DE20309982U1 - Nadelgreifer - Google Patents

Description

Nadelgreifer

Die Erfindung bezieht sich auf einen Nadelgreifer insbesondere für Roboter oder andere Greifsysteme, bei dem mindestens eine gekrümmte Nadel mittels eines Antriebs in einer vorgegebenen Ebene zwischen einer aus einem Durchbruch eines Gehäuses ausgefahrenen und einer in das Gehäuse zu-5 rückgezogenen Position hin und her bewegbar ist und bei dem die Spitze der Nadel(n) während der Bewegung einer gekrümmten Bahn folgt und selbst in Richtung dieser Bahn gekrümmt ist.

Setzt man einen solchen Nadelgreifer beispielsweise auf ein Stück textiles Gewebe auf und betätigt den Antrieb, fahren die Nadeln v-förmig oder auf geio krümmten Bahnen aus dem Gehäuse heraus. Ihre Spitzen durchsetzen dabei das Gewebe. Durch die gegeneinander geneigten Stellungen der Nadeln wird verhindert, dass das textile Gewebe sich vom Nadelgreifer entfernen kann.

Derartige Nadelgreifer werden unter anderem beispielsweise als Hände von Robotern eingesetzt, die insbesondere zum Greifen von Textilien verwendet

werden. Ein Anwendungsgebiet für derartige Nadelgreifer und Roboter ist die Verwendung bei der Herstellung von Textil-kaschierten Spritzteilen, die beispielsweise zur in Verkleidung von Innenteilen von PKW eingesetzt werden. Zur Herstellung dieser kaschierter Kunststoff- Spritzteile wird ein Stück Stoff zwischen die beiden Hälften einer zweigeteilten Spritzform gehalten, anschließend werden die beiden Hälften zusammengefahren. Danach wird durch eine Öffnung in einer der beiden Hälften flüssiger Kunststoff in die Form gespritzt. Vor dem Erhärten des Kunststoffs stellt sich eine innige Verbindung von Stoff und Kunststoff ein, sodass ein stoffüberzogenes Kunststoffteil entsteht. Derartige hinterspritzte Teile finden beispielsweise im PKW in der Seitenverkleidung, dem Himmel, der Hutablage oder zur Verkleidung der Säulen Verwendung.

Es sind Nadelgreifer bekannt, die das Ein- und Ausfahren der Nadeln durch eine relativ aufwendige Mechanik realisieren und gerade Nadeln auf zueinander v-förmig verlaufenden Bahnen aus der freien Stirnfläche des Greifers herausschieben. Die Eintauchtiefe der Nadeln in das zu greifende Substrat ist dabei beschränkt, sodass dickere Gewebe nicht vollständig von den Nadeln durchsetzt werden können. Hieraus resultiert die Gefahr, dass das textile Gewebe sich vom Nadelgreifer löst.

Dieser Nachteil wird durch einen anderen bekannten Nadelgreifer vermieden, der in der französischen Patentanmeldung 2 754 804 beschrieben ist. Der dortige Nadelgreifer besteht aus einem in einem Hohlkörper angeordneten und von einem Antrieb zwischen zwei Positionen verschiebbaren Gabelkopf. Zwischen den Gabelarmen befinden sich auf einer Welle zwischen jeweils zwei Scheiben zwei gebogene Nadeln. Diese sind zwischen den beiden zugeordneten Scheiben festgeklemmt. Jede dieser Nadeln kann aus der Stützfläche am freien Ende des Hohlkörpers aus diesem durch je eine Öffnung austreten und wird dabei durch die Ränder der Öffnungen und eine zwischen den Öffnungen liegende Welle auf eine gebogene Bahn gezwungen. Hierdurch treten den Nadeln unter einem flacheren Winkel in das an der Stützfläche positionierte Gewebe ein, sodass sich eine große Eintauchtiefe ergibt und auch

