DE3231209A1

DE3231209A1 - Antriebseinrichtung fuer handhabungsgeraete

Info

Publication number: DE3231209A1
Application number: DE19823231209
Authority: DE
Inventors: Josef 9469 Haag Nutt
Original assignee: J Wagner AG
Current assignee: Wagner International AG
Priority date: 1982-08-21
Filing date: 1982-08-21
Publication date: 1984-02-23
Also published as: EP0101573A1; ATE17390T1; EP0101573B1

Description

DIPL.-ING. QUIDO ENGELHARDT PATENTANWALT

7990 Friedrichshafen

J. Wagner AG

CH - 945o Altstätten/Schweiz

Antriebseinrichtung für Handhabungsgeräte

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung für ein einachsiges Handhabungsgerät mit einem beidseitig von Druckluft beaufschlagbaren, in einem Druckzylinder verschiebbar eingesetzten Verstellkolben, mittels dem unmittelbar oder über Zwischenglieder ein höhenverstellbar angeordnetes Werkzeug, beispielsweise eine Spritzpistole, trieblich verbunden ist.

Antriebseinrichtungen dieser Art sind in zahlreichen unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt und haben sich in der Praxis auch bewährt. Den beiden Druckräumen des Zylinders wird hierbei aber, um eine Verstellbewegung vorzunehmen, Druckluft gleichen Druckes wechselweise zugeführt und durch Entlüftung des nicht an die Druckmittelleitung angeschlossenen Druckraumes wird die Verstellgeschwindigkeit des Verstellkolbens geregelt. Da somit die auf den Verstellkolben einwirkende Gewichtskraft des Werkzeuges nicht ausgeglichen wird, sind die Verstellgeschwindigkeiten beim Absenken mitunter erheblich

höher als beim Anheben des Werkstückes- Vor allem ist von Nachteil, daß der Verstellkolben im unteren Umkehrpunkt eine verhältnismäßig lange Zeitspanne in Ruhe verharrt und eine wesentlich größere Beschleunigungsstrecke zu durchfahren ist als im oberen Umkehrpunkt. Die Verzögerungsund Beschleunigungscharakteristiken sind daher in den Umkehrpunkten sehr unterschiedlich. Außerdem ist die Hubgeschwindigkeit nicht oder nur mit großem Aufwand für einen anderen Einsatzzweck veränderbar. In automatischen Fertigungsanlagen sind daher die bekannten Antriebseinrichtungen nicht oder nur unter Schwierigkeiten einzusetzen.

Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, die Antriebseinrichtung der vorgenannten Gattung in der Weise zu verbessern, daß nicht nur die Verstellgeschwindigkeit des Verstellkolbens in beiden Verstellrichtungen auf einfache Weise veränderbar und damit einstellbar ist, sondern daß auch gleiche Beschleunigungen beim Anheben und Absenken des Werkstückes gegeben sind, so daß die Verstellgeschwindigkeiten in beiden Verstellrichtungen in den Bereichen, in denen das Werk-" stück in Funktion ist, ebenfalls gleich sind. Die durch die Masse des Werkzeuges bedingte lotrecht gerichtete Kraft soll ohne Einfluß auf die Verstellbewegungen und somit ausgeglichen sein.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die 5 beiden dem Verstellkolben zugeordneten Druckräume zum Ausgleich der auf diesen einwirkenden Gewichtskraft ständig mit Druckluft unterschiedlichen Druckes beaufschlagt sind, daß die beiden Druckräume über mittels Steuerventilen anschließbare vorzugsweise verstellbare Drosseln wechselweise entlüftbar sind und daß zum beschleunigten Abströmen der Druckluft aus dem beim Anheben des Werkzeuges entlüfteten Druckraum an diesen ein Entlüftungsventil angeschlossen ist, das für eine einstellbare Zeitdauer geöffnet ist.

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Um auf einfache Weise die auf den Verstellkolben einwirkende Gewichtskraft des Werkzeuges durch eine Druckreduzierung ausgleichen zu können, ist es angebracht, zumindest in die in den beim Anheben des Werkzeuges entlüfteten Druckraum führende Druckmittelzuführungsleitung einen Druckregler einzusetzen. Selbstverständlich können aber auch beide Druckmittelzuführungsleitungen mit einem Druckregler versehen sein bzw. die zu dem Druckräum höheren Druckes führende Druckleitung kann zwischen zwei Druckreglern abgezweigt werden, damit die jeweils erforderlichen Drücke exakt einzustellen sind.

