WO2006097083A1 - Greifvorrichtung mit einem mit formgedächtniselementen ausgestatteten stellglied - Google Patents

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WO2006097083A1
WO2006097083A1 PCT/DE2006/000461 DE2006000461W WO2006097083A1 WO 2006097083 A1 WO2006097083 A1 WO 2006097083A1 DE 2006000461 W DE2006000461 W DE 2006000461W WO 2006097083 A1 WO2006097083 A1 WO 2006097083A1
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WO
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shape memory
gripping
shape
actuator
memory elements
Prior art date
Application number
PCT/DE2006/000461
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English (en)
French (fr)
Inventor
Günther Zimmer
Martin Zimmer
Original Assignee
Zimmer Guenther
Martin Zimmer
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Publication date
Application filed by Zimmer Guenther, Martin Zimmer filed Critical Zimmer Guenther
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/02—Gripping heads and other end effectors servo-actuated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/1085—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements positioning by means of shape-memory materials

Definitions

  • the invention relates to a gripping device with gripping elements carrying gripping element carriers, wherein the gripper element carrier and at least one actuator are mounted in a gripper housing and the actuator or actuators act directly or via at least one gear on at least one movable gripper element carrier to the one or more gripping elements between an open and To move closed position.
  • the present invention is based on the problem to develop a gripping device, which has a small space requirement and a low intrinsic mass with high clamping force.
  • it should be made of as few uncomplicated individual parts and can be opened with low-maintenance, simple and safe handling responsive and almost wear-free and close.
  • This problem is solved with the features of the main claim.
  • the individual actuator moving the jaw carrier and / or jaws between a frame or housing and guided therein - in one direction movable - actuator one or more shape memory elements, wherein the shape memory elements act directly or via a gear on the actuating element.
  • Each shape memory element has an envelope shape for a low state and an envelope state for a high energy state, and each envelope shape has its own different working length from the other envelope shape.
  • the single shape memory element changes by the supply or removal of energy from one shell shape to the other.
  • the gripping devices described here include i.a. to the groups of parallel and angular grippers.
  • the individual gripping devices can in this case be equipped with two or more gripping jaws.
  • the multiple grippers are counted to the group of central grippers.
  • all gripping jaws of a gripping device can be moved simultaneously synchronously with one another at the same time, so as to precisely take over or transfer a workpiece to a specific location.
  • a part of the gripping jaws may also be stationary relative to the gripper housing of the device, so that the other gripping jaws move toward this or these during gripping.
  • the illustrated gripping devices have gripping jaws which are arranged on driven gripper jaw carriers. This allows the individual gripping device only by the simple change the jaws are adapted to other workpieces. Nevertheless, it is possible to manufacture the individual gripper jaw carrier and the respective jaws as one-piece components. The actuators then act directly on the jaws.
  • the actuators driving the jaws for example, based on a metallurgical shape memory effect.
  • shape memory elements By supplying and / or removing a certain amount of heat so-called shape memory elements change their shape. The change in shape is exploited to create both path and force.
  • the path change may be oriented linearly or curved. It can essentially also be one-, two- or three-dimensional. Possibly. can also serve only a single shape memory element as an actuator drive. Its storage is then called a housing or frame.
  • the shape change of the shape memory elements can be effected electrically or thermally.
  • hot gases, steam or hot liquids are conveyed through the shape memory elements.
  • the shape memory elements arranged in a separate housing or frame of the actuator transmit their movement based on a shape change directly to an actuating element.
  • there generated path and / or the force arising there within the actuator so spatially even before the actuator, by at least one downstream transmission, e.g. a lever mechanism, to enlarge and / or strengthen.
  • Sliding wedge, cam, lever, wheel, traction gear or the like can be used between the respective actuator and the gripper element or grippers. Also gear combinations are possible. Further, between the actuators and the downstream gears and / or Greifieriträgem spring elements can be arranged to compensate for any inaccuracies of the actuators.
  • Figure 2 parallel gripping device with open gripping jaws
  • FIG. 8 parallel gripping device with direct drives
  • Figure 9 is a plan view of an unactivated shape memory element with three U-shaped deformation sections
  • Figure 10 Top view of an unactivated shape memory element with four straight, spoke-shaped arranged
  • Figures 1 - 2 show a parallel gripping device with two gripping jaws (1, 2) each seated on gripper element carriers (50, 51).
  • the carriages (50, 51) which are movable, inter alia, in the gripping direction (9) are arranged in a gripper housing (10) in a guide rungsnut (21), for example, slidably guided, see. FIG. 4.
  • the gripper housing (10) further surrounds an actuator (60).
  • the actuator (80) acts on the carriages (50, 51) via a double-slide splined gear (40) in order to move them synchronously with one another.
  • the parallel gripper device is mounted on its gripper housing (10) on a machine part (6) carrying it ,
  • the gripping jaws (1, 2) are positioned in the closed position about a tubular workpiece (7) to be gripped.
  • the e.g. substantially rectangular gripper housing (10) of the parallel gripper device essentially consists, for example, of a guide section (11) and a drive section (31).
  • the maximum stroke of each gripper carrier (50, 51) and gripper jaw (1, 2) is e.g. 5 or 10 millimeters depending on the design type.
  • the guide section (11) centrally accommodates a t-groove-shaped guide groove (21) open towards the gripping elements (1, 2), cf. FIG. 4.
  • the guide groove (21) has primarily two planar side walls (23, 24) for lateral guidance and perpendicular thereto two planar support surfaces (25, 26) for supporting the tilting forces resulting from the gripping.
  • the middle region of the groove opening of the guide groove (21) is thus connected to a e.g. rectangular cover plate (18) closed.
  • the drive section (31) essentially accommodates the actuator (60).
  • a bore (32) is arranged with a possibly oval cross-section.
  • the bottom of the hole, in the center of a cylindrical bore (34) is arranged around the Raised edge of the bore (34) for guiding a helical compression spring (68).
  • the bore (34) connects the bore (32) with the guide groove (21).
  • the drive section (31) is closed on the housing lower side (36) by a rectangular cover (37).