bei dicken Geweben ein sicheres Greifen gewährleistet wird. Ein Nachteil ist, dass es aufgrund der Reibung der Nadeln an den Rändern der jeweiligen Öffnung zu erhöhtem Verschleiß der Nadeln kommen kann.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verschleißärmeren Nadelgreifer vorzuschlagen und der auch dickere Gewebe greifen kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Nadelgreifer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der erfindungsgemäße Nadelgreifer bietet den Vorteil, dass er aus wenigen, leicht zu fertigenden Teilen besteht. Der einfache Aufbau führt zudem dazu, dass der Nadelgreifer gemäß der vorliegenden Erfindung leicht zu warten und zu reparieren ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen, mit zwei gekrümmten Nadeln ausgerüsteten Nadelgreifers wird in den Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 einen von zwei Schwenkarmen mit einer anmontierten gebogenen

Nadel,

Fig. 2 eine Gehäusehälfte des Nadelgreifers,
Fig. 3 einen Gabelkopf als Teil des Antriebs für die Schwenkarme,
Fig. 4 einen Nadelgreifer mit abgenommener zweiter Gehäusehälfte mit den

Nadeln in Ruhestellung,
Fig. 5 einen Nadelgreifer wie in Fig. 4, jedoch mit den Nadeln in

Greifstellung und

Fig. 6 eine perspektivische Außenansicht eines Nadelgreifers in etwas
verkleinertem Maßstab mit den Nadeln Greifstellung.

Fig. 1 zeigt einen Schwenkarm 10, der bevorzugterweise aus gehärtetem Stahl hergestellt ist. Der Schwenkarm 10 ist aus einem im Querschnitt rechtwinkligen Vierkantprofil mit einer Dicke H gebildet und hat eine Stirnseite 16, Breitseiten 8, 8' und Schmalseiten 9, 9'. Auf der der Stirnseite 16 gegenüber-

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liegenden Seite weist der Schwenkarm 10 eine teilzylindrische Außenkontur auf.

An dem Ende mit der teilzylindrischen Außenkontur durchsetzt eine Lagerbohrung 12, deren Achse senkrecht auf der Breitseite 8 steht, die das Vierkantprofil zwischen den Breitseiten 8, 8'. Die Lagerbohrung 12 ist von einem hier nicht eingezeichneten Lagerzapfen durchsetzbar. An dem der Stirnseite 16 zugewandten Ende des Schwenkarms 10 durchsetzt ein Langloch 14 das Vierkantprofil zwischen den Breitseiten 8, 8'.

Zwischen dem Langloch 14 und der Stirnseite 16 des Schwenkarms 10 ist in das Vierkantprofil eine Bohrung 18 eingebracht, deren Achse senkrecht zur Schmalseite 9 durch deren Mittellinie und parallel zur Stirnfläche 16 verläuft.

In die Bohrung 18 ist eine kreisbogenförmig gebogene Nadel 20 eingelassen, deren Krümmungsradius dem Abstand der Bohrung 18 von der Achse der Lagerbohrung 12 entspricht. Die Nadel 20 wird durch zwei hier nicht eingezeichnete Madenschrauben festgeklemmt, die in zwei Gewindebohrungen 21 und 22 eingreifen, die im Vierkantprofil von der Stirnseite 16 bis zur Bohrung 18 verlaufen.

In Fig. 3 ist ein Gabelkopf 24 gezeigt, der aus einer U-förmigen Gabel 24 mit zwei Gabelarmen 23, 23' besteht, in dessen Bodenfläche 28 sich eine Bohrung befindet, in der eine Aktuatorstange 30 montiert ist. Die Gabel 24 hat die Höhe G und die Breite B. Die Gabelarme werden von einer auf einer gemeinsamen Achse Z liegenden Bohrung 32 durchsetzt, deren Achse senkrecht auf den Seitenflächen der Gabelarme 23, 23' steht, die der Aufnahme eines Gabelbolzens 36 dient. Der lichte Abstand der Gabelarme 23, 23' ist geringfügig größer als die doppelte Dicke H des Schwenkarms 10, sodass zwei Schwenkarme 10 mit kleinem Spiel innerhalb zwischen den Gabelarmen 23, 23' des Gabelkopfes 24 gehalten werden können, wenn der Gabelbolzen 36 die Langlöcher 14 der Schwenkarme 10 durchsetzt.

