DE2648658A1 - Handhabungseinrichtung fuer lineare und rotierende bewegungsablaeufe - Google Patents

Handhabungseinrichtung fuer lineare und rotierende bewegungsablaeufe

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DE2648658A1
DE2648658A1 DE19762648658 DE2648658A DE2648658A1 DE 2648658 A1 DE2648658 A1 DE 2648658A1 DE 19762648658 DE19762648658 DE 19762648658 DE 2648658 A DE2648658 A DE 2648658A DE 2648658 A1 DE2648658 A1 DE 2648658A1
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    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/08Programme-controlled manipulators characterised by modular constructions

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

  • HANDHABUNGSEINRICHTUNG FÜR LINEARE
  • UND ROTIERENDE BEWEGUNGSABLÄUFE Die Erfindung betrifft eine Handhabungseinrichtung zur selbsttätigen Durchführung von linearen und/oder rotierenden Bewegungsabläufen mit Anpassungsfähigkeit an unterschiedlichen Kraft-, Geschwindigkeits- und/oder Genauigkeitsbedarf und mit pneumatischem Antrieb, wobei Einbewegungseinheiten mit zueinander unterschiedlichen Freiheitsgraden als Bausteine eines Baukastensystems und variabel zusammensetzbar eingerichtet sind.
  • Es sind die verschiedensten mechanischen Handhabungssysteme und Industrieroboter bekannt, die sowohl pneumatisch, z.B. mit Druckluft, oder hydraulisch angetriAben werden. Bei der überwiegenden Anzahl von / Konstruktionen werden die Bewegungen in den verschiedenen Ebenen durch Zylinder erzeugt, welche den in Geradführungen oder in Hebelgelenken gelagerten Greifarm betätigen. Die bekannten Handhabungseinrichtungen ermöglichen zwar hohe Arbeitsgeschwindigkeiten, haben jedoch insofern erhebliche Nachteile, als es nicht möglich ist, allen Ansprüchen auf eine präzise Positionierung zu entsprechen. Vielmehr liegt bei den bekannten Einrichtungen die übliche Genauigkeit bei + 2 mm.
  • Die bekannten Einrichtungen sind in weiterer nachteiliger Weise nur sehr begrenzt einsatzfähig, da es sich um kompliziert aufgebaute, komplexe Konstruktionen handelt, die nur für ganz bestimmte Bewegungsabläufe und Weglängen vorgesehen sind.
  • Außerdem können meist nur relativ geringe Massen mit diesen Einrichtungen bewegt werden. Im allgemeinen ist man von der Konzeption ausgegangen, die Handhabungseinrichtungen möglichst vielen unterschiedlichen Einsatzfällen zugänglich zu machen, wodurch sich im wesentlichen die Komplexität der bekannten Systeme ergibt.
  • Aus der deutsehen Offenlegungsschrift 2 301 423 ist bereits ein Handhabungsgerät ähnlich der eingangs genannten Art bekann, bei welchem nach dem Baukastenprinzip zusammensetzbare Einheiten in variabel kombinierbaren Stellungen zueinander zu Aggregaten mit verschiedenen Freiheitsgraden variabel zusammensetzbar eingerichtet sind. Bs handelt sich hierbei um mindestens eine lineare Einbewegungseinheit und mindestens eine Rotations Elnbewegungselnhait, die so miteinander kombiniert verwendet werden, daß man Flächen oder Räume durchfahren kann.
  • Als Antriebselemente werden sowohl zum Drehen als auch für die linearen Bewegungen Kolben-Zylinder-Elemente eingesetzt, insbesondere wird kein Rotationsantriebselement verwendet. Das bekannte Gerät läßt sich nicht um 3600 drehen, weil nur eine endliche Drehbewegung vorgesehen ist. Außerdem ist keine Selbsthemmung vorgesehen, d.h. bei Energieausfall ist keine kontrollierte Lage gewährleistet. Ferner läßt die Genauigkeit der Positionierung zu wünschen übrig, weil der Antrieb über Seilzug erfolgt, wodurch insbesondere bei hohen Fahrgeschwindigkeiten infolge der Elastizität des Systems stets eine Veränderung der Endlage erfolgt.
  • Im Gegensatz zu dem Handhabungsgerät, mit welchem in der Regel stets dieselben Bewegungen nach einem nicht variablen Programmablauf durchgeführt werden, ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 352 945 ein Manipulator für Gußstücke bekannt, der einen zusammengesetzten Auslegerarm umfaßt, an dessen Ende ein schwenk- und drehbarer Greifer mit eigenen elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Antrieben angebracht ist. Zur Steuerung des bekannten Manipulators ist ein von Hand führbares Modell des Manipulatorarmes mit Meßwertgeber vorgesehene Dieses stets manuell gesteuerte Gerät dient in der Regel dazu, nur einen Bewegungsablauf mit Servounterstützung zu steuerns Ein automatischer Ablauf ist hingegen weder numerisch noch mit einer Folgesteuerung durchführbar. in weitere-nachteiliger Weise könne auch die erfindungsgemäß vorgesehenen Positionsgenauigkeiten keineswegs erreicht werden, weil die Rotationsmeßgeber nur linear den tatsächlirhßn Bewegungen folgen.
