DE3912306A1 - Einrichtung zum automatischen wechseln von schweissbrennern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum automatischen Wechseln von Werkzeugen, insbesondere von Brennern zum Schweißen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Werkzeugwechselvorrichtung dieser Art sind die beiden Kupplungselemente pneumatisch betätigbar ausgebildet derart, daß das in das zweite Kupplungselement eingreifende erste Kupplungselement pneumatisch verriegelbar und entriegelbar ist. Dazu sind dem ersten Kupplungselement außenumfangsseitig zwei Pneumatikschläuche von der Seite des Roboterarmes her zugeführt. Auch die Werkzeugwechselaufnahme ist mit Pneumatikelementen zum Fixieren des abgelegten Werkzeugs versehen.

Abgesehen davon, daß diese bekannte Werkzeugwechseleinrichtung aufgrund der Pneumatikanordnung aufwendig und teuer in der Herstellung ist, ist wegen der längs des Roboterarmes zu führenden Pneumatikschläuche die Bewegungsfreiheit eines aufgenommenen Brenners eingeschränkt. Es ist insbesondere so gut wie nicht möglich, hierbei 6-achsige Roboter zu verwenden, die allmählich die bisher gebräuchlichen 5-achsigen Roboter ablösen da dann bei bestimmten Bewegungen die Schläuche im Wege wären. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß durch diese Ausbildung maschinenseitig zusätzliche Steuerungsein- und -ausgänge für diese pneumatische Kupplung vorgesehen werden müssen bzw. bei Vorhandensein belegt sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zum automatischen Wechseln von Werkzeugen, insbesondere von Brennern zum Schweißen der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine Einschränkung der Bewegungsfreiheit des am Roboterarm befestigten Werkzeugs verhindert und die dennoch in weniger aufwendiger Weise herstellbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Einrichtung zum automatischen Wechseln von Werkzeugen, insbesondere von Brennern zum Schweißen der genannten Art die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Da die Werkzeugwechseleinrichtung mit ausschließlich mechanisch kuppelbaren und entkuppelbaren Kupplungselementen bestückt ist, sind auch keine störenden Pneumatikleitungen oder dgl. vorzusehen, die eine Einschränkung der Bewegungsfreiheit bedeuten und einen Einsatz von 6-achsigen Roboter für diese Art von Werkzeugwechseleinrichtung verhindern würde. Diese rein mechanische Lösung ist darüber hinaus einerseits genauso sicher und zuverlässig aber andererseits weniger aufwendig und billiger in der Herstellung und auch Wartung. Außerdem müssen maschinenseitig keine zusätzlichen Steuerungsein- und -ausgänge bereitgestellt werden.

Eine konstruktiv einfache und dem Schweißbetrieb hinsichtlich geringer Störanfälligkeit angepaßte konstruktive Ausführung ergibt sich mit den Merkmalen des Anspruchs 2. Dabei ist es zweckmäßig, die Merkmale gemäß Anspruch 3 vorzusehen, da auf diese Weise bereits beim Einfahren des ersten Kupplungselementes in das zweite Kupplungselement eines aufzunehmenden Werkzeugs eine Vorzentrierung stattfinden kann.

Mit den Merkmalen gemäß Anspruch 4 ist erreicht, daß die Rasthebel automatisch sowohl in ihre Eingriffsstellung beim Aufnehmen eines Werkzeugs als auch in ihre Grundstellung nach dem Ablegen eines Werkzeugs zurückkehren und daß sichergestellt ist, daß die Rasthebel zur Wiederaufnahme eines Werkzeugs in einer Lage sind, in der sie in vorzentrierender Weise in die Führungsbuchsen des anderen Kupplungselementes eingeführt werden können.

Eine einfache konstruktive Ausführung der Entriegelungsvorrichtung an der Werkzeugwechselaufnahme ergibt sich durch die Merkmale des Anspruchs 5, wobei gleichzeitig ein sicheres Lösen der Kupplung mit geringem Kraftaufwand erreicht ist.

Mit den Merkmalen gemäß Anspruch 6 ist erreicht, daß sich an die Vorzentrierung mittels der Rasthebel und Führungsbuchsen eine Endzentrierung anschließt und damit eine genaue Positionierung des ersten Kupplungselementes zum zweiten Kupplungselement erreicht ist.