Zweckmäßig ist es ferner, an die Druckmittelzuführungsleitung niederen Druckes mittels Zweigleitungen zwei Ventile anzuschließen, die von durch den Verstellkolben unmittelbar oder über Zwischenglieder betätigbare Endschalter verstellbar sind, derart, daß über das mit dem der unteren Betriebsstellung des Werkstückes zugeordneten Endschalter zusammenwirkende Ventil das dem Druckraum niederen Druckes zugeordnete Entlüftungsventil und über das mit dem der oberen'Betriebsstellung des Werkstückes zugeordneten Endschalters zusammenwirkende Ventil ein Umschaltventil über die Zweigleitungen an die Druckmittelzuführungsleitung niederen Druckes anschließbar bzw. durch den in dieser herrschenden Druck umschaltbar sind.

Des weiteren ist es vorteilhaft, an die Druckleitung niederen Druckes ein Schaltventil anzuschließen, das über Steuerleitungen mit dem Umschaltventil und einem Oder-Ventil verbunden ist, daß das Umschaltventil über Steuerleitungen mit den den Druckräumen des Druckzylinders zugeordneten Steuerventilen in Verbindung steht und durch über das Oder-Ventil und dem dem Druckraum niederen Druckes zugeordneten Endschalter zusammenwirkenden Ventil zugeführten Steuerimpulsen

umschaltbar ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß bei Inbetriebnahme der Antriebseinrichtung stets ein Aufwärtshub ausgeführt wird.

Die Öffnungszeit des Entlüftungsventils kann in einfacher Weise mittels eines mit dem Verstellkolben zusammenwirkenden Steuernockens, mittels eines Zeitschaltrelais oder dgl. eingestellt werden, auch ist es angebracht, zur Einstellung des Verstellweges des Verstellkolbens die Endschalter höhenverstellbar anzuordnen.

Die gemäß der Erfindung ausgebildete Antriebseinrichtung ist nicht nur ohne großen Bauaufwand in wirtschaftlicher Weise, da dazu weitgehend handelsübliche Bauteile verwendet werden können, herzustellen, sondern diese ermöglicht es auch, die Funktion -eines Werkzeuges, dessen Höhenlage mittels eines Verstellkolbens zu verändern ist, sehr günstig zu beeinflussen. Werden nämlich die beiden Druckräume des Druckzylinders ständig mit Druckmittel unterschiedlichen Druckes beaufschlagt, so ist die auf den Verstellkolben einwirkende Gewichtskraft ausgeglichen und die Verstellbewegungen werden lediglich durch Entlüften des einen oder anderen Druckraumes ausgeführt. Und ist an den beim Anheben des Werkstückes entlüfteten Druckraum des weiteren ein für eine bestimmte Zeitdauer zu öffnendes Entlüftungsventil angeschlossen, so kann das Abströmen der Druckluft aus diesem Druckraum rasch erfolgen. Der Verstellkolben kann somit, da bei offenem Entlüftungsventil die Gegenkraft gering ist, in kurzer Zeit auf die vorgewählte Verstellgeschwindigkeit beschleunigt werden. Durch das zusätzliche Abströmen der Luft wird somit erreicht, daß die zur Beschleunigung der Masse und zur Überwindung der Erdanziehung erforderliche Kraft aufgrund der Druckdifferenz in den beiden Druckräumen in kurzer Zeit erreicht wird. Die Verzögerungs- und Beschleunigungscharakteristiken sind daher für den oberen und den unteren Umkehrpunkt nahezu gleich.

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so daß das Werkzeug über einen großen Verstellbereich des Verstellkolbens unter gleichbleibenden Bedingungen eingesetzt werden kann. Auch sind die Verstellgeschwindigkeiten, um z. B. eine Lackschicht unterschiedlicher Stärke auf ein Werkstück aufzubringen, ohne Schwierigkeiten an die jeweiligen Bedingungen anpaßbar.

