[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen, Bewegen und/oder Drehen achssymmtrischer
vorzugsweise runder und/oder rohrförmiger Gegenstände gemäß dem Gattungsbegriff des
Hauptanspruches.
[0002] Aus der DE 29 51 094 ist ein Greifer zum Erfassen, Bewegen und/oder Transportieren
von vorzugsweise runden und/oder rohrförmigen Gegenständen bekannt. Dieser Greifer
weist mehrere Greiferelemente auf, die den Gegenstand innen und/oder außen ergreifen
und über äußere Hebel drehbeweglich an einem Rahmen gelagert sind. Die Lagerzapfen
der äußeren Hebel sind drehfest mit einem inneren Hebel verbunden, der getrieblich
an ein mit einem Antriebsaggregat verbundenes Stellglied so angeschlossen ist, daß
sämtliche Greiferelemente entweder ringförmig gleichsinnig und gleichzeitig konzentrisch
zur Greifermitte oder ebenso nach außen bewegbar sind. Mit diesem Greifer kann zum
Beispiel ein auf Schmiedetemperatur erwärmter Ring innen oder außen an mehreren Stellen
ergriffen und transportiert werden. Dabei ist wesentlich, daß im Hinblick auf die
Deformationssteifigkeit des zu ergreifenden Werkstückes die Anzahl der Greiferelemente
möglichst groß ist.
[0003] Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, daß die Anschlagstelle der Vorrichtung am
zu erfassenden Körper außermittig liegt, so daß ein sicheres Erfassen des Körpers
gleichzeitig durch alle Greiferelemente nicht sichergestellt ist, da eine Schiefstellung
der Vorrichtung nicht ausgeschlossen ist. Außerdem kann mit diesem Greifer der erfaßte
Gegenstand nicht gedreht werden.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum sicheren Erfassen und Bewegen
achssymmetrischer vorzugsweise runder und/oder rohrförmiger Gegenstände anzugeben,
die bei mittiger Erfassung zusätzlich ein Drehen des erfaßten Gegenstandes ermöglicht.
[0005] Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen
Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.
[0006] Die vorgeschlagene Vorrichtung hat den Vorteil, daß über den bekannten Stand der
Technik hinausgehend der erfaßte Gegenstand bei mittiger Erfassung auch gedreht werden
kann. Erfindungsgemäß ist dazu im äußeren Randbereich eines Planetenrades eines mindestens
zwei Planetenräder und ein Sonnenrad aufweisenden Planetengetriebes das jeweilige
Greiferelement befestigt. Nach Anlage der Greiferelemente auf der Oberfläche des zu
bewegenden Gegenstandes wird durch Weiterdrehen des Sonnenrades der erfaßte Gegenstand
gedreht. Durch die Drehung der Planetenräder werden die Greiferelemente konzentrisch
bewegt, so daß einerseits ein Kraftschluß bzw. Formschluß zwischen dem Gegenstand
und den Greiferelementen und andererseits die Überbrückung großer Abmessungen sichergestellt
ist. Die zentrische Anordnung des das Sonnenrad und die Planetenräder haltenden Rahmens
auf einem Wellenstück, das zusammen mit dem Antriebsaggregat an einem Haltegestell
befestigt ist, ermöglicht die genaue parallele axiale Verschiebung der Vorrichtung.
Eine Schiefstellung der Vorrichtung in bezug auf die Achse des zu erfassenden Gegenstandes
wird damit vermieden. Der durch die Greiferelemente zu überbrückende Abmessungsbereich
ist abhängig vom Durchmesser des Planetenrades und vom Abstand des Haltebolzens für
das Greiferelement vom Drehpunkt des Planetenrades sowie vom Schwenkbereich der Greiferelemente.