  • Der durchschrittene Weg ist daher mit einem schlechten Auflösungsvermögen versehen, was man aber in Kauf nehmen kann, weil jede Endlage ohnehin manuell korrigiert wird. Der bekannte Manipulator ist auch nicht mit einer Selbsthemmung ausgerüstet, und selbst bei der Verwendung von Hydraulikzylindern kann die angefahrene Endposition nicht eingehalten werden, weil im Laufe des Betriebes unvermeidbar Undichtigkeiten auftreten, welche ein Nachlaufen des Hydraulikzylinders zulassen.
  • Bei Verwendung von Rotationsantrieben werden heute üblicherweise Handhabungseinrichtungen mit Elektromotoren bestückt, so daß das Antriebs- und Bewegungssystem eine nicht unerhebliche Masse hat und in der Regel mit größeren Auslegern und Hebelarmen arbeitet, so daß auch hierdurch eine sehr plötzliche Abbremsung und genaue Positionierung nidit möglich ist.
  • Meist steht man vor dem Problem konträr entgegengesetzter Forderungen, daß nämlich schwere Gegenstände nur mit geringen Geschwindigkeiten gefahren und gehandhabt werden können, wohingegen leichte Gegenstände das Arbeiten auch mit hoher Geschwindigkeiten zulassen.
  • Vor dem Hintergrund dieser Schwierigkeiten ist es - ausgehend von der eingangs bezeichneten Handhabungseinrichtung - Aufgabe Genauigkeit der Erfindung, die Positionierge-/unabhängig von den Übertragungseinheiten zwischen Antrieb und Greifhand sowohl bei der Handhabung schwerer als auch leichterer Gegenstände, d.h. die Eins tellgenauigkeitl zu vergrößern, und Sorge dafür zu treffen, daß beim Energieausfall oder bei der Notabschaltung unter Vermeidung einer Unfallgefahr die Greifhand in der zuletzt angefahrenen kontrollierten Lage verbleibt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sowohl für die Erzeugung der linearen als auch der rotierenden Bewegung in den Einbewegungseinheiten umsteuerbare Rotations-Druckluftmotoren vorgesehen sind, die mit Gewindespindel und Gewindebüchse und/oder Schneckenwelle und Schneckenrad gekuppelt sind, und daß die Einbewegungseinheit auch teilweise austauschbar ist. In vorteilhafter Weise wtd erfindungsgemäß erstmals vorgeschlagen, einen oder mehrere Rotations-Druckluftmotoren vorzusehen, deren Einsatz bislang nichtiibersehbare Vorteile bringt. Sowohl der linearen als auch der Drehbewegung sind nämlich durch notwendige, zwischengeschaltete Kupplungseinheiten Übersetzungen gegeben, welche für den durchfahrenen Weg ein hohes Auflösungsvermögen ermöglichen. Hierdurch läßt sich die Positioniergenauigkeit erheblich verbessern. Damit kann man auch eine variable, über eine Numerik einstellbare, präzise Positionierung vornehmen. Durch die Verwendung des Rotationsdruckluftmotors als Antrieb sowohl für die lineare als auch für die rotierende Bewegung erhält man bei einer speziellen Ausführungsform, die weiter unten noch beschrieben wird und mit wirtschaftlich ohne weiteres vertretbarem Aufwand hergestellt wird, eine Genauigkeitsverbesserung von 1: 5 bis etwa/1 : 10 gegenüber herkömmlichen Handhabungsgeräten.
  • Der Rotationsdruckluftmotor ist auch dem Hydraulikmotor iner mit erheblich höheren Drehzahlen arbeitet sofern überlegen, als/man nicht ein Hydraulikaggregat mk und entsprechend geeigneten Anschlüssen und starren Schläuchen vorsehen muß, die infolge des rauhen Betriebes bei Beschädigung auslaufende Öllachen ergäben. Außerdem ergibt der Druckluftmotor im Vergleich zum Hydraulikmotor und auch zum Elektromotor eine geringere bewegte Masse. Ferner kann man den Druckluftmetor erheblich schneller zum Stillstand bringen, ohne extra Bremsaggregate vorzusehen.
