Titel: Kraftzange zum Fügen oder Umformen von Teilen

Die Erfindung betrifft eine Kraftzange zum Fügen oder Umformen von Teilen mit zwei über einen Antrieb gegeneinander bewegbaren Armen, an deren freien Enden jeweils ein Wirkorgan für das Fügen oder Umformen angeordnet ist.

Für die Ausführung bestimmter Füge- oder Umformverfahren wie Durchsetzfügen, Nieten, Einpressen, Bördeln, Falzen, Prägen, Punktschweißen oder dgl. ist ein Kraftzange mit einem in sich geschlossenen Kraftfluß erforderlich. Je nach den auftretenden Kräften und der Länge der Arme der Kraftzange erfolgt eine gewisse Aufbiegung, die aber insbesondere bei Arbeiten mit hohen Qualitätsanforderungen gering sein muß und bspw. unter 0,1 mm liegen muß. Je größer die Füge- oder Umformkraft, aber auch die Rachentiefe der Kraftzange, desto stabiler und schwerer muß diese gebaut sein, um die erforderliche geringe Aufbiegung einzuhalten. Schwere Kraftzangen sind aber

insbesondere beim Einsatz für Montageroboter besonders nachteilig und erschweren die Handhabung erheblich.

Aus dem DE-GM 86 24 959.2 ist eine Motorzange bekannt, bei welcher die die Wirkorgane tragenden Arme an einer entlang einer Führungskulisse mittels einer Antriebsspindel bewegbaren Zugmutter angelenkt gehalten sind. Eine Zustellung der Wirkorgane erfolgt durch gegeneinander Verschwenken der Arme, so daß die Wirklinie der Wirkorgane abhängig der Armstellung, d.h. des zwischen den Armen eingeschlossenen Winkels, variabel ist, so daß ein maßgenaues Arbeiten der Zange in jeder Armstellung nicht möglich ist.

Ferner sind aus einem Prospekt der Fa. DE-STA-CO Druckschrift Pk 11-3 Pneumatik-Kraftelemente mit einer Zustellstange bekannt, an der endseitig ein Wirkorgan befestigbar ist. Bei orthogonaler Anordnung vierer solcher Kraftelemente kann eine Kraftzange in Art eines Spannfutters gebildet werden, die jedoch insbesondere aufgrund ihrer ausladenden Anordnung nicht für Montageroboter geeignet sind.

In Vermeidung der geschilderten Nachteile liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kraftzange der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß auch bei großer auftretender Ausbiegung der Arme trotzdem ein exaktes, maßgenaues Arbeiten der Kraftzange gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei der vorliegenden Erfindung die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Dadurch sind die die Wirkorgane tragenden Arme praktisch biegemo entenfrei. Die eigentliche Kraftübertragung erfolgt über die Kraftarme, deren Aufbiegung dann ohne Einfluß auf die

Arbeitsqualität bleibt.

Besonders vorteilhaft kann der Kraftfluß zwischen den Enden der Kraftarme, den Enden der die Wirkorgane tragenden frei bewegbaren Arme und den gegeneinander bewegbaren Wirkorganen in einer Wirkebene oder einer Wirklinie verlaufen. Dadurch werden die frei bewegbaren Arme praktisch kräfte- und momentenfrei, so daß deren Verstellbewegung zur Steuerung des Antriebs der Kraftarme dienen kann.

Besonders vorteilhaft können die frei gegeneinander bewegbaren Arme über eine Parallelführung gegeneinander verschiebbar geführt sein. Die Relativbewegung der Wirkorgane kann so einfach und exakt ermittelt und für die Steuerung der Kraftarme direkt verwendet werden.

Vorteilhafterweise kann der Antrieb über einen Endschalter oder Näherungsschalter steuerbar sein, wobei insbesondere die Beendigung des Arbeitsvorgangs exakt steuerbar ist.

Der Antrieb kann aber auch über ein Wegmeßsystem gegebenenfalls unter individueller Anpassung an besondere Gegebenheiten steuerbar sein.

Zur Erledigung unterschiedlicher Montage- oder Formarbeiten können in besonders vorteilhafter Weise die frei gegeneinander bewegbaren Arme mit den an ihren Enden ggf. austauschbar gehaltenen Wirkorgane als leicht austauschbare Baueinheit ausgebildet sein. Der bezüglich der zu übertragenden Kräfte dimensionierte Grundkörper (Antriebseinheit) der Kraftzange mit den beiden Kraftarmen kann so für die unterschiedlichsten Zwecke eingesetzt werden. Es müssen dann nur die wesentlich billiger herzustellenden Baueinheiten an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt ausgebildet werden. Die vielfältigsten

Füge- und Formarbeiten können so mit geringem Investitionsaufwand besonders variabel und leicht anpaßbar an unterschiedliche Bedingungen durchgeführt werden.