Der Schwenkbereich kann vergrößert werden, wenn der den Greiferelementen zugewandte
Teil des Rahmens statt gerader Arme abgewinkelte Arme aufweist. Der Schwenkbereich
beträgt maximal 180 Grad, wenn die Abwinklung der Arme so gewählt wird, daß die den
Schwenkbereich des Haltebolzens und damit auch des Greiferelementes begrenzende Anschlagfläche
des Armes in bezug auf die Verbindungslinie zwischen Drehpunkt/Planetenrad und Drehpunkt/Sonnenrad
ein Abstand im Betrag des halben Durchmessers des Haltebolzens aufweist.
[0007] Bei der vorgeschlagenen Anordnung ist die Schließbewegung und damit die Spannrichtung
der Greiferelemente entgegengesetzt der Drehrichtung des Sonnenrades und des zu drehenden
Gegenstandes. Bei bestimmten Abmessungen des zu drehenden Gegenstandes in bezug auf
das Überbrückungsmaß der Vorrichtung kann es bei der vorgeschlagenen Anordnung nach
der Schließbewegung zu einem Rutschen der Greiferelemente auf der Oberfläche des erfaßten
Gegenstandes kommen, so daß dieser nicht gedreht wird. Dies ist in erster Linie abhängig
von der Richtung des Reibmomentes in bezug auf die Richtung der Schließbewegung. Wenn
die Bedingung erfüllt ist, daß der äußere Durchmesser des zu erfassenden Gegenstandes
gleich größer dem zweimaligen Abstand des Drehpunktes/Sonnenrad zum Drehpunkt Planetenrad
ist, dann unterstützt das Reibmoment die Klemmwirkung der Greiferelemente. Bei einem
Gegenstand mit einem äußeren Durchmesser kleiner dem genannten Abstand, ändert sich
die Richtung des Reibmomentes, so daß diese der Klemmwirkung entgegensteht. Diese
Überlegung gilt sowohl für das Außen- wie für das Innenspannen und ist unabhängig
von der Drehrichtung des Sonnenrades. Es hat zur Konsequenz, daß bei Erzeugung eines
die Klemmwirkung unterstützenden Reibmomentes der zu überbrückende Abmessungsbereich
gering wird, da nur der Abstand vom Drehpunkt/Planetenrad bis zum innenliegenden auf
der Durchmesserachse sich befindende Oberflächenpunkt des Greiferelementes zur Verfügung
steht. Dieser Abstand wird dann besonders groß, wenn der Durchmesser des Sonnenrades
sehr klein ist und damit der Durchmesser des Planetenrades bei unveränderten Drehpunktabständen
sehr groß wird und der Haltebolzen ganz außen auf dem Planetenrad angeordnet und der
Durchmesser des Greiferelementes gering ist.
[0008] Um die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für andere Durchmesserbereiche optimal einsetzen
zu können, wird weiterbildend vorgeschlagen, zwischen dem Sonnenrad und den die Greiferelemente
tragenden Planetenrad je ein die Drehrichtung des Planetenrades änderndes Zwischenrad
anzuordnen. In diesem Falle ist die Drehrichtung des antreibenden Sonnenrades gleich
der Drehrichtung der Planetenräder und damit auch der Schließbewegung der Greiferelemente.
Bei dieser Anordnung fällt die Richtung des die Klemmwirkung unterstützenden Reibmomentes
mit der Schließbewegung dann zusammen, wenn die Bedingung erfüllt ist, daß der äußere
Durchmesser des zu drehenden Gegenstandes gleich kleiner dem Abstand vom Drehpunkt/Sonnenrad
zum Drehpunkt/Planetenrad ist. Auch diese Überlegung gilt sowohl für das Außen- wie
für das Innenspannen und ist unabhängig von der Drehrichtung des Sonnenrades.
[0009] Unabhängig von der Art der Ausführung der Vorrichtung, d. h. ob mit oder ohne Zwischenräder
wird die Klemmwirkung unterstützt, wenn die Greiferelemente exzentrisch und drehbar
auf dem Haltebolzen gelagert sind. Bei einer solchen Anordnung wird durch den ansteigenden
Abstand zwischen Drehpunkt und Angriffspunkt Druck auf den zu drehenden Gegenstand
ausgeübt und die Klemmwirkung dementsprechend erhöht.
