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Manipulator
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Die Erfindung betrifft einen Manipulator mit mindestens einem Manipulatorarm
für den Transport von mit einer wenigstens angenähert zentrischen Bohrung ausgestatteten
scheibenförmigen Werkstücken, insbesondere Eisenbahnrädern, wobei die Werkstücke
in der Bohrung aufgenommen werden mit mindestens einer an einem Manipulatorarm angeordneten
Werkstückaufnahmeeinrichtung, die mindestens teilweise in die es Bohrung eintaucht.
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Manipulatoren der oben genannten Art sind bekannt, beispielsweise
durch DE-OS 14 77 208. Nach dieser Literaturstelle wird in die Nabenbohrung eines
Eisenbahnrades ein beweglicher Schuh 44 eingefahren, dem gegenüberliegend ein spiralig
gekrümmter Nocken 45 angeordnet ist, dessen Schwenkachse senkrecht zu einer Ebene
durch die Mittellinie der Eisenbahnbohrung verläuft. Durch eine Schwenkbewegung
des Nockens 45, welche über eine hydraulische Kolbenzylindereinheit bewirkt 2 wird,
kommt die Innenwandung der Bohrung sowohl mit dem beweglichen Schuh 44 als auch
mit der spiralig gekrümmten Oberfläche des Nockens 45 in Berührung und wird so selbsthemmend
geklemmt. Unter der Voraussetzung, daß Grenzbereiche des spiralig gekrümmten Nockens
nicht angefahren werden, 9s wird das Eisenbahnrad auf diese Art und Weise sicher
in der Bohrung geklemmt und kann auch bei Energieausfall dort gehalten werden.
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Einrichtungen dieser Art haben jedoch den Nachteil, daß 3o sie unterschiedliche
Nabenbohrungsdurchmesser, wie sie bei unterschiedlichen Radtypen auftreten, nicht
ausgleichen können. Treten solche unterschiedlichen Nabenbohrungsdurchmesser auf,
ist es erforderlich, jeweils beim Wechsel des Bohrungsdurchmessers auch den beweglichen
Schuh 44 auszusc tauschen, der so für einen entsprechenden Maßausgleich
sorgt.
Es müssen also stets unterschiedliche Ausgleichsstücke solcher Art bereit gehalten
werden, und es muß immer sichergestellt werden, daß das richtige Ausgleichsstück
der dazugehörigen Bohrung zugeordnet wird. Darüberhinaus geht aber auch bei dieser
Art der Werkstückaufnahme je nach Größe des Ausgleichsstückes die konzentrische
Lage des Werkstückes verloren, wodurch ein größerer Aufwand in der Postioniersteuerung
erzwungen wird oder ein größerer mechanischer Aufwand an den Übernahmeeinrichtungen
erzwungen wird. Beides sind nachteilige Konsequenzen.
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Eine weiterer flach teil bei Einrichtungen der geschilderten Art liegt
darin, daß fertig bearbeitete Werkstückbohrungen, welche insbesondere bei Eisenbahnrädern,
die zu Radsätzen zusammengesetzt werden sollen, eine hohe Oberflächenqualität aufweisen,
nicht aufgenommen werden können, ohne diese Oberfläche zu verletzen. Für die Aufnahme
von in den Bohrungen fertig bearbeiteten Werkstücken muß daher ein anderer Manipulator
vorgesehen sein, welcller das Rad an Außenflächen übernimmt.
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Eine weiterer Nachteil der geschilderten Einrichtung liegt darin,
daß auch die axiale Lage des aufgenommenen Werkstückes unbekannt ist, so daß auch
in axialer Richtung die über gabepositionierung erschwert wird.
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Ausgehend vom oben beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, einen Manipulator der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen,
dessen Werkstückaufnahmeeinrichtung das Werkstück zuverlässig trägt, ohne die Bohrungswandung
zu verletzen und ohne von der Bohrungsgröße oder dem Bohrungswandzustand abhängig
zu sein. Es soll weiterhin die Bohrungsachse des Werkstückes unabhängig von der
Bohrungsgröße in Bezug auf den Manipulator immer in eine bekannte und stets gleiche
Lage gebracht werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,
daß die Werkstückaufnahmeeinrichtung zwei um zur Bohrungsachse parallele Achsen
gleichsinnig und gleichzeitig drehantreibbare, axial unverschiebliche, im wesentlichen
nockenförmige Aufnahmesegmente aufweist, deren Nockenspitzen auf jeweils unterschiedlichen
Seiten der Verbindungslinie der beiden Achsen liegen und deren jeweils der Bohrungswandung
zugewandten Nockenflanke kreisförmig oder spiralig gewölbt ist, wobei jedes nockenförmige
Aufnahmesegment an seinem unteren Ende mindestens im Bereich der der Bohrungswandung
zugewandten Nocken flanke einen wenigstens angenähert kreisbogenförmigen Kragen
für die Auflage des Werkstückes aufweist, dessen Radiusmittelpunkt etwa auf der
Verbindungslinie der beiden Achsen liegt und dessen Radiusgröße kleiner ist als
die Radius größe des kleinsten aufzunehmenden Nabenbohrungsdurchmessers.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß jedes
nockenförmige Aufnahmesegment drehfest am der Bohrung zugewandten fliegenden Ende
einer in einem am Manipulatorarm angeordneten Gehäuse drehantreibbar gelagerten
Welle angeordnet ist. Durch diese Konstruktion wird ein besonders übersichtlicher
und wartungsfreundlicher Aufbau der Aufnahmeeinrichtung erreicht.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen,
daß die drehantreibbar gelagerten Wellen mit einer für beide Wellen gemeinsamen
Antriebseinrichtung in Wirkverbindung stehen, welche die Wellen stets gleichzeitig
und gleichsinnig antreibt. Auf diese Art und Weise wird der Steuer- und Synchronisierungsaufwand
für mehrere unabhängige Antriebseinrichtungen eingespart und es ist doch ein konzentrisches
Spreizen der Nocken sichergestellt.