Besonders montagefreundlich kann die Baueinheit zwischen die Kraftarme einschiebbar ausgebildet sein.

Es kann aber auch eine mechanische Kopplung gegebenenfalls zusätzlich vorgesehen sein, bspw. durch besondere Spannbacken.

Eine momentenfreie Kraftübertragung zwischen den Enden der über den Antrieb gegeneinander bewegbaren Kraftarme und den Wirkorganen selbst, oder den die Wirkorgane tragenden Enden der frei gegeneinander bewegbaren Arme in der Wirkebene bzw. Wirklinie liegende Koppelpunktgelenke, vorzugsweise in Form von Walzen oder Kugeln vorgesehen sein.

Besonders gewichtssparend kann die Baueinheit über die Koppelgelenke zwischen den Kraftarmen sowohl leicht auswechselbar als auch ausgerichtet gehalten sein.

Besonders vorteilhaft kann der Grundkörper der Kraftzange selbst als Baugruppe ausgebildet mit mindestens einem genormten Anschluß für einen Industrieroboter versehen sein. Zur Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten können besonders vorteilhaft zwei unabhängige Anschlüsse für einen senkrechten und einen horizontalen Industrieroboteranschluß vorgesehen sein.

Zum einfachen robotergesteuerten Austausch der die Wirkorgane- und Arme tragenden Baueinheit können solche Baueinheiten zwischen Haltearmen eines Wechselmagazins einschiebbar und dort lagegenau gehalten sein. Die jeweils gewünschte Baueinheit kann so vorzugsweise elektronisch gesteuert aus dem

Wechselmagazin entnommen und für einen weiteren Austausch zurückgesetzt werden.

In besonders einfacher Weise können dazu an den frei gegeneinander bewegbaren Armen quer dazu verlaufende Haltevorsprünge vorgesehen sein und an den Haltearmen des Wechselmagazins angepaßte Aufnahmen, zwischen denen die die gegeneinander bewegbaren Arme aufweisende Baueinheit austauschbar vom Roboterarm gesteuert deponierbar ist.

Eine sichere Halterung der Baueinheit im Wechselmagazin kann dadurch gewährleistet werden, daß die frei gegeneinander bewegbaren Arme der Baueinheit durch eine Feder auseinander gedrückt werden, um so eine kraftschlüssige aber leicht lösbare Fixierung der Baueinheit zwischen den Kraftarmen des Grundkörpers der Kraftzange bzw. den Haltearmen des Wechselmagazins erfolgen kann.

Zusätzlich kann die Baueinheit durch zwei besondere unabhängig von den Kraftarmen gegeneinander bewegbare Spannbacken zwischen den Kraftarmen während des Arbeitsbetriebs lagegenau gehalten sein.

Weitere erfindungsgemäße Ausbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen und werden mit ihren Vorteilen anhand der beigefügten Zeichnung in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine Seitenansicht einer Kraftzange,

Figur 2 eine Vorderansicht der in Figur 1 dargestellten Kraftzange, und

Figuren 3 die Ablage einer Baueinheit in einem bis 7 Wechselmagazin in 5 Schritten.

Beim in den Figuren 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel weist der Grundkörper einer Kraftzange zwei über einen nicht dargestellten Antrieb gegeneinander bewegbare Kraftarme 1,1' auf, die bezüglich der zu übertragenden Kräfte dimensioniert sind. Die Kraftarme 1,1' sind in einem Trägergehäuse 2 gegeneinander bewegbar gehalten. Zwischen den beiden Kraftarmen 1,1' sind zwei weitere Arme 3,3' ebenfalls gegeneinander verschiebbar auf einer Parallelführung, im Ausführungsbeispiel in Form von zwei zueinander parallelen Führungstangen 4,4', verschiebbar geführt. Die Enden der Arme 3,3' tragen Wirkorgane 5,5' zum Fügen oder zum Umformen, wie Nieten, Einpressen, Bördeln, Falzen, Prägen, Punktschweißen oder dgl.. Die Arbeitspunkte 6,6' der Wirkorgane 5,5' liegen in einer Wirklinie 7, die parallel zu den Führungsstangen 4,4' symmetrisch zwischen diesen verläuft.

Die Enden der Kraftarme 1,1' sind über Koppelgelenke 8,8' mit den freien Enden der weiteren Arme 3,3' gekoppelt. Im Ausführungsbeispiel sind die Koppelgelenke 8,8' einfach in Nuten angeordnete Walzen. Über diese Koppelgelenke 8,8' erfolgt eine Kraftübertragung von den Kraftarmen 1,1' in der Wirklinie 7 fluchtend zu den Arbeitspunkten 6,6', so daß die weiteren Arme 3,3' praktisch kräfte- und momentenfrei sind. Die weiteren Arme 3,3' sind über Federn 9,9' auseinandergedrückt, so daß die Koppegelenke 8,8' ohne weitere besondere Befestigungsmittel stets kraftschlüssig zusammengehalten sind.