  • the lid (37) carries in its center a e.g. electrically driven small fan (39) in axial construction.
  • annular grooves (33) are incorporated for the removal of hot air.
  • the annular grooves (33) are replaced by a e.g. to the bore (32) offset parallel Abebenbohrung (35) partially cut.
  • the bore (35) opens into a transverse bore (38) through which the hot air can be discharged to the environment.
  • the cup-shaped housing (61) of the actuator (60) In the bore (32) sits the cup-shaped housing (61) of the actuator (60).
  • the housing (61) In the housing (61) are usually several, for example, superimposed shape memory elements (81, 82). The latter act on an actuating element (65), which is here in the central bore (34) of the gripper housing (10) in the working direction (59) of the actuator (60) guided linearly displaceable as a thrust member.
  • the housing (61) has in the housing bottom (62) a plurality of openings (64) for the supply or removal of cooling air. At the same time located in the lateral housing wall, the openings (69) which connect the housing interior with the annular grooves (33).
  • the actuator (60) comprises three shape memory elements (81, 82).
  • the individual shape memory elements (81, 82) have, for example, an envelope shape which corresponds at least approximately to the envelope shape of a commercially available plate spring according to DIN 2093 of comparable size.
  • the shape memory elements (81, 82) are stacked in the same direction in the housing (61). They are in the Most figures are shown only symbolically, simplified as dish spring-like components.
  • the lower element rests on the housing bottom (62), while the middle and the upper are respectively supported on the retaining rings (77) inserted in the housing (61).
  • the actuating element (65) sits in the central bores (89) of the shape memory elements (81, 82) in the central bores (89) of the shape memory elements (81, 82) in the central bores (89) of the shape memory elements (81, 82) sits the actuating element (65). On each element (81, 82) it is supported by a respective separate retaining ring (78).
  • the shape memory elements (81, 82) in the housing (61) and the actuating element (65) - in the actuating direction - keep at a distance.
  • the actuating element (65) and / or the housing (61) can be designed stepped to store shape memory elements of different size without retaining rings or sleeves.
  • a spring plate (67) and a helical compression spring (68) is arranged between the upper retaining ring (66) and the gripper housing (10).
  • the helical compression spring (68) presses against the stack of shape memory elements (81, 82) via the spring plate (67). It causes the closing and holding of the gripping jaws (1, 2) applied clamping force, see. FIGS. 1 and 3.
  • the free end of the actuating element (65) ends at a double slide wedge (41), which sits centrally on the actuating element (65) and in the guide groove (21) is arranged as part of a Doppelschie- bekekegetriebes (40).
  • the double sliding wedge (41) has a rectangular cross-section, with a central threaded bore (48), cf. Figure 2 and 4. There, the actuating element (65) is screwed.
  • the double sliding wedge (41) carries at its in the sliding wedge angle beveled end faces (43, 44) each have a T-shaped
  • Each web (45) is positively seated in a frontal T-slot of the right and left next to the double slide wedge (41) arranged according to Figure 1 gripping element carrier (50, 51).
  • the sliding wedge angle in such transmissions is 20 to 45 degrees relative to the stroke direction of the double slip wedge (41). As shown in Figures 1-3, it is here e.g. 40 °.
  • each shape memory element (81, 82) consists of two rings (85) and (86) between which e.g. a plurality of connecting elements (87, 88) are arranged in the form of straight or curved spokes.
  • the connecting elements (87, 88) are the so-called deformation zones of the individual shape memory element (81, 82).
  • the shape memory elements have for example a diameter of 20 to 30 millimeters and a wall thickness of about one millimeter.
  • a deflected element (81, 82) can then be loaded with a support force of 50 to 100 Newton.
  • connecting elements (88) which are at least approximately rectilinear, are arranged between the inner ring (85) and the outer ring (86). They are between the inner ring (85) and the outer ring (86) with equidistant distributed tanter division.
  • the individual connecting element (88) projects tangentially from the inner ring (85).
  • heat is supplied to this. After supplying a certain amount of heat, the connecting elements deform arcuately normal to the plane of the drawing. As a result, the axial distance of the concentric rings (85, 86), for example, increases.
  • the total height of the individual shape memory element (82) doubles here at least.
  • each connecting element (87) is arranged between the inner ring (85) and the outer ring (86) in the shape memory element (81).
  • Each connecting element (87) extends over a quarter-circle area.
  • the connecting elements (87, 88) are heated by means of current flow.
  • an electrical voltage is applied between the inner ring (85) and the outer ring (86). If the unactuated, relatively cool shape memory element (81, 82) has an envelope shape (83) of a loaded plate spring, then the heated element has the envelope shape (84) of an unloaded plate spring.
  • the jaws (1, 2) must be opened.
  • the actuator (60) is energized, see. Figure 3.
  • the arching shape memory elements (81) push the actuator (65) together with the double slide wedge (41) upwards.
  • the double slide wedge (41) pushes the gripping element carriers (50, 51) or the gripper jaws (1, 2) apart.
  • the actuating element (65), cf. FIG. 1, which is in its upper end position together with the double sliding wedge (41) is moved downward out of this position by the action of the helical compression spring (68).
  • the energization of the shape memory elements (81) is switched off and possibly the axial fan (39) is turned on.
  • the sucked cooling air is blown through the openings (64), (69), the annular grooves (33), and the holes (35) and (38) heated to the outside.
  • the shape memory elements (81, 82) take here their flat shape.
  • the downwardly moving double slide wedge (41) pulls the gripper element carriers (50, 51) inward in the guide groove (21) towards the center. As soon as the gripping jaws (1, 2) have settled on the workpiece (7), the movement stops. The workpiece is held positively and / or positively.
  • the shape memory elements (81, 82) are energized again.
  • a drive with two actuators (60, 70) is used.
  • the actuators (60, 70) are arranged opposite each other in the gripper housing (10) and coupled via a slide wedge (55) and the corresponding actuating elements (65, 75).
  • the sliding wedge (55) sits u.a. via actuators (65, 75) guided in a slot (56).
  • this slot (56) goes into the bore (57).
  • a plunger (58) is guided out, which acts on the double slide wedge (41).