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Der in Fig. 6 gezeigte Nadelgreifer weist ein aus zwei identischen Gehäusehälften 38, 40 bestehendes Gehäuse 42 auf, welches entlang einer mittigen Trennebene 44 in die beiden Hälften geteilt ist. Fig. 2 zeigt eine Gehäusehälfte 38, die eine mit der zweiten Hälfte identische Form hat. Die Gehäusehälfte 38 wird durch Ausfräsen der im Weiteren beschriebenen Vertiefungen aus einem im Wesentlichen quaderförmigen Metallblock hergestellt, der an seiner Unterseite in Fig. 2 einen Vorsprung 46 aufweist. Die Dicke D des Metallblocks ist dabei größer als die halbe Höhe G der Gabel 24 (Fig. 3).

Von der den Vorsprung 46 aufweisenden Stirnfläche der Gehäusehälfte 38 verläuft ein Führungskanal 48 bis kurz vor die freie Stirnfläche der ersten Gehäusehälfte 38. Von der Trennebene 44 aus gesehen ist die Einfrästiefe des Führungskanals 48 um einen kleinen Betrag größer als die halbe Höhe G der Gabel 24 (Fig. 3). Die Breite des Führungskanals 48 ist um einen kleinen Betrag größer als die Breite B der Gabel 24.

In der ersten Gehäusehälfte 38 ist eine Ausnehmung 50 vorgesehen. Ihre Tiefe entspricht der Dicke H des Schwenkarms 10 (Fig. 1), sodass sich dieser mit Spiel in der Ausnehmung bewegen kann. Die Ausnehmung 50 erstreckt sich beiderseits des Führungskanals 48. Auf ihrer in Fig. 2 linken Seite reicht die Ausnehmung 50 im unteren Teil der Gehäusehälfte 38 bis dicht an deren äußeren Rand. In einem Abstand von diesem äußeren Rand, der größer ist als der Abstand des Mittelpunkts der Lagerbohrung 12 vom Rand des Schwenkarms 10 (vgl. Fig. 1), ist in den Boden der Ausnehmung 50 eine Lagerbohrung 52 eingelassen, in die ein hier nicht eingezeichneter Bolzen 54 eingepresst wird.

Auf der gegenüberliegenden, in Fig. 2 rechten Seite der ersten Gehäusehälfte 38 verläuft die Ausnehmung 50 in einem größeren Abstand vom entsprechenden rechten Rand der ersten Gehäusehälfte 38. Außerhalb der Ausnehmung 50 ist dicht an deren Rand eine Bohrung 56 in die erste Gehäusehälfte 38 eingebracht, in die ein an der anderen Gehäusehälfte 40 angeordneter Bolzen 58 eingreift. Die Positionen der Bohrung 52, 56 und der Bolzen 54, 58 sind

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dabei so gewählt, dass sie in ihr jeweiliges Pendant in der jeweils anderen Gehäusehälfte 40 eingreifen.

In der in Fig. 2 oberen rechten vorderen Ecke sind zwei schräg verlaufende Schlitze 60 und 62 eingearbeitet. Die Tiefe der Schlitze entspricht im Wesentliehen der Frästiefe der Ausnehmung 50, der Abstand der Schlitze entspricht dem Abstand der beiden Gewindebohrungen 21 und 22 im Schwenkarm 10 (vgl. Fig. 1).

In Fig. 5 ist die erste Gehäusehälfte 38 gezeigt, in deren Führungskanal 48 der Gabelkopf 24 eingelegt ist. Zwischen den Gabelarmen 23, 23' des Gabelkopfes 24 befinden sich zwei Schwenkarme 10, 10', deren jeweilige Nadel 20 vom Gabelkopf 24 weg weist. Der Gabelbolzen 36 des Gabelkopfs 24 durchsetzt dabei die jeweiligen Langlöcher 14 der Schwenkarme 10, 10'. Durch die Wahl der Einfrästiefe der Ausnehmung 50 schließt die oben liegende Breitseite 8 des Schwenkarms 10 mit der Trennebene 44 ab.

