DE2648658B2 - Handhabungseinrichtung für lineare und rotierende Bewegungsabläufe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Handhabungseinrichtung zur selbsttätigen Durchführung von linearen und rotierenden Bewegungsabläufen mit pneumatisch angetriebenen Linear- und Rotationseinheiten, die als Bausteine eines Baukastensystems variabel zusammensetzbar sind.

Es sind die verschiedensten mechanischen Handhabungssysteme und Industrieroboter bekannt, die sowohl pneumatisch, ι. B. mit Druckluft, oder hydraulisch angetrieben werden. Bei der überwiegenden Zahl von Konstruktionen werden die Bewegungen in den verschiedenen Ebenen durch Zylinder erzeugt, welche den in Geradführungen oder in Hebelgelenken gelagerten Greifarm betätigen. Die bekannten Handhabungs einrichtungen ermöglichen zwar hohe Arbeitsgeschwindigkeiten, haben jedoch insofern erhebliche Nachteile, als es nicht möglich ist, allen Ansprüchen auf eine präzise Positionierung zu entsprechen. Vielmehr liegt

ίο 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 Konstruktio nen handelt, die nur für ganz bestimmte Bewegungsab läufe 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 Handhabungsein richtungen möglichst vielen unterschiedlichen Einsatz fällen zugänglich zu machen, wodurch sich im wesentlichen die Komplexizität der bekannten Systeme ergibt Aus der deutschen Offenlegungsschrift 23 01 423 ist bereits ein Handhabungsgerät ähnlich der eingangs genannten Art bekannt, bei welchem nach dem Baukastenprinzip zusammensetzbare Einheiten in variabel kombinierbarei* Stellungen zueinander zu Aggregaten mit verschiedenen Freiheitsgraden variabel zusammensetzbar eingerichtet sind. Es handelt sich hierbei um mindestens eine lineare Einbewegungseinheit und mindestens eine Rotations-Einbewegungseinheit die so miteinander kombiniert verwendet werden, daß man Flächen oder Räume durchfahren kann. Als Antriebselemente sowohl zum Drehen als auch für die linearen Bewegungen werden Kolben-Zylinder-Elemente eingesetzt, insbesondere wird kein Rotationsantriebselement verwendet Das bekannte Gerät läßt sich nicht um 360° drehen, weil nur eine endliche

to Drehbewegung vorgesehen ist. Außerdem ist keine Selbsthemmung vorgesehen, d. h. bn 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.

Bei Verwendung von Rotationsantrieben werden

heute üblicherweise Handhabungseinrichtungen mit

Elektromotoren bestückt, so daß das Antriebs- und

so 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 nicht möglich ist.

Aus der DE-OS 23 55 971 ist ferner ein Handhabungsgerät mit einem bewegbaren Greifer bekannt, bei dem die Drehbewegungseinheit und die lineare Einheit nicht Einzeleinheiten sind, sondern eine komplexe Konstruktion bilden. Es handelt sich dabei also nicht um sogenannte Einbewegungseinheiten. Es kann auch nicht die eine Drehbewegungseinheit ohne Umbau anstelle der anderen eingesetzt werden. Es sind allenfalls bei geringem Bauaufwand die Motoren gegeneinander austauschbar.

*>*> Weil mit der bekannten Handhabungseinrichtung möglichst viele Funktionen erreicht werden sollen, und zwar nur im Rahmen des vorgegebenen Greifbereiches, sind nicht weniger als vier Motoren vorgesehen, und es

finden sich keine Angaben, wie die gesamte Maschine demontierbar wäre, um sie auch für einfache Aufgaben einzusehen. Nur wenn komplexe Umkonstruktionen bei dem bekannten Gerät vorgenommen werden, kann man aus dem vorgegebenen Greifbereich einen anderen Freiheitsgrad oder andere Raum-Greifbereiche wählen. Ferner ist im bekannten Fall zugelassen, daß der Greifer an den zu handhabenden Gegenstand anstößt. Dabei muß in nachteiliger Weise die gesamte kinetische Energie mit der großen Turmmasse vernichtet werden, wenn die schweren, sich bewegenden Teile auf Null abgebremst werden. Es ergeben sich auch Schwierigkeiten, wenn der zu handhabende Gegenstand dadurch beschädigt wird, daß eine große Masse gegen ihn anstößt Zudem ist die genaue Positionierung eines Teils im Raum mit dem bekannten Gerät nicht möglich.

