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DE29616115U1 - Greiferanordnung zum Heben und Transportieren von Werkstücken

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Filing date: 1996-09-16
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Patentanwälte - European Patent Attorneys _#^ _%&phgr; ₉₉ _ee **

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Lederer. Keller & Riederer. Postfach 2664, D-84010 Landshut Dlpl.-Blol. München

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Greiferanordnung zum Heben und Transportieren von Werkstücken

Die Neuerung bezieht sich auf eine Greiferanordnung zum Heben und Transportieren von Werkstücken aus anstechbarem Material, mit einer Mehrzahl von tragenden Nadelgreifern, die von einem absenkbaren, anhebbaren und verfahrbaren Hebewerkzeug nach unten abstehen und unter einem Winkel zur Schwerkraftrichtung in das Werkstück einstechbar sind, und im besonderen auf eine derartige Greiferanordnung zum Einlegen von erwärmten insbesondere plattenförmigen Kunststoff rohlingen in ein Formungs-Preßwerkzeug.

Diese letztere Tätigkeit spielt eine Rolle beim Umsetzen der in einer Heizvorrichtung bis zur Erweichungstemperatur erwärmten Kunststoffplatten in eine Formpresse, in der Kunststoff-Formteile, beispielsweise Kraftfahrzeugteile, hergestellt werden. Die Kunststoff rohlinge sind beispielsweise "GMT"-Platten, also Thermoplastplatten mit darin eingebetteter Glasfasermatte, mit einer Gesamtstärke von 3,7 mm im kalten Zustand, die sich bei der Erhitzung auf ca. 15 mm erhöht. Die Grundfläche der im allcfemeinen rechteckigen Rohlinge richtet sich nach dem herzustellenden Gegenstand, als Beispiel seien Größen zwischen 200 und 1 000 cm² genannt.

Es ist bekannt, die erwärmten Rohlinge, die auf einem gitterförmigen Transportband herangefahren werden, manuell mit Handschuhen zu ergreifen und mit möglichster Beschleunigung in das Preßwerkzeug einzulegen, wobei je nach herzustellendem Gegenstand eine oder mehrere Rohlingsplatten in vorgeschriebener Anordnung neben- und übereinander zu plazieren sind. Anschließend erfolgt die Preßformung und Aushärtung, die beispielsweise 30 Sekunden dauert, woraufhin die Form wieder öffnet, die fertigen Teile entnommen werden und die Form erneut beschickt wird. Bei Formteilen, für die mehrere Rohlingsplatten erforderlich sind, müssen mehrere Personen das schnelle Einlegen durchführen, die dann anschließend während des Preß- und Aushärtungsvorgangs auf ihren nächsten Einsatz warten. Der Einsatz an menschlicher Arbeitskraft ist also hoch, jedoch von geringer Effizienz.

Es sind auch automatische Greiferanordnungen der eingangs genannten Art bekannt. Sie stechen mit schräg ausfahrbaren Nadeln gegensinnig in die Rohlingsplatten, die dann beim anschließenden Anheben der Greiferanordnung die Platte mit anheben. Diese Art des Ergreifens der Rohlinge weist jedoch verschiedene Nachteile und Risiken auf. So ist die Greiferanordnung relativ großbauend, was aus der Baugröße der einzelnen Nadelanordnungen einschließlich ihrer Kolben-Zylinder-Anordnungen in Verbindung mit deren gegensinniger Schrägstellung resultiert. Außerdem sind die Greifer selbst in relativ großem Abstand voneinander angeordnet. In Abhängigkeit vom Winkel, mit dem die Nadeln in die Rohlingsplatte einstechen, trägt die einzelne Nadel nur entlang einer relativ kleinen "tragenden Länge", die sich aus der Plattendicke, geteilt durch, den Sinus des Einstechwinkels, ergibt. Diese tragende Länge kann sich insbesondere auch hinsichtlich des gegenseitigen Abstands der Einstichstellen als zu kurz erweisen, mit der Gefahr des Ausreißens. Dies gilt umso mehr, als die Nadeln nicht vollständig durch die Platte durchstechen können, da sonst die Gefahr eines Einstechens und Hängenbleibens im Unterlagen-Transportband besteht. Wird zu nahe am Rand eingestochen, so treten die Nadeln insbesondere bei einem dickeren Schichtpaket von Rohlingen seitlich aus.

