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Die
Erfindung geht aus von einem mehrachsig manipulierbaren Entnahmegreifer
zum Entnehmen eines Pressformteils aus einem Pressformwerkzeug nach
dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie er beispielsweise aus einem
Beitrag von R. Brüssel
und U. Weber "SMC-Teile
vollautomatisch herstellen", veröffentlicht
in der Zeitschrift Kunststoffe, Jahrgang 79 (1989), Seiten 1149-1154 – nachfolgend
kurz mit Brüssel
et al. zitiert – als
bekannt hervorgeht.
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In
dem von Brüssel
et al. beschriebenen Verfahren wird bei der Fertigung von SMC-Teilen
von einer bestimmten Menge eines Gemisches von reaktionsfähigem duroplastischem
Kunstharz und Fasern ausgegangen, die gewichtsmäßig auf das fertige Bauteil
abgestimmt ist. Und zwar wird die abgestimmte Rohstoffmenge durch
Ausschneiden von Zuschnitteilen bestimmter Größe und Form aus einer in Rollenform
angelieferten Fasermattenbahn (Prepreg-Bahn) und durch Zusammenlegen
der Zuschnitteile zu einem Mattenstapel gewonnen. Ein solcher Mattenstapel
wird lagegenau in ein geöffnetes
Formwerkzeug einer Presse eingelegt. Das Formwerkzeug ist auf eine
Temperatur beheizt, bei der das reaktionsfähige Kunstharz chemisch reagiert
und abbindet. Durch anfänglich
langsames Schließen
des in der Presse befindlichen Formwerkzeuges wird der eingebrachte
Rohstoff zunächst
lediglich erwärmt, wodurch
das Kunstharz weich und fließfähig wird. Anschließend wird
das Formwerkzeug unter kontrollierter Kraft und Geschwindigkeit
geschlossen, wobei der erweichte Rohstoff seitlich wegfließt und dabei die
Kavität
des Formwerkzeuges vollständig
ausfüllt. Nach
diesem Ausfüllen
der Gravur wird das Formwerkzeug noch eine Zeit lang mit definierter
Kraft geschlossen gehalten, so dass das Kunstharz vollständig ausreagieren
und aushärten
kann. Erst dann kann das Formwerkzeug geöffnet und das fertige SMC-Teil
daraus entnommen werden.
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Zum
Ausformen des gepressten SMC-Teiles aus dem Formwerkzeug sind bei
Brüssel
et al. stiftförmige
Auswerfer zumindest im Unterwerkzeug integriert. Beim Öffnen des
Formwerkzeuges, d.h. beim Abheben des Oberwerkzeuges nach oben,
muss sich zunächst
das SMC-Teil von der Gravur des Oberwerkzeuges lösen, so dass das SMC-Teil mit
Sicherheit im Unterwerkzeug zurückbleibt.
Dies kann durch im Oberwerkzeug integrierte Auswerferstifte oder – sofern
auf der oberseitig abgeformten Werkstückoberfläche keine Druckstellen von
Auswerferstiften erkennbar sein dürfen – durch ein auf die Gravur-Oberfläche des
Oberwerkzeuges aufgebrachtes Trennmittel sichergestellt werden.
Zwar erfordert ein Herauslösen
des Werkstücks
aus der oberen Werkzeuggravur trotz oberflächlich aufgetragenem Trennmittel
einen gewissen Kraftaufwand zwischen Pressteil einerseits und Oberwerkzeug
andererseits. Die Öffnunfskraft
der Presse reicht aber dafür
in jedem Fall aus. Nach dem Öffnen
des Formwerkzeuges treten die beim Werkzeug nach Brüssel et
al. auf jeden Fall im Unterwerkzeug integrierten Auswerfer in Aktion
und heben das SMC-Teil leicht von der Gravur des Unterwerkzeuges
ab, so dass es nur noch lose im Unterwerkzeug aufliegt und leicht
entnommen werden kann. Nachteilig bei der Anlage nach Brüssel et al.
ist, dass sie zum Herauslösen
des Pressteils aus der unteren Gravur auf den Einsatz von integrierten Auswerferstiften
angewiesen ist. Diese erfordern an den werkstückseitigen Ansatzstellen Materialverdickungen
und/oder -aussteifungen im oder am Werkstück, die beim Ausreagieren oder
Abkühlen
des Kunststoffes zu Schwindungen führen, die sich auf der Sichtseite
des Pressteils als leichte Einfallstellen abzeichnen. Bei optisch
anspruchsvollen Ver kleidungsteilen, insbesondere bei lackierten
Karosserieteilen, würden
solche Einfallstellen unschön
auffallen und können
nicht akzeptiert werden. Außerdem
besteht bei der Pressverarbeitung von reaktiven Vormassen von Duroplasten
die Gefahr eines Festbackens des einen oder anderen der Auswerferstifte, wodurch
es zu empfindlichen Störungen
des Produktionsprozesses kommen kann.