Des weiteren wird mittels des Schaltventils und des Oder-Ventils erreicht, daß nach einem Ausschalten der Antriebseinrichtung stets mit einer Aufwärtsbewegung des Verstellkolbens begonnen wird, über das durch diese beeinflußbare Umsteuerventil wird nämlich beim Ausschalten das dem Druckraura höheren Druckes zugeordnete Ventil betätigt, so daß dieser an die Druckmittelzuführungsleitung angeschlossen ist, der Druckraum niederen Druckes ist aber über das diesem zugeordnete, von einem Steuersignal beaufschlagten Ventil entlüftet. Dadurch ist zuverlässig ein selbsthaltender Steuerimpuls vermieden, die Betriebsaufnahme ist somit, ohne daß die Gefahr von Störungen oder gar Unfällen besteht, ohne Schwierigkeiten jederzeit möglich.

in der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der gemäß der Erfindung ausgebildeten Antriebseinrichtung für ein einachsiges Handhabungsgerät dargestellt und nachfolgend im einzelnen erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 die einem mit einem Druckluftzylinder ausgestatteten Handhabungsgerät zugeordnete, aus

pneumatischen Schaltgliedern gebildete Antriebseinrichtung in einem statischen Betriebszustand und

Fig. 2 die Antriebseinrichrung nach Fig. 1 zu Beginn einer Aufwärtsbewegung des Werkstückes.

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Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte und mit 11 bezeichnete Antriebseinrichtung ist einem Handhabungsgerät 1 zugeordnet, das einen Druckzylinder 2, einen in diesen verschiebbar eingesetzten Verstellkolben 3 sowie ein schematisch dargestelltes Werkstück 4, z. B. eine Farbspritzpistole_/aufweist. Die Druckräume 5 und 6 des pneumatischen Druckzylinders 2 sind hierbei über Druckmittelzuführungsleitungen 13 und 14 an eine Druckmittelquelle 12 angeschlossen, so daß in diesen ein Druckmitteldruck aufgebaut werden kann.

Die Gewichtskraft des horizontal verstellbaren Werkstückes 4, die durch den Pfeil 8 angedeutet ist, ist bei der Antriebseinrichtung 11 ausgeglichen, der Verstellkolben 3 ist somit durch unterschiedliche in den Druckräumen 5 und 6 herrschende Drücke eingespannt und dessen Verstellbewegung wird lediglich durch Entlüften der Druckräume 5 oder 6 bewerkstelligt.

Um den dem Anheben des Werkzeuges 4 zugeordneten Druckraum 5 mit Druckmittel höheren Druckes zu beaufschlagen als den Druckraum 6 ist in die Druckmittelzuführungsleitung 14 nach ίο der Abzweigung der Druckmittelzuführungsleitung 13 ein Druckregler 16 eingesetzt, mittels dem der Druck abgesenkt werden kann. Der vorgeschaltete Druckregler 15 dient nur ■ dazu, Druckschwankungen des von der Druckquelle 12 zuströmenden Druckmittels zu eliminieren.

Ϊ5 In die Druckmittelzuführungsleitungen 13 und 14 sind Ventile 18 bzw. 2o eingesetzt, über die die Druckräume 5 und 6 über verstellbare Drosseln 19 bzw. 21 mit der Atmosphäre zu verbinden sind. Des weiteren ist an die Druckmittelzuführungsleitung 14 ein Schaltventil 17 angeschlossen, das über Steuerleitungen 29 und 3o mit einem Oder-Ventil 28 und einem auch von diesem beeinflußbaren Umschaltventil 27 in Verbindung steht.

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Ferner sind durch den Verstellkolben 3 über einen an diesem angebrachten Steuernocken 7 betätigbare in der Höhe einstellbare Endschalter 23 und 25 vorhanden, durch die Ventile 24 bzw. 26 somit in Abhängigkeit von der Betriebsstellung des Verstellkolbens 3 betätigbar sind. Die Ventile 24 und 26 stehen über Zweigleitungen 33 bzw. 34 mit der Druckmittelzuführungsleitung 14 und über Steuerleitungen 35 bzw. 36 mit dem Entlüftungsventil 22 bzw. dem Umschaltventil 27 in Verbindung, so daß diesen in einer bestimmten Betriebsstellung der Ventile 24 bzw. 26 Schaltimpulse zugeleitet werden können. Das Entlüftungsventil 22 ist unmittelbar an das Ventil 2o angeschlossen, so daß der Druckraum 6 in einer der beiden Betriebsstellungen des Ventils 2o außer über die Drossel 21 zusätzlich auch über das Entlüftungsventil 22 rasch zu entlüften ist.

Die Ventile 18 und 2o erhalten die Schaltimpulse über Steuerleitungen 31 bzw. 32 von dem Umschaltventil,27, das außerdem über eine Steuerleitung 37 mit dem Oder-Ventil 28 in Verbindung steht, über eine weitere Steuerleitung 38 kann diesem auch ein Steuerimpuls aus der Steuerleitung 35 zugeleitet werden.