  • Durch die Verwendung von umsteuerbaren Druckluftmotoren als Antrieb ist es ferner möglich, sehr schnelle Bewegungen durch zuführen und infolge der mit Druckluftmotoren erreichbaren hohen Drehzahlen kurze Taktzeiten des Gesamtsystems zu erreichen. Es können auch große Stellkräfte eingerichtet werden, um große Massen bwegen zu können, ohne daß die genaue Positionierung hierunter leidet. In vorteilhafter Weise verwendet man Rotationsdruckluftmotoren mit guter Drehzahlregelbarkeit und hohem Startmoment. Wenn letzteres gleich oder fast gleich dem Kipp- bzw. Abwürgmoment des Motors ist, ergibt sich damit auch die gute Drehzahlregelbarkeit. Daraus resultiert ferner eine gute Verzögerungseigenschaft des Motors, d.h. er kann schnell aus hohen Geschwindigkeiten auf extrem niedrige Schleichganggeschwindigkeiten in kürzester Zeit umgesteuert werden. Für besondere Einsatzfälle, namentlich für extrem hohe Stellkräfte, kann es unter Umständen auch sinnvoll sein, anstelle des Druckluftmotors einen Hydraulikmotor zu verwenden. Dies stellt jedoch eine Ausnahme dar.
  • Durch die weitere Maßnahme der Verwendung der Gewinde spindel und Gewindebüchse und/oder Schneckenwelle und Schneckenrad erreicht man eine Selbsthemmung, welche selbst bei Energieausfall oder bei Notabschaltung die Beibehaltung der angefahrenen kontrollierten Position gestattet. Man braucht dann bei Wiederaufnahme des Betriebes nicht erst manuell die IIandhabungseinrichtung erst wieder auf 0 zu stellen, sondern kim direkt weiterfahren. Unkontrollierbares Spiel ist hierdurch weitgehend ausgeschaltet. Die Gesamtmasse ist bei der erfindungsgemäßen Handhabungseinrichtung im wesentlichen im Zentrum gehalten, wodurch sich geringe Massenträgheitsmomente ergebei hohen Stellgeschwindigkeien ben, die wiederum der verbesserten Positioniergenauigkeit/zugute kommen. Das erfindungsgemäße System ist klein und kompakt aufgebaut, und die Position kann wesentlich genauer angedadurch fahren werden, weil der Antrieb/näher an der jeweiligen Position des Werkstückes liegt.
  • Durch die Selbsthemmung entweder des Schneckengetriebes oder des Gewindespindelvorschubes werden die bewegten Massen selbsttätig ohne Rückstellkräfte auf den Motor beim Abbremsen zum Stillstand gebracht.
  • Die Positioniergenauigkeit ist deshalb erfindungsgemäß erheblich besser als bei den bekannten Ilandhabungsgeräteri, weil das Auflösungsvermögen zwischen der Bewegurgder Greifhand und der Steuerung groß ist. Damit kann man die Position der Greifhand exakt steuern. Aus der Selbsthemmung ergeben sich nämlich Übersetzungsverhältnisse, die nicht wie bei den bekannten linearen Zylinderantrieben durch die direkte Bewegungsübertraguzgentfallen; erfindungsgemäß hingegen wird sich in der Regel ein Übersetzungsverhältnis von 1 s 50 ergeben. Bei einem Weiterlaufen des Rotationsdruckluftmotors nach dem Abschalten von z.B. 1 mm längs des Umfanges des Motorgehäuses überträgt sich dieser Fehler nur mit 1/50 auf die Position des Übertragungselementes, d.h. der Pinole oder des Supportes.
  • Durch das vorgesehene Baukastensystem und die sogar teilweise Austauschbarkeit einer Einbewegungsinheit durch die andere, d.h. Anflanschen der Motore oder Ersetzen der Übersetzungselemente , d.h. durch Auswechseln nur weniger Elemente, kann die Handhabungseinrichtung gemäß der Erfindung sehr variabel und jedem Bedarfsfall anpaßbar sein. Dadurch ergibt sich eine breite Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Einditung, wie sie bei der Industrie bislang unbekannt war. So ist es z.B. möglich, die einzelnen Komponenten als Antriebsaggregate für die verschiedensten Aufgaben einzusetzen, bei denen Dreh-oder Linearbewegungen mit größeren Sellkräften erforderlich sind, z.B. bei Preßvorgängen, als Bohrspindelvorschub, Maschinentischvorschub usw.
  • Vorteilhaft ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn nur eine Einbewegungseinheit vorgesehen ist. Man kann die Handhabungseinrichtung dann für sehr einfache Bewegungsabläufe einsetzen, z.B. nur für die Einbewegungseinheit für Rotation bzw. je nachdem, welche Aufgabe ansteht.