Auch in der DE-OS 24 17 861 beschriebene programmierbare Industrieroboter hat eine komplexe Konstruktion, ohne daß einerseits gegeneinander und andererseits teilweise selbst austauschbare Einbewegungseinheiten beschrieben werden, die als Bausteine eines Baukastensystems variabel zusammensetzbar eingerichtet wären. Zur Vergrößerung des Wirkungsbereiches des Roboters wird dort ein Kreuzsupport und ein vertikaler Spindelantrieb vorgeschlagen für ein Untergestell, auf dem eine pneumatisch angetriebene Ladeeinrichtung angebracht ist Nachteilig ist auch das Arbeiten mit Anschlägen, weil damit eine Drehbewegung um 360° oder mehr unmöglich ist Der bekannte Roboter erlaubt auch nicht einen programmie^rbaren Ablauf mit genauer Positionierung. Die dort vorgesehenen Zylinderantriebe haben ein zu geringes Auflösungsvermögen. Bei dem Roboter handelt es sich mehr um ein Einlegeaggregat, d.h. ein Gerät zum Laden von Werkzeugmaschinen.

Allgemein steht man meist 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 hohen Geschwindigkeiten zulassen.

Vor dem Hintergrund dieser Schwierigkeiten ist es — ausgehend von der eingangs bezeichneten Handhabungseinrichtung — Aufgabe der Erfindung, die Positioniergenauigkeit unabhängig von den Übertragungseinheiten zwischen Antrieb und Greifhand sowohl bei der Handhabung schwerer alb auch leichter Gegenstände, d.h. die Einstellgenauigkeit, zu verbessern und Sorge dafür zu treffen, daß beim Energieausfall oder bei der Notabschaltung unter Vermeidung einer so Unfallgefahr die Greifhand in der zuletzt angefahrenen kontrollierten Lage verbleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Antriebe sowohl für die Linear- als auch für die Rotations-Einheit umsteuerbare Rotations-Druckluftmotoren vorgesehen sind, die mit Gewindespindel und -büchse bzw. Schneckenwelle und -rad gekuppelt sind, und daß zur funktionellen Verbindung von Rotationsund Lineareinheit eine Flanschhülse vorgesehen ist, die einerseits an ihrem Außenumfang fest mit dem Schneckenrad und andererseits als drehfeste, aber axial bewegliche Lagerung für eine mit der Gewindebuchse verbundene Pinole der Lineareinheit mit einem Gehäuse der Lineareinheit verbunden ist. Der Einsatz eines oder mehrerer Rotations-Druckluftmotoren erbringt bislang nich; übersehbare Vorteile. Sowohl der linearen als auch der Drehbewegung sind nämüch dann notwendige, zwischengesi haltete Kupplungseinheiten Übersetzungen gegeben, welche für den durchfatirenen 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 Genasiigkeitsverbesserung von etwa 1 :5 bis 1:10 gegenüber herkömmlichen Handhabungsgeräten. Der Rotationsdruckluftmotor ist auch dem Hydraulikmotor insofern überlegen, als er mit erheblich höheren Drehzahlen arbeitet und man nicht ein Hydraulikaggregat mit 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 a> -::h zum Elektromotor eine geringere bewegte Masse, ferner kann man den Druckluftmotor erheblich schneller zum Stillstand bringen, ohne extra Bremsaggregate vorzusehen.