In die Lagerbohrung 12 des in Fig. 5 rechts liegenden Schwenkarms 10 greift der Bolzen 58 ein. In die entsprechende Lagerbohrung des links liegenden Schwenkarms 10 greift der Bolzen 54 der anderen (zweiten) Gehäusehälfte 38 ein. Werden die beiden Gehäusehälften 38 und 40 zusammengefügt, sind beide Schwenkarme 10, 10' um die entsprechenden Bolzen schwenkbar gelagert.

In der in Fig. 5 gezeigten Stellung ist der Gabelkopf 24 bis zu seiner Endstellung in das Gehäuse eingeführt. In dieser Position liegt der linke Schwenkarm 10 mit einer Schmalseite an einer Seitenwand der Ausnehmung 50 an (oberer Anschlagpunkt). Der rechte Schwenkarm 10' schlägt in dieser Position an die entsprechende Seitenwand der entsprechenden Ausnehmung der in Fig. 5 nicht gezeigten oberen Gehäusehälfte 40 an (vgl. Fig. 6). In dieser Stellung ragen die an den Schwenkarmen befestigten Nadeln über die freie obere Stirnfläche des Gehäuses hinaus und können in ein hier nicht eingezeichnetes Stück Gewebe eingreifen und es so festhalten.

Als Anschlag für die innere Endstellung der Gabelkopfes entsprechend der Greifstellung der Nadeln kann das innere Ende des Führungskanals 48 dienen. Alternativ kann der Anschlag einstellbar sein. Hierzu kann beispielsweise eine hier nicht eingezeichnete Gewindebohrung in den jeweiligen Gehäusehälften 38 bzw. 40 vorgesehen sein, die von der Seitenwand der Ausnehmung 50, an die ein Schwenkarm anschlägt, auf eine Außenfläche des Gehäuses zuläuft. In dieser Gewindebohrung befindet sich eine ebenfalls nicht eingezeichnete Madenschraube, deren Innensechskant-Kopf von außerhalb des Gehäuses zugänglich ist. Wird diese Schraube hinreichend weit in das Gehäuse eingeschraubt, so schlägt der Schwenkarm an deren Stirnseite an, sodass auf diese Art und Weise die maximale Ausfahrweite der am Schwenkarm befestigten Nadel eingestellt werden könnte.

Wenn sich der linke Schwenkarm 10, wie in Fig. 5 gezeigt, am oberen Anschlagpunkt befindet, liegen die Achsen der Gewindebohrungen 21 und 22 des Schwenkarms (vgl. Fig. 1) in direkter Verlängerung der Bohrungen 60 und 62. Bei geschlossenem Gehäuse sind damit die in die Gewindebohrungen 21 und 22 eingeschraubten Madenschrauben, die hier nicht eingezeichnet sind, zugänglich. Dadurch kann die Nadel gewechselt werden, ohne das Gehäuse öffnen zu müssen.

Wird der Gabelkopf 24 aus seiner in Fig. 5 gezeigten Stellung in Richtung auf den Vorsprung 46 zubewegt, so schwenkt der linke Schwenkarm 10 im Uhrzeigersinn und der rechte Schwenkarm 10' im Gegenuhrzeigersinn. Es folgt die in Fig. 4 gezeigte Stellung der Teile, bei der die Längsseiten der Schwenkarme parallel zueinander verlaufen. Die Länge der Nadeln ist so gewählt, dass sie in dieser Stellung vollständig im Gehäuse verschwinden. Wurde zum Beginn der Bewegungen, in der in Fig. 5 gezeigten Stellung, ein Stück Gewebe gehalten, so wird dieses am Ende der beschriebenen Bewegungen in der in Fig. 4 gezeigten Stellung freigegeben.

Fig. 6 zeigt den Nadelgreifer in zusammengebautem Zustand. Von außen sind die beiden Gehäusehälften 38 und 40, sowie ein Anschlussstück 64 zu sehen.