  • Zweckmäßig ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn an der Gewindebüchse der linearen Einbewegungseinhit ein verdrehsicher geführtes Übertragungsteil entweder als eine koaxial gelagerte Vorschubhülse oder als ein mittels Bronze- oder Kugelführungsbüchse auf zwei Rund führungen verschieblich gelagerter Support befestigt ist. Wenn man erfindungsgemäß zudem eine Kugelumlauf-Gewindebüchse mit dazu passender Gewindespindel vorsieht, kann man auch auf einen schnellen Bewegungsablauf mit geringer Belastung umrüsten, insbesondere, wenn leichtere Massen bewegt werden müssen. Dann spielt die Selbsthemmung auch nicht die Rolle wie bei der Handhabung großer Massen, die im Betrieb häufig eine Unfallgefahr darstellen können.
  • In vorteilhafter Weise ist die Erfindung ferner dadrch gekennzeichnet, daß an dem Übertragungsteil eine Spieleinstell-Gewindebüchse befestigt ist, die in Verbindung mit der Gewindebüchse axial spielfrei mit der Gewindespindel in Eingriff steht.
  • Hier ergeben sich Einsatzmb-glichkeiten, bei denen keinerlei Axialspiel des Supportes zulässig ist, Beim Kraftrichtungswechsel in der Gewindespindel kann sich dann das jeweilige Übertragungsteil axial nicht mehr verändern, sondern es folgt vielmehr durch die beiderseitige Anlage der Gewindeflanken genau dem Kraftrichtungswec'-l-sel der Gewindespindel.
  • Bei einer weiteren anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Sicherungsgewindering belastungsfrei mit der Gewindespindel und über einen Vorsprung im Bereich einer im Übertragungsteil angeordneten Tasche mit diesem verdrehsicher und axial verschieblich in Verbindung steht. Zum Beispiel kann das als Support ausgebildete Übertragungsteil hier ungefährlich auch in vertikaler Arbeitsweise verwendet werden. Wenn z.B. die dem Abrieb unterlegene Gewindebüchse verschlissen ist, kann der Support durch den Sicherungsgewindering nicht mehr herunterfallen, selbst dann nicht, wenn ein größeres Gewicht an ihm befestigt ist, weil der Support im Unfallmoment von dem Sicherungsring gehalten wird. Im Normalfall hingegen ist der Sicherungsgewindering, ohne irgendwelchen AxialbelasturWn ausgesetzt zu sein, durch den Vorsprung gegen Verdrehung gesichert und kann bei Drehbewegungen dei' Gewindespindel die Axialbewegung des Supportes mitmachell. Der Sicherungsring unterliegt also keinem Verschweiß. Ein gewisses Spiel ist zwischen dem Vorsprung und der in dem Support angeordneten Tasche vorgesehen, so daß der Sicherungsring relativ zum Support einen geringen Axialweg durchlaufen kann, d.h. er kann der aus den Verschleiß der Gewindebüchse resultierenden Verstellung des Supportes zur GewindespindeJ. ohne Belastung folgen. Da im Normalfall zwischen der Stirnseite des Sicherungsriges und dem Befestigungsansatz am Support ein Spiel vorgesehen ist, kann ein an dem Befestigungsansatz am Support angebrachter Kontrollendschalter als Prüfstein dafür verwendet werden, ob die Gewindebüchse einen unzulässigen Verschleiß erlitten hat.
  • Vorteilhaft ist es erfindungsgemäß ferner, wenn die Schneckenwelle in Lagerbüchsen aufgenommen ist, die als Exzenterbüchsen ausgebildet sind. Hierdurch kann man ebenfalls Spiel zwischen der Schneckenwelle und dem Schneckenrad einstellbar vermeiden.
  • Günstig ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn die lineare Einbewegungseinheit an einem Flanschgehäuse befestigt ist, wel-oder Wälzlager ches mittels Bunddüchsen/im Gehäuse über einen Zwischenring mittels Kontermuttern axial spielfrei eingestellt ist. Auch diese Maßnahme richtet sich auf die Einstellung eines möglichst geringen Axialspieles und damit der Verbesserung der Positionierfähigkeit.
  • Bei weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weisen die Gehäuse Befestigungseinrichtungen (Flanschgehäuse bzw.
  • Schlitz) für die Bewegung begrenzende Endschalter auf. Insbeandere für einfache Arbeitsabläufe, die nur selten gemindert werden müsssen, sind einfache Steuerungen über die Endschalter und oinstellbaren Endanschläge für alle Bausteine vorges ehen.
  • VorteiLhaft iht es gemäß der Erfindung ferner, wenn am rückwärtigen Wellendende des Antriebsmotors oder an einem Wellenzapfeii am gegenüberliegenden Encie der Sclmeckellwelle bzw. an der Gewindespindel ein Drehimpulsgeber angekuppelt ist. Dieser dient der genauen numerischen Positionierung und der Erhöhung des Auflösungsvermögens des von den bewegten Massen durchlaufenen Weges.