Die Beschränkungen hinsichtlich der Einstichposition sowie der

Nachteil eines eventuellen seitlichen Austretens aus der Rohlingplatte machen sich insbesondere beim Greifen mehrerer Platten, also von mehrlagigen Teilen bemerkbar. Beim Einstechen zu weit vom Plattenrand entfernt besteht andererseits auch die Gefahr des Abklappens des überstehenden Rohlingsrands. Schließlich ist aufgrund der Längung des Rohlings nach dem Anheben ein Ausklinken möglich.

Probleme ergeben sich weiterhin einerseits hinsichtlich des Antriebs, da durch die unterschiedliche Winkelstellung der Nadeln für jede ein eigener Antrieb notwendig ist, und hinsichtlich eines Abstreifers, der an der Nadel hängengebliebene Kunststoffreste abstreifen soll. Dieser Abstreifer sitzt während des Rohlingstransports oben auf dessen Oberfläche auf und kühlt ihn dort ab, so daß örtlich eine vorzeitige Erstarrung auftreten kann. Außerdem führen die sich zurückziehenden Nadeln gelegentlich Reste von Glasfasermaterial mit sich, die in den Zwischenraum zwischen der Nadel und dem Abstreifer hineingeraten und dort einen Abrieb bewirken.

Durch die Neuerung soll ein in vieler Hinsicht verbessertes System einer Greiferanordnung geschaffen werden. Bei der im Anspruch 1 gekennzeichneten neuerungsgemäßen Greiferanordnung in Helixform können insbesondere aufgrund einer vertikalen Anordnung der Wendeln und deren geringer Baugröße die Greifer fast beliebig, insbesondere in kleinen gegenseitigen Abständen, plaziert werden. Die tragende Länge des einzelnen Nadelgreifers ergibt sich aus dem Wendeldurchmesser und der Wendelsteigung und kann leicht an den betreffenden Werkstoff und die Plattendicke angepaßt werden. Die zu greifende Dicke des Werkstücks oder der Schicht von Werkstücken kann durch Wahl der Baulänge der Wendeln beliebig beherrscht werden. Das Werkstück kann durchstochen und damit sicher ergriffen werden, ohne daß die wendeiförmige Nadel die Unterlage berührt, da sogleich bei Beginn des Rotierens der Wendel das Werkstück angehoben wird und sich auf die Wendel aufschraubt. Die einzelnen Werkstückplatten können sich selbst bei Längung nicht von selbst ausklinken, da das Ausklinken nur durch eine Gegendrehung der Wendel erfolgen kann.

Ein Hebewerkzeug mit einer gemäß der Neuerung aufgebauten Greifer-

anordnung kann im Vergleich zum Stand *dWc *1?echn*ik*mit "wesentlich weniger Gewicht hergestellt werden, so daß die Maschinerie, die das Hebewerkzeug bedient, insbesondere ein Roboter, nur geringere Kraft aufwenden muß. Ein Abstreifer ist nicht erforderlich.

Da die einzelnen Greifer achsparallel angeordnet sein können, können sie mit einem gemeinsamen Antrieb bestückt und synchron betätigt sein. Ihre Verbindung erfolgt vorzugsweise über Kettenräder und eine umlaufende Kette oder hierzu mehr oder weniger äquivalente Transmissionen wie Zahnriemen, Zahnräder, eine Gelenkwelle usw. Mit diesem gemeinsamen Antrieb können praktisch beliebig viele einzelne Greifer verbunden sein, so daß auch Werkstücke, die ein erhebliches Flächengewicht haben und zum Durchhängen oder Reißen neigen, noch gehoben und versetzt werden können. Der Antrieb kann in beiden Richtungen beispielsweise schrittweise oder impulsgesteuert erfolgen, mit einer von der Dicke des Werkstücks oder der Werkstückschichtung abhängigen gesteuerten Schritt- bzw. Impulszahl zum Abheben bzw. Absetzen des Werkstücks. Speziell bei Verwendung von Schrittmotoren kann es zur Gewichtsverminderung auch vorteilhaft sein, jedem Wendel-Nadelgreifer einen eigenen Motor zuzuordnen.

