DE3614720C2 - Vorrichtung zum Erzeugen einer geradlinig horizontalen Vorschubbewegung und einer geradlinig vertikalen Hubbewegung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen einer geradlinig horizontalen Vorschubbewegung und einer geradlinig vertikalen Hubbewegung des Werkzeugträgers eines Manipulier- oder Chargiergerätes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einer derartigen, aus der DE 24 30 319 A1 bekannten Vorrichtung wird der Gelenkpunkt des ersten Hebelsystems, dessen Bewegungen durch das zweite Hebelsystem auf einen Werkzeugträger übersetzt werden, direkt von Druckzylindern angetrieben. Diese Antriebsart des ersten Hebelsystems hat den Nachteil, daß der Werkzeugträger keine exakt geradlinigen Bewegungen ausführt.

Bei einer weiteren ähnlichen Vorrichtung nach der DE 34 37 590 A1 zur Erzeugung von kartesischen Horizontal- und Vertikalbewegungen werden die Antriebselemente der Hebelsysteme über Rollen geführt, die störanfällig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung im Hinblick auf eine exakte Geradlinigkeit der Bewegungen des Werkzeugträgers bei einem Höchstmaß an Betriebssicherheit weiterzuentwickeln.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch Vorrichtungen nach den Patentansprüchen 1, 4 und 7.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Vier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Zeichnungen dargestellt, wobei in den Fig. 1 bis 4 jeweils das Hebel- und Gelenkschema der Vorrichtung schematisch wiedergegeben ist.

Ein Werkzeugträger (W) hängt an zwei Tragarmen (1, 2), von denen der erste (1) einen ortsfesten Gelenkpunkt (3) an einem Maschinenrahmen (M) hat und über ein Ellbogengelenk (4) mit dem zweiten Tragarm (2) verbunden ist, der in einem Gelenkpunkt (5) am Werkzeugträger (W) angreift. Dieser Gelenkpunkt (5) spielt bei der nachfolgenden Betrachtung der Wirkungsweise zusammen mit dem ortsfesten Gelenkpunkt (3) eine wichtige Rolle.

In einem bestimmten Abstand vom ortsfesten Gelenkpunkt (3) ist am Tragarm (1) ein Zwischenhebel (6) am einen Ende in einem Gelenkpunkt (7) gelagert, wobei sein anderes Ende über einen Gelenkpunkt (8), der ebenfalls zusammen mit den Gelenkpunkten (3) und (5) eine wichtige Rolle spielt, mit einem Lenker (9) verbunden ist, der in einem Gelenkpunkt (10) am Tragarm (2) angreift. Die Gelenkpunkte (4), (7), (8) und (10) bilden mit dem Lenker (9), dem Zwischenhebel (6) und den entsprechenden Teilstücken der Tragarme (1) und (2) ein Hebelparallelogramm und einen Teil des "Storchschnabelsystems". Zum Geradehalten des Werkzeugträgers (W) sind natürlich den Tragarmen (1) und (2) in bekannter Weise Hebelparallelogramme mit Verbindungsstangen (11) und (12) zugeordnet, die an den einander zugewandten Enden über ein Zwischenstück (13) mit Gelenkpunkten (14), (15) und dem Ellbogengelenk (4) miteinander verbunden sind, wobei deren voneinander abgewandten Enden an einem ortsfesten Gelenkpunkt (16) im Falle der Verbindungsstange (11) und an einem weiteren Gelenkpunkt (17) am Werkzeugträger (W) im Falle der Verbindungsstange (12) angreifen. Das eine Hebelparallelogramm wird durch die Gelenkpunkte (3), (4), (14), (16) und das andere durch die Gelenkpunkte (4), (5), (15), (17) festgelegt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 greift am Zwischenhebel (6) in einem Gelenkpunkt (18) ein Lenker (19) an, der zu einem freien Gelenkpunkt (20) an einem Antriebshebel (21) für den linearen Horizontalantrieb führt. Der Antriebshebel (21) ist um einen ortsfesten Gelenkpunkt (22) am Maschinenrahmen (M) schwenkbar gelagert und kann durch einen beliebigen Antrieb betätigt werden und auch als Winkelhebel ausgebildet sein.