Durch die Verwendung von umsteuerbaren Druckluftmotoren als Antrieb ist es ferner möglich, sehr schnelle Bewegungen durchzuführen und infolge der mit Druckluftmotoren erreichbaren hohen Drehzahlen kurze Taktzeiten des Gesamtsystems zu erreichen. Es können auch große Stellkräfte eingerichtet werden, um große Massen bewegen 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 cuf extrem niedrige Schleichganggeschwindigkeiten in kürzester Zeit umgesteuert werden. Für besondere Einsatzfälle, namentlich für extrem hohe Stellkräfte, kann es unter Umständen auch sinnvoll sein, ansteile des Druckluftmotors einen Hydraulikmotor zu verwenden. Dies stellt jedoch eine Ausnahme dar.

Durch die weitere Maßnahme der Verwendung der Gewindespindel und Gewindebüchse und/oder Schnekkenwelle 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 Handhabungseinrichtung erst wieder auf Null zu stellen, sondern kann direkt weiterfahren. Unkontrollierbares Spiel ist hierdurch weitgehend ausgeschaltet. Die Gesamtmasse ist bei der erfindungsgemäßeii Handhabungseinrichtung im wesentlichen im Zentrum gehalten, wodurch sich geringe Massenträgheitsmomente ergeben, die wiederum der verbesserten Positioniergenauigkeit bei hohen Stellgdschwindigkeiten zugute kommen. Das erfindungsgemäße System ist klein und kompakt aufgebaut, und die Position kann wesentlich genauer angefahren werden, weil der Antrieb dadurch näher an der jeweiligen Position des Werkstückes liegt.

Die Handhabungseinrichtung ist erfindungsgemäß besonders vorteilhaft dadurch ausgestaltet, daß das Schneckenrad auf der äußeren Mantelfläche der Flanschhülse durch eine Paßfeder gesichert und über

eine Mutter und eine Zwischenhülse axial festgespannt ist und daß in der Bohrung der Flanschhülse mindestens eine Paßfedernut zur Verdrehsicherung der längs verschieblich gelagerten Pinole vorgesehen ist.

Durch die Selbsthemmung entweder des Schneckengetriebes oder des Gewindespindelvorschubes werden die bewegten Massen selbsttätig ohne RUckstellkräfte auf den Motor beim Abbremsen zum Stillstand gebracht.

Die Positioniergenauigkeit ist deshalb erfindungsgemäß erheblich besser als bei den bekannten Handhabungsgeräten, weil das Auflösungsvermögen zwischen der Bewegung der 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 lineairen Zylinderantrieben durch die direkte Bewegungsübertragung entfallen, erfindungsgemäß hindespindel und über einen Vorsprung im Bereich einer im Support angeordneten Tasche mit diesem verdrehsicher und axial verschieblich in Verbindung steht. Zum Beispiel kann der Support hier ungefährlich auch in ί 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

ίο Support im Unfallmoment von dem Sicherungsring gehalten wird. Im Normalfall hingegen ist der Sicherungsgewindering, ohne irgendwelchen Axialbelastungen ausgesetzt zu sein, durch den Vorsprung gegen Verdrehung gesichert und kann bei Drehbewegungen

r> der Gewindespindel die Axialbewegung des Supportes mitmachen. Der Sicherungsring unterliegt also keinem Verschleiß. Ein gewisses Spiel ist zwischen dem Vorsprung und der in dem Support angeordneten

gtgVII mill 3H-II 111 UCI IVCgCI CHI UUCI SCIiUIIgSVCI IIÜItlHS von 1 :50 ergeben. Bei einem Weiterlaufen des Rotationsdruckluftmotors nach dem Abschalten von z. B. 1 mm längs des Umfanges des Motorgehäuses übertragt sich dieser Fehler nur mit V» auf die Position des Übertragungselementes, d. h. der Pinole oder des Supportes.