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Zum
automatisierten Entnehmen des im Unterwerkzeug der vorbekannten
Presse aufgrund der Auswerfstifte lose aufliegenden SMC-Teiles ist
bei Brüssel
et al. ein Entnahmegerät
mit einem Greifer vorgesehen, der in die Presse einfährt, dort
das Pressteil ergreift und es in einen automatischen Formteilspeicher
abgelegt, wenn es einwandfrei ist. Das noch im Greifer befindliche
Pressteil wird gemäß Brüssel et
al. bereits während
der Entnahmebewegung mittels Lichtschranken auf Vollständigkeit überprüft; im Falle
von festgestellten Defekten wird Alarm gegeben und die Fertigungsanlage
zur Inspektion des Formwerkzeuges vorübergehend stillgesetzt. Über das
Funktionsprinzip des verwendeten Greifers selber ist von Brüssel et
al. nichts ausgesagt. Jedenfalls ist der bekannte Greifer in seiner
Funktion derart gestaltet, dass er lediglich ein im Unterwerkzeug
lose aufliegendes SMC-Teil aus der Presse zu entnehmen, nicht jedoch
das Pressteil auch aus der Gravur des Unterwerkzeuges herauszulösen vermag.
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Wegen
der von Werkstoffverdickungen, die für Auswerferstifte vorgesehen
werden müssen,
ausgehenden Oberflächenwelligkeit
auf der Sichtseite der Kunststoff-Pressteile muss man insbesondere bei
der Herstellung von optisch anspruchsvollen Kunststoff-Fließpresseilen
auf solche Auswerferstifte verzichten und das Herauslösen der
Pressteile aus dem Unterwerkzeug auf andere Art und Weise bewerkstelligen.
Unabhängig
davon ist ein Verzicht auf Auswerferstifte auch in den Fällen angezeigt,
bei denen – bedingt
durch eine bestimmte Werkstückgestalt – die Sichtseite
des Werkstücks
der Gravur des Unterwerkzeugs zugeordnet werden muss.
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Der
Anmelderin ist kein automatisierbares oder mechanisierbares Verfahren
zum Herauslösen von
SMC-Pressteilen aus dem Unterwerkzeug bekannt, welches ohne werkzeugintegrierte
Auswerferstifte auskäme.
Bei Werkzeugen ohne Auswerferstifte wird mit einem zuvor oberflächlich aufgebrachten Trennmittel
gearbeitet und nach dem Öffnen
der Presse das fertige Werkstück
mühselig
von Hand aus dem Unterwerkzeug herausgelöst. Dabei wird versucht, mit
einem spitzen Gegenstand an einer Randstelle das Werkstück lokal
von der Gravur zu lösen und
durch Einblasen von Druckluft in den entstehenden Spalt diesen in
seiner Flächenausdehnung
zu erweitern. Auf diese Weise – lokal
mechanisches Lösen
des Randes und pneumatisches Erweitern – wird nach und nach das ganze
Werkstück
aus der unteren Gravur herausgelöst.
Abgesehen von dem Zeitaufwand dafür und dem beschwerlichen Arbeiten
an einem erhitzten Werkzeug und in ergonomisch ungünstigen
Platzbedingungen wird bei dieser Vorgehensweise häufig genug
das Werkstück
beschädigt; so
dass es unbrauchbar wird. Vor allem großflächige Teile sind bei einem
auf diese Art und Weise bewerkstelligten Herauslösen besonders gefährdet, weil
hier die vom Bauteilrand weiter entfernt liegende Bauteilmitte trotz
gelöstem
Rand u.U. immer noch fest an der Wekzeuggravur fasthaften kann.
Ein zu kräftiges Abheben
des bereits gelösten
Bauteilrandes kann das noch reaktionswarme Pressteil über die
Elastizitätsgrenze
beanspruchen und bleibende Verformungen in ihm hervorrufen.
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In
der
EP 461 365 B1 wird
ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffpressteilen aus thermoplastischem
Kunststoff gezeigt, bei dem eine gewichtsmäßig abgestimmte Menge an erwärmten und erweichtem
Thermoplast-Kunststoff in ein geöffnetes Formwerkzeug
einer Presse eingelegt, durch Schließen des Formwerkzeugs die Kunststoffmasse
in die Kavität
des Formwerkzeugs fließgepresst
und anschließend
das noch im Formwerkzeug befindliche Werkstück abgekühlt und schließlich aus
ihm entnommen wird. Zum automatisierten Entnehmen des fertigen Werkstücks aus
dem geöffneten
Pressform-Werkzeug wird nach
EP
461 365 B1 ein von einem dreiachsig beweglichen Ma nipulator
gehandhabter Sauggreifer mit zwei runden Saugnäpfen je Werkstück verwendet. Üblicherweise
werden beim Handhaben von Hartteilen durch Sauggreifer anpassungsfähige Saugnäpfe aus
weichelastischem Werkstoff verwendet, bei denen der Saugnapfrand
als eine im Querschnitt dünne
Dichtlippe ausgebildet ist, die sich schirmartig nach unten öffnet und
die sich an Oberflächenunebenheiten
gut anschmiegen und deswegen gut abdichten kann. Bei
EP 461 365 B1 ist nicht ausdrücklich darauf
hingewiesen, dass der Entnahmegreifer lediglich zum Entnehmen des
aus dem Unterwerkzeug bereits herausgelösten und demgemäß nur noch
lose im Unterwerkzeug liegenden Pressteils verwendet wird, jedoch
darf dies angesichts der lediglich zwei Saugnäpfe je Werkstück unterstellt
werden. Es kommt hinzu, dass bei der Pressverarbeitung von chemisch
nicht reagierenden Thermoplasten praktisch kein Störpotential
im Sinne eines Festbackens von den Auswerferstiften ausgeht, und
bei der Verarbeitung eines solchen Werkstoffs das Herauslösen des
Pressteils aus der Gravur mittels Auswerferstiften auch ohne ausdrückliche
Erwähnung
in der Regel unterstellt werden kann.