Der bisher beschriebene Hebelmechanismus dient der Erzeugung einer praktisch linearen Horizontalbewegung des Werkzeugträgers (W). Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß in jeder horizontalen Vorschubstellung des Werkzeugträgers (W) der an ihm befindliche Gelenkpunkt (5) mit den Gelenkpunkten (3) und (8) auf einer gemeinsamen Geraden liegt.

Daß dies auch für jede vertikale Hubstellung des Werkzeugträgers (W) gilt, wird aus der nun folgenden Beschreibung des linearen Hubantriebs deutlich. An dem Gelenkpunkt (8) am Zwischenhebel (6) greift nach Fig. 1 außer dem Lenker (9) ein Ausgleichshebel (23) an, der an dem dem Gelenkpunkt (8) abgewandten Ende einen zweiten Gelenkpunkt (24) und zwischen den Gelenkpunkten (8) und (24) einen dritten Gelenkpunkt (25) aufweist. Vom Gelenkpunkt (24) erstreckt sich ein Lenker (26) zu einem ortsfesten Gelenkpunkt (27) am Maschinenrahmen (M), während ein weiterer, etwas längerer Lenker (28) vom Gelenkpunkt (25) am Ausgleichshebel (23) zu einem freien Gelenkpunkt (29) an einem Antriebshebel (30) führt, der in einem Gelenkpunkt (31) am Maschinenrahmen (M) schwenkbar gelagert ist und durch einen beliebigen Antrieb, z.B. durch einen (strichpunktiert angedeuteten) Zylinder (32), betätigt werden kann, d.h. beim Anheben des Gelenkpunktes (29) wird sich der Gelenkpunkt (8) linear nach oben bewegen, und zwar unabhängig von dem Abstand, den der Werkzeugträger (W) vom Maschinenrahmen (M) jeweils hat. Die geradlinige Bewegung des Gelenkpunktes (8) wird in vergrößertem Maßstab auf den Gelenkpunkt (5) am Werkzeugträger (W) übertragen, so daß auch dieser beim Hubantrieb eine geradlinig vertikale Bewegung über eine größere Strecke ausführt.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 wird die Anzahl der notwendigen Gelenklager dadurch auf ein Minimum beschränkt, daß ein Teil der antriebsseitigen Gelenkvierecke von einem Teil des "Storchschnabel"- Hebelsystems gebildet wird.

Es ist möglich, den Bereich, in dem geradlinige Bewegungen des Werkzeugträgers (W) stattfinden sollen, zu vergrößern, indem beispielsweise wie in Fig. 1 strichpunktiert dargestellt, der Antriebshebel (30) mit einem zusätzlichen Hebel (37) über eine Koppelstange (38) so verbunden wird, daß die Hebel (30, 37) ein Hebelparallelogramm bilden. Dabei ist der Antriebshebel (30) als zweiarmiger Hebel, z.B. Winkelhebel, ausgebildet, der um den ortsfest bleibenden Gelenkpunkt (31) schwenkbar gelagert ist. Ferner wird dem nunmehr beweglichen Gelenkpunkt (27) ein um einen neuen ortsfesten Gelenkpunkt (36) schwenkbar gelagerter zweiarmiger Winkelhebel (37) zugeordnet, wobei die freien Enden der Winkelhebel (30) und (37) zur Vervollständigung des Hebelparallelogramms über die Koppelstange (38) miteinander verbunden sind.

Eine ähnliche Anordnung kann beim Antriebshebel (21) für den horizontalen Vorschub verwendet werden.

Die Zeichnung zeigt strichpunktiert den Werkzeugträger (W) noch in einer oberen Hubstellung (W′) und einer hinteren Vorschubstellung (W′′). Ein gestricheltes kleines Rechteck (39) stellt den Bewegungsbereich des Gelenkpunktes (8) dar, während ein demgegenüber mehrfach vergrößertes gestricheltes Rechteck (40) den Bewegungs- bzw. Arbeitsbereich des Werkzeugträgers (W) einschließt. Nach dem Storchschnabelprinzip ist dafür gesorgt, daß die Gelenkpunkte (3), (8), (5) bei jeder horizontalen Vorschub- und vertikalen Hubstellung des Werkzeugträgers (W) stets auf einer gemeinsamen Geraden liegen.

Es ist allgemein bekannt, daß solche Hebelsysteme zur Erzeugung von geradlinigen Bewegungen zu den Enden der Bewegungsstrecken hin zu Linearitätsfehlern neigen, so daß die ziemlich genauen linearen Streckenbereiche eine natürliche Grenze finden.

