DE3305596A1

DE3305596A1 - Antriebseinheit, insbesondere fuer handhabungsgeraete

Info

Publication number: DE3305596A1
Application number: DE19833305596
Authority: DE
Inventors: Hans 7981 Vogt Gärtner
Original assignee: Rohwedder & Co KG Sonderm GmbH
Current assignee: Rohwedder & Co KG Sonderm GmbH
Priority date: 1983-02-18
Filing date: 1983-02-18
Publication date: 1984-08-23

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, insbesondere für Handhabungsgeräte, zur Erzeugung örtlich-zeitlich-gleicher Bewegungsabläufe, mit einem Kurvengetriebe, bestehend aus wenigstens einer Kurvenscheibe und wenigstens einem Hubglied zur Umsetzung der Drehbewegung der Kurvenscheibe in eine gradlinige oder Schwenkbewegung des Hubgliedes.

Kurvengetriebe bestehen aus einem Gestell, an dem eine Kurvenscheibe meist als Antriebsglied gelagert ist und einem ebenfalls beweglich am Gestell angeordneten Hebel oder Schieber, dessen Zwangslauf von der Kurvenscheibe kraftschlüssig oder formschlüssig gesteuert wird. Man kann mittels solcher Getriebe u. a. Drehbewegungen in gradlinige umsetzen und umgekehrt. Kurvengetriebe haben große praktische Bedeutung, da es mit ihrer Hilfe möglich ist, praktisch jede beliebige Bewegungsfunktion zu realisieren. So können Kurvenscheiben mit einer Konturgenauigkeit von weniger als +/- 5 μπι hergestellt werden.

In der Montagetechnik werden Rundtransfermaschinen nach wie vor über eine Kurvensteuerung angetrieben. Kurvengesteuerte Verkettungen ermöglichen hohen Taktzahlen bei genauester Fertigung, da der Antrieb mittels einer Zwangssteuerung erfolgt, d. h. durch die Zwangssteuerung der einzelnen Bewegungsabläufe mittels Kurvenscheiben kann beim kurvengesteuerten Handling mit sich über-

läppenden Arbeitsgängen gearbeitet werden. Bei pneumatischen Geräten entstehen verhältnismäßig große Verzögerungszeiten durch die Abfrage zu Beginn und am Ende des jeweiligen Hubes, sowie der dazugehörigen Schaltzeiten der Pneumatik bzw. Elektronik und den Sicherheitszeiten. Ein weiterer Sicherheitsspielraum muß pneumatischen Zylindern infolge von auftretenden Geschwindigkeitsdifferenzen gegeben werden, die durch Temperaturschwankungen entstehen.

Handhabungsgeräte mit pneumatischer Steuerung sind wegen dem hohen Aufwand der Steuerung sehr teuer und stellen außerdem weger der hohen Lautstärke eine starke Umweltbelästigung dar. Die ständige Expansion der Luft entzieht den Räumen Wärme, die durch einen Kompressor aufgebracht werden muß; Luftaufbereitung kostet jedoch auch Geld. Pneumatisch gesteuerte Bewegungen vermitteln eine hektische Betriebsatmosphäre. Durch ihren komplizierten Aufbau und durch die immer umfangreichere Elektronik ist die Wartunc von pneumatischen bzw. elektronischen Handhabungsgeräten für viele kleinere Betriebe zu aufwendig, da entsprechende Fachleute fehlen.

Rundschalttische mit einer Festverkettung der einzelnen Bewegungsabläufe haben deshalb durch die Zwangssteuerung und durch den einfachen Aufbau erhebliche Vorteile hinsichtlich Arbeitsgenauigkeit, hohen Taktzeiten, hohen Beschleunigungen und Ver-

zögerungen usw. gegenüber pneumatischen und elektrischen Handlingsystemen.