  • the plunger (58) carries at its lower end a sliding or roller bearing roller (76) which rests on the wedge surface of the sliding wedge (55) spring loaded.
  • the wedge surface of the disk wedge (55) may also be curved to make the movement of the wedge (55) non-linear _
  • the surface of the slide wedge (55) resting on the lower cover (37) may be there to reduce sliding friction, e.g. be supported by a needle bearing.
  • the first gear is the slide key transmission disposed between the actuators (60, 70) and the plunger (58).
  • the second gearbox is the double splined gearing positioned between the plunger (58) and the gripping element carriers (50, 51).
  • FIGS. 5 and 6 show a so-called large-stroke gripping device.
  • the stroke of the jaws this device type is usually between 40 and 100 millimeters.
  • the gripper housing (10) is a cuboid body in the top (12) here two engaging behind, mutually parallel guide grooves (21, 22) are incorporated.
  • sled-like gripping Element carrier (50, 51) mounted longitudinally displaceable.
  • the gripping element carriers (50, 51) are on the mutually facing sides, see.
  • Figure 6, each provided with a rack profile. Between these profiles, for example, an involute gear (13) is arranged, which meshes with both profiles.
  • the gear (13) - as part of a linkage - synchronizes the respective entge ⁇ gennewen movements of the gripper element carrier (50, 51).
  • the shape memory elements (81, 82) are arranged on separate guide rods (14, 15). These guide rods (14, 15) take over the function of the known from the other figures housing (61) as a so-called frame. Here the individual elements (81, 82) are stacked alternately.
  • the gripper element carrier (52) is displaced to the left.
  • the other gripping element carrier (51) is moved to the right via the toothed wheel (13) which rotates in a clockwise direction.
  • FIG. 7 shows a knee lever gripping device from the group of angular grippers.
  • the gripping jaws (1, 2) are arranged on pivotable gripping element carriers (50, 51).
  • the gripping element carriers (50, 51) are mounted together with an actuator (60) in the gripper housing (10).
  • the pivot axes (52) of the gripper element carrier (50, 51) are aligned parallel to each other in the embodiment.
  • a Betä- t Trentselement (65) is arranged, which - as already described in connection with Figures 1 -3 - on the shape memory elements (81, 82) is moved.
  • the center line of the actuating element (65) is normal to the plane which is spanned by the pivot axes (52).
  • the actuating element (65) is applied its upper end a crossbar (53).
  • coupling rods (54) are hinged articulated, which are connected to the eg in the gripper housing (10) projecting into the ends of the gripper element carrier (50, 51) articulated.
  • a mechanical transmission interposed between the actuator (60) and the Greifimplantationträ- like (50, 51) a mechanical transmission interposed.
  • the gripping element carriers (50, 51,) With a downward movement of the actuating element (65) caused by spring force, the gripping element carriers (50, 51,) initially projecting horizontally pivot upward by about 90 degrees in synchrony with one another in order to grasp and hold a workpiece (7) there.
  • FIG. 8 shows a gripping device in which the gripping jaws (1, 2) are moved directly by the actuators (60, 70) without the interposition of a gear mechanism.
  • a gripping device in which the gripping jaws (1, 2) are moved directly by the actuators (60, 70) without the interposition of a gear mechanism.
  • C-shaped gripper housing (10) e.g. two opposing actuators (60, 70) arranged.
  • the actuators (65) of the actuators (60, 70) are each guided in lids (63) which are integrated in the housings (61) of the actuators (60, 70).
  • the actuating elements (65) are here simultaneously the gripper element carrier (50, 51).
  • the jaws are arranged in the immediate vicinity of the actuators, for example, the jaws (1, 2) and possibly also the actuating elements (65) are made of materials that have only a low thermal conductivity. Such materials can also be used for the actuator housings (61) or the frames (14, 15), cf. Figure 6, are used. Between the pairwise arranged shape memory elements (81, 82), cf. Description of Figure 3, and the corresponding covers (63) helical compression springs for the retrieval of the gripping jaws (1, 2) in combination with spring plates be arranged net, as they are also shown in Figures 1-2.
  • the individual actuators (60, 70) can be actively or passively cooled depending on the intended use. Possibly.
  • the actuator housing (61) or the racks (14, 15) at the Greiferge- home (10) are mounted thermally insulated. Also, a connection via thin-walled webs or pins is conceivable.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung mit Greifelemente (1, 2) tragenden Greifelementeträgern (50, 51), wobei die Greifelementeträger und mindestens ein mit Formgedächtniselementen ausgestattetes Stellglied (60, 70) in einem Greifergehäuse (10) gelagert sind und das oder die Stellglieder direkt oder über mindestens ein Getriebe auf mindestens einen beweglichen Greifelementeträger wirken, um das oder die Greifelemente zwischen einer Offen- und Schließstellung zu bewegen. Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Greifvorrichtung entwickelt, die bei geringem Bauraumbedarf eine geringe Eigenmasse hat und sich zudem reaktionsschnell und nahezu verschleißfrei öffnen und schließen lässt.

Description

GREIFVORRICHTUNG MIT EINEM MIT FORMGEDÄCHTNISELEMENTEN AUSGESTATTETEN STELLGLIED
Beschreibung :
Die Erfindung betrifft eine GreifVorrichtung mit Greifelemente tragenden Greifelementeträgern, wobei die Greifelementeträger und mindestens ein Stellglied in einem Greifergehäuse gelagert sind und das oder die Stellglieder direkt oder über mindestens ein Getriebe auf mindestens einen beweglichen Greifelementeträger wirken, um das oder die Greifelemente zwischen einer Offen- und Schließstellung zu bewegen.