  • Anstelle der Endschalter kann man auch miteinander kombinierte Rotations- und Linearbewegungsbausteine entsprechend dem Anwendungsfall sowohl mit EinzeSsteuerbausteinen als auch mit kombinierten numerischen Steuerungen und Programmsteuerungen ausrüsten. Die Bausteine zur Erzeugung der linearen oder rotierenden Bewegung können in Kombination und auch einzeln eingesetzt werden. hierdurch ist es möglich, komplizierte Bewegungsabläufe oder häufig erforderliche Veränderun des Arbeitsablaufes vorzusehen, wobei für numerische Steuerungen ggf. Loch-oder Magnetbandprogrammsteuerungen eingesetzt werden können.
  • Bei allen Steuerungsbausteinen, sowohl für Dreh- als auch Linearbewegungen, sind deshalb in vorteilhtter Weise die oben erwähnten direkten Kopplungen mit der Gewindespindel, der Schneckenwelle oder dem rückwärtigen Wellenende des jeweiligen Antriebsmotors über Drehimpulsgeber vorgesehen. Hiermit ist eine so hohe Auflösung der Wege in Impulse pro spezifischem Stellweg möglich, daß es lediglich von der Ausführung und damit den Kosten der numerischen Steuerung abhängt, jeder Genauigkeitsanforderung der Positionierung zu entsprechen.
  • Man erkennt, daß die Handhabungseinrichtung gemäß der Erfindung einen sehr breiten Anwendungsbereich bietet und durch das Baukastensystem Aufgaben erfüllt werden, für die man bislag keine wirtschaftlich vertretbaren Geräte hatte.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Ainwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen: Fig. 1 eine Querschnittsansicht durch eine spezielle Ausführungsform einer Antriebseinheit einer Handhabungseinrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Rotationsantriebseinheit, Fig. 2A eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 2, Fig. 3 eine Schnittansicht der Linearantriebseinheit, Fig. 4 eine Ansicht von oben auf eine weitere andere Ausführungsform einer Linearantriebseinrichtung für hohe Belastungen, Fig. 4B eine Teilschnittansicht durch die Längsachse der in Fig. 4 gezeigten Einheit entlang der Linie B-B der Fig. 4, Fig. 4C eine Seitenansicht entlang der Linie 0-0 in Fig. 4, Fig. 4D eine Teilschnittansicht entlang der Linie D-D in Fig. 4C, Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Handhabungseinrichtung für eine vertikale Linearbewegung und eine Rotationsbewegung in horizontaler Ebene in schematischer Darstellung und Fig. 6 eine zweite AusfUhrunK form einer Handhabungseinrichtung gemäß der Erfindung für eine horizontale Linearbewegung und eine Rotationsbewegung in vertikaler Ebene, ebenfalls in schematischer perspektivischer Darstellung.
  • Für die Drehbewegungseinheit ist ein Rotationsdruckluftmotor 5 und für die lineare Bewegungsantriebseinheit ein Rotationsdruckluftmotor 18 vorgesehen. Die Druckluftmotoren haben Luftanschlüsse 1, 2 bzw. 3 und ls für Rechts- bzw. Linkslauf.
  • An einem Maschinengrundgestell 27 ist ein Gehäuse 12 für die Rotationsantriebseinheit 62 befestigt. Der Druckluftmotor 5 treibt über eine Schnecke 23 das Schneckenrad 13 zur Erzeugung einer Drehbewegung an. Eine Flanschhülse 21 ist über eine Paßfeder 19 formschlüssig mit dem Schneckenrad 13 verbunden und oder Wälzlagern in den Bundbuchsen 11 und im Gehäuse 12eingestellt Mittels Kontermuttern 8, 9 wird über die Zwischenhülse 78 die Flanschhülse 21 axial spielfrei eingestellt. Die Flanschhülse 21 hat in der Darstellung der Fig. 1 unten eine Schulter, gegen welche das Schneckenrad 13 über Mutter 10 und eine Zwischenhülse axial festgespannt wird.
  • Für einfache, nichivariable Bewegungsabläufe sind am Flanschgehäuse 7 nicht dargestellte einstellbare Anschläge mit Endschaltern zur Begrenzung der Drehbewegung in beiden Richtungen vorgesehen. Das Gehäuse 7 ist strichpunktiert gezeigt, weil es je nach dem Anwendungsfall notwendig ist oder auch weggelassen werden kann. Es dient z.B. als Schutz gegen in die Spannmuttern und Hülsen eindringenden Schmutz oder Staub, der im rauhen Betrieb häufig die Gefahr einer mechanischen Beschädigung bildet. Dieser Schutz kann bei einigen Ausführungsformen auch durch einen Faltenbalg ersetzt sein. Wenn jedoch das Aufschlagen von harten Gegenständen zu befürchten ist, also die Gefahr gegen eine mechanische Beschädigung ausgeschaltet werden soll, wird das Flanschgehäuse 7 in der in strichpunktierten Linien in Fig. 1 gezeigten Weise aufgesetzt. An ihm befinden sich dann Endanschläge, Endanschlagventile oder auch -schalter, um die Bewegungsgrenzen vorzusehen. In dem mit einem Schlitz 29 versehenem Gehäuse 25 ist drehbar die Gewinde spindel 15 angeordnet und mittels einer Kupplung 17 am Rotations-Druckluftmotor 18 angeflanscht. Zwischen der Gewirdespindel 15 und der Vorschubhülse oder Pinole 32 ist an letzterer eine Flanschmutter, Kugelumlaufbüchse oder Gewindebüchse 16 angebracht. An ihrem oberen freien Ende befindet sich das Befestigungsgewinde 6 für den in den Fig. 5 und 6 dargestellten Greifarm.