Handhabungsgeräte, d. h. Übergabegeräte, Industrieroboter usw. werden fast ausschließlich mit pneumatischer oder elektrischer Steuerung, nicht jedoch mit Kurvensteuerung betrieben. Ein bekanntes Handhabungsgerät mit mechanischer Steuerung "Werkstück-Zuführeinrichtung" der Firma Siemens bedient sich zwar der oben genannten Vorteile der Zwangssteuerung mit Kurvenantrieb, der Kurvenantrieb ist jedoch bei diesem Gerät unmittelbar im Bereic des Handlings angeordnet, d. h. das sperrige Gerät ergibt einen verbauten Arbeitsplatz bzw. Handlingplatz. Weiterhin ist bei de bekannten Gerät die notwendige Flexibilität nicht gegeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinheit insbesondere für Handhabungsgeräte mit loser Verkettung bzw. Rundtransfermaschinen vorzuschlagen, welche zwangs gesteuert mittels Kurvenscheiben mit ruck- und stoßfreien Beschleunigungs- und Verzögerungs-Phasen arbeitet und welches insbesondere eine variable Hubeinstellung bzw. eine Hubabgleichung ohne Auswechslung der Kurvenscheiben erlaubt. Eine weitere Aufgabe liegt darin, eine Antriebseinheit für ein flexibles Handhabungsgerät mit mehreren Funktionen zu schaffen, bei welchem d] Antriebseinheit nicht störend im Arbeitsbereich angeordnet ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs

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bezeichneten Art durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch gelöst, daß das Hubglied eine arretierbare Drehscheibe mit wenigstens einer im Winkel verstellbaren Angriffsflanke aufweist, an welcher ein Führungsbolzen oder Rolle einer quer zum Hubglied sich linear bewegenden, druck- und/oder /.ugausübenden Schubstange kraft- oder formschlüssig angreift und de die durch Veränderung des Winkels der Angriffsfläche veränderliche Linearbewegung der Schubstange zur Erzeugung von Linearoder Drehbewegungen dient, wobei der durch die Kurvenscheibe gesteuerte Bewegungsablauf in seiner Hub- bzw. Zuggröße durch di verstellbare Angriffsflanke beeinflußbar ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs vereinigt gegenüber den eingangs erwähnten, bekannten Einrichtungen die Vorteile des kurvengesteuer ten Antriebs und überträgt diese auf Handhabungsgeräte für lose und starre Verkettungen. Insbesondere ermöglicht die erfindungs gemäße Einrichtung eine flexible Verstellmöglichkeit bzw. Variationsmöglichkeit der durch die Kurvenscheibe vorgegebenen Bewegungsabläufe.

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat weiterhin den Vorteil, daß sie in Form einer umrüstbaren Einrichtung aufgebaut ist, die zui Antrieb mehrerer Funktionen, wie Linearbewegungen, Drehbewe-

gungen usw. von Handhabungsgeräten verwendet werden kann. Durch die stufenlose verstellnöglichkeit kann der durch die Kurvenscheibe vorgegebene Bewegungsablauf in gewißen Grenzen variiert werden. Insbesondere kann ie nach Anordnung der erfindungsgemäßen Angriffsflanken eine Druck- bzw. Zug-Bev.^Tequng an der Schubstange und ein entsprechendes Drehmoment an der Abtrittswelle erzeugt v/erden.

Durch die kompakte, in einem Gehäuse angeordnete Bauweise der erfindungsgemäßen Antriebseinheit kann diese vorteilhaft zum Antrieb von Iiineareinheiten bwz. Rotationseinheiten verv/enden werden, ohne daß der Bewegungsspielraum der Handhabungseinrichtungen gestört wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich.

Die vorteilhafte Ausgestaltung gemäß Unteranspruch 2 erlaubt es, daß der Führungsbolzen in einer Längsnut geführt wird, dessen beide Flanken auf den Führungsbolzen einwirken können. Hierdurch kann auf die Führungsstange sowohl ein Druck als auch ein Zug ausgeübt werden. Verwendet man nur eine Flanke, so kann eine Rückstellung ggf. durch Federkraft oder dergleichen erfolgen.

Dreht man die Drehscheibe in die Stellung, daß die Nut beispielsweise in die Bewegungsrichtung des Hubgliedes zu liegen kommt, so erfolgt keine Krafteinwirkung der Flanken der Führungsnut auf den Führungsbolzen, so daß die Schubstange keine Bewegung durchführt. Je weiter man die Nut in Richtung Schubstange neigt, um so größer wird der Hub der Schubstange. Neigt man die Führungslängsnut der Drehscheibe um 45°, so entspricht der durch das Hubglied ausgeführte Hub genau demjenigen der Schubstange. Hierdurch wird eine stufenlose Verstellbarkeit bzw. Übersetzung oder Untersetzung der durch die Kurvenscheibe vorgegebenen Bewegung erzielt.