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Die
WO 01/74556 A1 befasst sich mit der Herstellung von kurzlebigen
Einwegartikeln für
den Fast-food-Bereich, z.B. Teller, Schüsseln, Tabletts, Dosen oder
zuklappbare Burger-Behälter
aus biologisch abbaubarem, stärkebasierten
und partikelverstärktem
Schaumkunststoff, wobei Fasern und anorganische Füllstoffe
als Partikeln zugegeben werden. Zur Herstellung dieser Artikel wird
eine abgestimmte Menge an Rohmasse in ein geteiltes beheiztes Formwerkzeug
eingefüllt,
woraufhin die Rohmasse nach dem Schließen des Formwerkzeuges aufgrund
der Wärmeeinwirkung
unter Schaumbildung reagiert und die Kavität unter Expansion und Druckentfaltung
vollständig
ausfüllt.
Was die vorliegend relevante Problematik des Herauslösens der
fertigen Artikel aus dem Formwerkzeug anlangt, so wird dies in der
genannten Druckschrift nicht besonders behandelt, sondern beiläufig erwähnt, dass
der Rohmasse u.a. auch ein Formlöse-Agens
beigegeben sei. Im übrigen
zeigt diese Druckschrift eine Vakuumentnahme der fertigen Artikel
aus der Pressform, in der simultan mehrere Gleichteile hergestellt
werden. Dazu ist ein Sauggreifer mit einer entsprechenden Anzahl
von einzelnen Saugnäpfen
aus Weichstoff vorgesehen. Die fertigen Schaumstoffartikel haften
offenbar nicht besonders fest in dem Formwerkzeug oder liegen nach dem Öffnen des
Formwerkzeuges aufgrund des Formlöser-Agens' nur noch lose in der Gravur drin. Die
genannte Druckschrift vermittelt dem Fachmann keinerlei Anregungen
dahin, wie bei der Herstellung von SMC-Teilen mit Zwei-Komponenten-Harz
als Basiswerkstoff die fertig gestellten Artikel aus dem Formwerkzeug
schonend herausgelöst
werden könnten.
Diese Teile haften nämlich
prozessbedingt so fest in der Gravur, dass sie durch mit Saugnäpfen aus
Weichkunststoff bestückten
Sauggreifern nicht herausgelöst
werden könnten,
weil die Saugnäpfe mechanisch überfordert
wären.
Abgesehen davon kann nicht in jedem Fall eines SMC-Teils davon ausgegangen
werden, dass hinreichend große
horizontale Areale an der Werkstückoberfläche zum
Ansetzen der Saugnäpfe
vorhanden sind.
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Die
GB 2 010 731 A zeigt
eine Vorrichtung, mit der Keramikgrünlinge aus einer pastösen Masse mittels
eines öffen- und schließbaren Formwerkzeuges
pressgeformt werden. Eine prozesstechnische Besonderheit der pastösen Masse,
aus der die gepressten Grünlinge
bestehen, ist in den Umständen begründet, dass
die Grünlinge
zum einen keinerlei Festigkeit besitzen und dass sie zum anderen
fest in der Gravur der Werkzeugteile haften. Wenn nicht besondere
Vorkehrungen getroffen werden, kann es also beim Öffnen des
geteilten Werkzeuges durch die Formpresse zu einer Zerstörung des
eingeschlossenen Grünlings
kommen. Zum Öffnen
des Werkzeuges muss sich der Grünling
aus der einen Werkzeughälfte
vollflächig
und bei geringem Kraftaufwand lösen,
wogegen er in der Gravur der anderen Werkzeughälfte vollständig haften bleiben soll. Um
dies sicherstellen zu können,
werden die beiden elektrisch isoliert in der Presse gehalterten
Werkzeughälften beim Öffnen vorübergehend
unter ein entgegen gesetztes elektrisch Potential gesetzt, wobei
diejenige Gravur, aus der sich der Grünling lösen soll, negativ gepolt ist.
Dadurch kommt es dort zu einer elektrophoretischen Gasentwicklung,
so dass der Grünling sich
leicht aus der Gravur löst.
Das Werkzeug kann nun ohne weiteres geöffnet werden, wobei der Grünling in
der Gravur des sich abhebenden Werkzeugteils haften bleibt. Für die Werkstückentnahme
aus der Presse ist ein mehrachsig manipulierbarer Greifer vorgesehen,
der einen austauschbar und elektrisch isolierend in ihm gehalterten,
werkstückangepassten
Formeinsatz aufweist, welcher an seiner dem Grünling zugekehrte Seite über eine
Vielzahl gerastert angeordneter Bohrungen unter Vakuum gesetzt werden
kann. Zum Entnehmen des Grünlings aus
der abgehobenen Werkzeughälfte
wird der in die geöffnete
Presse eingefahrene Formeinsatz an den Grünling vollflächig berührend angelegt
und das Vakuum zugeschaltet. Zugleich werden der Formeinsatz einerseits
und die Gravur andererseits unter elektrische Gleichspannung gesetzt,
wobei wiederum die Gravur negativ gepolt ist, so dass der Grünling sich
aufgrund der dort entstehenden Elektrophorese löst, wogegen er aufgrund des
Vakuums am Formeinsatz haften bleibt. Der Grünling kann nun ohne weiteres
aus dem Werkzeug entnommen und auf einer formentsprechenden Unterlage
zum Trocknen abgelegt werden, wofür der Formeinsatz mit Überdruck
beaufschlagt wird. Das Problem des Herauslösens eines pressgeformten Werkstücks aus
einem Formwerkzeug ist hier zwar angesprochen, jedoch auf eine völlig andere
Art und Weise gelöst,
die nur auf sich wie ein Elektrolyt verhaltende Werkstückmassen
anwendbar, nicht jedoch auf die Behandlung von duroplastbasierten
Kunststoffteilen übertragbar ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die gattungsgemäß zugrundegelegte Vorrichtung
dahingehend zu verbessern, dass beliebig geformte SMC-Pressformteile
schonend aus dem Pressformwerkzeug herausgelöst und aus ihm entnommen werden
können.