  • Bei der Drehbewegung der Gewindespindel 15 wandert die Gewindebüchse 16 mit der Pinole 32 längs einer Nut, über eine Paßfeder an der Flanschhülse 25 gemäß Fig. 1 nach oben bzw. unten. Damit sind lineare Bewegungen über den Motor 18 und Drehbewegungen über den Motor 5 möglich.
  • In Fig. 2 ist die Einbewegungseinheit für den Drehantrieb separat dargestellt. Auch hier erkennt man wieder die Flanschhülse 21 mit ihrer Längsnut 20, welche über die Paßfeder 19 das Schneckenrad 13 im Gehäuse 12 hält.
  • Die-Schnittansicht entlang der Linie A-A durch die Darstelin Fig.
  • lung/2 ist in Fig. 2A gezeigt, aus welcher auch die Lage der Schnecke 23 in den Lagerbüchsen 24, 26 und ihr Kämmeingriff mit dem Schneckenrad 13 ersichtlich sind.
  • In Fig. 3 ist die Einbewegungseinheit für die lineare Bewegung separat dargestellt. Der Antriebsmotor 18 ist wieder über die Kupplung 17 mit der Gewinde spindel 15 verbunden, welche bei Drehung über die Gewindebüchse 16 die Pinole 32 nach oben bzw. unten bewegt. Hier ist die Flanschhülse durch ein Lagergehäuse 76 ersetzt. Dieses ist zum Zwecke der universellen Verwendung der Linearvorschubeinheit bei dieser alternativen Ausführungsform mit einem über Rippen am Lagergehäuse 76 befestigten Fußflansch 77 zur Befestigung an der Befestigungsfläche 30 ausgeführt, die z.B. ein Ständer sein kann. Ein weiterer, unten in der Darstellung der Fig. 3 gezeigter Flansch am Lagergehäuse 76 sorgt für die Befestigung an einer Fläche 35, z.B. einem Maschinenständer oder einem Support, wie er in Fig. 4 mit 47 bezeichnet ist.
  • In den Fig. 4 bis 4 D ist eine andere Ausführungsform zur Handhabung sehr schwerer Werkstücke für große Stellkräfte gezeigt. Die hier gezeigte Vorschubeinheit setzt sich aus den Rundführungen 40, 43 mit darauf alternativ in Bronzebüchsen 41 oder Kugelführungsbüchsen gelagertem Support 47 zusammen.
  • Der Antrieb dieser Linearvorschubeinheit erfolgt über den RotaUons-Druckluftmotor 18 und die Spindel 15 über die Gewindebüchse 16 (Fig. 1in), wodurch der Support 47 vor- und zurückbewegbar ist.
  • In Fig. IlC gezeigte Befestigungsansätze 34 lagern die Gewindespindel 15 und die Rundführungen 40 und 43, deren Halterung in Fig. 4D über die Bronzebüchsen 41 erfolgt.
  • Für Einsatzfälle, bei denen keinerlei Axialspiel des Supportes 47 zulässig ist, kann dieses Spiel durch entsprechende Einstellung einer Gewindebüchse 49 über Schrauben 50 erfolgen, dc ebenfalls in einen Befestigungsansatz 34 hineinragt und im Inneren die Gewindespindel 15 aufnimmt. Wenn nämlich die Kraft auf die außen mit Gewinde versehene Spindel 16 ständig in axialer Richtung wechselt, d.h. bei ständiger Hin- und Herbewegung, ergibt sich automatisch in der Gewindebüchse 16, deren mutternseitiges Innengewinde zum Außengewinde der Spindel 16 sowohl axial als auch radial Luft hat, eine Positionsverschiebung zwischen dem Support 47 und der Gewindespindel 16.