Gemäß der Ausgestaltung nach Unteranspruch 3 kann es vorteilhaft sein, daß das Hubglied kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit der Kurvenscheibe verbunden ist. Sofern nur eine Kraftschlüssigkeit vorliegt, muß die Rückstellung ggf. durch Federkraft bewerkstelligt werden.

Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung nach Unteranspruch -4 wird die auf die Schubstange übertragene Bewegung mittels Zahnstange und Zahnrad auf eine Abtriebswelle geleitet, die die Bewegung aus dem Gehäuse der Antriebseinheit weiterleitet.

Gemäß den weiteren Unteransprüchen 5, 6 und 7 werden dem Gehäuse

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der Antriebseinheit unterschiedliche Abtriebseinheiten zugeordnet, die auf die Abtriebswelle aufgeflanscht werden und an ihrem Ausgang wiederum eine Linear- oder Rotationsbewegung erzeugen. Die Linearbewegung wird dabei durch ein Ritzel auf der Abtriebswelle erzeugt, die ein Zahnstangenprofil bewegt. Entsprechend wird die Rotationsbewegung durch ein auf der Abtriebswelle positioniertes Kegelrad in Zusammenwirkung mit einem weiteren Kegelrad erzeugt.

Diese Linear- oder Rotationsbewegungen können dann erfindungsgemäß z. B.'mittels Bowdenzüge auf Linearübergabegeräte bzw. mittels biegsamen Wellen auf Rotationseinheiten übertragen werden. Hierzu gibt es z. B. sogenannte Zahnstangendosen, bei welchen, ausgehend von einer Drehbewegung der Abtriebswelle die verschiedensten Bewegungen über Bowdenzüge bzw. Seil züge erzeugt werden können.

Um die verschiedensten Bewegungsformen an Handhabungsgeräten vornehmen zu können, werden erfindungsgemäß mehrere Antriebseinheiten hintereinander geschaltet, die jeweils eine bestimmte Funktion ausüben.

Ein vorteilhaftes und zweckmäßiges Ausführungsbexspiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit im Schnitt,

Fig. 2 eine Zusammenstellung der erfindungsgemäßen Einheit im Anwendungsfall.

Die in Fig. 1 dargestellte Antriebseinheit 10 besteht aus einen Gehäuse 11 in welchem ein Kurvengetriebe 12 angeordnet ist. Das Kurvengetriebe 12 beteht aus einer Kurvenscheibe 13 die von einer Antriebswelle 14 angetrieben v/ird. Ein Hubglied 15 mit einer Abtastrolle 16 tastet die Flanke 17 der Kurvenscheibe 13 ab. Durch die linearen Führungselemente 18 führt das Hubglied in Fig. 1 eine lineare Vertikalbewegung (Pfeil 19) aus. Die Bewegung richtet sich in an sich bekannter Weise nach der Kontur der Kurvenscheibe 13.

Dem Hubglied 15 ist eine Drehscheibe 20 zugeordnet, die fest, jedoch drehbar mit dem Hubglied verbunden ist. In der in der Fig. 1 dargestellten Konstruktion ist die Drehscheibe 20 in schematisch dargestellten Lagern 21 gelagert. Anstelle dieser Lager 21 ist jedoch auch eine Verbindung über eine Mittelachse möglich. Maßgeblich ist die Verdrehbarkeit der Drehscheibe 20,

bei im übrigen fester Verbindung mit dem Hubglied 15. Die Drehscheibe 20 kann auf das Hubglied 15 aufgesetzt oder in dieses eingelassen sein.

Die Drehscheibe 20 weist eine Führungslängsnut 22, bestehend aus den Flanken 23 und 24 auf. Diese Führungslängsnut 22 kann entv/eder in die Drehscheibe eingefräst oder aufgebracht sein. Je nach Verdrehung der Drehscheibe 20 ist die Führungslängsnut 22 mehr oder weniger um den Winkel _t-\. geneigt. Bei oC =90° ist die Führungslängsnut 22 in Richtung der Bewegung 19 des Hubgliedes 15 ausgerichtet.

In die Führungslängsnut 22 greift ein Führungsbolzen 25 ein, der mit einer Schubstange 26 fest verbunden ist. Die Schubstange 26 ist in den Lagern 27 in der Figur in horizontaler Ebene gelagert. Die Bewegung der Schubstange 26 wird über ein Zahnstangenprofil 28 auf eine Abtriebswelle 29 mit entsprechender Verzahnung übertragen. Die Linearbewegung der Schubstange 26 ist durch den Pfeil 30, die Rotationsbewegung der Abtriebswelle durch den Pfeil 31 angedeutet. Die Rückstellung des Hubgliedes 15 erfolgt durch eine Druckfeder 32.