Zwischen den Armen 3,3' ist zweckmäßigerweise auf einer der Führungsstangen 4,4' ein Endschalter 10 vorgesehen, über den bei Erreichen eines einstellbaren Minimalabstands der Arme 3,3' der Antrieb für die Kraftarme 1,1' stillsetzbar oder die Antriebsrichtung umkehrbar ist. Zusätzlich können zum Schutz der Wirkorgane Endanschläge 13,13' zwischen den Armen 3,3'

vorgesehen sein. Die Steuerung des Antriebs kann aber auch anstelle des Endschalters 10 individuell anpaßbar über ein Wegmeßsystem erfolgen.

Die Arme 3,3' mit den sie führenden Führungsstangen 4,4' sind, als leicht austauschbare Baueinheit 11 ausgebildet, zwischen die Kraftarme 1,1' einschiebbar (Koppelgelenke 8, 8' und 12, 12'), wobei dann die gesamte Baueinheit 11 durch die Vorspannung der Federn 9,9' und die Koppelgelenke 8,8' zwischen den Kraftarmen 1,1' leicht auswechselbar gehalten ist, gegebenenfalls über weitere Koppelgelenke 12,12'. Zur Anpassung an unterschiedliche Aufgaben können auch nur die Wirkorgane 5,5' ausgetauscht werden.

A Trägergehäuse 2 sind zur Befestigung der Kraftzange, bspw. an einem Industrieroboter, zwei Anschlüsse 14,14' vorgesehen, um so wahlweise eine horizontale oder vertikale Montage am Industrieroboter zu ermöglichen. Über die Anschlüsse 14 bzw. 14' werden die gesamten erforderlichen Versorgungsleitungen und Anschlüsse geführt, so daß bei einem Kraftzangenwechsel automatisch auch die erforderlichen Anschlüsse gelöst bzw. geschlossen werden.

In den Figuren 3 bis 7 ist eine geringfügig anders ausgebildete Kraftzange dargestellt, bei einem in 5 Schritten dargestellten Abbiegen der Bauueinheit 11 in einem Wechselmagazin 15. Hierzu weist dieses Wechselmagazin 15 Haltearme 16, 16' auf. Diese Haltearme 16, 16' sind immer paarweise angeordnet für die jeweilige Aufnahme einer Baueinheit 11, wobei insbesondere die Wirkorgane 5, 5' der verschiedenen Baueinheiten 11 unterschiedlich den verschiedenen Anwendungszwecken angepaßt ausgebildet sind.

Im Bereich der Enden der Haltearme 16, 16' sind Aufnahmen 17,

17' für Haltevorsprünge 18, 18' der Baueinheit 11 vorgesehen. Die Haltevorsprünge 18, 18' sind im Bereich der Enden der frei gegeneinander bewegbaren Arme 3, 3' der Baueinheit 11, quer zu den Armen 3, 3' verlaufend angeordnet.

Zum Ablegen der Baueinheit 11 der Kraftzange im Wechselmagazin 15 wird die Kraftzange wie in Figur 4 dargestellt, zum Wechselmagazin 15 bewegt, wobei die Kraftarme 1, 1' und damit auch die frei bewegbaren Arme 3, 3' so weit geschlossen werden, daß, wie in Figur 5 dargestellt, die Haltevorsprünge 18, 18' bspw. in Form von Querstiften, in die Aufnahmen 17, 17' eingeführt und durch wieder Auseinanderbewegen der Arme 1, 1' , 3, 3' dort durch die Kraftwirkung der Federn 9, 9' einsitzen. Danach werden wie in Figur 6 dargestellt, falls vorgesehen, besondere Spannbacken 19, 19' auseinanderbewegt, um so die über Haltevorsprünge 20, 20' formschlüssig gehaltene Baueinheit 11 freizugeben. Danach kann, wie in Figur 7 dargestellt, die von der Baueinheit 11 befreite Kraftzange abgezogen und in umgekehrter Reihenfolge kann anschließend eine andere Baueinheit 11 aus dem Wechselmagazin 15 in die Kraftzange eingesetzt werden. Damit wird ein voll automatisch EDV steuerbarer Werkzeugwechsel in einfacher Weise ermöglicht.

In analoger Weise können so auch vollständig unterschiedlich gestaltete Kraftzangen am Roboterarm ausgetauscht werden, wenn nur die genormten Anschlüsse 14, 14' an den Kraftzangen vorgesehen sind.