Um ein Abkippen und Verdrehen des in der Werkzeugwechselaufnahme abgelegten Werkzeugs zu verhindern, sind die im Anspruch 7 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 ist jedem auszuwechselnden Werkzeug ein eigener Sicherheitsschalter zugeordnet, was deshalb von besonderer Bedeutung ist, weil der jeweilige Sicherheitsschalter, der bei einem Anstoßen des Werkzeugs während der Bearbeitung betätigbar sein soll, in seiner Einstellung unter anderem auch vom Gewicht des verwendeten Brenners abhängig ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eine Einrichtung zum automatischen Wechseln von Brennern zum Schweißen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf die Einrichtung nach Fig. 1 bei einem Entkupplungsvorgang,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 1 und

Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung, jedoch in gekuppeltem Zustand.

Die in der Zeichnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung dargestellte Einrichtung 10 dient zum automatischen Wechseln von Brennern 12 zum Schweißen, wobei jeweils ein Brenner bestimmten Typs an einem Wechselteil 11 befestigt ist, das von einem Werkzeughalter, hier in Form eines Roboterarms 13 aufnehmbar und auf einer Werkzeugwechselaufnahme 14 ablegbar ist.

Das Wechselteil 11 besitzt einen gabelartigen Brennerhalter 16 für den Brenner 12, der in nicht dargestellter Weise an seinem der Brennerspitze 17 abgewandten Ende 18 mit elektrischen Kabeln und/oder Gasschläuchen verbunden ist, die bspw. an der Decke eines Arbeitsraumes verfahrbar aufgehängt sind. Der Brennerhalter 16 ist über eine Hebelanordnung 19 zur Verstellung der Brennerposition mit einem nicht näher dargestellten Sicherheitsabschalter 21 verbunden, der den Antrieb des betreffenden Roboters abschaltet, wenn der Brenner 12 während des Schweißverfahrens bspw. gegen einen Gegenstand stößt.

Zwischen dem Roboterarm 13 und dem Wechselteil 11 ist eine Kupplungsvorrichtung 22 angeordnet, deren erstes Kupplungselement 23 mit dem Roboterarm 13 und deren zweites Kupplungselement 24 mit dem Sicherheitsabschalter 21 fest verbunden ist. Die beiden Kupplungselemente 23 und 24 sind in rein mechanischer Weise starr miteinander verbindbar und wieder lösbar.

Das erste Kupplungselement 23 ist etwa topfförmig ausgebildet und in seinem mittigen vertieften Bereich 26 mit dem Roboterarm 13 fest verbunden. Der umlaufende Rand 27 des ersten Kupplungselementes 23 ist an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen mit radialen Verbreiterungen 25 versehen, in denen jeweils eine axiale Durchgangsbohrung 28 vorgesehen ist, in der ein Rasthebel 29 über einen senkrecht zur Bohrung 28 gehaltenen Schwenkzapfen 31 gelagert ist. Der Schwenkzapfen 31 ist in einem Bereich nahe der Trennebene 32 der Kupplungsvorrichtung 22 angeordnet. Ein Betätigungsende 33 des Rasthebels 29 ist innerhalb der Durchgangsbohrung 28 der Trennebene 32 abgewandt angeordnet. Ein mit einem Haken 36 versehenes Verriegelungsende 34 des Rasthebels 29 ragt über die Trennebene 32 hinaus aus der Durchgangsbohrung 28. Der Durchmesser der Durchgangsbohrung 28 ist größer als die Breite des Rasthebels 29 in Schwenkrichtung. Das Betätigungsende 33 des Rasthebels 29 ist von einer in einer radialen Bohrung 37 im Randbereich 25 angeordneten Druckfeder 38 beaufschlagt, die sich andernends an einem im Gewindeteil der radialen Bohrung 37 eingeschraubten Gewindestift 39 abstützt. Jeder der beiden Druckfedern 38 diametral gegenüberliegend ist eine Anschlagschraube 41 in einer radialen Gewindebohrung 42 eingeschraubt, so daß die Grundstellung der Rasthebel einstellbar ist.

Das erste Kupplungselement 23 nimmt außerdem in weiteren axialen Bohrungen 46 im Rand 27 zwei diametral gegenüberliegende Fixierstifte 47 ortsfest auf, die die Trennebene 32 überragen. Die Fixierstifte 47 sind in einem Winkel von jeweils 90° gegenüber den diametral gegenüberliegenden Rasthebeln 29 angeordnet.

Das zweite Kupplungselement 24, das nach Art einer mit gestuftem Außendurchmesser versehenen Platte ausgebildet ist, besitzt in einem den Rasthebeln 29 des ersten Kupplungselementes 23 gegenüberliegenden Bereich in seinem Bund 54 jeweils eine Aufnahmebohrung 51, in welcher eine Buchse 52 befestigt ist. Die der Trennebene 32 abgewandte Stirn der Buchse 52 liegt in der Ebene des Ringrandes 55 des Bundes 54 und dient an ihrem radial nach außen weisenden freien Bereich als Rastfläche 53 für den radial nach außen zeigenden Haken 36 des Rasthebels 29.