Die Nadel, in ihrer Abwicklung betrachtet, also der Nadelstrang, ist vorzugsweise konisch gestaltet, nämlich mit nach oben zunehmendem Querschnitt. Hierdurch ergibt sich beim Absetzen des Werkstücks gleich zu Beginn der Lösebewegung eine vollständige Ablösung von der wendeiförmigen Nadel. Da mindestens zwei Greifer angreifen, kann das Werkstück nicht rotieren und schraubt sich von den Greifern ab. Die Wendeln verlaufen vorzugsweise entlang einer Zylinderfläche, wobei eine gewisse Konizität sich dann ergibt, wenn der Nadelstrang in seinem Querschnitt konisch gestaltet ist. Aus herstellungstechnischen Gründen ist es dann am einfachsten, wenn die Wendel einen konstanten Innendurchmesser aufweist. Alternativen wären, daß die Nadelstrangachse auf einer Zylinderfläche liegt oder daß die Wendel einen konstanten Außendurchmesser aufweist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung sind die! Greiferwendeln mit einer reibungsgünstigen und anhaftungswidrigen Oberfläche versehen,

beispielsweise mit einer Keramik beschichtet, in deren poröse Oberfläche Polytetraflourethylen eingebaut ist. Hierdurch ergibt sich keine Aufrauhung der Nadeloberfläche und somit kein Verkleben des Materials des Werkstücks.

Die vorzugsweise Verwendung der Greiferanordnung ist, wie dargelegt, die Verwendung zum Einlegen von erwärmten Kunststoffrohlingen in ein Formungs-Preßwerkzeug, oder gemäß einem anderen Aspekt, die Verwendung zum Heben und Transportieren von plattenförmigen Werkstücken. Die Anwendung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Es können allgemein plastische, leicht verformbare und weiche Werkstoffe angehoben werden, beispielsweise weiche, knetbare oder aufgeheizte Kunststoffe, Textilien, Schaumstoffe, watteartige Stoffe, Isoliermaterialien wie Steinwolle, deren Berührung vorzugsweise zu vermeiden ist, Filz, Styropor oder Hartschaum.

Weitere Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen der Neuerung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer neuerungs

gemäßen Greiferanordnung im Einsatz;
Fig. 2 einen schematische Seitenansicht einer abgewandelten Aus

führung der Greiferanordnung mit weggebrochener Vorderwand; Fig. 3 eine Unteransicht einer weiteren abgewandelten Greifer

anordnung;
Fig. 4 eine Seitenansicht eines wendeiförmigen Nadelgreifers der

Greiferanordnung;
Fig.&eegr; 5 und 6 Axialschnitte durch abgewandelte Ausführungen des Nadelgreifers.

Gemäß Fig. 1 wird auf einer Unterlage 1 in Form eines gitterförmigen Transportbands eine erhitzte und hierdurch erweichte Werkstückplatte 2 aus thermoplastischem Kunststoff als Rohling zur alsbaldigen Preßformung in einem Preßwerkzeug gemäß einer Pfeilrichtung 3 herangeführt. Über der Unterlage 1 befindet sich eine Greiferanordnung 6, die Teil eines Hebewerkzeugs darstellt, das durch einen Fertigungsroboter an die Unterlage 1 angenähert, von ihr

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abgehoben und zum Preßwerkzeug verfahren wird. Die Greiferanordnung besteht aus einem an einem Halter 7 hängenden, flachen Kasten 8, aus dem an der Unterseite zwei Greifer 9 vorstehen. Die Greifer 9 haben in ihrem aktiven Teil 10 die Form einer Wendel mit paralleler, nämlich vertikaler Achse 11 und sind gleich lang. Durch einen im Kasten 8 befindlichen Antrieb können sie in der einen oder der anderen Drehrichtung in Rotation versetzt werden. Der Wendelsinn der beiden Greifer 9 sowie die Wendel-Ganghöhe sind gleich, der Wendeldurchmesser kann je nach Anwendung gleich oder unterschiedlich gewählt sein.

Zum Aufnehmen der Werkstückplatte 2 hält die: Unterlage 1 an, wenn sich die Werkstückplatte 2 an einem Abnahmepunkt befindet. Die Greiferanordnung 6 wird auf die Platte 2 heruntergelassen und die Greifer 9 beginnen, sich im Sinne eines Aufwärtsziehens der Platte 2 zu drehen. Gemäß der Steuerung wird die Greiferanordnung 6 nur so weit heruntergelassen, daß sich die Spitzen der Greifer 9 noch in einem kleinen Abstand von der Unterlage 1 befinden, ohne diese zu berühren. Die Werkstückplatte 2 wird durch Drehung der Greifer 9 so hoch angehoben, daß die Greifer unten aus ihr vorstehen. Da zwei Greifer 9 vorhanden sind, kann die Werkstückplatte 2 selbst nicht in Drehung geraten. Nach dem Ergreifen der Platte wird das gesamte Hebewerkzeug zum Preßwerkzeug verfahren, wo die Werkstückplatte 2 abgesetzt und durch entgegengesetzte Drehung der Greifer 9 losgelassen wird.