In der in Fig. 1 dargestellten Betriebsstellung des Handhabungsgerätes 1 stehen beide Druckräume 5 und 6 unter Druck.

Der Druck in dem Druckraum 6 ist jedoch mittels des Druckreglers 16 reduziert und somit geringer bemessen als der in dem Druckraum 5 herrschende Druck, und zwar derart, daß der Gewichtskraft 8 des Werkzeuges 4 aufgrund des Differenzdruckes das Gleichgewicht gehalten wird. In dieser Betriebs- Stellung kann, da diese Antriebseinrichtung mit der Bedingung ausgestattet ist, daß bei Inbetriebnahme nur eine Aufwärtsbewegung ausgeführt werden kann, der Verstellkolben 3 nur nach oben verstellt werden. Dazu wird das Schaltventil

in die in Fig. 2 dargestellte Lage gebracht. Da das Umsteuerventil 27, das Oder-Ventil 28 und auch das Ventil 18 die Betriebsstellungen beibehalten, das Ventil 2o aber über die Steuerleitungen 3o und 32 einen Schaltimpuls erhält, wird durch dieses die Druckmittelzuführungsleitung 14 abgesperrt und es wird der Druckraum 6 über einen Teil 14' der Druckmittelzuführungsleitung mit der Drossel 21 verbunden. Die in dem Druckraum 6 eingesperrte Druckluft kann somit gedrosselt abströmen, so daß der Verstellkolben 3 mit einer einstellbaren Geschwindigkeit bis zur Betätigung des Endschalters 25 durch den Schaltnocken 7 vertikal verstellt wird.

Sobald der Endschalter 25 betätigt wird, wird das Ventil 26 verstellt, so daß über die Zweigleitung 34 und die Steuerleitung 36 das Umsteuerventil 27 einen Steuerimpuls erhält. Dadurch wird die Steuerleitung 31 mit der an die Druckmittelzuführungsleitung 14 angeschlossenen Steuerleitung 3o verbunden, das Ventil 18 wird infolge·davon ebenfalls verstellt, so daß somit der Druckraum 5 über die Drossel 19 entlüftet ist. Die Verstellbewegung des Verstellkolbens 3 wird auf diese Weise selbsttätig umgekehrt. Die Absinkgeschwindigkeit ist mittels der Drossel 19 einstellbar. Die Verstellbewegungen des Verstellkölbens können durch Betätigen des Schaltventils 17 jederzeit unter-5 brochen werden, bei erneuter Inbetriebnahme wird aber stets wiederum eine Aufwärtsbewegung ausgeführt.

Sobald über den Steuernocken 7 der Endschalter 2 3 betätigt wird, ist die an die Druckmittelzuführungsleitung 14 angeschlossene Zweigleitung 33 über das Ventil 24 mit der Steuerleitung 35 verbunden, das Entlüftungsventil 23 erhält somit einen Steuerimpuls. Gleichzeitig wird über die Steuerleitung 38 auch das Oder-Ventil 28 beeinflußt und

umgeschaltet, so daß über die Steuerleitung 37 auch das Umsteuerventil 27 betätigt wird. Dadurch wird die Steuerleitung 32 über die Steuerleitung 3o an die Druckmittelzuführungsleitung 14 angeschlossen, das Ventil 2o wird umgeschaltet und somit der Druckrauin 6 zusätzlich entlüftet.

Da aber an das Ventil 2o nicht nur die Drossel 21 _f sondern auch das Entlüftungsventil 22 angeschlossen sind, erfolgt die Entlüftung sehr rasch, und zwar ist das Entlüftungsventil 22 so lange geöffnet, wie das Ventil 24 über den Endschalter 23 und durch den Steuernocken 7 oder einem aequivalenten Mittel betätigt bleibt-Nimmt der Endschalter 23 die in Fig. 1 dargestellte Stellung ein, fällt das Ventil 24 und auch das mit diesem verbundene Entlüftungsventil 22 sofort ab, das in dem Druckraum 6 befindliche Druckmittel kann dann nur noch über die Drossel 21 verzögert abströmen, wobei mittels dieser die Verstellgeschwindigkeit eingestellt werden kann. Mit Hilfe des Entlüftungsventils 22 kann somit der Verstellkolben 3 über eine kurze Wegstrecke rasch auf die vorgegebene Verstellgeschwindigkeit beschleunigt werden, in dem der in dem Druckraum 6 herrschende Druck für eine einstellbare Zeitspanne zusätzlich abgebaut wird. Die Beschleunigungs- und Verzögerungscharakteristiken können 5 demnach im oberen und unteren Umkehrpunkt gleich gestaltet werden, da durch das zusätzliche Abströmen der Luft aus dem Druckraum 6 die zur Beschleunigung des Werkstückes 4 und zur Überwindung der Erdanziehung notwendige Kraft aufgrund der großen Druckdifferenz in kurzer Zeit erreicht wird.