[0010] Bei möglichst universeller Verwendung der beiden erläuterten Ausführungsarten müssen
die die Planetenräder tragenden Arme des Rahmens gerade sein, damit eine Rechts- oder
Linksdrehung der Greiferelemente möglich ist. Dadurch wird der Anwendungsbereich aber
etwas eingeschränkt, da der maximale Schwenkbereich der Greiferelemente dann kleiner
180
o ist. Soll dieser Schwenkbereich aber voll ausgeschöpft werden, müssen die Arme eine
Abwinklung aufweisen, damit der Haltebolzen in die dadurch entstehende Ausnehmung
einschwenken kann. Dadurch ist aber die Drehrichtung für das Greiferelement festgelegt
und eine Drehrichtungsänderung nur durch Auswechseln dieses Rahmenteiles möglich.
[0011] Als Antriebsaggregat wird vorzugsweise ein Hydraulikmotor verwendet, der gut regelbar
ist und leichter vor Überlastung geschützt werden kann. Zum besseren Ausgleich möglicher
Winkelungenauigkeiten der Achse des Planetengetriebes und des Drehgegenstandes wird
zwischen dem Antriebsaggregat und dem Planetengetriebe eine flexible Kupplung angeordnet.
[0012] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für verschiedene Zwecke verwendet werden, sei
es Gegenstände auf einer Ablage zu drehen, um sie in die passende Bearbeitungsposition
zu bringen, sei es abzukühlende Gegenstände zu wenden oder die den Endbereich des
Gegenstandes verschließende oder umhüllende Teile auf den Gegenstand aufzuschrauben
oder zu lösen. So ist es zum Beispiel übliche Praxis bei Gewinderohren auf die Gewindebereiche
an den Rohrenden eine Schutzkappe aufzuschrauben, damit beim weiteren Transport der
Gewindebereich nicht beschädigt wird. Diese werden üblicherweise von Hand aufgeschraubt,
wofür je nach Taktzeit entsprechendes Personal erforderlich ist, deren Handgelenke
wegen des immer wiederkehrenden Bewegungsablaufes stark belastet werden. Da die Vorrichtung
für das Erfassen des Gegenstandes von innen oder von außen ausgelegt ist, können auch
entsprechende Schutzteile in ein Innengewinde eingeschraubt oder ausgeschraubt werden.
Um die Drehbewegung des Sonnenrades nach Aufschrauben des Schutzteiles zu begrenzen,
wird der Hydraulikmotor auf einen vorgegebenen Belastungsendwert eingestellt. Bei
Erreichen dieses Endwertes schaltet der Motor automatisch ab. Dies kann selbstverständlich
auch mit einem Elektromotor und entsprechenden Signalgebern erreicht werden. Alternativ
wird auch vorgeschlagen, den Antrieb mit einer Zeitschaltuhr zu verbinden und diesen
nach einem vorgegebenen Zeittakt abzuschalten. Das Lösen der Greiferelemente erfolgt
in einfachster Weise dadurch, daß die Drehrichtung des Hydraulikmotors umgekehrt wird
und die Greiferelemente wieder in die Endstellung gefahren werden. Alternativ gibt
es auch die Möglichkeit, das Ende einer in Drehrichtung spannbaren Feder mit einem
der Planetenräder zu verbinden, so daß nach Abschalten des Motors die gespannte Feder
eine Rückwärtsdrehung auslöst und damit die Greiferelemente vom Gegenstand abheben.
[0013] Bei der Erläuterung des möglichen Anwendungsbereiches für die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist aber bisher immer nur von im Querschnitt runden Gegenständen die Rede gewesen.