Aus dem Katalog "SOMMER automatic" der Sommer-automatic GmbH & Co. KG, Straubenhardt vom September 2000 sind derartige Greifvorrichtungen bekannt, vgl. Katalogseiten 17 ff., 87 ff. und 147 ff. Bei diesen Vorrichtungen wirken pneumatisch oder hydraulisch angetriebene Zylinder-Kolbeneinheiten auf Getriebe, Schlitten oder Hebel, wobei letztere ggf. Greifelemente tragen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, eine GreifVorrichtung zu entwickeln, die bei großer Klemmkraft einen geringen Bauraumbedarf und eine geringe Eigenmasse hat. Zudem soll sie aus möglichst wenigen, unkomplizierten Einzelteilen gefertigt sein und sich bei wartungsarmer, einfacher und sicherer Handhabung reaktionsschnell und nahezu verschleißfrei öffnen und schließen lassen. Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Dazu lagert das die Greifbackenträger und/oder Greifbacken bewegende einzelne Stellglied zwischen einem Gestell oder Gehäuse und einem darin geführten - in einer Arbeitsrichtung beweglichen - Betätigungselement ein oder mehrere Formgedächtniselemente, wobei die Formgedächtniselemente direkt oder über ein Getriebe auf das Betätigungselement wirken. Jedes Formgedächtniselement weist eine Hüllgestalt für einen Zustand niedriger und eine Hüllgestalt für einen Zustand hoher Energie auf und jede Hüllgestalt hat in Arbeitsrichtung eine eigene von der jeweils anderen Hüllgestalt differierende Länge. Das einzelne Formgedächtniselement wechselt durch die Zu- oder Abführung von Energie von der einen Hüllgestalt in die andere.
Die hier beschriebenen GreifVorrichtungen gehören u.a. zu den Gruppen der Parallel- und Winkelgreifer. Die einzelnen Greifvorrichtungen können hierbei mit zwei oder mehr Greifbacken ausgestattet sein. Die Mehrfachgreifer werden zur Gruppe der zentralen Greifer gezählt. Bei den vorgenannten Vorrichtungen können zum einen alle Greifbacken einer GreifVorrichtung zueinander synchron zeitgleich verfahren werden, um so ein Werkstück präzise an einen bestimmten Ort zu übernehmen oder zu übergeben. Zum anderen kann auch ein Teil der Greifbacken gegenüber dem Greifergehäuse der Vorrichtung ortsfest sein, so dass sich die anderen Greifbacken auf diesen oder diese beim Greifen zubewe- gen .
Die dargestellten Greifvorrichtungen haben Greifbacken, die auf angetriebenen Greifbackenträgern angeordnet sind. Dadurch kann die einzelne Greifvorrichtung nur durch den einfachen Wechsel der Greifbacken an andere Werkstücke angepasst werden. Dennoch ist es möglich die einzelnen Greifbackenträger und die jeweiligen Greifbacken als einteilige Bauteile zu fertigen. Die Stellglieder wirken dann direkt auf die Greifbacken.
Die die Greifbacken antreibenden Stellglieder basieren beispielsweise auf einem metallurgischen Formgedächtniseffekt. Durch Zufuhr und/oder Wegnahme einer bestimmten Wärmemenge ändern sog. Formgedächtniselemente ihre Gestalt. Die Gestaltsände- rung wird zur Erzeugung von Weg und Kraft ausgenutzt. Die Wegänderung kann hierbei linear oder gekrümmt orientiert sein. Sie kann im Wesentlichen auch ein-, zwei-, oder dreidimensional erfolgen. Ggf. kann auch nur ein einziges Formgedächtniselement als Stellgliedantrieb dienen. Dessen Lagerung wird dann als Ge- häuse oder Gestell bezeichnet.
Die Gestaltsänderung der Formgedächtniselemente kann elektrisch oder thermisch bewirkt werden. Im zweiten Fall werden beispielsweise heiße Gase, Dampf oder heiße Flüssigkeiten durch die Form- gedächtniselemente gefördert.
In der Regel übertragen die in einem separaten Gehäuse oder Gestell des Stellglieds angeordneten Formgedächtniselemente ihre auf einer Gestaltsänderung basierende Bewegung direkt auf ein Betätigungselement. Es ist jedoch auch denkbar den dort erzeugten Weg und/oder die dort entstehende Kraft noch innerhalb des Stellgliedes - also räumlich noch vor dem Betätigungselement, durch mindestens ein nachgeschaltetes Getriebe, z.B. ein Hebelgetriebe, zu vergrößern und/oder zu verstärken.
Zwischen dem jeweiligen Stellglied und dem oder den Greifelemen- teträgern können Schiebekeil-, Kurven-, Hebel-, Räder-, Zugmittelgetriebe oder dergleichen eingesetzt werden. Auch Getriebekombinationen sind möglich. Ferner können zwischen den Stellgliedern und den nachgeschalteten Getrieben und/oder Greifelementeträgem Federelemente angeordnet werden, um eventuelle Ungenauigkeiten der Stellglieder auszugleichen .
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteran- Sprüchen und der nachfolgenden Beschreibung mehrerer schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele .
Figur 1 Parallelgreifvorrichtung mit geschlossenen
Greifbacken;
Figur 2 Parallelgreifvorrichtung mit offenen Greifbacken;
Figur 3 Parallelgreifvorrichtung nach Figur 1 mit anderem
Antrieb;
Figur 4 Teilquerschnitt zu Figur 2;
Figur 5 GroßhubgreifVorrichtung in dimetrischer Darstellung;
Figur 6 GroßhubgreifVorrichtung im Horizontalschnitt;
Figur 7 KniehebelgreifVorrichtung im Längsschnitt;
Figur 8 ParallelgreifVorrichtung mit Direktantrieben;
Figur 9 Draufsicht auf ein unbetätigtes Formgedächtniselement mit drei u-förmigen Verformungsabschnitten;
Figur 10 Draufsicht auf ein unbetätigtes Formgedächtniselement mit vier geraden, speichenförmig angeordneten
Verformungsabschnitten .