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Diese
Aufgabe wird bei Zugrundelegung der gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß durch
die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Danach
ist der Entnahmegreifer als werkstückadaptierte formstabile Saugglocke
ausgebildet, mit der durch oberseitig an der Werkstückoberfläche angreifendes
Vakuum auf das Werkstück
sehr hohe Kräfte
ausgeübt
werden können,
die das Werkstück schonend
aus der Gravur des Unterwerkzeugs herauszulösen erlauben. Bei der Krafteinwirkung
wird das Werkstück
keinesfalls deformiert, sondern vielmehr in seiner Sollform stabilisiert.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen
der Erfindung können
den Unteransprüchen
entnommen werden; im übrigen
ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend
noch erläutert;
dabei zeigen:
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1 eine
schematische Gesamtansicht einer Verfahrensanlage in einer Grundrissdarstellung,
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2 eine
vertikale Schnitt-Ansicht auf die Presse und das auf das Werkstück angesetzte
Entnahmewerkzeug,
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3 einen
vergrößerten Längsschnitt durch
ein Ausführungsbeispiel
eines Sicherheitsventils zur Aufrechterhaltung des Unterdruckes
trotz eines etwaigen Lecks in einer der vakuum-beaufschlagten Taschen
des Entnahmewerkzeuges,
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4 eine
vergrößerte Darstellung
der Einzelheit IV in 2, ein Dichtprofil zwischen
zwei benachbarten Taschen des Entnahmewerkzeuges zeigend,
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5 und 6 zwei
weitere Ausführungsbeispiele
von Dichtprofilen zwischen zwei benachbarten Taschen des Entnahmewerkzeuges
in einer ähnlichen
Darstellung wie 4, und
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7 eine
vereinfachte Draufsicht auf das Entnahmewerkzeug nach 2.
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Das
der Erfindung zugrunde liegende bzw. vorausgehende Verfahren zum
serienmäßigen Herstellen
von SMC-Teilen sei kurz an Hand des Verfahrensschemas nach 1 erläutert. Die
SMC-Teile werden aus faserhaltiger, reaktionsfähiger Harzmasse hergestellt,
die in Form einer quasi-endlosen, zu einer Vorratsrolle 1 aufgewickelten
Harzmattenbahn 4 als Vorprodukt bereitgestellt wird. Zur
Aufrechterhaltung der Reaktionsfähigkeit
des Kunstharzes in der Harzmattenbahn ist diese mit einer Schutzfolie 2 abgedeckt,
die erst kurz vor der Verarbeitung der Harzmatte abgezogen und zu
einem gesonderten Wickel 2 aufgerollt wird. Die Schutzfolie
wird über eine
in der Nähe
des Zuschneidetischs 3 befindliche Wendestange entgegen
der Verarbeitungsrichtung der Harzmatte in Richtung zum Wickel 2 umgelenkt. Die
Seitenränder
der Harzmattenbahn sind für
eine Weiterverarbeitung ungeeignet und werden durch je ein stationäres Schneidwerkzeug
abgeschnitten. Die am Bahn rand abgeschnittenen, seitlichen Abfallstreifen
werden ebenfalls über
Wendestangen in Abfallbehälter
umgelenkt.
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Auf
dem mit einer sehr harten Auflage versehenen Zuschneidetisch 3 wird
der brauchbare Teil der Harzmattenbahn zerlegt, wobei aus ihr verschiedene
Zuschnitteile 5 definierter Form und Größe herausgeschnittenen und
diese zu einem mehrlagigen Harzmattenstapel bestimmter Lagenzahl
und Lagenanordnung aufgestapelt werden. Die dabei anfallenden Verschnitteile,
die nicht weiter verwendet werden können, werden in einen entsprechenden
Abfallbehälter 9 abgeführt. Für ein mechanisiertes
und automatisiertes Zuschneiden ist bei dem 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
ein Zuschneideroboters 6 vorgesehen, der ein hochfrequent
drehoszillierendes Sägeblatt 8 führt, welches
von einem geeignetem Motor 7 angetrieben wird.
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Auf
einer gesonderten Wiege- und Stapelbildungsvorrichtung 17 werden
die durch den Roboter 6 auf dem Tisch 3 geschnittenen
Zuschnitteile 5 zu einem Harzmattenstapel aufgestapelt,
wobei die Zuschnitteile durch einen Handhabungsroboter 10 gehandhabt
und bewegt werden, der seinerseits mit einem speziell für diese
Aufgabe und dieses Substrat ausgebildeten Harzmattengreifer 11 ausgerüstet ist, auf
den hier nicht weiter eingegangen werden soll. Nachdem der Harzmattenstapel
in gehöriger
Form für
ein neues Werkstück
gebildet worden ist, wird dieser durch den Handhabungsroboter lagedefiniert
in ein beheiztes Formwerkzeug 18 der Formpresse 12 eingelegt.