und da mittels des Oder-Ventils 28 das Umsteuerventil stets in eine derartige Schaltstellung gebracht wird, daß bei einer erneuten Inbetriebnahme nur eine Vertikalbewegung des Werkstückes 4 ausführbar ist, ist auch eine hohe

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Betriebssicherheit gegeben.

19. August' 1982 e-1
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Claims

DlPL-ING. GUIDO ENGELHARDT PATENTANWALT

7990 Friedrichehafen

J. Wagner AG

CH - 945o Altstätten/Schweiz

Patentansprüche :

Antriebseinrichtung für ein einachsiges Handhabungsgerät mit einem beidseitig von Druckluft beaufschlagbaren, in einem Druckzylinder verschiebbar eingesetzten Verstellkolben, mittels dem unmittelbar oder über Zwischenglieder ein höhenverstellbar angeordnetes Werkzeug, beispielsweise eine Spritzpistole trieblich verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß die beiden dem Verstellkolben (3) zugeordneten Druckräume (5, 6) zum Ausgleich der auf diesen einwirkenden Gewichtskraft (Pfeil 8) ständig mit Druckluft unterschiedlichen Druckes beaufschlagt sind, daß die beiden Druckräume (5, 6) über mittels Steuerventilen (18, 2o) anschließbare vorzugsweise verstellbare Drosseln (19, 21) wechselweise entlüftbar sind und daß zum beschleunigten Abströmen der Druckluft aus dem beim Anheben des Werkzeuges (4) entlüfteten Druckraum (6) an diesen ein Entlüftungsventil (22) angeschlossen ist ,das für eine einstellbare Zeitdauer geöffnet ist.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß zumindest in die in den beim Anheben des Werkzeuges (4) entlüfteten Druckraum (6) führende Druckmittelzuführungsleitung (14) ein Druckregler (15) eingesetzt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß an die Druckmittelzuführungsleitung (14) niederen Druckes mittels Zweigleitungen (33, 34) zwei Ventile (24, 26) angeschlossen sind, die mit durch den Verstellkolben (3) unmittelbar oder über Zwischenglieder (Steuernocken 7) betätigbare Endschalter (23, 25) verstellbar sind, derart, daß über das mit dem der unteren Betriebsstellung des Werkstückes (4) zugeordneten Endschalter (23) zusammenwirkende Ventil (24) das dem Druckraum niederen Druckes zugeordnete Entlüftungsventil

(22) und über das mit dem der oberen Betriebsstellung des Werkstückes (4) zugeordneten Endschalters (25) zusammenwirkende Ventil (26) ein Umschaltventil (27) über die Zweigleitungen (33 bzw. 34) an die Druckmittelzuführungsleitung (14) niederen Druckes anschließbar bzw. durch den in dieser herrschenden Druck umschaltbar sind.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekenn zeichnet,

daß an die Druckleitung (14) niederen Druckes ein Schaltventil (17) angeschlossen ist, das über Steuerleitungen (3o, 29) mit dem Umschaltventil (27) und einem Oderventil (28) verbunden ist, daß das Umschaltventil (27) über Steuerleitungen (31, 32) mit den den Druckräumen (5, 6) des Druckzylinders (2) zugeordneten Steuerventilen (18/ 2o) in Verbindung steht und durch über das Oderventil (28) und dem dem Druckraum (6) niederen Druckes zugeordneten Endschalter (25) zusammenwirkenden Ventil (26) zugeführten Steuerimpulsen (Steuerleitungen 37, 36) umschaltbar ist.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Öffnungszeit des Entlüftungsventils (22) mittels eines mit dem Verstellkolben (3) zusammenwirkenden Steuernocken (7),mittels eines Zeitschaltrelais oder dgl. einstellbar ist.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

daß zur Einstellung des Verstellweges des Verstellkolbens (3) die Endschalter (23, 25) höhenverstellbar angeordnet sind.

18. August/1982 e-1
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