Außerdem besitzt das zweite Kupplungselement 24 in den gegenüber den beiden Buchsen 52 um 90° versetzten Bereichen, die den Fixierstiften 47 des ersten Kupplungselementes 23 gegenüberliegen, jeweils eine Sacklochbohrung 56, in welcher eine Fixierbuchse 57 gehalten ist, die zur zentrierenden Aufnahme des Fixierstiftes 47 dient. Wie aus einem Vergleich der Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ist der Bund 54 des zweiten Kupplungselementes 24 in seinem Durchmesser größer als der Grunddurchmesser des ersten Kupplungselementes 23, während er von den beiden Verbreiterungen 25 des ersten Kupplungselementes 23 radial überragt wird.

Die Werkzeugwechselaufnahme 14 ist als eine Art Ständer quaderförmig ausgebildet und an ihrem oberen Ende mit einer halbkreisförmigen Aufnahmeöffnung 61 versehen, in deren Grund eine Nut 62 zur Aufnahme des Bundes 54 des zweiten Kupplungselementes 24 eingearbeitet ist. An einer, vorzugsweise der tiefsten Stelle der Aufnahmeöffnung 61 ist innerhalb der Nut 62 ein senkrecht verlaufender Arretierstift 63 in einer Bohrung 64 der Werkzeugwechselaufnahme 14 gehalten. Eine entsprechende Sacklochbohrung 59 ist im Bund 54 zur Aufnahme des Arretierstiftes 63 als Verdrehsicherung für das Wechselteil 11 vorgesehen.

Zu beiden Seiten der Aufnahmeöffnung 61 ist die Werkzeugwechselaufnahme 14 von ihrer Oberseite 66 abstehend mit zwei Keilen 67 versehen, die an einander zugewandten Seite mit Schrägflächen 68 versehen sind, die als Entkupplungselemente zum Verschwenken der Rasthebel 29 und damit zu deren Lösen vom zweiten Kupplungselement 24 dienen. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, greifen die Schrägflächen 68 beim Einsetzen eines Wechselteils 11 an den radial nach außen weisenden Stirnflächen 70 der Haken 36 der Rasthebel 29 an.

Ein Werkzeugwechsel geht in folgender Weise vor sich: Gemäß Fig. 4 ist ein Wechselteil 11 in starrer Weise am Roboterarm 13 dadurch befestigt, daß die Rasthebel 29 mit ihrem Haken 36 hinter die Rastfläche 53 der Aufnahmebuchse 52 im zweiten Kupplungsteil 24 greifen und die Fixierstifte 47 in den Fixierbuchsen 57 spielfrei eingeführt sind. Die Rasthebel 29 sind durch die Druckfedern 38 in ihrer Raststellung nach innen gedrückt. Soll nun das Wechselteil 11 auf der Werkzeugwechselaufnahme 14 abgelegt werden, weil bspw. ein anderer Brenner mit anderen Eigenschaften verwendet werden soll, so erfolgt die Ablage des Wechselteils 11 durch vertikales Absetzen des Wechselteils 11 mit horizontal angeordneten Verbreiterungen 25 auf die Werkzeugwechselaufnahme 14. Dabei gelangen die beiden diametral gegenüberliegenden Rasthebel 29, die in einer horizontalen Ebene angeordnet sind, beim Aufsetzen des Wechselteils 11 auf die Werkzeugwechselaufnahme 14 zwischen die Schrägflächen 68 der beiden Keile 67. Die lichte Weite der gegenüberstehenden Schrägflächen 68 im oberen Bereich ist etwas größer als der Abstand der Stirnflächen 70 der beiden Haken 36 in Raststellung der Rasthebel 29 voneinander, während die lichte Weite zwischen den Schrägflächen 68 im unteren Bereich demjenigen Abstand der Stirnflächen 70 der beiden Haken 36 entspricht, wenn die Rasthebel 29 gemäß Fig. 2 ihren nach innen verschwenkten Zustand einnehmen. Mit anderen Worten, durch Absenken des Wechselteils 11 auf der Werkzeugwechselaufnahme 14 werden die Verriegelungsenden 34 der Rasthebel 29 durch die Keile 67 gleichmäßig radial nach innen verschwenkt, so daß sie von der Rastfläche 53 der Aufnahmebuchse 52 freikommen. ln dieser entriegelten Stellung gemäß Fig. 2 kann der Roboterarm 13 das erste Kupplungselement 23 in axialer Richtung zurückziehen, wodurch die Haken 36 der Rasthebel 29 durch die Aufnahmebuchsen 52 hindurch gezogen werden und vom zweiten Kupplungselement 24 freikommen. Sind die Rasthebel 29 herausgezogen, so werden sie unter der Wirkung der Druckfedern 38 und der verstellbaren Anschlagschrauben 41 in Grundstellung verschwenkt. Bei diesem axialen Zurückfahren des ersten Kupplungselementes 23 sind auch die Fixierstifte 47 aus den Fixierbuchsen 57 freigekommen.