Die Werkstückplatte 2 hat eine Dicke, die auf die Verweildauer in der Heizvorrichtung und die KunststoffCharakteristiken so abgestimmt ist, daß die Platte mit Sicherheit die ausreichende Erweichung erfährt. Größere Dicken, die im Preßwerkzeug möglicherweise insgesamt oder stellenweise benötigt werden, werden durch Schichtung mehrerer Werkstoffplatten erzielt, die auf der Unterlage 1 hintereinander angefahren werden und jeweils am Abnahmepunkt angehalten werden. In diesem Fall wird die Greiferanordnung 6 an dieser Stelle mehrmals in Gang gesetzt und zieht nacheinander die erforderliche Zahl von Platten 2 auf.

Fig. 2 zeigt bei einer Greiferanordnung mit fünf Greifern 9 den

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Transport von drei Platten 2, von denken "eine "nur einen Teil der Grundrißfläche der anderen Platten einnimmt,,

Die fünf Greifer 9 hängen jeweils an einer Greiferwelle 14, an deren oberem Ende im Kasten 8 jeweils ein Zahnrad 15 sitzt. Sämtliche dieser Zahnräder 15 kämmen miteinander, und eine der Greiferwellen 14 bzw. eines der Zahnräder 15 ist außerdem mit der Abtriebswelle 17 eines Motors 18 verbunden. ESs kann sich um einen elektrischen, hydraulischen, pneumatischen oder sonstigen Motor handeln. Beim dargestellten Beispiel ist es ein Schrittmotor, der aufgrund seines Antriebs eine gesteuerte Zahl von Schritten durchführt. Beispielsweise werden zum Aufziehen jeder Werkstoffplatte 2 sechs Schritte durchgeführt, während zum Abgeben vorzugsweise acht Schritte durchgeführt werden. Da der Antrieb von Zahnrad 15 zu Zahnrad 15 weitergegeben wird, haben benachbarte Greifer 9 jeweils eine unterschiedliche Drehrichtung. Damit trotzdem alle Greifer gleichzeitig anheben oder gleichzeitig abgeben, sind benachbarte Greifer in unterschiedlicher Helixrichtung gewendelt.

Als Alternative zum Schrittmotor kann auch ein stetig antreibender Motor 18 verwendet sein, dessen Steuerung auf abgetasteten Winkelimpulsen beruht. Hierzu ist eines der Kettenräder 15, vorzugsweise das am Motor 18 hängende Kettenrad, beim dargestellten Beispiel zur einfacheren Darstellung jedoch ein seitliches Kettenrad, mit beispielsweise magnetischen Impulsgebern 23 verbunden, dessen Impulse von einem Sensor 24 empfangen und in Signale umgewandelt werden.

Fig. 3 veranschaulicht eine Greiferanordnung 6 von unten, wiederum mit fünf Greifern 9, die jeweils mit einem Zahnriemen- oder Kettenrad 25 verbunden sind und durch eine gemeinsame Kette 26 angetrieben werden. Für größere Werkstückplatten 2 oder dickere und damit schwerere Schichtungen können die Greifer noch wesentlich dichter, also in kleinerem gegenseitigem Abstand, angeordnet werden. Zweckmäßigerweise ist für jedes herzustellende Formteil eine eigene Greiferanordnung mit einer passenden Anordnung der Greifer 9 vorhanden, die bei Bedarf mit dem Roboter verbunden und eingesetzt wird.