Das durch die Formpresse 12 öffen- und schließbare Pressformwerkzeug 18 besteht
aus einem auf dem Pressentisch 21 montierten Unterwerkzeug 24 mit
seiner Gravur 26 sowie aus einem am Pressenstößel 22 montierten
Oberwerkzeug 23 mit Gravur 25. Die Beheizung des
Formwerkzeuges 18 ist hier nicht dargestellt.
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Durch
die Presse wird das Formwerkzeug 18 bis zum Kontakt der
formgebenden Oberfläche
der Kavität
mit dem eingelegten Harzmattenstapel geschlossen und mit definierter,
zunächst
noch geringer Kraft im Schließsinn
gespannt. Durch den Kontakt mit dem heißen Werkzeug erwärmt sich
die Harzmasse und erweicht dadurch. Aufgrund der Schließkraft des Formwerkzeuges
beginnt die Harzmasse zu fließen und
füllt dadurch
die Kavität
des sich mehr und mehr schließenden
Formgebungswerkzeuges 18 schließlich vollständig aus.
Das Werkzeug wird anschließend
mit erhöhter
Kraft eine gewisse Zeit lang im Schließzustand gehalten, wobei die
Harzmasse thermisch aushärtet.
Nach Ablauf dieser Aushärtungszeit öffnet die
Presse 12 das Werkzeug, wobei das fertige SMC-Teil in der
unteren, ortsfesten Werkzeughälfte liegen
bleibt. Durch einen mit einem Entnahmewerkzeug 14 versehenen
Entnahmeroboter 13 kann das SMC-Teil aus der Presse entnommen
und in einer Abkühlstation 15 abgelegt
werden. Während
die Zuschneide- und Handhabungsroboter 6 bzw. 10 einen neuen
Harzmattenstapel vorbereiten, wird das geöffnete Formwerkzeug 18 durch
zwei Reinigungsroboter 16 gereinigt, so dass es zur Aufnahme
eines neuen Harzmattenstapels bereit ist.
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Bei
der vorliegenden Erfindung geht es um eine Vorrichtung zum schonenden
Herauslösen
des fertig gepressten Kunststoff-Werkstücks 19 aus
der Gravur 26 des Unterwerkzeuges 24. Mit Rücksicht auf
die optischen Ansprüche
an die oberseitig liegende, sichtseitige Werkstückoberfläche 20 dürfen im Unterwerkzeug
keine Auswerferstifte vorgesehen sein.
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Um
beliebig geformte Pressformteile dennoch schonend aus der Gravur 26 des
unteren Teils 24 des Pressformwerkzeuges 18 herauslösen und aus
ihm entnehmen zu können,
ist ein Entnahmegreifer 14 vorgesehen, der als eine werkstückangepasste,
formstabile Saugglocke ausgebildet ist. Der Entnahmegreifer ist
am Handgelenk 39 des mehrachsigen Handhabungsroboters 13 angeordnet
und durch ihn frei manipulierbar. Die Unterseite des glockenförmigen Entnahmegreifers
ist derart geformt, dass er die gesamte, im Unterwerkzeug 24 frei
liegende Werkstückoberfläche 20 formgetreu
bis zu dem im Unterwerkzeug 24 zugänglichen Werkstückrand hin überdeckt.
Innenseitig ist der Entnahmegreifer an der Kontaktseite der Saugglocke
mit einer Weichstoffauflage 27 versehen, die zumindest
entlang des ge samten Werkstückrandes
mittels gewisser Anlagestreifen dichtend an das Werkstück 19 anlegbar
ist, wobei zwischen Saugglocke und Werkstück 19 ein spaltartiger
Zwischenraum eingeschlossen ist. Dieser Zwischenraum ist beim dargestellten
Ausführungsbeispiel
durch mehrere Dichtlinien, die kreuzweise über die zu erfassende Werkstückoberfläche hinweg
verlaufend, in mehrere Taschen 29 unterteilt, die durch die
Dichtprofile 28 gegeneinander abgedichtet sind. Jede der
Taschen ist mit einem separaten Vakuumanschluss 30 versehen
und somit für
sich mit Vakuum beaufschlagbar. Mit Rücksicht auf die Reaktionstemperaturen
zum Aushärten
der duroplastischen SMC-Teile sollten die zur Bildung der Dichtlinien
verwendeten Dichtprofile aus einem Werkstoff bestehen, der mindestens
bis etwa 140 °C
temperatursbeständig
ist.
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Die
Dichtprofile 28 folgen dem Verlauf der frei liegenden Werkstückoberfläche 20 formgetreu und
lassen sich dichtend an die Werkstückoberfläche anlegen. Die entspannte
stirnseitige Profilform 32 des Dichtprofils ist gewölbt. Erst
unter der Wirkung des Vakuums und der vom Umgebungsluftdruck bewirkten
Anpressung wird das Dichtprofil 28 stirnseitig flach an
die Werkstückoberfläche angedrückt. Durch Kraftausübung in
Zugrichtung kann sich zwar das in den Taschen eingeschlossene Restgas
zwar ausdehnen, der Spalt zwischen Werkstück und Saugglocke erweitern
und das Dichtprofil etwas von der Werkstückoberfläche abheben. Jedoch bleibt
dank der sich in dieser Situation zurückbildenden Wölbung 32 der
Dichtungsstirnseite deren dichtender Kontakt mit der Werkstückoberfläche erhalten.