In den Fig. 2 bis 4 sind weitere Ausführungsbeispiele dargestellt, bei denen ebenfalls der Bereich, in dem geradlinige Bewegungen des Werkzeugträgers (W) stattfinden sollen, vergrößert werden kann. In den Fig. 2 bis 4 werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet.

Den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 und 3 ist gemeinsam, daß bei ihnen zur Ausführung der geradlinigen vertikalen Hubbewegung ein durch einen Zylinder (41) bewegbares Lagerstück (42) vorgesehen ist, dem zwei Hebelparallelogramme (43) und (44) zugeordnet sind, die ihrerseits über die mittleren Gelenkpunkte (45, 46) zweier Watt′scher Hebel (47, 48) mit dem Lagerstück (42) verbunden sind. Ferner ist den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 und 3 gemeinsam, daß das ganze mit dem die Bewegungen im kleinen Maßstab vollziehenden Gelenkpunkt (8) verbundene Hebelsystem für die horizontale Vorschubbewegung am Lagerstück (42) angelenkt ist.

Nach Fig. 2 ist der Lenker (28) (vergleichbar mit dem Lenker (28) in Fig. 1) einerseits am Ausgleichhebel (23), der mit dem Gelenkpunkt (8) verbunden ist, im Gelenkpunkt (25) und andererseits am Lagerstück (42) in einem Gelenkpunkt (49) angesetzt. Vom Gelenkpunkt (24) des Ausgleichhebels (23) führt ein schematisch dreieckig dargestellter Winkelhebel (50) zum mittleren Gelenkpunkt (45) des Watt′schen Hebels (47). Am anderen Hebelarm des Winkelhebels (50) greift ein Zylinder (51) für den horizontalen Vorschubantrieb an. Wird der Zylinder (41) für den Hubantrieb ausgefahren, so bewegt seine Kolbenstange, die in einem Punkt (52) am Lagerstück (42) angreift, dieses Lagerstück (42) nach oben. Die Hebelparallelogramme (43, 44) sorgen zusammen mit den beiden Watt′schen Hebeln (47, 48) dafür, daß jeder Punkt auf dem Lagerstück (42) sich geradlinig nach oben bewegt. Diese geradlinige vertikale Hubbewegung überträgt sich auf das gesamte Antriebs- und Hebelsystem für den horizontalen Vorschub, d.h. die Gelenkpunkte (8) und (5) bewegen sich ebenfalls linear senkrecht nach oben. Bei Betätigung des Zylinders (51) kann somit in jeder Höhenlage eine horizontale Vorschubbewegung des Werkzeugträgers (W) ausgeführt werden, wobei das Hebelsystem (23, 28, 50) für die Geradlinigkeit dieser Bewegung sorgt.

In Fig. 3 ist das Lagerstück (42) etwas anders gestaltet und sind die Hebelparallelogramme (43, 44) mit ihren Watt′schen Hebeln (47, 48) und deren mittleren Gelenkpunkten (45, 46) etwas anders angeordnet. Das Hebelsystem für den Horizontalantrieb ist hierbei jedoch insofern abgeändert, als der Ausgleichshebel (23), der, wie erinnerlich, am Gelenkpunkt (8) angreift, hier praktisch weggefallen ist. Dessen Funktion wird bei diesem Ausführungsbeispiel von einem Lenker (53) übernommen, der am oberen Ende direkt im Gelenkpunkt (8) angreift und über zwei Koppelstangen (54) und (55) mit dem Lagerstück (42) verbunden ist. Dabei greift die eine Koppelstange (55) am unteren Ende des Lenkers (53) an, während die andere Koppelstange (54) in einem Gelenkpunkt (56) an einer bestimmten Stelle zwischen den Enden des Lenkers (53) angreift. An diesem Gelenkpunkt (56) kann, wie dargestellt, auch der Antriebszylinder (51) für den horizontalen Vorschub angreifen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird der ganze Antrieb für die horizontalen Vorschubbewegungen beim Ausfahren des Zylinders (41) aufgrund der Hebelparallelogramme (43, 44) und der diesen zugeordneten Watt′schen Habel (47, 48) linear vertikal angehoben, so daß horizontale Vorschubbewegungen wiederum in jeder Höhenlage des Werkzeugträgers (W) ausgeführt werden können.

