DE3844238C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Manipulator zum Bewegen
eines Werkstückes in eine vorbestimmte Position
mit
- - einer Tragschiene, welche derart an einem Rahmen angebracht ist, daß sie in der Bewegungsrichtung des Werkstückes bewegt werden kann;
- - einer am Rahmen angebrachten Antriebsvorrichtung zur Hin- und Herbewegung der Tragschiene; und mit
- - einer Einspannvorrichtung zum Einspannen des Werkstückes.
Aus der DE 26 30 858 B2 ist ein Transportautomat
bekannt, bei dem eine Tragschiene derart an einem
Rahmen angebracht ist, daß sie in der Bewegungsrichtung
eines Werkstückes bewegt werden kann. Am
Rahmen ist eine Antriebsvorrichtung zur Hin- und
Herbewegung der Tragschiene angebracht. Die
Antriebsvorrichtung wird zum größten Teil von einer
Aufnahme umschlossen und weist im wesentlichen eine
Zahnscheibe und zwei Umlenkrollen auf. Zwischen den
Umlenkrollen und der Zahnscheibe ist ein Zahnriemen
geführt, welcher ebenfalls Bestandteil der Antriebsvorrichtung
ist und mit seinen beiden Enden an den
beiden Enden der Tragschiene befestigt ist. An den
beiden Enden der Tragschiene sind Einspannvorrichtungen
zum Einspannen eines Werkstückes vorgesehen.
Wird die Zahnscheibe gedreht, so wird der Zahnriemen
in Längsrichtung bewegt, was eine Bewegung der
Tragschiene ebenfalls in Längsrichtung zur Folge
hat. Der Bewegungshub der Tragschiene und somit die
Länge des Weges jeder Einspannvorrichtung wird
durch die Länge der Tragschiene bestimmt. Wird eine
hohe Bewegungsgeschwindigkeit der Tragschiene mit
den daran angebrachten Einspannvorrichtungen erforderlich,
so muß die Zahnscheibe vom Antriebsmotor
entsprechend schnell gedreht werden. Dies ist jedoch
nur dann möglich, wenn der Antriebsmotor entsprechend
ausgelegt ist. Elektromotoren mit hohem
Beschleunigungsvermögen und hoher Nenndrehzahl
benötigen wegen der höheren Leistungsaufnahme ein
größeres Bauvolumen. Außerdem müssen die Lager entsprechend
ausgelegt werden. Somit ist ein solcher
Elektromotor nicht nur besonders wartungsintensiv,
sondern auch teuer, was für manche Anwendungen von
Nachteil ist. Hinzukommt als ein weiterer Nachteil, daß
die Tragschiene mit den darin befestigten Einspannvorrichtungen
durch die Aufnahme auf dem Rahmen geführt
werden muß, damit das vorbeschriebene Antriebsprinzip
verwirklicht werden kann. Da die Aufnahme
sämtliche rotierenden Teile der Antriebsvorrichtung
enthält, besitzt sie ein entsprechend
großes Bauvolumen. Dies bereitet jedoch Probleme
bei dem Einsatz in beengten räumlichen Verhältnissen.
Schließlich ist der bekannte Transportautomat
aufgrund des zuvor beschriebenen Aufbaus recht
wuchtig und schwer, wodurch seine Beweglichkeit
leidet, wenn er mit seinem Rahmen dreh- und/oder
verfahrbar auf einem Untergrund angeordnet ist.
Aus der EP 00 74 549 A2 ist ein linear verschieblicher
Arbeitsarm, insbesondere für Handhabungsgeräte, bekannt.