In Fig. 2 ist die Antriebseinheit 10 in verschiedenen Arbeitsstellungen dargestellt. Zur Erzeugung von Längsbewegungen bzw.

Rotationsbewegungen werden auf die Abtriebswelle 29 verschiedene Abtriebseinheiten 33, 34 aufgesetzt. Die Abtriebseinheit 33 ist z. B. als sog. Zahnstangendose ausgebildet, wie sie von der Firir Vofa-Werk, Düsseldorf bekannt ist. Bei dieser Abtriebseinheit wird die Rotationsbewegung der Abtriebswelle 29 über ein Zahnstangenprofil auf einen Bowdenzug 3 5 als Längsbewegung übertragen. So kann z. B. die im Figurenteil b der Figur 2 dargestellte Längsbewegung (Pfeil 36) über den nicht näher dargestellten Bowdenzug 35 auf eine Kipphebel 37 (Fig. 2 d) übertragen werden und somit eine Schwenkbewegung 38 durchführen.

Gemäß der weiteren Abtriebseinheit 34 wird mittels zweier Kegelräder auf bzw. an der Abtriebswelle 29 eine Rotationsbewegung (Pfeil 39) erzeugt. Diese Rotationsbewegung wird mittels einer ebenfalls nicht näher dargestellten biegsamen Welle 40, wie sie z. B. von der Firma Biax in 6920 Sinsheim hergestellt wird, ζ. Β ebenfalls auf ein Kippelement gemäß Fig. 2 e übertragen (Kippbewegung entsprechend Pfeil 41).

In Fig. 2 f sind mehrere Antriebseinheiten 10 zu einem Antriebsblock 42 zusammengefaßt, wie er z. B. zum Antrieb eines flexiblen Handhabungssystems (Industrieroboter oder dergleichen) benötigt wird. Der Antrieb des Blocks 42 geschieht über die

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gemeinsame Antriebswelle 14. Der Abtrieb ist je nach Funktion durch unterschiedliche Abtriebseinheiten 33, 34 unterschiedlich ausgestaltet. Die Verbindung zwischen dem Antriebsblock 42 und den mechanisch zu betätigenden Übergabeeinheiten 4 3 geschieht mittels Bowdenzüge 35 oder biegsamen Wellen 40. Hierdurch können die Übergabegeräte 43, angetrieben vom Antriebsblock 42, Linear- und Rotationsbewegungen ausführen.

Die Funktionsweise der in Fig. 1 und 2 dargestellten Antriebseinheit wird wie folgt umrissen: Die durch einen externen Antrieb angetriebene Antriebswelle 14 treibt die Kurvenscheibe an, deren Außenkontur die Bewegung des Hubglieds 15 bestimmt. Stellt man den Winkel o4 der Führungslängsnut 22 auf 45°, so wird die Hubbewegung 19 des Hubglieds im Verhältnis 1 : 1 auf die Schubstange 26 spielfrei und verzögerungsfrei und zwangsgesteuert übertragen. Die Schubstange 26 treibt die Abtriebswelle 29 an, die ihrerseits auf die Abtriebseinheiten 33, 34 einwirkt und damit eine Längs- oder Rotationsbewegung durchführt. Diese Bewegung wird dann über Bowdenzüge 35 oder biegsame Wellen 40 an den Arbeitsplatz der Handhabung übertragen.

Das erfindungsgemäße Antriebssystem wird zunächst durch die Außenkontur 17 der Kurvenscheibe 13 bestimmt. Die hierdurch erzielte Bewegung läßt sich jedoch zusätzlich durch die erfindungsgemäße Drehscheibe 20 mit entsprechender Führungsnut

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22 in bestimmten Grenzen variieren. So wird z. B. bei ,-^ =90' d. h. in Fig. 1 senkrechter Führungslängsnut 22 keine Kraft ai die Schubstange 26 übertragen. Bei oi > ⁹⁰° können die Flai 23, 24 der Führungslängsnut 22 sowohl eine Zug- als auch eine Druckbelastung auf die Schubstange 26 ausüben. Hierdurch könne die Bowdenzüge 35 sowohl Zug- als auch Druckkräfte übertragen, ebenso können die biegsamen Wellen 40 in beide Drehrichtungen Drehmomente übertragen.