Die Figuren 1 - 2 zeigen eine Parallelgreifvorrichtung mit zwei jeweils auf Greifelementeträgern (50, 51) sitzenden Greifbacken (1, 2) . Die u.a. in Greifrichtung (9) beweglichen Schlitten (50, 51) sind in einem Greifergehäuse (10) in einer Füh- rungsnut (21) z.B. gleitgelagert geführt, vgl. Figur 4. Das Greifergehäuse (10) umgibt ferner ein Stellglied (60). Das Stellglied (80) wirkt über ein Doppelschiebekeilgetriebe (40) auf die Schlitten (50, 51) um diese synchron zueinander zu bewe- gen. In Figur 1 ist die ParallelgreifVorrichtung über ihr Greifergehäuse (10) auf einem sie tragenden Maschinenteil (6) montiert. Die Greifbacken (1, 2) sind in Geschlossenstellung um ein zu greifendes rohrförmiges Werkstück (7) positioniert.
Das z.B. weitgehend quaderförmige Greifergehäuse (10) der ParallelgreifVorrichtung besteht im Wesentlichen beispielsweise aus einem Führungsabschnitt (11) und einem Antriebsabschnitt (31) . Der maximale Hub jedes Greifelementeträgers (50, 51) bzw. Greiferbackens (1, 2) beträgt z.B. 5 oder 10 Millimeter je nach Aus- führungsbauart .
Der Führungsabschnitt (11) nimmt zentral eine nach oben - zu den Greifelementen (1, 2) hin - offene t-nutenförmige Führungsnut (21) auf, vgl. Figur 4. Die Führungsnut (21) hat im Ausfüh- rungsbeispiel primär zwei plane Seitenwandungen (23, 24) zur Seitenführung und senkrecht dazu zwei plane Stützflächen (25, 26) zur Abstützung der durch das Greifen entstehenden Kippkräfte.
Der mittlere Bereich der Nutöffnung der Führungsnut (21) ist so mit einer z.B. rechteckigen Abdeckplatte (18) verschlossen.
Unterhalb des Führungsabschnittes (11) ist der Antriebsabschnitt (31) angeformt angeordnet oder separat montiert. Der An- triebsabschnitt (31) nimmt im Wesentlichen das Stellglied (60) auf. Mittig im Antriebsabschnitt (31) ist von der Unterseite (36) des Greifergehäuses (10) eine Bohrung (32) mit einem ggf. ovalen Querschnitt angeordnet. Der Bohrungsgrund, in dem mittig eine zylindrische Bohrung (34) angeordnet ist, ist um den Rand der Bohrung (34) zur Führung einer Schraubendruckfeder (68) erhöht. Die Bohrung (34) verbindet die Bohrung (32) mit der Führungsnut (21) .
Der Antriebsabschnitt (31) ist an der Gehäuseunterseite (36) durch einen rechteckigen Deckel (37) verschlossen. Der Deckel (37) trägt in seinem Zentrum einen z.B. elektrisch angetriebenen Kleinlüfter (39) in Axialbauweise.
In die Wandung der Bohrung (32) sind mehrere übereinanderlie- gende Ringnuten (33) für den Abtransport von Warmluft eingearbeitet. Die Ringnuten (33) werden durch eine z.B. zur Bohrung (32) parallel versetzte Abwärmebohrung (35) bereichsweise geschnitten. Die Bohrung (35) mündet in eine Querbohrung (38) , über die die Warmluft an die Umgebung abgegeben werden kann.
In der Bohrung (32) sitzt das topfförmige Gehäuse (61) des Stellgliedes (60) . Im Gehäuse (61) befinden sich in der Regel mehrere beispielsweise übereinander angeordnete Formgedächtnis- elemente (81, 82) . Letztere wirken auf ein Betätigungselement (65), das hier in der zentralen Bohrung (34) des Greifergehäuses (10) in Arbeitsrichtung (59) des Stellglieds (60) als Schubglied geradlinig verschiebbar geführt ist. Das Gehäuse (61) hat im Gehäuseboden (62) mehrere Durchbrüche (64) für die Zu- oder Abfuhr von Kühlluft. Zugleich befinden sich in der seitlichen Gehäusewandung die Durchbrüche (69) , die den Gehäuseinnenraum mit den Ringnuten (33) verbinden.
Das Stellglied (60) umfasst drei Formgedächtniselemente (81, 82). Die einzelnen Formgedächtniselemente (81, 82) haben z.B. eine Hüllgestalt, die der Hüllgestalt einer handelsüblichen Tellerfeder nach DIN 2093 vergleichbarer Größe zumindest annähernd entsprechen. Die Formgedächtniselemente (81, 82) sind im Gehäuse (61) gleichsinnig übereinander gestapelt. Sie sind in den meisten Figuren nur symbolisch, vereinfacht als tellerfederähn- lichen Bauteile dargestellt.
Im Gehäuse (61) nach den Figuren 1 - 2 liegt das untere Element auf dem Gehäuseboden (62) auf, während das mittlere und das obere sich jeweils auf im Gehäuse (61) eingesetzten Sicherungsringen (77) abstützen. In den zentralen Bohrungen (89) der Formgedächtniselemente (81, 82) sitzt das Betätigungselement (65) . An jedem Element (81, 82) stützt es sich über je einen separaten Sicherungsring (78) ab.
Anstelle der Sicherungsringe (77) und (78) können auch Hülsen oder vergleichbare ggf. isolierende Abstandshalter eingesetzt werden, die Formgedächtniselemente (81, 82) im Gehäuse (61) und am Betätigungselement (65) - in Betätigungsrichtung - auf Abstand halten.
Auch kann das Betätigungselement (65) und/oder das Gehäuse (61) gestuft ausgeführt sein, um Formgedächtniselemente unterschied- licher Größe ohne Sicherungsringe oder Hülsen zu lagern.
Zwischen dem oberen Sicherungsring (66) und dem Greifergehäuse (10) ist ein Federteller (67) und eine Schraubendruckfeder (68) angeordnet. Die Schraubendruckfeder (68) drückt über den Federteller (67) gegen den Stapel aus Formgedächtniselemen- ten (81, 82) . Sie bewirkt das Schließen und das Halten der an den Greifbacken (1, 2) anliegenden Klemmkraft, vgl. Figur 1 und 3.
Das freie Ende des Betätigungselements (65) endet an einem Doppelschiebekeil (41), der mittig auf dem Betätigungselement (65) aufsitzt und in der Führungsnut (21) als Teil eines Doppelschie- bekeilgetriebes (40) angeordnet ist. Der Doppelschiebekeil (41) hat einen rechteckigen Querschnitt, mit einer zentralen Gewinde- bohrung (48), vgl. Figur 2 und 4. Dort ist das Betätigungselement (65) eingeschraubt.