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Hier wird der Antrieb des Nadelgreifers, üblicherweise ein Pneumatikzylinder, oder beispielsweise ein beliebiges Greifsystem oder der erwähnte Roboter angeschlossen. Innerhalb des Anschlussstücks 64 verläuft die in dieser Ansicht nicht sichtbare Aktuatorstange 30. Der Nadelgreifer befindet sich in Fig. 5 in der Greifstellung mit ausgefahrenen Nadeln. In der Ruhestellung ragen die Nadeln nicht über die Stirnfläche des Gehäuses 42 heraus.

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Claims (10)

1. Nadelgreifer insbesondere für Roboter oder andere Greifsysteme, bei dem mindestens eine gekrümmte Nadel (20, 20') mittels eines Antriebs in einer vorgegebenen Ebene zwischen einer aus einem Durchbruch eines Gehäuses (42) ausgefahrenen und einer in das Gehäuse zurückgezogenen Position hin und her bewegbar ist und bei dem die Spitze der Nadel(n) während der Bewegung einer gekrümmten Bahn folgt und selbst in Richtung dieser Bahn gekrümmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Nadel von ihrem ihrer Spitze abgekehrten Ende im einen Endbereich je eines Schwenkhebels (10, 10') an diesem befestigt, der Schwenkhebel in seinem anderen Endbereich innerhalb des Gehäuses in der Schwenkhebelebene verschwenkbar gelagert und der Antrieb mit dem bzw. mit jedem Schwenkhebel gekoppelt ist.

2. Nadelgreifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Schwenkachse des Schwenkhebels und der Stelle der Befestigung der Nadel am Schwenkhebel etwa gleich dem Krümmungsradius der Nadel ist.

3. Nadelgreifer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (42) ein geschlossenes Gehäuse ist, dessen freie Stirnfläche eine Arbeitsfläche mit dem Durchbruch für den Austritt der Nadel(n) bildet und an seinem der Arbeitsfläche gegenüberliegenden Ende eine Öffnung (48) aufweist, durch die der Antrieb auf den bzw. auf jeden Schwenkhebel einwirkt.

4. Nadelgreifer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schwenkhebel (10, 10') im Bereich zwischen seiner Schwenkachse und der Nadel mit einem Langloch (14) versehen ist, in welches der Antrieb (Gabelbolzen 36) eingreift.

5. Nadelgreifer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb eine in das Gehäuse hineinreichende Stange (30) aufweist, die mit einem im Gehäuse geführten, zwischen der Öffnung und dem Durchbruch längs beweglichen Gabelkopf (24) verbunden ist und dass ein im Gabelkopf angeordneter Gabelbolzen (36) das Langloch des bzw. jedes Schwenkhebels durchsetzt.

6. Nadelgreifer nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse zwei gegenläufig bewegbare Schwenkhebel mit Nadeln vorgesehen sind und die Nadeln aus dem Durchbruch in entgegengesetzte Richtungen herausbewegbar sind.

7. Nadelgreifer nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel jedes Schwenkhebels an diesem mittels mindestens einer Klemmschraube befestigt ist und dass das Gehäuse je Klemmschraube einen bei ausgefahrener Nadel in der Achse der Klemmschraube verlaufenden Kanal (Schlitz 60, 62) zum Betätigen der Klemmschraube aufweist.

8. Nadelgreifer nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse parallel zur vorgegebenen Ebene geteilt ist, aus zwei identischen Hälften (38, 40) besteht und in jeder Hälfte eine einen Schwenkhebel aufnehmenden Einsenkung (50) mit einer Tiefe vorgesehen ist, die etwa gleich der Dicke (H) des Schwenkhebels ist.

9. Nadelgreifer nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb im Gehäuse eine Zahnstange aufweist, die in eine Verzahnung des/der Schwenkhebel zu dessen Verschwenkung eingreift.

10. Nadelgreifer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine in das Gehäuse eingreifende Stellschraube für die einstellbare Begrenzung der Hubbewegung der Schwenkhebel.