Die Erfindung ermöglicht durch die kompakte Bauweise und der : sätzlichen Verstellmöglichkeit einen sehr flexiblen Einsatz, \ bei die Einrichtung infolge der Kraft- bzw. Momentenübertragur über Bowdenzüge oder biegsame Wellen nicht unmittelbar vor Ort angeordnet sein muß. Durch die Erfindung wird deshalb erstmals ein universeller Einsatz von kurvengesteuertem Antrieb mit
Zwangssteuerung bei flexiblen Handhabungsautomaten erzielt.

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Claims

- -. KAJ.blM.I . DIPL.-ING. EBERHARD;EtS£LEI >\dr!-ING. HERBERT Zugelassene; Vertrtjter""b3*m Eruropälschen Patentamt Goetheplatz 7 - 798O Ravensburg - Telefon (O751) 214OO Anmelder: Hans Gärnter, Aichwiesen 19 7981 Vogt Bezeichnung: Antriebseinheit, insbesondere für Handhabungsgeräte ANSPRÜCHE

1.) Antriebseinheit, insbesondere für Handhabungsgeräte mit ruck- und stoßfreien Beschleunigungs- und Verzögerungs-Phasen, zur Erzeugung örtlich-zeitlich-gleicher Bewegungsabläufe, mit einem Kurvengetriebe, bestehend aus wenigstens einer Kurvenscheibe und wenigstens einem Hubglied zur Umsetzung der Drehbewegung der Kurvenscheibe in eine gradlinige oder Schwenk-Bewegung des Hubgliedes, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubglied (15) eine arretierbare Drehscheibe (20) mit wenigstens einer im Winkel

verstellbaren Angriffsflanke (23, 24) aufweist, an welcher ein Führungsbolzen oder Rolle (25) einer quer zum Hubglied (15) sich linear bewegenden, druck und/oder zugausübenden Schubstange (26) kraft- oder formschlüssig eingreift, und daß die durch Ver-

änderung des Winkels ^, der Angriffsflanke (23, 24) veränderliche Linearbewegung (30) der Schubstange (26) zur Erzeugung von Linear- oder Drehbewegungen dient, wobei der durch die Kurvenscheibe (13) gesteuerte Bewegungsablauf in seiner Hub- bzw. Zuggröße durch die verstellbare Angriffsflanke (23, 24) beeinflußbar ist.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in einem Gehäuse (11) in einer linearen Führung (18) gelagerte Hubglied (15) eine am Hubglied gelagerte Drehscheibe (20) mit Längsnut (22, 23, 24) aufweist und daß der Winkel q£ der Längsnut (22) durch Verstellung und Arrtierung der Drehscheibe (20) stufenlos verstellbar ist.

3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubglied (15) kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit der Kurvenscheibe (13) verbunden ist.

4. Antriebseinheit nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die über den Führungsbolzen oder Rolle (25) linear bewegliche Schubstange (26) mittels eines Zahnstangenprofils (28) eine Abtriebswelle (29) am Gehäuse (11) antreibt.

5. Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (29) mittels eines Zahnrades und einer weiteren Zahnstange eine gegenüber dem Gehäuse externe Linearbewegung erzeugt.

6. Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (29) mittels Kegelräder eine gegenüber dem Gehäuse externe Drehbewegung erzeugt.

7. Antriebseinheit nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch.gekennzeichnet, daß an das Gehäuse (11) der Antriebseinheit (10) auf die Abtriebswelle (29) eine Abtriebseinheit (33, 34) anflanschbar ist, welches die Antriebseinheit wahlweise zur Lineareinheit oder zur Rotationseinheit macht.

8. Antriebseinheit nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearbewegung der Abtriebseinheit (33) mittels Zahnstangendosen und Bowdenzügen (35) oder Seilzüge und die Rotationsbewegung der Abtriebseinheit (34) mittels biegsamen Wellen (40) auf Linearübergabegeräte (43) bzw. entsprechender Rotationseinheiten übertragbar ist.

9. Antriebseinheit nach einem oder mehreren der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Antriebseinheiter (10) nebeneinander zu einem Block (42) zur Durchführung verschiedener Funktionen angeordnet und durch eine gemeinsame Antriebswelle (14) antreibbar sind.