Durch das vorgesehene Baukastensystem und die sogar teilweise Austauschbarkeit einer Einbewegungseinheit 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 Einrichtung, 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 Drehoder Linearbewegungen mit größeren Stellkräften erforderlich sind, z. B. bei Preßvorgängen, als Bohrspindelvorschub, Miischinentischvorschub usw.

Zweckmäßig ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn an der Gewindebüchse der linearen Einbewegungseinheit ein mittels Bronze- oder Kugelführungsbüchse auf zwei Rundführungen verschieblich gelagerter, verdrehsicher geführter Support befestigt ist. Wenn man 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 b:i der Handhabung großer Massen, die im Betrieb häufig eine Unfallgefahr darstellen können.

In vorteilhafter Weise ist die Erfindung ferner dadurch gekennzeichnet, daß an dem Support eine Spieleinstell-Gewindebüchse befestigt ist, die in Verbindung mit der Gewindebuchse axial spielfrei mit der Gewindespindel in Eingriff steht Hier ergeben sich Einsatzmöglichkeiten, bei denen keinerlei Axialspiel des Supportes zulässig ist Beim Kraftrichtungswechsel in der Gewindespindel kann sich dann der jeweilige Support axial nicht mehr verändern, sondern es folgt vielmehr durch die beiderseitige Anlage der Gewindeflanken genau dem Kraftrichtungswechsel der Gewindespindel.

Bei einer weiteren anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Sicherungsgewindering belastungsfrei mit der Gewin-IOJV.IIC vwigcjcMCM, su utiu uci

i uilgsi mg ccKitiv zum Support einen geringen Axialweg durchlaufen kann, d. h. er kann der aus dem Verschleiß der Gewindebüchse resultierenden Verstellung des Supportes zur Gewindespindel ohne Belastung folgen. Da im Normalfall zwischen der Stirnseite des Sicherungsringes

:~> und dem Befestigungsansatz am Support ein Spiel vorgesehen ist, kann ein an dem Befestigungsansatz am Support angebrachter Kontrollendschalter als Prüfstein dafür ver -tndet werden, ob die Gewindebüchse einen unzulässigen Verschleiß erlitten hat.

so 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.

Die Einstellung eines möglichst geringen Axialspieles und damit der Verbesserung der Positionierfähigkeit wird überdies verbessert, wenn die lineare Einbewegungseinheit an einem Flanschgehäuse befestigt ist, welches mittels Bundbüchsen oder Wälzlager im

*<> Gehäuse über einen Zwischenring mittels Kontermuttern axial spielfrei eingestellt ist

Für einfache Arbeitsabläufe, die nur selten geändert werden müssen, sind einfache Steuerungen über die Endschalter und einstellbaren Endanschläge für alle

•>5 Bausteine vorgesehen, d. h. die Gehäuse weisen insbesondere Befestigungseinrichtungen (Flanschgehäuse bzw. Schlitz) für die Bewegung begrenzende Endschalter auf.
Wenn man ferner am rückwärtigen Wellenende des Antriebsmotors oder an einem Wellenzapfen am gegenüberliegenden Ende der Schneckenwelle bzw. an der Gewindespindel einen Drehimpulsgeber ankuppelt, so dient dies 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 Einzelsteuerbausteinen als auch mit kombinierten numerisehen 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 Veränderungen des Arbeitsablaufes vorzusehen, wobei für numerische Steuerungen ggf. Lochoder Magnetbandprogrammsteuerungen eingesetzt werden können. Bei allen Steuerungsbausteinen, sowohl

für Dreh- als auch Linearbewegungen, sind deshalb in vorteilhafter 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 »bhängt, 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 bislang keine wirtschaftlich vertretbaren Geräte hatte.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es ?eigt

F i g. 1 eine Querschnittsansicht durch eine spezielle Ausführungsform einer Antriebseinheit einer Handhabungseinrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen Querschnitt durch eine Rotationsantriebseinheit,

Fi g. 2A eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 2,

F i g. 3 eine Schnittansicht der Linearantriebseinheit,

F i g. 4 eine Ansicht von oben auf eine weitere andere Ausführungsform einer Linearantriebseinrichtung für hohe Belastungen,

Fi g. 4B eine Teilschnittansicht durch die Längsachse der in Fig.4 gezeigten Einheit entlang der Linie B-B der Fig.4,

F i g. 4C eine Seitenansicht entlang der Linie C-C in Fig. 4,

F i g. 4D tine 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 Ausführungsform 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 4 für Rechts- bzw. Linkslauf.