Soll nun ein anderes Wechselteil 11 von einer anderen Werkzeugwechselaufnahme 14 aufgenommen werden, so erfolgt dieser soeben beschriebene Vorgang in umgekehrter Folge. Der Roboterarm 13 bewegt das erste Kupplungselement 23 in axialer Richtung zum Wechselteil 11 hin, wobei die Rasthebel 29 mit ihrer Einführungsschräge 44 am Haken 36 an die zugewandte Stirn der Aufnahmebuchsen 52 gelangen und dadurch aus ihrer in Fig. 4 dargestellten Ausgangsstellung in die in Fig. 2 dargestellte Öffnungsstellung verschwenkt werden, so daß die Rasthebel 29 mit ihren Haken 36 voraus in die Aufnahmebuchsen 52 eingeführt werden können. Liegen die beiden Kupplungselemente 23 und 24 an der Trennebene gegeneinander, so können die Rasthebel 29 unter der Wirkung der Druckfedern 38 in ihre Raststellung zurückverschwenkt werden, in der ihre Haken 36 hinter die Rastflächen 53 der Aufnahmebuchsen 52 greifen. Während mit dem Verschwenken der Rasthebel 29 eine Vorzentrierung des Kupplungselementes 23 relativ zum zweiten Kupplungselement 24 gegeben ist, erfolgt eine genaue Zentrierung kurz danach mit Hilfe der in die Fixierbuchsen 57 eindringenden Fixierstifte 47, die in ihren über die Trennebene 32 überstehenden Bereich kürzer sind als die Rasthebel 29.

Claims (8)

1. Einrichtung zum automatischen Wechseln von Werkzeugen, insbesondere von Brennern zum Schweißen, mit einem an einem Werkzeughalter, bspw. einem Roboterarm gehaltenen ersten Kupplungselement und mit mindestens einem mit diesem lösbar verbindbaren zweiten Kupplungselement, das mit dem auszuwechselnden Werkzeug verbunden ist, und mit mindestens einer Werkzeugwechselaufnahme, auf der das Werkzeug vorzugsweise mittels des zweiten Kupplungselementes ablegbar und von der es wieder aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kupplungselemente (23, 24) entsprechenden Teile (29, 52) einer mechanischen Rastverbindungsvorrichtung aufweisen und daß die Werkzeugwechselaufnahme (14) mit einer Entriegelungsvorrichtung (67) versehen ist, mit der beim Ablegen eines auszuwechselnden Werkzeugs (11) die Rastverbindungsvorrichtung mechanisch lösbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastverbindungsvorrichtung Rasthebel (29) am einen Kupplungselement (23) und Hinterschneidungen (53) am anderen Kupplungselement (24) aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterschneidungen für die Eingriffsenden (36) der Rasthebel (29) am stirnseitigen Ende von Führungsbuchsen (52) vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsende (33) der Rasthebel (29) in Eingriffsrichtung federbelastet ist und in Grundstellung an einem verstellbaren Anschlag (41) anliegt.

5. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entriegelungsvorrichtung an der Werkzeugwechselaufnahme (14) durch in Richtung der Ablegebewegung vorstehende Keile (67) gebildet sind, die vorzugsweise am Eingriffsende (36) der Rasthebel (29) angreifen.

6. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß umfangsseitig zwischen den Rasthebeln (29), vorzugsweise zu diesen um 90° versetzt, in axialer Bewegungsrichtung wirkende Zentrierelemente (47) vorgesehen sind.

7. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugwechselaufnahme (14) eine etwa halbkreisförmige Aufnahmeöffnung (61) mit einer Nut (62) und einem Arretierstift (63) aufweist.

8. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennebene (32) der Kupplungselemente (22, 24) zwischen dem an einem Sicherheitsabschalter (21) angeordneten zweiten Kupplungselement (24) und dem am Roboterflansch befestigten ersten Kupplungselement (23) vorgesehen ist.