Fig. 4 zeigt eine gegenüber den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen umgekehrte Anordnung insofern, als hierbei Hebelparallelogramme (57) und (58) mit zugehörigen Watt′schen Hebeln (59) bzw. (60) dem Antrieb für die horizontalen Vorschubbewegungen zugeordnet sind. An einem der Hebel des einen Hebelparallelogramms (58) greift der Zylinder (51) für den horizontalen Vorschubantrieb an. Die mittleren Gelenkpunkte (61) bzw. (62) der Watt′schen Hebel (59, 60) sitzen an einem Lagerstück (63), an dem das ganze Antriebssystem für die linearen vertikalen Hubbewegungen angebracht ist, einschließlich des Antriebszylinders (41). Bei Betätigung des Zylinders (51) wird das Lagerstück (63) mitsamt dem Hubantrieb linear horizontal verlagert, so daß mit dem Hubantrieb in jeder Horizontalstellung, d. h. bei beliebigem Abstand vom Maschinenrahmen, der Werkzeugträger (W) vertikal bewegt werden kann. Für eine Linearität dieser vertikalen Bewegung des Werkzeugträgers (W) sorgt ein Hebelsystem, das zwei Lenker (64) und (65) aufweist, deren eine Enden in Gelenkpunkten (66) bzw. (67) am Lagerstück (63) sitzen und an deren anderen Enden ein Watt′scher Hebel (68) angelenkt ist, dessen mittlerer Gelenkpunkt den wichtigen Gelenkpunkt (8) bildet, der alle Bewegungen des Werkzeugträgers (W) im kleinen Maßstab vorexerziert. An einem (64) der Lenker (64, 65) greift der Zylinder (41) für den Hubantrieb in einem Gelenkpunkt (69) an. Das Hebelsystem (64, 65, 68) sorgt wiederum für eine Linearität der vertikalen Hubbewegungen des Gelenkpunktes (8) und damit des Werkzeugträgers (W).

Wenn in dieser Beschreibung von "vertikal" und "horizontal" oder von "oben" und "unten" die Rede ist, so beziehen sich diese Angaben auf die bildliche schematische Darstellung der Zeichnungen. Es versteht sich jedoch von selbst, daß die ganze Vorrichtung auch eine andere räumliche Lage einnehmen kann.

Die verschiedenen Hub- und Vorschub-Lenksysteme der beschriebenen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, d. h. das Hub-Lenksystem des einen Ausführungsbeispiels kann mit dem Vorschub-Lenksystem eines anderen Ausführungsbeispiels kombiniert bzw. gegen ein Hub-Lenksystem eines anderen Ausführungsbeispiels ausgetauscht werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Erzeugen einer geradlinig horizontalen Vorschubbewegung und einer geradlinig vertikalen Hubbewegung des Werkzeugträgers eines Manipulier- oder Chargiergerätes, mit einer nach dem "Storchschnabelprinzip" wirkenden Hebelmechanik, die ein erstes Hebelsystem zum linearen horizontalen oder vertikalen Bewegen eines Gelenkpunktes (8) innerhalb eines kleineren rechteckigen Bewegungsbereiches (39) sowie ein zweites, mit dem ersten Hebelsystem gekoppeltes Hebelsystem zur Übersetzung der Bewegungen des Gelenkpunktes (8) auf einen Gelenkpunkt (5) eines Werkzeugträgers (W) umfaßt, wobei ein Zwischenhebel (6) vorgesehen ist, der einen Teil des "Storchenschnabel"-Hebelparallelogramms mit Tragarmen (1, 2) bildet, die über ein Ellbogengelenk (4) an einem Zwischenstück (13) miteinander verbunden sind, wobei das freie Ende des einen Tragarms (2) in dem Gelenkpunkt (5) am Werkzeugträger (W) gelagert ist und das dem Ellbogengelenk (4) abgelegene Ende des anderen Tragarms (1) in einem ortsfesten Gelenkpunkt (3) gelagert ist, ein Lenker (9) an dem Gelenkpunkt (8) am Zwischenhebel (6) und einem Gelenkpunkt (10) an dem am Werkzeugträger (W) angreifenden Tragarm (2) angelenkt ist und die Hebelanordnung derart wirkt, daß die Gelenkpunkte (3, 8, 5) bei jeder Stellung des Werkzeugträgers (W) auf einer Geraden liegen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausführung der horizontalen Vorschubbewegung mit dem Ende eines kurzen, um einen festen Gelenkpunkt (22) schwenkbar gelagerten Antriebshebels (21) das eine Ende eines Lenkers (19) gelenkig verbunden ist, dessen anderes Ende an dem Zwischenhebel (6) angelenkt ist, und daß für die lineare Hubbewegung zwei ungleich lange Lenker (26, 28) an einem Ausgleichshebel (23) angelenkt sind, dessen eines Ende zusammen mit dem Lenker (9) an dem Gelenkpunkt (8) des Zwischenhebels (6) angelenkt ist und dessen anderes Ende mit dem einen Ende des kürzeren Lenkers (26) gelenkig verbunden ist, der mit seinem anderen Ende an einen Gelenkpunkt (27) am Maschinenrahmen (M) angelenkt ist, wobei der längere Lenker (28) an einem Ende an einem Gelenkpunkt (25) zwischen den Gelenkpunkten (8, 24) des Ausgleichshebels (23) angreift und mit dem anderen Ende auf einem Gelenkpunkt (29) am freien Ende eines um einen festen Gelenkpunkt (31) am Maschinenrahmen (M) schwenkbar gelagerten Antriebshebels (30) sitzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkpunkt (27) des kürzeren Lenkers (26) am Maschinenrahmen (M) fest angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung der Hubbewegung des Gelenkpunktes (8) des Zwischenhebels (6) der Antriebshebel (30) für den Hubantrieb mit einem zusätzlichen Hebel (37) über eine Koppelstange (38) derart verbunden ist, daß die Hebel (30, 37) ein Hebelparallelogramm bilden und der Hebel (37) als Winkelhebel ausgebildet ist, der an einem ortsfesten Gelenkpunkt (36) schwenkbar gelagert ist.

4. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausführung der geradlinigen vertikalen Hubbewegung ein mit dem die Bewegung im kleinen Maßstab vollziehenden Gelenkpunkt (8) verbundenes Hebelsystem (23, 28, 50; 53-55) samt Antrieb (Zylinder 51) für die horizontale geradlinige Vorschubbewegung an einem durch einen Zylinder (41) bewegbaren Lagerstück (42) sitzt, dem zwei Hebelparallelogramme (43, 44) zugeordnet sind, die über mittlere Gelenkpunkte (45, 46) zweier Watt′scher Hebel (47, 48) mit dem Lagerstück (42) verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgleichshebel (23) mit einem Ende an dem Gelenkpunkt (8) angelenkt ist und mit seinem anderen Ende an einem Winkelhebel (50) angelenkt ist, der mit einem Hebelarm an dem mittleren Gelenkpunkt (45) des einen Watt′schen Hebels (47) angreift und mit dem anderen Hebelarm mit dem Antriebszylinder (51) für die horizontale Vorschubbewegung verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lenker (53) mit einem Ende am Gelenkpunkt (8) angreift und über zwei Koppelstangen (54, 55) mit dem Lagerstück (42) verbunden ist, und der Antriebszylinder (51) für den horizontalen Vorschub an dem Lenker (53) angreift.

7. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausführung der geradlinigen horizontalen Vorschubbewegung ein mit dem die Bewegungen im kleinen Maßstab vollziehenden Gelenkpunkt (8) verbundenes Hebelsystem (64, 65, 68) samt Antrieb (Zylinder 41) für die vertikale Hubbewegung an einem durch einen Zylinder (51) bewegbaren Lagerstück (63) sitzt, dem zwei Hebelparallelogramme (57, 58) zugeordnet sind, die über die mittleren Gelenkpunkte (61, 62) zweier Watt'scher Hebel (59, 60) mit dem Lagerstück (63) verbunden sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausführung der geradlinigen vertikalen Hubbewegung ein Hebelsystem vorgesehen ist, das zwei Lenker (64, 65) aufweist, deren eine Enden in Gelenkpunkten (66, 67) am Lagerstück (63) sitzen und an deren anderen Enden ein Watt'scher Hebel (68) angelenkt ist, dessen mittlerer Gelenkpunkt der die Bewegungen im kleinen Maßstab vollziehende Gelenkpunkt (8) ist, wobei an einem (64) der Lenker (64, 65) der Zylinder (41) für den Hubantrieb angreift.