Es können aber ebensogut auch einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisende
Gegenstände erfaßt und gedreht werden, solange die Bedingung der Achssymmetrie erfüllt
und die Anzahl der Greiferelemente dem angepaßt ist. So bietet es sich z. B. an, bei
einem quadratischen Querschnitt zwei oder vier Greiferelemente zu verwenden. Eine
sehr viel größere Anzahl von Greiferelementen wird als nicht vorteilhaft angesehen,
da das Planetengetriebe sehr aufwendig wird und die Ausmaße der Vorrichtung entsprechend
ansteigen.
Die gesamte Vorrichtung kann zu verschiedenen Einsatzbereichen transportiert werden,
da das den Antriebsmotor und das Planetengetriebe einschließlich der Kupplung tragende
Haltegestell axial verschiebbar auf einer Bodenplatte angeordnet ist. Mittels entsprechender
Führung wird sichergestellt, daß die Verschiebung der Greiferelemente genau parallel
zur Achse des Gegenstandes erfolgt. Weiterbildend wird außerdem vorgeschlagen, das
Haltegestell auf einem Tisch anzuordnen, der zusätzlich in der Höhe verstellbar ist,
so daß eine achsparallele Einstellung der Vorrichtung zum Gegenstand möglich ist.
[0014] Die axiale Verschiebung der Vorrichtung wird in der Weise begrenzt, daß die in Richtung
des Gegenstandes liegende Seite des den Greiferelementen zugewandten Rahmenteiles
als Anschlagfläche ausgebildet ist. Da die Anschlagfläche symmetrisch über den Umfang
verteilt ist, wird ein Verkanten und damit ein ungleichmäßiges Erfassen des Gegenstandes
verhindert. Außerdem ist die Anschlagfläche erforderlich, damit durch die auf die
Stirnfläche des Gegenstandes wirkende Normalkraft zu Beginn des Drehens des Sonnenrades
die innere Reibung des Planetengetriebes überwunden wird und die Greiferelemente in
Spannrichtung bewegt werden.
[0015] In der Zeichnung wird die erfindungsgemäße Vorrichtung näher erläutert.
Es zeigen:
- Figur 1
- im Längsschnitt die erfindungsgemäße Einrichtung
- Figur 2
- im vergrößerten Maßstab die eigentliche Greifvorrichtung im Schnitt entlang der Linie
A-B in Figur 3
- Figur 3
- eine Ansicht in Richtung Z in Figur 2
- Figur 4
- eine Ansicht einer anderen Ausführungsform in Richtung Z in Figur 5
- Figur 5
- einen Schnitt entlang der Linie A-B in Fig. 4
- Figur 6
- im Schnitt eine andere Ausführungsform des Greiferelementes
Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht aus einem auf einer Grundplatte 2 angeordnetem
Haltegestell 1, das mittels einer Kolben-Zylindereinheit 3 axial entlang einer Bodenplatte
4 verschiebbar ist. Die axiale Verschiebung ist durch den Pfeil 5.1 und die vertikale
Verschiebemöglichkeit durch den Pfeil 5.2 gekennzeichnet. Am rückseitig geschlossenen
Ende des Haltegestells 1 ist das Antriebsaggregat 6, in diesem Ausführungsbeispiel
ein regelbarer Hydraulikmotor, angeflanscht. Die Verbindung zwischen Antriebsaggregat
6 und eigentlicher Greifvorrichtung 7 wird über eine flexible Kupplung 8 hergestellt,
um damit eine mögliche Winkelabweichung in den Achslagen zwischen Greifvorrichtung
7 und Drehgegenstand ausgleichen zu können.
[0016] Die Einzelheiten der Greifvorrichtung 7 sind in Figur 2 in einem vergrößerten Maßstab
in einem Schnitt entlang der Linie A-B in Figur 3 dargestellt. Die Greifvorrichtung
7 weist ein aus einem Sonnenrad 10 und drei Planetenrädern 11, 12, 13 bestehendes
Planetengetriebe auf, das zwischen zwei Rahmenteilen 14, 15 gehalten wird. Die Rahmenteile
14, 15 und das Planetengetriebe stützen sich auf einem mehrfach abgesetzten Wellenstück
16 ab, das mit seinem Gewindezapfen 17 in der flexiblen Kupplung 8 (siehe Figur 1)
fliegend befestigt ist. In den äußeren Bereichen der Planetenräder 11 - 13 ist je
ein Greiferelement 18 - 20 fest an einem Haltebolzen 21 - 23 angeordnet. Die Verbindung
der Greiferelemente 18 - 20 mit den Haltebolzen 21 - 23 kann z. B. durch Kleben erfolgen.