An einem Maschinengrundgestell 27 ist ein Gehäuse 12 für die Rotationsantriebseinheit 62 befestigt Der Druckluftmotor S treibt über eine Schnecke 23 das Schneckenrad 13 zur Erzeugung einer Drehbewegung an. Eine Flanschhülse 21 ist Ober eine Paßfeder 19 formschlüssig mit dem Schneckenrad 13 verbunden und in den Bundbuchsen 11 und 14 oder Wälzlagern im Gehäuse 12 eingestellt Mittels Kontermuttern 8,9 wird über die Zwischenhülse 78 die Flanschhülse 21 axial spielfrei eingestellt Die Flanschhülse 21 hat in der Darstellung der F i g. 1 unten eine Schulter, gegen welche das Schneckenrad 13 über Mutter 10 und eine Zwischenhalse axial festgespannt wird.

Für einfache, nicht variable 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 ι 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 ausge schaltet 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

ι) versehenem Gehäuse 25 ist drehbar die Gewindespindel 15 angeordnet und mittels einer Kupplung 17 am Rotations-Druckluftmotor 18 angeflanscht. Zwischen der Gewindespindel 15 und der Vorschubhülse oder Pinole 32 ist an letzterer eine Flanschmutter, Kugelum-

2n laufbuchse oder Gewindebüchse 16 angebracht. An ihrem oberen freien Ende befindet sich das Befestigungsgewinde 6 für den in den F i g. 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 21 gemäß F i g. 1 nach oben bzw. unten. Damit sind lineare Bewegungen über den Motor 18 und Drehbewegungen über den Motor 5 möglich.

v) In F i g. 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.

π Die Schnittansicht entlang der Linie A-A durch die Darstellung in F i g. 2 ist in F i g. 2A gezeigt, aus welcher auch die Lage der Schnecke 23 in den Lagerbüchsen 24, 26 und ihr Kämmeingriff mit dem Schneckenrad 13 ersichtlich sind.

ίο In F i g. 3 ist die Einbewegungseinheit für die lineare Bewegung separat dargestellt. Der Antriebsmotor 18 ist wieder über die Kupplung 17 mit der Gewindespindel 15 verbunden, weiche 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 F i g. 3 gezeigter Flansch am Lagergehäuse 76 sorgt für die Befestigung an einer Räche 35, z. B. einem Maschinenständer oder einem Support wie er in F i g. 4 mit 47 bezeichnet ist

In den F i g. 4 bis 4D 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. De^r Antrieb dieser Linearvorschubeinheit erfolgt über den Rotations-Druckluftmotor 18 und die Spindel 15 über die Gewindebüchse 16 (F i g. 4B), wodurch der Support 47 vor- und zurückbewegbar ist

In Fig.4C gezeigte Befestigungsansätze 34 lagern die Gewindespindel 15 und die Rundführungen 40 und 43, deren Halterung in F i g. 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, die ebenfalls in einen Befestigungsansatz 34 hineinragt und im Inneren die Gewindespindel 15 aufnimmt. Wenn nämlich die Kraft auf die außen mi' Gewinde versehene Spindel 16 ständig in axialer Richtung wechselt, d. h. bei ständiger Hin- und Herbewegung, ergibt sich automatisch in der Gewindebüchse 16, deren mutternseitigts 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 Gewindebuchse 49 in genaue Einstellage 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 gegenüber 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 F i g. 4B 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 halten, 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 Axialbelastungen 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 aer Zapfen 53 in der Tasche 52 sich axial bewegen kann. Der aus dem Verschleiß der Gewindebüchse 16 resultierenden Verstellung des Supportes 47 zur Gewindespindel 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 mii 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

ι Support 47 ohne weiteres zum Motor 18 hin nach oben zurückbewegen. Nach unten hingegen wird er von dem Sicherungsring 48 gehalten.