Auch unter Krafteinwirkung und folglicher Aufweitung der Taschen 29 bleiben
die Dichtprofile 28 dicht und das Vakuum bleibt unverändert stehen.
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Es
kann vorkommen, dass in einer der Taschen 29 das Vakuum
entweder erst gar nicht sein Sollniveau erreicht oder aber, dass
während
des Betriebes des Lösevorganges
des Werkstückes
durch den Entnahmegreifer das Vakuum in einer der Taschen zusammenbricht.
Hierfür
kann es mehrere Ursachen geben. Eine Ursache kann in einem fehlerhaften
Werkstück
liegen, z.B. dass die Oberfläche des
Werkstückes
rauh oder porös
ist. Ein anderer Grund für
ein unzureichendes Vakuum kann in einer lokalen Beschädigung oder
Störung
des Dichtprofils durch einen Fremdkörper oder Verschmutzung liegen.
Eine weitere Möglichkeit
für ein
Zusammenbrechen des Vakuums in einer Tasche kann in einer Überbeanspruchung
der Elastizität
des Dichtprofils liegen, so dass sie lokal von der Werkstückoberfläche 20 abhebt;
es strömt
dann kurzfristig Umgebungsluft in die betreffende Tasche ein und
das Vakuum fällt
sehr schnell in sich zusammen.
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Über die
Versorgungsleitungen zu den einzelnen Vakuumanschlüssen 30 stehen
die einzelnen Taschen 29 untereinander in Verbindung. Damit
trotz der äußeren Leitungsverbindung
der Taschen untereinander und trotz eines etwaigen Lecks in einer
der Taschen das Vakuum nicht in sämtlichen anderen Taschen zusammenbricht
und der ganze Entnahmegreifer wirkungslos wird, ist im Vakuumanschluss
einer jeden Tasche 29 jeweils ein Sicherheitsventil 31 angeordnet
ist. Dieses ist derart ausgebildet, dass im Fall eines etwaigen
Zusammenbruchs des Vakuums in einer der Taschen der betreffende
Vakuumanschluss durch das zugehörige
Sicherheitsventil verschlossen wird, so dass keine oder höchstens sehr
wenig Umgebungsluft aus der leckbehafteten Tasche in die anderen
Taschen eindringen kann.
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In 3 ist
ein Ausführungsbeispiel
eines solchen Sicherheitsventils 31 gezeigt. Wesentlicher Bestandteil
dieser Einrichtung ist ein Rückschlagventil 55,
welches beim ungestörten
Betrieb in der dargestellten, offenen Stellung verharrt, die einerseits durch
die Rückstellfeder 58 herbeigeführt wird
und deren Position andererseits durch den Stützkäfig 61 vorgegeben
ist. In dieser Offenstellung des Sicherheitsventils besteht eine
ungehinderte Strömungsverbindung
zwischen den beiden nach Außen
führenden
Leitungsanschlüssen.
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Das
Ventilglied des Rückschlagventils 55 ist axialbeweglich
durch einen Verzögerungskolben 56 geführt, der
seinerseits in einem nach außen
weitgehend verschlossenen Kolbenraum 57 gleiten kann. Beim
Aufschalten des Vakuums strömt
die in der angeschlossenen Tasche 29 zunächst noch
befindliche Luft von unten (Anschluss 30) durch das Rückschlagventil 55 in
die in 3 nach rechts führende Vakuumleitung. Dabei übt die heftig
strömende
Luft eine im Schließsinne
wirkende Kraft auf das Rückschlagventil 55 aus,
die die Kraft der Rückstellfeder 58 durchaus übersteigt.
Die im Kolbenraum 57 eingeschlossene und bei einer solchen
Schließbewegung vom
Verzögerungskolben 56 verdrängte Luft,
die nur über
die einstellbare Verzögerungsdrossel 59 ins Freie
entweichen kann, erlaubt jedoch nur ein sehr langsames Schließen des
Rückschlagventiles 55. Diese
Verzögerungszeit
ist so bemessen, dass die zugehörige
Tasche sicher evakuuiert werden kann. Lediglich bei leckbedingten
längeren
Evakuierungszeiten geht das Rückschlagventil 55 schließlich doch in
die Schließstellung über. Wird
jedoch innerhalb der Verzögerungszeit
das Sollnivau von Vakuum in der angeschlossenen Tasche erreicht,
so kommt die Evakuierungsströmung
zum Stillstand und das Rückschlagventil 55 kehrt
aufgrund der Wirkung der Rückstellfeder
aus einer teilgeschlossenen Zwischenstellung selbsttätig in die
dargestellte Offenstellung zurück.
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Sollte
während
des Betriebes des Entnahmegreifers in der angeschlossenenen Tasche
das Vakuum plötzlich
zusammenbrechen, so tritt erneut eine heftige Evakuierungsströmung im
Sicherheitsventil auf, die länger
als die Verzögerungszeit
anhält, so
dass das Rückschlagventil 55 dauerhaft
in die Schließstellung übergeht.
Durch dieses lokale Verschließen
soll ein dauerhaftes Einströmen
von Falschluft in die Vakuumzufuhrleitungen der anderen Taschen
verhindert und das Vakuum in den anderen Taschen aufrecht erhalten
werden. In diesem Zustand des verschlossenen Sicherheitsventil ist
eine Vakuumzufuhr nur noch über
die einstellbare By-pass-Drossel 60 über das Rückschlagventil hinweg zu der
angeschlossenen Tasche möglich.