In der in Figur 2 und 3 dargestellten Lage sind die Greiferelemente 18 - 20 voll aufgefahren,
während die gestrichelte Darstellung des einen Greiferelementes 19' in Figur 2 die
Endstellung nach einem Schwenk um 180
o zeigt.
[0017] Die dem zu drehenden Gegenstand zugewandte Seite des einen Rahmenteiles 14 ist als
Anschlagfläche 24 ausgebildet. Diese ist erforderlich, damit mit einer entsprechenden
Kraft auf die Stirnfläche des zu greifenden und zu drehenden Gegenstandes ein Reibungsschluß
erreicht wird, der größer ist als die innere Reibung des Planetengetriebes.
[0018] Um nach dem Wenden oder Drehen des ergriffenen Gegenstandes die Greiferelemente 18
- 20 wieder auffahren zu können, ist auf der Rückseite des dem Gegenstand abgewandten
Rahmenteiles 15 eine in Spannrichtung spannbare Feder 25 angeordnet. Das eine Ende
26 der Feder ist am Wellenstück 16 und das andere Ende 27 an einem der Planetenräder
13 befestigt. Alternativ zur Feder 25 kann auch die Drehrichtung des Antriebaggregates
6 geändert werden, um die Greiferelemente 18 - 20 wieder auffahren zu können.
[0019] Figur 3 zeigt eine Ansicht der Greifvorrichtung 7 in Richtung Z in Figur 2. In dieser
Darstellung kann man gut die Ausbildung des den Greiferelementen 18 - 20 zugewandten
Teiles 14 des Rahmens erkennen. Dieser Teil 14 weist ein Mittelteil und davon ausgehend
abgewinkelte Arme 28 - 30 auf, an deren Enden mittels eines Bolzens 31 - 33 die Planetenräder
11 - 13 gelagert sind. Mit dem Pfeil 34 ist eine der möglichen Drehrichtungen des
Sonnenrades 10 gekennzeichnet, während die Pfeile 35,35',35'' die Drehrichtung der
Planetenräder 11 - 13 anzeigen. In gleicher Drehrichtung folgt auch die Schließbewegung
der Greiferelemente 18 - 20. Gestrichelt ist für ein Greiferelement 19 die Endstellung
19' nach einem Schwenk von 180
o dargestellt.
[0020] In Figur 4 ist in der gleichen Ansicht wie Figur 3 eine andere Ausführungsform der
Greifvorrichtung 7 dargestellt. Dabei wurden für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen
verwendet. Auch diese Ausführungsform weist ein Sonnenrad 10 und drei Planetenräder
11 - 13 auf, in deren äußeren Randbereich die Greiferelemente 18 - 20 angeordnet sind.
Im Unterschied zu Figur 3 sind aber zwischen Sonnenrad 10 und Planetenräder 11 - 13
zur Änderung der Drehrichtung Zwischenräder 36 - 38 angeordnet. Zur Lagerung dieser
Zwischenräder 36-38 wurde auch das dem zu greifenden Gegenstand zugewandte Rahmenteil
39 konstruktiv im Vergleich zur Ausführungsform gemäß Figur 3 geändert. Die Schwenkmöglichkeit
der Greiferelemente bis maximal 180
o wurde dabei aber aufrechterhalten, wie man an dem gestrichtelt dargestellten Greiferelement
19' erkennen kann. Ein weiterer, aber nicht wesentlicher Unterschied zur Darstellung
gemäß Figur 3 besteht darin, daß das Ende 27 der Feder 25 an einem anderen Planetenrad
11 befestigt ist. Die eingetragenen Pfeile 34,35,35',35'' verdeutlichen, daß bei dieser
Ausführungsform die Drehrichtung des Sonnenrades 10 gleich der Drehrichtung der Planetenräder
11 - 13 und damit auch der Greiferelemente 18 - 20 ist.