Der Doppelschiebekeil (41) trägt an seinen im Schiebekeilwinkel abgeschrägten Stirnseiten (43, 44) jeweils einen t-förmigen
Steg (45) . Jeder Steg (45) sitzt formschlüssig in einer stirnseitigen T-Nut der nach Figur 1 rechts und links neben dem Doppelschiebekeil (41) gekoppelt angeordneten Greifelementeträger (50, 51) . Der Schiebekeilwinkel beträgt bei derartigen Ge- trieben 20 bis 45 Winkelgrade gegenüber der Hubrichtung des Doppelschiebekeils (41) . Nach den Figuren 1-3 beträgt er hier z.B. 40°.
In den Figuren 9 und 10 sind zwei unbetätigte, einteilig hergestellte Formgedächtniselemente (81, 82) in der Draufsicht dargestellt. Jedes Formgedächtniselement (81, 82) besteht aus zwei Ringen (85) und (86), zwischen denen z.B. mehrere Verbindungselemente (87, 88) in Form von geraden oder gebogenen Speichen angeordnet sind. Die Verbindungselemente (87, 88) sind die sogenannten Verformungszonen des einzelnen Formgedächtniselements (81, 82) . Die Formgedächtniselemente haben beispielsweise einen Durchmesser von 20 bis 30 Millimetern und eine Wandstärke von ca. einem Millimeter. Bei diesen Abmessungen erzielen sie bei einer ungefähren Temperaturerhöhung von 60° auf 80° Celsius, abhängig von der Länge der Verformungszonen, eine Längenänderung in Arbeitsrichtung (59) - also normal zur Zeichnungsebene - von ca. 2 bis 3 Millimetern. Ein ausgelenktes Element (81, 82) ist dann mit einer Stützkraft von 50 bis 100 Newton belastbar.
Nach Figur 10 sind bei dem Formgedächtniselement (82) zwischen dem Innenring (85) und dem Außenring (86) vier zumindest annähernd geradlinige Verbindungselemente (88) angeordnet. Sie sind zwischen dem Innenring (85) und dem Außenring (86) mit äquidis- tanter Teilung verteilt. Das einzelne Verbindungselement (88) steht tangential vom Innenring (85) ab. Zur Betätigung des Form- gedächtniselements (82) wird diesem Wärme zugeführt. Nach Zufuhr einer bestimmten Wärmemenge verformen sich die Verbindungseie- mente bogenförmig normal zur Zeichnungsebene . Dadurch wird der axiale Abstand der konzentrischen Ringe (85, 86) z.B. vergrößert. Die Gesamthöhe des einzelnen Formgedächtniselements (82) verdoppelt sich hierbei mindestens .
Gemäß Figur 9 sind bei dem Formgedächtniselement (81) zwischen dem Innenring (85) und dem Außenring (86) drei u-förmige Verbindungselemente (87) angeordnet. Jedes Verbindungselement (87) erstreckt sich über eine Viertelkreisfläche. Bei einer Zufuhr von Wärme verformen sich die beiden Schenkel eines Verbindungseie- ments gleichsinnig, so dass sich ein größerer Hub ergibt als bei den Verbindungseiementen (88).
In den Ausführungsbeispielen werden die Verbindungselemente (87, 88) mittels Stromdurchfluss erhitzt. Dazu wird zwischen dem Innenring (85) und dem Außenring (86) eine elektrische Spannung angelegt. Hat das unbetätigte, relativ kühle Formgedächtniselement (81, 82) eine Hüllgestalt (83) einer belasteten Tellerfeder, so hat das erhitzte Element die Hüllgestalt (84) einer un- belasteten Tellerfeder.
Zum Aufnehmen eines Werkstückes (7) müssen die Greifbacken (1, 2) geöffnet werden. Dazu wird das Stellglied (60) bestromt, vgl. Figur 3. Die sich wölbenden Formgedächtniselemente (81) schieben das Betätigungselement (65) zusammen mit dem Doppelschiebekeil (41) nach oben. Der Doppelschiebekeil (41) drückt die Greifelementeträger (50, 51) bzw. die Greifbacken (1, 2) auseinander. Für die Schließ- bzw. Greifbewegung wird das Betätigungselement (65), vgl. Figur 1, das sich zusammen mit dem Doppelschiebekeil (41) in seiner oberen Endlage befindet durch die Wirkung der Schraubendruckfeder (68) aus dieser Position heraus nach un- ten bewegt. Dazu wird die Bestromung der Formgedächtniselemente (81) abgeschaltet und ggf. der Axiallüfter (39) eingeschaltet. Die angesaugte Kühlluft wird über die Durchbrüche (64) , (69) , die Ringnuten (33) , und die Bohrungen (35) und (38) erwärmt ins Freie geblasen. Die Formgedächtniselemente (81, 82) nehmen hier ihre flache Form ein. Der sich nach unten bewegende Doppelschiebekeil (41) zieht die Greifelementeträger (50, 51) in der Führungsnut (21) nach innen zur Mitte hin. Sobald sich die Greifbacken (1, 2) am Werkstück (7) angelegt haben, stoppt die Bewegung. Das Werkstück wird kraft- und/oder form- schlüssig gehalten.
Zum Lösen des Werkstückes (7) werden die Formgedächtniselemente (81, 82) wieder bestromt.
In Figur 3 wird ein Antrieb mit zwei Stellgliedern (60, 70) benutzt. Dazu werden im Greifergehäuse (10) die Stellglieder (60, 70) einander gegenüber angeordnet und über einen Schiebekeil (55) und die entsprechenden Betätigungselemente (65, 75) gekoppelt. Der Schiebekeil (55) sitzt u.a. über Betätigungselemente (65, 75) geführt in einem Langloch (56) . Im Greifergehäuse (10) geht dieses Langloch (56) in die Bohrung (57) über. In Letzterer wird ein Stößel (58) geführt gelagert, der auf den Doppelschiebekeil (41) wirkt. Der Stößel (58) trägt an seinem unteren Ende eine gleit- oder wälzgelagerte Rolle (76) , die auf der Keilfläche des Schiebekeils (55) federbelastet aufliegt.
