin mc':t durchgehende Bohrungen 411 und Positionsindikatoren 412, in einem magnetischen Positionsprüfsystem aus Eisen, auf.

In der oberen Wand 401 des Gehäuses 400 sind Detektoren 414 zur Aufnahme, Registrierung und Umsetzung von Verschiebungen und Verkantungen der Trägerplatte 406 gegen die Antriebsstange 404 angebracht Gegenüber jedem dieser Detektoren ist jeweils einer der Positionsgeber 412 angeordnet In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Positionsgeber 412 ein Eisenstück, während jeder Detektor 414 aus einem Dauermagneten 415 und einem Hall-Element 416 besteht, also ein an sich bekannter und gebräuchlicher Hall-Detektor ist Eine Verkantung der Trägerplatte

406 wird dabei als Änderung des magnetischen Flusses durch das Hall-Element 416 aufgenommen, wenn der Abstand zwischen der Trägerplatte 406 und dem Hall-Element 416 verändert wird.

An der innenliegenden Unterseite der oberen Wand 401 des Gehäuses 400 sind Zapfen 413 befestigt oder angeformt, die in die Bohrungen 411 der Trägerplatte 406 eingreifen. Dadurch werden eine Verschiebung und eine Verkantung der Trägerplatte 406 über eine vorgegebene Grenze hinaus verhindert. Die Wahl dieser Grenze bestimmt sich nach der Empfindlichkeit des Detektors 414. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt das Spiel zwischen der Innenwand der Bohrung 411 und der Außenwand des Zapfens 413 größenordnungsmäßig etwa 1,0 bis 1,5 mm.

Die Trägerplatte 406 ist über Kugeln 418 axial auf Gleitstücken 417 gehaltert. Die Gleistücke 417 sind in Zylindern 419 geführt, die auf der inneren Oberseite der tinte; (Mi Gehäusewand 402 befestigt sind. Die Gleitstükke 417 sind von Druckfedern 420 getragen, die auf Spannschrauben 421 aufliegen. Dadurch ist die Trägerplatte 406 auch in axialer Richtung der Antriebsstange 404 verstellbar. Die Schrauben 421 sind in eine Gewindebohrung in der unteren Gehäusewand 402 eingeschraubt und erlauben eine Justierung der Kraft jeder der Federn 420.

Schließlich weist die Haltevorrichtung noch eine Arretierung auf, die aus Spannblechen 422 und 423 besteht, die über einen Achszapfen 424, unter Bildung eines Scharniers, ap der Etodenfläche 402 des Gehäuses angelenkt sind. Die beiden Spannbleche werden durch eine oder mehrere Federn 425 den Träger 407 umgreifend aufeinandergezogen. Die beiden Spannbleche 422 und 423 können durch einen Zaofen 426

entgegen der Federbeaufschlagung auseinandergezwungen werden. In Verbindung mit dieser Arretierung weist der Träger 407 eine Bohrung 427 für jede der Federn 425 auf. Die Federn 425 greifen radial durch den Träger 407 hindurch und ziehen so die beiden Spannbleche 422 und 423 mit ihren Innenseiten gegen die Außenseiten des Triigers. Der Zapfen 426 ist mit einer Stange 429 über ein Verbindungselement 428 verbunden. Die Stellstange 429 ist die Kolbenstange eines druckmittelbeaufschlagten Arbeitszylinders 430. Die Kolbenstange oder Steuerstange 429 ist in der in Fig. 5 durch den Pfeil 431 angedeuteten Weise verschiebbar. Wenn der Zapfen 426 in der in Fig. 5 gezeigten Weise nach links verschoben ist, ist der Träger 407 durch die Spannbleche 422 und 423 arretiert. Wenn der Zapfen 426 in der in F i g. 5 gezeigten Weise nach rechts gezogen ist. sind die beiden Spannbleche 422 und 423 auseinandergezwungen, so daß der Träger 407 freigegeben ist. Ein solcher Arretierungsmechanismus ist dann vorgesehen, wenn die Haltevorrichtung ein erstes Bauelement, in dem hier gewählten Beispiel also ) den Kolben, geraume Zeil in einer vorgegebenen Position halten muß, ohne daß bereits die Einsetzphase oder die Phase des anderweitigen Zusammenbaus eingeleitet ist.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die

in Zylinder 49 der Gleitstücke 417 auf der Bodenplatte 402 des Gehäuses 400 befestigt. Alternativ können diese Zylinder 419 jedoch auch an der Unterseite der Trägerplatte 406 befestigt sein und diese über ein Kugellager 418 und ein Gleitstück 417 abstützen, die mit

ii der Bodenfläche und relativ beweglich gegen diese zusammenwirken können.

Hierzu 4 Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentansprüche;

1. Werkstflck-Haltevorrichtung mit einem Gehäuse, das starr an einer die Vorrichtimg führenden Antriebsstange befestigt ist und an dem ober eine Axial- und Radialkräfte aufnehmende Federanordnung ein mit dem eigentlichen Haltemechanismus versehenes Trägerelement auslenkbar gelagert ist, sowie mit einer Detektoranordnung zur Ermittlung der beim Betrieb auftretenden Relativbewegungen zwischen der Antriebsstange und dem Trägerelement, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung zwischen dem Trägerelement (305, 406) und dem Gehäuse (300,400) in Radialrichtung eingespannte Zug- oder Druckfedern (309,310,409) sowie zwischen dem Trägerelement (305, 406) und dem Gehäuse (300, 400) unter Zwischenschaltung einer Verschiebelageranordnung (311 ... 314) in Axialrichtung eingespannte Druckfedern (318, 319, 420) umfaSi.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung mindestens drei radiale und drei axiale, jeweils gleichwinklig verteilte Federn (309,310,318,319,409,420) umfaßt

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft jeder Feder (409,420) durch ein verstellbares Widerlager (410, 421) justierbar ist

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Anschlagsystem (411,413) zur Begrenzung der Relativbewegung zwischen dem Trägerelement (406) und dem Gehäuse (400).

5. Vorrichtung nacYi einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine steuerbare Einrichtung (422 ... 430) zur vorübergeher,Jen Arretierung des Trägerelements (406) relativ zum Gehäuse (400).