  • Über die Schraube 50, welche durch die Gewindebüchse 49 und durch den Support 47 hindurchgeht bzw. in letzteren eingeschraubt ist, kann die Gewindebüchse 49 in genaue Einstell-Lage zum Support 47 gebracht werden. Dann kommen nämlich die radialen Anlageflächen des Innengewindes der Gewindebüchse 49 an den gegenüberliegenden Flanken der Gewindegänge der Gewindespindel 15 gegendber-der Gewindebüchse 16 zur Anlage. Hierdurch kann der Support 47 seine axiale Richtung beim Kraftwechsel in der Gewindespindel 15 nicht mehr verändern. Er folgt vielmehr durch die beiderseitige Anlage der Gewindeflanken genau dem Kraftrichtungswechsel der Gewindespindel 15.
  • Bei vertikaler Arbeitsweise hat man sich die Einheit gemäß Fig. 4 B z.B. so angebracht vorzustellen, daß der Druckluftmotor 18 oben angeordnet ist und die Gewindespindel 15 von diesem nach unten ragt. Bei dieser vertikalen Arbeitsweise und bei hohen Belastungen, wenn z.B. schwere Massen am Support 47 befestigt sind, wird ein Sicherungsgewindering 48 mit einem Vorsprung 53 eingesetzt, welcher in eine Tasche 52 auf der Unterseite des Supports hineinragt. Wenn z.B. die Gewindebüchse 16, welche als alleiniges Element den ganzen Support 47 mit seinem Gewicht haltert, verschlissen ist, kann dieser nunmehr nicht herunterfallen, weil dieses durch den Sicherungsgewindering 48 verhindert wird. Geht man von dem Normalfall aus, bei welchem die Gewindebüchse 49 nicht vorgesehen ist, so hängt der Support lediglich an der Gewindebüchse 16.
  • Durch den in die Tasche 52 hineinragenden Zapfen 53 wird der Sicherungsgewindering 48 gegen Verdrehen gesichert und kann bei Drehbewegungen der Gewindespindel 15 die Axialbewegung des Supportes 47 mitmachen, ohne jedoch dabei irgendwelchen Axialbelastupn ausgesetzt zu sein. Dadurch tritt an diesem Sicherungsgewindering 48 keinerlei Verschleiß auf. Währenddessen kann der Sicherungsring 48 in Relation zu dem Support 47 eine Axialbewegung in dem Maße durchführen, wie derZapfen 53 in der Tasche 52 sich axial bewegen kann. Der aus dem Verschleiß der Gewindebüchse 16 resultierenden Verstellung des Supportes 47 zur Gewinde spindel 15 kann der Sicherungsring 48 also ohne Belastung folgen. Im Unfallmoment, wenn das Gewinde in der Gewindebüchse 16 so weit verschlissen ist, daß es durchbricht, kommt der Sicherungsring 48 mit seiner dem Befestigungsansatz 34 gegenüberliegenden Stirnfläche am Befestigungsansatz 34 mit dem Support 47 zur Anlage und verhindert dessen Absinken.
  • Beim Bewegen der Gewindespindel 15 nach einem solchen Unfall in der einen Richtung läßt sich der Support 47 ohne weiteres zum Motor 18 hin nach oben zurückbewegen. Nach unten hingegen wird er von dem Sicherungsring 48 gehalten.
  • -lage des Bringt man nun einen Endschalterzur Kontrolle der hd/Suppoits an, (nicht dargestellt), so kann dieser als Kontrollendschalter für die Anzeige des Gewindeverschleißes in der Gewindebüchse 16 dienen. Bei Überschreiten einer gewissen Verschleißschwelle könnte der Kontrollendschalter z.B. die Maschine abschalten, so daß ein weiterer Betrieb nicht mehr möglich ist.
  • Bei allen erfindungsgemäßen Einbewegungseinheiten, sowohl für Dreh- als auch für Linearbewegungen, sind entweder direkt mit der Gewindespindel 15, der Schneckenwelle 23 oder dem rückwärtigen Wellenende des jeweiligen Antriebsmotors 5, 18 Drehimpulsgebe zu 2 angekuppelt, mit denen eine derart hohe Auflösung der Wege in Impulse pro spezifischem Stellweg möglich ist, daß es lediglich von der Ausführung einer entsprechend verwendeten numerischen Steuerung abhängt, die Positionierung beliebig genau zu gestalten.
  • In Fig. 5 ist schematisch und perspektivisch die Gesamtansicht einer Handhabungseinrichtung gemäß der Erfindung mit Linear- und Drehbewegungsantriebseinheit gezeigt. Die Handhabungseinrichtung gemäß Fig. 5 führt eine vertikale Linear-und eine horizontale Drehbewegung aus, während die gemäß Fig. 6 eine horizontale Linearbewegung und eine Drehbewegung in vertikaler Ebene ausführt. Beide Ausführungsformen bestehen jeweils aus einem Linearbewegungsteil 61 gemäß Fig. 3 und einer Drehbewegungseinheit 62 gemäß Fig. 2, die jeweils in Gehäuse 27 eingebaut sind und mit Einfach- 55 oder Doppelgreifarmen 58 bestückt sind. Die Pfeile 56-59, 57-60, 66-73 und 67-72 kennzeichnen die Bewegungsrichtungen der Greifarme 55 bzw. 58.