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Weiterhin wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß an jeder Welle
an dem der Bohrung abgewandten Ende ein Zahnrad angeordnet ist und alle Zahnräder
mit einer gemeinsamen längsverschieblich und antreibbar gelagerten Zahnstange in
Wirkverbindung stehen. Dies ist eine besonders einfache Art einer für beide Wellen
gemeinsamen Antriebseinrichtung, welche mit Sicherheit die Wellen stets gleichzeitig
und gleichsinnig antreibt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird darin gesehen,
daß die jeweils der Bohrungswandung zugewandte Nocken flanke der Aufnahmesegmente
mit Gummi oder Kunststoff belegt ist. Durch diese Maßnahmen werden Verletzen der
Bohrungsoberfläche vermieden.
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Die genannten llaßnahmen stellen einerseits eine zuverlässige Lösung
der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe dar und sind andererseits in ihre konstruktiven
Ausführung derartig einfach, daß evtl. notwendig werdende Reparaturen von jedem
Betriebsschlosser ausgeführt werden können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nun anhand der beigefügten
Zeichnungen näher erläutert werden.
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Es zeigen: Figur 1: Schnitt nach der Linie IV - IV in Fig. 4, jedoch
mit ungespreizten Nocken.
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Figur 2: Schnitt wie Fig. 1, jedoch mit gespreizten Nocken.
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Figur 3: Schnitt wie Fig. 2, jedoch mit modifizierten Nocken.
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Figur 4: Längsschnitt durch einen Manipulatorarm mit Aufnahmeeinrichtung
und Antriebs einrichtung.
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Figur 5: Draufsicht nach Fig. 4.
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Das äußere Ende eines Manipulatorarmes 17 weist ein Zahnstangengehäuse
20 auf, in welchem eine Zahnstange 19 längsverschieblich angeordnet ist. Die Zahnstange
19 ist mit einem Strömungsmittelzylinder 21 verbunden, welcher in gewünschter Weise
eine Längsverschiebung der Zahnstange 19 bewirkt. Das Zahnstangengehäuse 20 weist
zwei in Zahnstangenverschieberichtung hintereinander liegende öffnungen 22 und 23
auf, in welche je ein Zahnrad 14 und 15 derart hineinragt, daß es mit der Zahnstange
19 in Wirkverbindung steht.
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Eine Längsverschiebung der Zahnstange 19 bewirkt also eine gleichzeitige,
gleichsinnige Drehung der Zahnräder 14 und 15.
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Die Zahnräder 14 und 15 sind je drehfest mit einem Wellenende der
Wellen 3 bzw. 4 verbunden. Nutmuttern 16 sorgen für die notwendige axiale Unverschieblichkeit.
Die Wellen 3 bzw. 4 sind in einem Gehäuse 13 jeweils über die Radiallager 7 und
8 bzw. 9 und 10 sowie die Axiallager 11 bzw.
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12 drehbar und axial unverschieblich gelagert. Das Gehäuse 13 ist
in geeigneter Weise mit dem Zahnstangengehäuse 20 verbunden. Jede Welle 3 bzw. 4
ragt an ihrem dem Zahnrad 14 bzw. 15 gegenüberliegenden Ende aus dem Gehäuse 13
heraus und trägt dort in drehfester und axial unverschieblicher Anordnung je ein
nockenförmiges Aufnahmesegment 1 bzw. 2.
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Zur Erreichung der drehfesten und axial unverschieblichen Anordnung
können beispielsweise Kegelstifte 5 und 6 verwendet werden. Jedes nockenförmige
Aufnahmesegment 1 bzw.
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2 weist an seinem äußeren Ende einen überstehenden kreisförmigen Kragen
24 bzw. 25 auf, welcher der Auflage des aufzunehmenden Werkstückes dient. Soll beispielsweise
ein Eisenbahnrad 26 in der Nabenbohrung 27 aufgenommen und in dieser Art transportiert
werden, so kann dies wie folgt geschehen: Das Eisenbahnrad 26 ist auf einem nicht
näher dargestellten Gestell derart abgelegt, daß sich im Bereich der Nabe keine
baulichen Einrichtungen der Ablageeinrichtung befinden.