Die Keilfläche des Scheibekeils (55) kann auch gekrümmt ausgeführt sein, um die Bewegung des Schiebekeils (55) nichtlinear _
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auf den Stößel (58) zu übertragen. Auch kann die auf dem unteren Deckel (37) aufliegende Fläche des Schiebekeils (55) dort zur Verminderung der Gleitreibung z.B. nadelgelagert abgestützt sein.
In den hier verwendeten Stellgliedern (60, 70) sind jeweils zwei gleichsinnig angeordnete Formgedächtniselemente (81, 82) als Paar zusammengefasst . Z.B. fünf dieser Paare sind dann wechselweise geschichtet hintereinander angeordnet.
Zur greifenden Betätigung der Parallelgreifvorrichtung wird nach Figur 3 nur das linke Stellglied (60) bestromt. Es verlagert den Schiebekeil (55) nach rechts, wodurch die Schraubendruckfeder (68) den Stößel (58) nach unten bewegen kann. Zum Freigeben des Werkstücks (7) wird das rechte Stellglied (70) betätigt. Der Schiebekeil (55) bewegt sich nach links und drückt so den Stößel (58) nach oben.
Hier sind zwischen den Greifelementeträgern (50, 51) und den Stellgliedern (60, 70) zwei Getriebe zwischengeschaltet. Das erste Getriebe ist das zwischen den Stellgliedern (60, 70) und dem Stößel (58) angeordnete Schiebenkeilgetriebe. Das zweite Getriebe stellt das zwischen dem Stößel (58) und den Greifelementeträgern (50, 51) positionierte Doppelschiebekeilgetriebe dar.
In den Figuren 5 und 6 ist eine sog. GroßhubgreifVorrichtung dargestellt. Der Hub der Greifbacken dieser Vorrichtungsart liegt in der Regel zwischen 40 und 100 Millimetern.
Nach Figur 5 ist das Greifergehäuse (10) ein quaderförmiger Körper in dessen Oberseite (12) hier zwei hintergreifende, parallel zueinander angeordnete Führungsnuten (21, 22) eingearbeitet sind. In den Führungsnuten (21, 22) sind schlittenartige Greif- elementeträger (50, 51) längsverschiebbar gelagert. Die Greifelementeträger (50, 51) sind auf den einander zugewandten Seiten, vgl. Figur 6, jeweils mit einem Zahnstangenprofil versehen. Zwischen diesen Profilen ist z.B. ein Evolventenzahnrad (13) an- geordnet, das mit beiden Profilen kämmt. Das Zahnrad (13) - als Teil eines Koppelgetriebes - synchronisiert die jeweils entge¬ gengesetzten Bewegungen der Greifelementeträger (50, 51).
Zwischen jedem Greifelementeträger (50, 51) und dem Greiferge- häuse (10) sind die Formgedächtniselemente (81, 82) auf separaten FührungsStangen (14, 15) angeordnet. Diese Führungsstangen (14, 15) übernehmen als sogenanntes Gestell die Funktion der aus den anderen Figuren bekannten Gehäuse (61) . Hier sind die einzelnen Elemente (81, 82) wechselweise zueinander gestapelt.
Wird in Figur 6 der Stapel der Elemente (81, 82) des Stellglieds (70) bestromt, so wird der Greifelementeträger (52) nach links verschoben. Über das hierbei sich im Uhrzeigersinn drehende Zahnrad (13) wird der andere Greifelementeträger (51) nach rechts bewegt.
Figur 7 zeigt einen Kniehebelgreifvorrichtung aus der Gruppe der Winkelgreifer. Hier sind die Greifbacken (1, 2) auf schwenkbaren Greifelementeträgern (50, 51) angeordnet. Die Greifelementeträger (50, 51) sind zusammen mit einem Stellglied (60) im Greifergehäuse (10) gelagert. Die Schwenkachsen (52) der Greifelementeträger (50, 51) sind im Ausführungsbeispiel parallel zueinander ausgerichtet. Zwischen den Schwenkachsen (52) ist ein Betä- tigungselement (65) angeordnet, das - wie schon im Zusammenhang mit den Figuren 1 -3 beschrieben - über die Formgedächtniselemente (81, 82) bewegt wird. Die Mittellinie des Betätigungselements (65) steht normal auf der Ebene, die durch die Schwenkachsen (52) aufgespannt wird. Das Betätigungselement (65) trägt an seinem oberen Ende einen Querbalken (53) . An den freien Enden des Querbalkens (53) sind Koppelstangen (54) gelenkig angelenkt, die mit den z.B. in das Greifergehäuse (10) hineinragenden Enden der Greifelementeträger (50, 51) gelenkig verbunden sind. Auch ist zwischen dem Stellglied (60) und den Greifelementeträ- gern (50, 51) ein mechanisches Getriebe zwischengeschaltet.
Bei einer federkraftbedingten Abwärtsbewegung des Betätigungs- elements (65) schwenken die anfangs hier horizontal abstehenden Greifelementeträger (50, 51,) synchron zueinander um ca. 90 Winkelgrade nach oben, um dort ein Werkstück (7) zu ergreifen und festzuhalten .
In Figur 8 wird eine GreifVorrichtung dargestellt, bei der die Greifbacken (1, 2) ohne das Zwischenschalten eines Getriebes direkt von den Stellgliedern (60, 70) bewegt werden. Hierzu sind in einem beispielsweise c-förmigen Greifergehäuse (10) z.B. zwei einander gegenüber liegende Stellglieder (60, 70) angeordnet. Die Betätigungselemente (65) der Stellglieder (60, 70) sind jeweils in Deckeln (63) geführt, die in den Gehäusen (61) der Stellglieder (60, 70) integriert sind. Die Betätigungselemente (65) sind hier gleichzeitig die Greifelementeträger (50, 51) .