Dieser Arbeitsarm weist eine Schlittenkonstruktion
aus mehreren vertikal angeordneten,
etwa gleich langen Teilstücken auf. Am ersten vertikalen
Teilstück ist ein vertikal wirkender Linearantrieb
befestigt. Der Linearantrieb wirkt auf das
zweite Teilstück und schiebt dieses entsprechend in
vertikale Richtung. Ferner ist am ersten Teilstück
eine vertikale Zahnstange befestigt, mit der sich
ein Zahnrad bzw. Ritzel in Eingriff befindet,
welches vom Linearantrieb in vertikaler Richtung
bewegt wird. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet
sich das Zahnrad in Eingriff mit einer weiteren
vertikalen Zahnstange, die am dritten Teilstück
befestigt ist. Das Zahnrad kann als Doppelzahnrad
bzw. Doppelritzel ausgebildet sein, bei
welchem die beiden Zahnstangen auf unterschiedlichen
Zahnreihen laufen. Aufgrund dieser Anordnung
wird erreicht, daß der Bewegungshub des dritten
Teilstückes gegenüber dem ersten Teilstück um einen
Faktor <1 länger als der Stellhub des Linearantriebes
ist, wodurch der Stellhub des Linearantriebes
begrenzt werden kann. Dieser Vorteil wird jedoch
durch das hohe Gewicht, welches diese Anordnung
benötigt, wieder zunichte gemacht. Zur Erzielung der
erforderlichen Stabilität und Steifheit bestehen
sämtliche Teilstücke aus Metallrohren bzw. hohlen
Metallstäben, welche teleskopisch ineinander verschiebbar
angeordnet sind. Aufgrund des hohen Gewichtes
ist die maximale Hubgeschwindigkeit begrenzt,
so daß der bekannte Arbeitsarm für Anwendungen
nicht geeignet ist, bei denen sehr hohe
Stellgeschwindigkeiten benötigt werden. Hinzukommt,
daß die teleskopische Lagerung kompliziert ist und
sorgfältig ausgeführt sein muß, wodurch die Herstellung
dieses bekannten Arbeitsarmes aufwendig und
teuer wird. Bei schlechter und nicht sorgfältiger
Ausführung der Lagerung kann es nämlich während des
Betriebes zu Vibrationen zwischen den einzelnen
Teilstücken kommen, so daß ein präzises Arbeiten
dann nicht mehr möglich ist.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Manipulator der zuvor erwähnten Art derart weiterzubilden,
daß die Einspannvorrichtung, bei relativ
kurzem Stellhub der Antriebsvorrichtung über einen
relativ langen Bewegungsweg bewegt werden kann,
wobei die Größe, das Gewicht und die Kosten des
Manipulators verringert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch Kombination folgender
Merkmale:
- - ein Paar erster Riemenscheiben, die mit vorbestimmtem Abstand auf der einen Seite der Tragschiene drehbar angebracht sind;
- - einen das Paar erster Riemenscheiben miteinander verbindenden ersten Zahnriemen, der zum Teil am Rahmen befestigt ist, um die ersten Riemenscheiben bei Bewegung der Tragschiene in Rotation zu versetzen;
- - ein Paar zweiter Riemenscheiben, die drehbar mit vorbestimmtem Abstand auf der anderen Seite der Tragschiene angebracht sind; und durch
- - einen das Paar zweiter Riemenscheiben miteinander verbindenden zweiten Zahnriemen, an dem die Einspannvorrichtung befestigt ist;
- - wobei mindestens eine der zweiten Riemenscheiben drehfest mit einer der ersten Riemenscheiben koaxial verbunden ist und das Verhältnis der Außendurchmesser dieser ersten zu dieser zweiten Riemenscheibe einem vorgegebenen variablen Geschwindigkeitsverhältnis zur Rotation dieser zweiten Riemenscheibe mit einer vorgegebenen Rotationsfrequenz bei Bewegung des ersten Zahnriemens entspricht.
Mit der Erfindung werden die zuvor beschriebenen
Nachteile des Standes der Technik vermieden. Zum
einen erlaubt die erfindungsgemäße Anordnung eine
große Bewegungsgeschwindigkeit der Einspannvorrichtung,
wodurch die Bewegungszeit des eingespannten
Werkstückes verringert werden kann. Dabei ist der
Stellhub der Anriebsvorrichtung kürzer als der
Bewegungshub der Einspannvorrichtung, woraus sich
der Vorteil ergibt, daß die Antriebsvorrichtung
kompakt gehalten werden kann. Dies wird dadurch
erreicht, daß der Stellhub der Antriebsvorrichtung
über zwei Zahnriemen auf die Einspannvorrichtung
übertragen wird, wobei beide Zahnriemen über zwei
drehfest miteinander koaxial verbundene Riemenscheiben
mit unterschiedlichen Außendurchmessern miteinander
gekoppelt sind und die antriebsseitige Riemenscheibe
einen kleineren Außendurchmesser als die
werkstückseitige Riemenscheibe besitzt.
Zum anderen ist die Größe und das Gewicht des erfindungsgemäßen
Manipulators im Gegensatz zu den bekannten
Vorrichtungen geringer. Dies wird durch die
Verwendung der beiden Zahnriemen erreicht, wobei an
dem einen Zahnriemen die Einspannvorrichtung befestigt
ist. Diese Anordnung führt somit zur Verringerung
der Herstellungskosten.
Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch
aus, daß die Antriebsvorrichtung einen an der
Tragschiene angebrachten Gewindering, eine sich in
Schraubeingriff mit dem Gewindering befindliche
Drehspindel und einen mit der Drehspindel gekoppelten
Elektromotor zur Rotation der Drehspindel umfaßt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur
Herausnahme von Formstücken;
Fig. 2 eine Rückansicht in Richtung des Pfeiles II aus Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische, perspektivische Rückansicht eines
Bewegungsmechanismus der Tragevorrichtung; und
Fig. 4 eine Rückansicht der Tragevorrichtung in bewegtem Zustand.
In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform eines Manipulators in
einer Vorrichtung zum atuomatischen
Herausnehmen eines Formstückes dargestellt und mit Bezug auf die Fig.
1 bis 4 beschrieben.
Eine Vorrichtung 1 zum automatischen Herausnehmen eines Formstückes
ist über dem formenden Teil einer (nicht
dargestellten) Spritzgußmaschine angeordnet. Ein Rahmen 3 der
automatischen Formstückherausnahmevorrichtung 1 weist eine Länge auf,
die sich bis zu einer Herausnahmeposition und einer Ausklinkposition des
Formstückes, welches als Werkstück in horizontaler Richtung begrenzt ist,
erstreckt. Ein Ende des Rahmens 3 ist mit einem Stützvorrahmen 3 a
versehen, der geneigt und nach vorne abgeschrägt ist. Der Stützvorrahmen
3 a, einschließlich seiner Bodenfläche, ist an einem Paar Laufschienen 3 b
befestigt, die sich in rechtwinkeliger Richtung zur Längsrichtung des
Rahmens 3 erstrecken. Ein beweglicher Rahmen wird auf den Schienen 3 b
gelagert, so daß er hin- und herbewegt werden kann. Genauer gesagt ist
eine Drehspindel 7 mit einer Kurbel 7 a, die an einem ihrer axialen Enden
angebracht ist, an dem geneigten Teil der Stützvorrichtung 3 a drehbar
gelagert und steht mit dem beweglichen Rahmen 5 im Eingriff. Bei Drehung
der Drehspindel 7 bewegt sich der bewegliche Rahmen 5 entlang der
Schienen 3 b hin und her. Der bewegliche Rahmen 5 ist mit einem
geradlinigem Führungselement 9 versehen, welches sich in Längsrichtung
des Rahmens 3 erstreckt. In einer Trageschiene 11 aus leichtem Material,
wie Aluminium, ist das geradlinige Führungselement 9 so gelagert, daß es
in Längsrichtung verschoben werden kann.
Ein Elektromotor 15
ist auf dem beweglichen Rahmen 5 befestigt, der auch die sich drehende
Welle aufweist, mit der die Drehspindel, welche einen Teil der
Antriebsvorrichtung darstellt, verbunden ist. Der Gewindering 17, der an
einer Seite der Trageschiene 11 angebracht ist, greift in die
Drehspindel 13 ein, wodurch die Trageschiene 11 in Richtung der axialen
Linie bewegt wird, in der sich die Drehspindel 13 dreht.
Ein Paar erste Riemenscheiben 19 a und 19 b mit jeweils vorbestimmtem
Außendurchmesser sind drehbar an einer Seite und beiden Enden der
Trageschiene 11 angebracht. Um die ersten Riemenscheiben 19 a und 19 b ist
ein Zahnriemen 21 gelegt. Der
Zahnriemen 21 ist teilweise am beweglichen Rahmen 5 befestigt. Wenn nun
die Trageschiene 11 entlang der axialen Linie durch die sich weiter
drehende Drehspindel in Bewegung gesetzt wird, werden die ersten
Riemenscheiben 19 a und 19 b durch den Zahnriemen 21 gedreht.
An einem Ende und auf der anderen Seite der Trageschiene 11 ist eine weitere
Riemenscheibe 23, welche eine von zwei zweiten Riemenscheiben ist und
einen fast doppelt so großen Außendurchmesser wie der der ersten
Riemenscheibe 19 a hat, an eine Welle 22 der ersten Riemenscheibe 19 a befestigt. Ein Geschwindigkeitsänderungsmechanismus ist so konstruiert,
daß das Verhältnis des Außendurchmessers der Riemenscheibe 23 zu dem
der ersten Riemenscheibe 19 a annähernd zwei ist.