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Der Manipulatorarm 17 wird nun so verfahren, daß die nockenförmigen
Aufnahmesegmente 1 bzw. 2 über der Nabenbohrung 27 stehen. Die nockenförmigen Aufnahmesegmente
nehmen hierbei eine Stellung ein, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist.
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Sodann wird der Manipulatorarm 17 abwärts gefahren, so daß die nockenförmigen
Aufnahmesegmente 1 und 2 in die Nabenbohrung 27 des Eisenbahnrades 26 eintauchen.
Der Manipulatorarm 17 wird soweit abwärts gefahren, daß die überstehenden kreisförmigen
Kragen 24 bzw. 25 die Nabenbohrung 27 des Eisenbahnrades 26 wieder vollständig verlassen
haben. Sodann wird die Abwärtsbewegung des Manipulatorarmes 17 gestoppt und der
Strömungsmittelzylinder 21 derart betätigt, daß die Zahnstange 19 in Richtung des
Pfeiles 18 verschoben wird. Hierdurch werden die Zahnräder 14 und 15 und damit auch
die nockenförmigen Aufnahmesegmente 1 und 2 verdreht, bis sie eine Position gemäß
Fig. 2 eingenommen haben. Die nockenförmigen Aufnahmesegmente 1 und 2 haben hierbei
eine Spreizbewegung durchgeführt, solange bis sie an der Bohrungswand der Nabenbohrung
27 zur Anlage kommen. Unterschiedliche Durchmesser der Nabenbohrung 27 von Werkstück
zu Werkstück werden einfach dadurch ausgeglichen, daß die nockenförmigen Aufnahmesegmente
1 und 2 in Abhängigkeit von diesem Bohrungsdurchmesser der Nabenbohrung mehr oder
weniger verschwenkt werden müssen, bis sie zur Anlage an die Bohrungswand der Nabenbohrung
27 kommen. Da beide nockenförmigen Aufnahmesegmente 1 und 2 um den gleichen Winkel
geschwenkt werden, wird hierdurch die Bohrungsachse der Nabenbohrung 27 genau auf
die Achse 28 des Manipulators positioniert, welche als Bezugsachse für die spätere
Ablage des Eisenbahnrades 26 in beispielsweise einer Spanneinrichtung einer Werkzeugmaschine
dient. Durch die Schwenkbewegung der nockenförmigen Aufnahmesegmente 1 und 2 können
die überstehenden kreisförmigen Kragen 24 und 25 die Nabe des Eisenbahnrades 26
hintergreifen, so daß dann, wenn der Manipulatorarm 17 das Eisenbahnrad 26 anhebt,
dieses mit seiner Nabenstirnfläche
auf den Kragen 24 und 25 aufliegt,
so daß das Rad selbst bei Endergieausfall nicht herunterfallen kann. Dies wird erreicht,
ohne daß hierzu Bauteile erforderlich sind, die mit großer Kraft gegen die möglicherweise
bereits fertig bearbeitete Nabenbohrungswandung gepreßt werden müssen und hierdurch
Beschädigungen der Oberfläche verursachen. Solche Beschädigungen machen die Nabenbohrung
unbrauchbar. Als weitere Sicherung gegen Beschädigungen der Bohrungswand kann eine
Gummi- oder Kunststoffauflage dienen.
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Zur Vergrößerung des Arbeitsbereiches können die nockenförmigen Aufnahmesegmente
auch so gestaltet sein, wie in Fig. 3 dargestellt. Die zusätzlichen Nasen 29 bzw.
30 erlauben die Aufnahme größerer Nabenbohrungsdurchmesser bei gleichzeitiger Beibehaltung
des kleinsten Nabenbohrungsdurchmessers 31. Der Arbeitsbereich wird also hierdurch
erweitert.
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Mit der Erfindung wird es somit möglich, zu transportierende Eisenbahnräder
in den Nabenbohrungen aufzunehmen und sicher zu transportieren in jedem in der Praxis
anfallenden Nabenbohrungsdurchmesserbereich, ohne Teile der Werkstückaufnahmeeinrichtung
auswechseln zu müssen, ohne bei fertig bearbeiteten Nabenbohrungen besondere Maßnahme
zum Schutz der Bohrungswandung ergreifen zu müssen und unter Vermeidung der Schwierigkeiten,
die bei herkömmlichen Aufnahmeeinrichtungen dadurch entstehen, daß Bohrungsachse
und Bezugsachse des Manipulators nicht übereinstimmen. Die Kragen 24 und 25 gewährleisten
darüberhinaus eine bekannte axiale Lage des Werkstückes, wodurch die Ablage des
Werkstückes in der Maschine schneller und leichter wird.