Bringt man nun einen Endschalter zur Kontrolle der Endlage des Supports an (nicht dargestellt), so kann

in dieser als Kontrollendschalter für die Anzeige des Gewjndeverschleißes in der Gewindebuchse 16 dienen. Bei Überschreiten einer gewissen Verschleißschwelle könnte der Kontrollendschalter z. B. die Maschine abschalten, so daß ein weiterer Betrieb nicht mehr

ii 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

.'ii des jeweiligen Antriebsmotors 5, 18 Drehimpulsgeber 22 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

2~> 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

in F i g. 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

f> gemäß Fig.3 und einer Drehbewegungseinheit 62 gemäß F i g. 2, die jeweils vom Gehäuse 27 umgeben 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

4Ii Greifarme 55 bzw. 58.

In konsequenter weiterer Anwendung des Raukastenprinzips sind auch die Steuerungsbausteine gestaltet. 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

w auch in den Kombinationen die pneumatisch-mechanischen Arbeitseinheiten gesteuert werden. Nur für schwierige Arbeitsabläufe werden komplette numerische Steuerungen 65 zur Steuerung des 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.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche;

1. Handhabungseinrichtung zur selbsttätigen Durchführung von linearen und rotierenden Bewegungsabläufen mit pneumatisch angetriebenen Linear- und Rotationseinheiten, die als Bausteine eines Baukastensystems variabel zusammensetzbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebe sowohl für die Linear- (61) als auch für die Rotationseinheit (62) umsteuerbare Rotations-Druckluftmotoren (18, 5) vorgesehen sind, die mit Gewindespindel (15) und -büchse (16) bzw. mit Schneckenwelle (23) und -rad (13) gekuppelt sind, und daß zur funktioneilen Verbindung von Rotations- und Lineareinheit eine Flanschhülse (21) vorgesehen ist, die einerseits an ihrem Außenumfang fest mit dem Schneckenrad (13) und andererseits als drehfeste, aber axial bewegliche Lagerung für eine mit der Gewindebuchse (16) verbundene Pinole (32) der Lineareinheit (16) mit einem Gehäuse (25) der Lineareinhei: verbunden ist

2. Handhsbungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenrad (13) auf der äußeren Mantelfläche der Flanschhülse (21) durch eine Paßfeder (19) gesichert und über eine Mutter (10) und eine Zwischenhülse axial festgespannt ist und daß in der Bohrung der Flanschhülse (21) mindestens eine Paßfedernut (20) zur Verdrehsicherung der längs verschieblich gelagerten Pinole (32) vorgesehen ist

3. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gewindebüchse (16) der linearen Bewegungseinheit (F i g. 4, 4A—4D) ein mittels Bronze- cJer Kugelführungsbüchse (41) auf zwei riuadführungen (40, 43) verschieblich gelagerter, verdrei^sicher geführter Support (47) befestigt ist.

4. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Support (47) eine Spieleinstell-Gewindebüchse (49) befestigt ist, die in Verbindung mit der Gewindebüchse (16) axial spielfrei mit der Gewindespindel (15) in Eingriff steht.

5. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sicherungsgewindering (48) belastungsfrei mit der Gewindespindel (15) und über einen Vorsprung (5J) im Bereich einer im Support (47) angeordneten Tasche (52) mit diesem verdrehsicher und axial verschieblich in Verbindung steht.

6. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenwelle (23) in Lagerbüchsen (24, 26) aufgenommen ist, die als Exzenterbüchsen ausgebildet sind.