Am anderen Ende und auf der anderen Seite der Trageschiene 11 ist eine
Strebe 25 befestigt, auf welcher eine angetriebene Riemenscheibe 27,
welche die andere der zweiten Riemenscheiben ist, drehbar
angebracht ist. Zwischen der Riemenscheibe 23 und der angetriebenen
Riemenscheibe 27 ist ein Zahnriemen 29 gespannt, durch welchen das
Bewegungselement gebildet wird. Es ist zu beachten, daß eine Spannrolle
30, welche den Zahnriemen 29 durch den Druckkontakt mit dessen äußerer
Umfangsfläche spannt, drehbar an der Trageschiene 11 angebracht ist.
Ein Schienenabschnitt 11 a, der sich in Längsrichtung erstreckt, ist am
unteren Ende der Oberfläche der Trageschiene 11 befestigt. Auf dem
Schienenabschnitt 11 a ist eine Befestigungsklemme 31, welche einen Teil
der Tragevorrichtung darstellt, verschiebbar befestigt. Diese
Befestigungsklemme 31 ist auch am Zahnriemen 29 befestigt.
Eine Befestigungsplatte 33 ist eine der Komponenten der Tragevorrichtung
und ist mit der Befestigungsklemme 31 über ein Lagenkontrollgerät 35,
welches aus einem Umkehr- und einem Schwingmechanismus besteht,
verbunden. Die Befestiungsplatte 33 ist mit einer Ansaugvorrichtung 37
versehen, die ein Formstück im angesaugten Zustand festhalten kann.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise der auf diese Art angeordneten
Vorrichtung bei der automatischen Herausnahme eines Formstückes, unter
Bezug auf die Abb. 2 und 4 beschrieben.
Das Formstück wird mit Hilfe der in Fig. 2 auf der linken Seite
dargestellten Ansaugvorrichtung 37 eingespannt. Anschließend wird die
Drehspindel 13 in der gewünschten Richtung mit Hilfe des Elektromotors 15
gedreht, welcher auf ein Formungsabschlußsignal, das von der
Spritzgußmaschine übertragen wird, angetrieben wird. Die Trageschiene 11
wird in rechtsgerichteter Richtung in Fig. 2 über die Gewindeschraube
17 bewegt, in welche die Drehspindel 13 eingreift. Gleichzeitig werden
wegen der Befestigung des Zahnriemens 21 am beweglichen Rahmen 5 die
ersten Riemenscheiben 19 a und 19 b in die durch den Pfeil A in Fig. 2
angezeigte Richtung gedreht, während sich die Trageschiene 11 bewegt.
Andererseits wird auf die Drehung der ersten Riemenscheiben 19 a und 19 b,
deren Drehung mit der Bewegung der Trageschiene 11 zusammenfällt, die
Riemenscheibe 23, welche koaxial mit der Riemenscheibe 19 a verbunden
ist, in Richtung des Pfeiles B in Abb. 2 mit ungefähr doppelter
Geschwindigkeit von jeder der beiden ersten Riemenscheiben 19 a und 19 b
rotiert. Der Zahnriemen 29, welcher sowohl um die Riemenscheibe 23 als
auch die angetriebene Riemenscheibe 27 gewunden ist, wird in Richtung des
Pfeiles C (mit durchgezogenen Linien) in Fig. 2 in Bewegung gesetzt.
Folglich bewegt sich die Befestigungsplatte 33 in Richtung des Pfeiles C
in Fig. 2 mit einem Bewegungshub der Tragschiene 11 und des Zahnriemens
29 mit einer Geschwindigkeit, die der Bewegungsgeschwindigkeit der
Trageschiene 11 und des Zahnriemens 29 entspricht, wodurch das Formstück,
welches durch die Ansaugvorrichtung 37 gehalten wird, nach rechts in
Fig. 4 bewegt wird.
Die Stellung der Befestigungsplatte 33 wird in vorbestimmter Anordnung
durch den Lagenkontrollmechanismus 35 gesteuert, der anschließend an den
oben beschriebenen Arbeitsvorgang betätigt wird. Nach dieser Kontrolle
wird das Formstück in einer Ausklinkposition herausgenommen, nachdem die
Ansaugwirkung an der Ansaugvorrichtung 37 nachläßt.