  • In konsequenter weiterer Anwendung des BQukastenprinzips sind auch die Steuerungsbausteinegestaltet. Auch hier ist es aus Kostengründen erforderlich, sowohl für einfache als auch für komplizierte Arbeitsabläufe jeweils nur den unbedingt erforderlichen Aufwand zu treiben. Je nach Anforderungen an Arbeitsgeschwindigkeit und Positioniergenauigkeit bzw. Bewegungsablauf können mittels pneumatischer oder elektronischer Einzelsteuerungsbausteine 54, 64 sowohl einzeln als auch in in Kolbinationen die pneumatisch-mechanischen Arbeitseinheiten gesteuert werden. Nur für schwierige Arbeitsabläufe werden komplettc numerische Steuerungen 65 zur Steuerung desc;Arbeitsablaufes eingesetzt, bei denen jedoch ebenfalls technisch die gleichen Elemente wie bei den Einzelsteuerungen 54, 64 Verwendung finden. Diese Steuerungen sind so gestaltet, daß bei häufigen Änderungen des Arbeitsablaufes entweder Loch- oder Magnetband-Programmsteuerungen in die numerischen Steuereinheiten einbezogen werden.
  • L e e r s e i t e

Claims (10)

  1. Patentansprüche ) fIandhabungseinrichtung zur selbsttätiqen Durchführung von linearen und/oder rotierenden Bewegungsabläufen mit Anpassungsfähigkeit an unterschiedlichen Kraft-, Geschwindigkeits- und/oder Genauigkeitsbedarf und mit pneumatischem Antrieb, wobei Ein-bewegungseinheiten mit zueinander unterschiedlichen Freiheitsgraden als Bausteine eines Baukastensystems und variabel zusammensetzbar eingerichtet sind, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß sowohl für die Erzeugung der linearen als auch der rotierenden Bewegung in den Einbewegungseinheiten (61, 62) umsteuerbare Rotations-Druckluftmotoren (5, 18) vorgesehen sind, die mit Gewindespindel (15) und Gewindebüchse (16) und/oder Schneckenwelle (23) und Schneckenrad (13) gekuppelt sind und daß die Einbewegungseinheit (61, 62) auch teilweise austauschbar ist.
  2. 2. Ilandhabungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Einbewegungseinheit (61, 62) vorgesehen ist.
  3. 3. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gewindebüchse (16) der linearen Einbewegungseinheit (61) ein verdrehsicher geführtes Übertragungsteil(32, 47) entweder als eine koaxial gelagerte Vorschubhülse (32) oder als ein mittels Bronze- oder Kugelführungsbüchse (41) auf zwei Rundführungen (40, 43) verschieblich gelagerter Support (47) befestigt ist.
  4. 4. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kugelumlaut-Gewindebüchse (16) mit dazu passender Gewindespindel (15) vorgesehen ist.
  5. 5. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Übertragungsteil (32, 47) eine Spieleinstell-Gewindebüchse (49) befestigt ist, die in Verbindung mit der Gewindebüchse (16) axial spielfrei mit der Gewindespindel (15) in Lingriff steht.
  6. 6. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sicherungsgewindering (48) belastungsfrei mit der Gewindespindel (15) und über einen Vorsprung (53) im Bereich einer im Übertragungsteil (32, 47) angeordneten Tasche (52) mit diesem verdrehsicher und axial verschieblich in Verbindung steht.
  7. 7. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenwelle (23) in Lagerbüchsen (2los, 26) aufgenommen ist, die als Exzenterbüchsen ausgebildet sind.
  8. 8. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Einbewegungseinheit (61) an einem Flanschgehäuse (21) befestigt ist, wel-oder Wälzlagern ches mittels Bundbüchsen (11, 14)/im Gehäuse (12) über einen Zwischenring (78) mittels Kontermuttern (8, 9) axial spielfrei eingestellt ist.
  9. 9. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse (12, 25) Befestigungseinrichtungen (Flanschgehäuse 7, Schlitz 29) für die Bewegung begrenzende Endschalter aufweisen.
  10. 10. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß am rückwärtigen Wellenende des Antriebsmotors (5, 18) oder an einem Wellenzapfen am gegenüberliegenden Ende der Schneckenwelle (23) bzw. an der Gewindespindel (15) ein Drehimpulsgeber (22) angekuppelt ist.
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DE3826863A1 (de) * 1988-08-08 1990-02-15 Wolfgang Dipl Ing Koenig Vorrichtung zum positionieren eines werkstuecks oder einer hilfsvorrichtung in zwei koordinaten mit hoher wegaufloesung fuer nc-fraesmaschinen

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