[0021] Figur 5 zeigt in einem Teilquerschnitt entlang der Linie A-B in Figur 4 die bereits
zuvor beschriebene Ausführungsform. Gut zu erkennen in dieser Darstellung ist die
Anordnung des Zwischenrades 38 zwischen den beiden Rahmenteilen 15,39.
[0022] In Figur 6 ist eine andere Ausführungsform der Greiferelemente dargestellt. Im Unterschied
zu den Figuren 1 - 5 sind die Greiferelemente 41 (hier ist beispielhaft nur ein Greiferelement
abgebildet) exzentrisch und drehbar auf den Haltebolzen 42 gelagert. Mit strichpunktierten
Linien ist die Endstellung 41' dieses Greiferelementes 41 nach einem Schwenk von 180
o dargestellt.
1. Vorrichtung zum Erfassen, Bewegen und/oder Drehen achssymmetrischer, vorzugsweise
runder und/oder rohrförmiger Gegenstände, bestehend aus einem Antriebsaggregat und
mehreren mit diesem verbundenen Greiferelementen, die ja an einem schwenkbaren Teil
angeordnet sind, wobei die Teile mitsamt den Greiferelementen entweder ringförmig
gleichsinnig und gleichzeitig konzentrisch zur Mitte oder ebenso nach außen bewegbar
sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Greiferelement 18-20, 41) jeweils im äußeren Randbereich eines Planetenrades
(11-13) eines mindestens zwei Planetenräder und ein Sonnenrad (10) aufweisenden Planetengetriebes
befestigt ist und Planetenräder (11-13) und Sonnenrad (10) in einem Rahmen drehbar
gehalten werden und Sonnenrad (10) und Rahmen auf einem Wellenstück (16) angeordnet
sind, das mit dem Antriebsaggregat (6) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der den Greiferelementen (18-20, 41) zugewandte Teil (14, 39) des Rahmens ein
Mittelteil und davon ausgehend mindestens zwei Arme (28-30) aufweist, in deren Endbereich
das jeweilige Planetenrad (11-13) gelagert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Arme abgewinkelt sind und die Abwinklung der Arme (28-30) so gestaltet ist,
daß der Schwenkbereich der Greiferelemente (18-20, 41) maximal 180 Grad beträgt.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Planetengetriebe drei oder mehr Planetenräder (11-13) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Greiferelement (18-20) fest mit einem auf dem Planetenrad (11-13) angeordneten
Haltebolzen (21-23) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Greiferelement (41) drehbar und exzentrisch auf einem am Planetenrad (11-13)
befestigten Haltebolzen (42) gelagert ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Sonnenrad (10) und den die Greiferelemente (18-20,41) tragenden Planetenrädern
(11-13) je ein die Drehrichtung der Planetenräder (11-13) änderndes Zwischenrad (36-38)
angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Antriebsaggregat ein in der Drehrichtung umschaltbarer Hydraulikmotor (6)
oder Elektromotor ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Hydraulikmotor (6) und Planetengetriebe eine flexible Kupplung (8) angeordnet
ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eines der Planetenräder (11-13) mit dem Ende (27) einer in Spannrichtung spannbaren
Feder (25) verbunden ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Antriebsaggregat (6) an einem Haltegestell (1) angeflanscht ist, das axial
(5.1) verschiebbar auf einer Bodenplatte (2) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Haltegestell (1) auf einem mit der Bodenplatte (2) verbundenen, axial (5.1)
verschiebbaren und in der Höhe (5.2) verstellbaren Tisch angeordnet ist.