Dadurch soll gegebenenfalls eine Vakuumversorgung der angeschlossenen
Tasche für
den Fall sicher gestellt sein, dass das Leck sich aus irgend einem Grunde
zurück
bildet. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der Entnahmgrei fer
durch den Entnahmeroboter 13 noch einmal fest an das Werkstück 19 angedrückt wird.
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Sollte
eine Tasche 29 des Entnahmegreifers 14 während eines
Entnahmevorganges dauerhaft leck bleiben, so bleibt das zugehörige Sicherheitsventil 31 ebenfalls
dauerhaft geschlossen und es strömt
lediglich eine kleine Leckmenge Falschluft über die einstellbare By-pass-Drossel 60 ständig in die
Vakuumversorgung ein. Diese geringe Falschluftmenge ist jedoch nicht
weiter schädlich
für eine
Aufrechterhaltung des Vakuums in den anderen Taschen des Entnahmegreifers.
Das Vakuum dort kann dennoch ohne weiteres auf einem für das Herauslösen des
Werkstückes 19 aus
der Gravur 26 des Unterwerkzeugs 24 ausreichenden
Niveau gehalten werden.
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Selbstverständlich stellt
eine Leckage der einen oder anderen Tasche 29 des Entnahmegreifers 14 eine
Störung
dar, die beseitigt werden sollte. Andererseits wird das Undicht-werden
einer einzelnen Tasche in dem automatisierten Betrieb nicht so ohne weiteres
erkannt, weil das Werkstück
durch noch genügend
andere Taschen am Entnahmegreifer sicher festgehalten werden kann.
Um gleichwohl eine etwaige Leckage an den einzelnen Taschen erkennen
zu können,
ist die Vakuumzufuhr zu jeder einzelnen Tasche 29 mit einer Überwachungseinrichtung 33 in Form
eines Barometers mit integriertem Signalwandler versehen. Bei Abfall
der Höhe
des jeweiligen Vakuums unter einen voreinstellbaren Schwellwert
gibt diese ein Signal nach außen
ab. Damit ist nicht nur der Umstand eines Lecks an einer der Taschen
detektierbar, sondern auch bereits feststellbar, an welcher Tasche
das Leck aufgetreten ist. Dadurch kann zum einen das gerade entnommene
Werkstück
gezielt auf etwaige Fehlstellen untersucht werden; zum anderen kann
auch der Entnahmegreifer selber gezielt auf etwaige Fremdkörper im
Dichtungsbereich oder Beschädigungen
an den Dichtungen überprüft werden.
Außerdem
können
die im Laufe einer Serienproduktion anfallenden Signale der Überwachungseinrichtungen 33 für statistische
Zwecke ausgewertet werden. Beispielsweise kann dadurch aufgedeckt
werden, ob bestimmte Taschen besonders häu fig undicht werden und wie
hoch der Vakuumverlust ist, in welcher Phase eines Arbeitszyklus' der Vakuumverlust
einsetzt und wie rasch das Vakuum absinkt. Zusammen mit einer Protokollierung
der Ursachen für
das Undicht-werden können
dann gezielte Gegenmaßnahmen
ergriffen werden, die den Fertigungsprozess verbessern. Als Ursachen
für Leckagen
kommen z.B. in Betracht: Werkstück
porös; Fremdkörper auf
Dichtprofil, Dichtprofil verschmutzt, Dichtprofil schadhaft.
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Wenn
der durch den Entnahmeroboter 13 gehandhabte Entnahmegreifer 14 an
das im geöffneten
Werkzeug der Presse 12 befindliche Werkstück 19 ordnungsgemäß angesetzt
und das Vakuum durch das Ventil 40 auf die einzelnen Taschen 29 aufgeschaltet
ist, kann der Vorgang des schonenden Herauslösens des Werkstücks aus
der Gravur 26 beginnen, wobei u.U. recht hohe Kräfte ausgeübt werden
müssen.
Um einerseits den Roboter, insbesondere den Arbeitsarm, die Gelenke
und Antriebe von zu hoher Kraftentfaltung zu entlasten, um jedoch
andererseits durchaus hohe Kräfte
auf das durch Vakuum erfasste Werkstück zum Herauslösen desselben ausüben zu können, sind
am Rand der Saugglocke mehrere Druckstößel 36 angebracht,
die außerhalb des
Bereiches der unteren Gravur 26 liegen. Mit diesen servomotorisch
betätigbaren
Druckstößeln, die auf
Gegenflächen 37 am
Unterwerkzeug 24 aufsetzbar sind, kann das Entnahmewerkzeug
vom Unterwerkzeug abgedrückt
werden.
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Am
Außenrand
des Entnahmegreifers 14 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel
vier nach außen
abragende Konsolen 38 angebracht, in denen Pneumatikzylinder 35 gehaltert
sind. Nahe jeder Ecke des im Grundriss rechteckigen Entnahmegreifers
ist jeweils ein Pneumatikzylinder angeordnet. Die Kolbenstangen
der von diesen Pneumatikzylindern servomotorisch in Abheberichtung
hin und her bewegbaren Kolbenstangen stellen die erwähnten Druckstößel 36 dar.
Die Pneumatikzylinder 35 sind über das Hauptventil 41 mit
Druckluft versorgbar.