Fig. 4 veranschaulicht eine zweckmäßige**Gestaltung des einzelnen Greifers 9. Der einzelne Greifer besteht aus der Greiferwelle 14 und dem Wendelteil 10, die um die Wendelachse 11 drehbar sind. Die Wendel ist an einer gestrichelt eingezeichneten Kreiszylinderfläche 31 ausgerichtet. Der Durchmesser des Strangs, also der als abgewikkelt betrachteten Nadel, des Wendelteils 10 nimmt von der Greiferwelle 14 bis zu seiner Spitze 32 stetig ab, wobei es für die Ausrichtung auf die Zylinderfläche 31 im wesentlichen drei Hauptbeziehungen gibt, nämlich, daß die Zylinderfläche 31 dem Wendelteil 40 eingeschrieben ist, daß sie ihm umgeschrieben ist oder daß eine zentrale Fadenlinie 33 des Wendelteils 10 in der Zylinderebene 31 liegt, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Aufgrund der Plastizität der meisten anzuhebenden Materialien kommt es in den überwiegenden Fällen auf das Vorhandensein oder NichtVorhandensein einer kleinen Spiralität des Wendelteils 10 nicht an. Der Zweck, durch den abnehmenden Durchmesser des Strangs des Wendelteils 10 gleich beim Beginn der Drehung zum Lösen des Werkstücks alle eventuellen Anklebungen loszureißen und dann mit minimaler Reibung weiterzudrehen, dürfte mit in der Zylinderfläche 31 liegender zentraler Fadenlinie 33 am besten gelöst sein, während herstellungstechnisch die Gestaltung mit eingeschriebener Zylinderfläche am einfachsten ist.

Ein kreisförmiger Querschnitt an jeder Stelle des Wendelteils 10, wie er in Fig. 4 zugrundegelegt ist, stellt hinsichtlich des Verhältnisses des tragenden Wendelstrangquerschnitts zu seiner klebeempfindlichen Oberfläche ein Optimum dar. Es ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit. Fig. 5 veranschaulicht ein Wendelteil 10 mit zur Spitze zu abnehmendem quadratischem Wendelstrangquerschnitt. Fig. 6 veranschaulicht einen Greifer mit konstantem Wendelstrangquerschnitt, der nur im Bereich der Spitze 32 angespitzt ist. Dieser Querschnitt nach Fig. 6 ist elliptisch mit quer zur Wendelachse 11 liegender langer Ellipsenachse gestaltet, so daß das angehobene Werkstück auf breiterer Basis unterstützt wird und eine noch geringere Neigung zum Ausreißen zeigt.

Claims

9 ***&idigr;&iacgr;!&bgr; fiC:. CU*\ Schutzanspruche

1. Greiferanordnung zum Heben und Transportieren von Werkstücken (2) aus anstechbarem Material, insbesondere zum Einlegen von erwärmten Kunststoffrohlingen in ein Formungs-Preßwerkzeug, mit einer Mehrzahl von tragenden Nadelgreifern (9), die von einem absenkbaren, anhebbaren und verfahrbaren Hebewerkzeug (8) nach unten abstehen und unter einem Winkel zur Schwerkraftrichtung in das Werkstück einstechbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadelgreifer (9) jeweils als Wendel (10) gestaltet sind und mit einem sie zur Drehung um die Wendelachse (11) antreibenden umsteuerbaren Drehantrieb (18) verbunden sind.

2. Greiferanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendeln (10) vom Hebewerkzeucj (8) mit vertikalen Wendelachsen (11) abstehen.

3. Greiferanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Wendeln (10) vom Hebewerkzeug (8) mit gleicher Länge abstehen.

4. Greiferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Nadelgreifer (9) synchron von einem einzigen Antriebsmotor (18) angetrieben sind.

5. Greiferanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadelgreifer (9) jeweils im Bereich ihres oberen Endes mit einem Zahnriemen- oder Kettenrad (25) bestückt sind und daß an den Zahnriemen- bzw. Kettenrädern aller Greifer ein gemeinsamer Zahnriemen bzw. eine gemeinsame Antriebskette (26) angreift, der bzw. die außerdem an einem auf der Abtriebswelle (17) des Motors (18) sitzenden Zahnriemen- bzw. Kettenrad (25) angreift.

6. Greiferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (18) ein Schrittmotor ist.

7. Greiferanordnung nach einem der**Äns*prücne *&iacgr; bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an einem einzelnen bzw. gemeinsamen Antriebssystem ein Drehwinkelsensor (23, 24) angreift.

8. Greiferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendeln (10) jeweils entlang einer Zylinderfläche (31) verlaufen.

9. Greiferanordnung nach einem.der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang der einzelnen Wendeln (10) einen von der Nadelspitze (32) nach oben zunehmenden Querschnitt aufweist.

10. Greiferanordnung nach dem auf Anspruch 8 rückbezogenen Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendeln (10) einen konstanten Innendurchmesser aufweisen.

11. Greiferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendeln (10) eine Oberflächenbeschichtung mit verminderter Anhaftungstendenz haben.