Die vorangehende Beschreibung wurde anhand einer Ausführungsform
gegeben, wobei die vorliegende Erfindung in einer Vorrichtung zur
automatischen Herausnahme von Spritzgußelementen verwendet wird. Die
vorliegende Erfindung kann aber auch beispielsweise in einer Vorrichtung
für die Zuführung von Werkstücken zu einer Verarbeitungsanlage oder in
einer Vorrichtung zum Abtransport bearbeiteter Werkstücke Anwendung
finden. Die Bewegungsart des Werkstückes kann die Arten, in denen das
Werkstück in horizontaler Richtung auf- und abbewegt wird, umfassen oder
das Werkstück wird bewegt, während es eine schräge Lage einnimmt.
Wie zuvor dargelegt, besteht das Antriebselement aus dem Elektromotor 15
und der Drehspindel 13, kann aber auch einen Luftzylinder enthalten. Das
Drehelement und das Bewegungselement wird von den Zahnriemen 21 und 29
gebildet. Jedoch kann jedes der Elemente oder beide aus Ketten bestehen.
Außerdem kann das Drehelement auch noch aus einem Zahnstangenrad
bestehen, welches teilweise am Rahmen befestigt ist und in die erste
Riemenscheibe eingreift.
Wie vorangehend beschrieben, ist der Außendurchmeser der Riemenscheibe
23 nahezu zweimal so groß wie jeder der beiden Riemenscheiben 19 a und
19 b, wodurch ein Geschwindigkeitsänderungsmechanismus entsteht. Dieser
Geschwindigkeitsänderungsmechanismus kann jedoch auch aus einer Vielzahl
von Gängen mit Zähnen, deren Anzahl einem vorbestimmten variablen
Drehzahlverhältnis zwischen den ersten Riemenscheiben und den zweiten
Riemenscheiben entspricht, bestehen. Bei dieser Anordnung werden die
zweiten Riemenscheiben im vorbestimmten veränderlichen
Geschwindigkeitsverhältnis mit einer rationalen Frequenz der ersten
Riemenscheiben gedreht.
Claims (3)
1. Manipulator zum Bewegen eines Werkstückes in
eine vorbestimmte Position, mit
- - einer Tragschiene (11), welche derart an einem Rahmen (3, 5) angebracht ist, daß sie in der Bewegungsrichtung des Werkstückes bewegt werden kann;
- - einer am Rahmen (3, 5) angebrachten Antriebsvorrichtung (13, 15, 17) zur Hin- und Herbewegung der Tragschiene (11); und mit
- - einer Einspannvorrichtung (31, 33, 35, 37) zum Einspannen des Werkstückes;
gekennzeichnet durch
- - ein Paar erster Riemenscheiben (19 a, 19 b), die mit vorbestimmtem Abstand auf der einen Seite der Tragschiene (11) drehbar angebracht sind;
- - einen das Paar erster Riemenscheiben (19 a, 19 b) miteinander verbindenden ersten Zahnriemen (21), der zum Teil am Rahmen (5) befestigt ist, um die ersten Riemenscheiben (19 a, 19 b) bei Bewegung der Tragschiene (11) in Rotation zu versetzen;
- - ein Paar zweiter Riemenscheiben (23, 27), die drehbar mit vorbestimmtem Abstand auf der anderen Seite der Tragschiene (11) angebracht sind; und durch
- - einen das Paar zweiter Riemenscheiben (23, 27) miteinander verbindenden zweiten Zahnriemen (29), an dem die Einspannvorrichtung (31, 33, 35, 37) befestigt ist;
- - wobei mindestens eine (23) der zweiten Riemenscheiben (23, 27) drehfest mit einer (19 a) der ersten Riemenscheiben (19 a, 19 b) koaxial verbunden ist und das Verhältnis der Außendurchmesser dieser ersten zu dieser zweiten Riemenscheibe (19 a, 23) einem vorgegebenen variablen Geschwindigkeitsverhältnis zur Rotation dieser zweiten Riemenscheibe (23) mit einer vorgegebenen Rotationsfrequenz bei Bewegung des ersten Zahnriemens (21) entspricht.
2. Manipulator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung
umfaßt:
- - einen an der Tragschiene (11) angebrachten Gewindering (17);
- - eine sich in Schraubeingriff mit dem Gewindering (17) befindliche Drehspindel (13); und
- - einen mit der Drehspindel (13) gekoppelten Elektromotor (15) zur Rotation der Drehspindel (13).
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