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Mit
dem Freischalten der Druckluft wird die Phase des Herauslösens des
Werkstücks
aus der Gravur eingeleitet, wobei die Druckluft über eine Verteileinrichtung 42 an
die einzelnen Pneumatikzylinder weitergeleitet wird. Mit der Verteileinrichtung
sind unterschiedliche, z.B. zwei "Verteilprogramme" umsetzbar. Zu diesem Zweck weist die
Verteileinrichtung ein in einem ortsfesten Gehäuse sowohl drehbares als auch
axial verschiebbares Ventilglied auf. Die Programmwahl eines der
baulich in der Verteileinrichtung vorgegebenen Verteilprogramme
erfolgt durch axiale Positionierung des beweglichen Ventilgliedes innerhalb
des Gehäuses.
Die Umsetzung des Programmes selber kann durch Rotation des Ventilgliedes
um seine Längsachse
erfolgen.
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Durch
die Wirkung der Verteileinrichtung 42 kann die Abdrückkraft
unterbrechend oder pulsierend ausgeübt werden, wobei der Ort der
jeweils vorübergehenden
Kraft zyklisch wechselt. Dadurch ist es möglich, auch solche Werkstücke, die
in der Gravur sehr fest sitzen, schonend aus der Gravur herauszulösen. Vorteilhafterweise
sind die Pneumatikzylinder mit einem Weggeber versehen, mit denen
der zurückgelegte
Hub des zugehörigen
Druckstößels 36 detektierbar
ist. Das pulsierende Abdrücken
des Entnahmegreifers 14 vom Unterwerkzeug 24 wird
so lange fortgesetzt, bis von allen vier Weggebern ein ausreichend
großer
Hub gemeldet wird, der darauf schließen lässt, dass das Werkstück an allen
vier Ecken sich aus der Gravur herausgelöst hat.
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Das
einfachste Verteilprogramm der Verteileinrichtung 42 besteht
darin, dass alle vier angeschlossenen Pneumatikzylinder gleichzeitig
mit Druckluft versorgt werden und demgemäß der Entnahmegreifer an allen
vier Ecken mit gleicher Kraft und Synchron vom Unterwerkzeug 24 abgedrückt wird.
Sollte sich ergeben, dass das Werkstück hierbei nicht ohne weiteres
aus der Gravur 26 herauslösen lässt, so kann ein anderes Verteilprogramm
angewählt
werden. Solche modifizierten Programme können vorsehen, dass die einzelnen
Pneumatikzylinder zyklisch nacheinander mit Druck beaufschlagt und wieder
entlastet werden. Hierbei können
die Pneumatikzylinder phasenversetzt reihum jeweils einzeln mit
Druck beaufschlagt und zwi schendrin vollständig entlastet werden, so dass
die Abdrückkraft
jeweils nur an einer Ecke wirksam ist, wobei aber der Wirkungsort
der Abdrückkraft
zyklisch gewechselt wird. In einer Modifikation des Verteilprogramms
kann eine interimsweise Teilentlastung der Pneumatikzylinder vorgesehen
sein, so dass eine gewisse Mindest-Abdrückkraft am gesamten Greiferumfang
ständig
wirksam ist. Es ist auch ein weiteres Verteilprogramm denkbar, bei
dem jeweils zwei Pneumatikzylinder gemeinsam und zugleich mit Druck
beaufschlagt und die beiden anderen entlastet oder teilentlastet
werden und diese Paarung von belasteten und entlasteten Pneumatikzylindern
zyklisch vertauscht wird.
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Abschließend soll
noch kurz auf zwei in den 5 und 6 angedeutete
Modifikationen der Entnahmegreifer 14' bzw. 14'' eingegangen
werden. Während
bei dem in den 2 und 4 dargestellten
Entnahmegreifer 14 innenseitig ein vollflächige Weichstoffauflage 27 vorgesehen
ist, aus der die Taschen 29 herausgearbeitet und schmale
Dichtprofile 28 zwischen benachbarten Taschen stehen gelassen sind,
sind bei dem in 5 gezeigten Entnahmegreifer 14' die Taschen 29' dadurch gebildet,
dass einzelne sich überkreuzende
und dichtend aneinander stoßende
Dichtleisten 45 auf die Innenseite der Schale des Entnahmegreifers
aufgeschraubt sind. Bei dem in 5 dargestellten
Ausführungsbeispiel
der Dichtleisten weisen diese an der Kontaktseite zur Werkstückoberfläche 20 zwei
spiegelbildlichg angeordnete Dichtlippen 46 auf, die in
ihrer Entspannungsform 46' leicht
in Richtung zum Werkstück 19 hin
abragen. Aufgrund dieser elastischen Ausbildung der Dichtlippen
kann sich die Dichtleiste 45 auch bei größeren Relativverschiebungen
und lokalen Formabweichungen dennoch stets dichtend an die Werkstückoberfläche 20 anschmiegen.
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Bei
dem in 6 ausschnittsweise gezeigten Ausführungsbeispiel
eines Entnahmegreifers 14'' sind in dessen
tragende Schale, die aus einem harten und belastbaren Konstruktions-Werkstoff besteht, Taschen 29'' eingearbeitet und kreuzweise verlaufende
schmale Stege stehen gelassen. In diese Stege sind Nuten 50 von
beispielsweise rechteckigem Querschnitt eingefräst, in die eine formentsprechende
Dichtung 51 aus einem weichen Werkstoff fest haftend eingeklebt
ist. Zur Gewährleistung
einer gewissen Bewegungselastizität und Anschmiegbarkeit ist
auch hier die frei liegende Kontaktseite in ihrer Entspannungsform 53 gewölbt ausgebildet.