Da hier die Greifbacken in unmittelbarer Nähe der Stellglieder angeordnet sind, werden beispielsweise die Greifbacken (1, 2) und ggf. auch die Betätigungselemente (65) aus Werkstoffen gefertigt, die nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Der- artige Werkstoffe können auch für die Stellgliedgehäuse (61) oder die Gestelle (14, 15), vgl. Figur 6, verwendet werden. Zwischen den z.B. paarweise angeordneten Formgedächtniselemen- ten (81, 82), vgl. Beschreibung zu Figur 3, und den entsprechenden Deckeln (63) können Schraubendruckfedern für die Rückholung der Greifbacken (1, 2) in Kombination mit Federtellern angeord- net sein, wie sie auch in den Figuren 1 - 2 dargestellt sind.
Die einzelnen Stellglieder (60, 70) können je nach Verwendungszweck aktiv oder passiv gekühlt werden. Ggf. werden die Stellgliedgehäuse (61) oder die Gestelle (14, 15) am Greiferge- hause (10) thermisch isoliert montiert. Auch ist eine Anbindung über dünnwandige Stege oder Stifte denkbar.
Bezugszeichenliste :
1 , 2 Greifelemente, Greifbacken
6 Maschinenteil
7 Werkstück
9 Greifrichtung
10 Greifergehäuse 11 Führungsabschnitt
12 Gehäuseoberseite
13 Zahnrad
14, 15 FührungsStangen, Ge
18 Abdeckplatte
21, 22 Führungsnut
23, 24 Seitenwandungen
25, 26 Stützflächen 28 Sensorhalter
29 Sensorauslöseplatte
31 Antriebsabschnitt 32 Bohrung, ggf. oval
33 Ringnuten
34 Bohrung, mittig 35 Abwärmebohrung
36 Gehäuseunterseite 37 Deckel
38 Querbohrung
39 Kleinlüfter, Axiallüfter 40 Doppelschiebekeilgetriebe
41 Doppelschiebekeil 43, 44 Stirnseiten, schräg 45 Steg, t-nutenförmig 48 Gewindebohrung
50, 51 Greifelementeträger, Schlitten
52 Schwenkachsen 53 Querbalken
54 KoppelStangen
55 Schiebekeil
56 Langloch
57 Bohrung 58 Stößel
59 Arbeitsrichtung
60 Stellglied, Linearstellglied 61 Stellgliedgehäuse, topfförmig, Gehäuse
62 Gehäuseboden
63 Gehäusedeckel
64 Durchbrüche
65 Betätigungselement, Schubglied 66 Sicherungsring
67 Federteller
68 Schraubendruckfeder, Rückholfeder
69 Durchbrüche
70 Stellglied, Linearstellglied
75 Betätigungselement
76 Rolle
77, 78 Sicherungsringe 81 Formgedächtniselement
82 Formgedächtniselement
83 Hüllgestalt, kleines Hüllvolumen 84 Hüllgestalt, großes Hüllvolumen
85 Innenring
86 Außenring
87 Verbindungselemente, Verformungszonen, u-förmig
88 Verbindungselemente, Verformungszonen, geradlinig 89 zentrale Bohrung
90 Hebelgetriebe
91 Anschlagträgerbalken 92 Anschlagschraube

Claims

Patentansprüche:
1. Greifvorrichtung mit Greifelemente (1, 2) tragenden Greifele- menteträgern (50, 51), wobei die Greifelementeträger (50, 51) und mindestens ein Stellglied (60, 70) in einem Greifergehäuse (10) gelagert sind und das oder die Stellglieder (60, 70) direkt oder über mindestens ein Getriebe (40, 90) auf mindestens einen beweglichen Greifelementeträger (50, 51) wirken, um das oder die Greifelemente (1, 2) zwischen einer Offen- und Schließstellung zu bewegen, dadurch gekennzeichnet,
- dass das einzelne Stellglied (60, 70) zwischen einem Gestell (14, 15) oder einem Gehäuse (61) und einem darin geführ- ten - in einer Arbeitsrichtung (59) beweglichen - Betätigungselement (65) ein oder mehrere Formgedächtniselemente (81, 82) lagert, wobei die Formgedächtniselemente (81, 82) direkt oder über ein Getriebe auf das Betätigungselement (65) wirken,
- dass jedes Formgedächtniselement (81, 82) eine Hüllge- stalt (83, 84) für einen Zustand niedriger und eine Hüllgestalt (84, 83) für einen Zustand hoher Energie aufweist und jede Hüllgestalt (83, 84) in Arbeitsrichtung (59) eine eigene, von der jeweils anderen Hüllgestalt differierende Länge hat und - dass das einzelne Formgedächtniselement (81, 82) durch die Zu- oder Abführung von Energie von der einen Hüllgestalt (83, 84) in die andere Hüllgestalt (84, 83) wechselt.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das einzelne Formgedächtniselement (81, 82) Verformungszo- nen (87, 88) aufweist, die durch ein Durchleiten von elektrischem Strom aufgeheizt werden.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllgestalt (83, 84) des einzelnen Formgedächtniselements (81, 82) die Form einer Tellerfeder hat, wobei die Hüllge- stalt (83) mit kurzer Arbeitslänge einer mechanisch belasteten Tellerfeder entspricht, während die Hüllgestalt (84) mit großer Arbeitslänge eine mechanisch unbelastete Tellerfeder darstellt.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgedächtniselemente (81, 82) zur Erzielung einer großen Längenänderung in Arbeitsrichtung (59) wechselweise geschichtet sind.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgedächtniselemente (81, 82) zur Erzielung einer großen Stellkraft in Arbeitsrichtung (59) gleichsinnig geschichtet sind.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgedächtniselemente (81, 82) zur Erzielung einer bestimmten Stellkraft und einer bestimmten Längenänderung in Arbeits- richtung (59) gruppenweise gleichsinnig und wechselweise geschichtet sind.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (65) ein im Gehäuse (61) linear verschiebbares Schubglied ist.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längendifferenz zwischen den Hüllgestalten (83) und (84) in Arbeitsrichtung (59) mindestens 1,5 Millimeter beträgt.
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