Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Schwenkeinheit zum Verschwenken von Gegenständen, wie sie in der Handhabungstechnik Verwendung findet. Eine solche Schwenkeinheit weist wenigstens einen Kolben, der wenigstens zwei Kammern begrenzt sowie ein

Stellglied auf, das in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg des Kolbens in unterschiedlichen Bewegungsphasen verfahrbar ist. Das Stellglied kann dabei insbesondere ein um eine Achse verdrehbarer Schwenkteller sein. Die Kammern sind dabei unabhängig voneinander durch Ein- und Ausschalten eines

Fluiddruckes belüftbar oder entlüftbar, wobei in einer

Beschleunigungsphase die schiebende Kammer belüftet und die bremsende Kammer entlüftet wird, und wobei ein mechanischer Dämpfer vorgesehen ist.

Eine Schwenkeinheit, die die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist, ist beispielsweise aus der DE 103 17 281 B4 bekannt.

Aus der EP 1 396 642 AI ist ein Aktuator bekannt, bei dem in einer Bremsphase die bremsende Kammer geschlossen wird, bis der Kolben zum Stillstand kommt. Ein Schließen der Kammer hat den Vorteil, dass eine ausreichende Dämpfung bereitgestellt werden kann; allerdings ist bei sich ändernden, am Stellglied vorgesehenen Massen das Bremsverhalten nicht linear. Aus der DE 44 10 103 Cl ist ein fluidischer Antrieb mit einer Schaltventile ansteuernden Steuerung bekannt, mit dem ein Antriebskraftelement gebremst gegen eine Endlage gefahren werden kann, wobei die Bremsphase in unterschiedliche

Zeitintervalle aufgeteilt wird.

Aus der EP 0 654 608 Bl ist ein Verfahren zum Abbremsen der Bewegung eines Kolbens in einem Druckmittelzylinder bekannt, bei dem kurz vor Erreichen des Endes der Bewilligung des Kolben unter Druck stehendes Fluid in die entsprechende Kammer eingebracht wird.

Aus der EP 1 882 102 Bl ist ein fluidisch betätigter Antrieb bekannt, bei dem durch geschickte Ansteuerung des Antriebs ein Stoßdämpfer sanft angefahren werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schwenkeinheit bereitzustellen, mittels der unterschiedliche schwere Massen gehandhabt werden können, wobei die Bremsphase vorzugsweise so kurz wie möglich bei ausreichender

Bremswirkung sein soll.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schwenkeinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Folglich ist vorgesehen, dass die Bremsphase eine fluidische Bremsphase und eine mechanische Bremsphase umfasst, wobei das Ein- und Ausschalten des Fluiddruckes in der fluidischen

Bremsphase derart erfolgt, dass die schiebende Kammer

entlüftet und die bremsende Kammer belüftet wird, und dass nach Einleiten der fluidischen Bremsphase eine mechanische Bremsphase durchgeführt wird, in der das Stellglied mittels eines mechanischen Dämpfers abgebremst wird. Das Abbremsen mittels des mechanischen Dämpfers erfolgt dabei über einen geeigneten, insbesondere vorgebbaren Bremsweg, der deutlich größer als Null ist. Vorteilhafterweise ist die Ausbildung derart, dass mehr als die Hälfte des gesamten Bremsweges die fluidische Bremsphase betrifft und das der mechanische Dämpfer vorzugsweise erst am Bewegungsende des Stellglieds zum Tragen kommt .

Als mechanische Dämpfer kommen beispielsweise Elastomere, geeignete Federeinheiten, Federkissen, beispielsweise aus Grundstoff oder Metall oder auch hydraulische Dämpfereinheiten in Frage.

Die Einteilung der Bremsphase in die fluidische und in die mechanische Bremsphase hat den Vorteil, dass zunächst

fluidisch abgebremst wird. Hier kann eine stoßfreie

Verzögerung des Stellglieds durch entsprechendes Ent- und Belüften der Kammern erreicht werden. In der mechanischen Bremsphase, in der der Kolben, das Stellglied oder

Zwischenglieder auf den mechanischen Dämpfer treffen, kann eine hohe Verzögerungsleistung bereitgestellt werden, die vorzugsweise ebenfalls weitgehend oder vollständig stoßfrei ist. Während in der fluidischen Bremsphase nahezu kein

Verschleiß an den Bauteilen auftritt, nimmt die Erfindung während der mechanischen Bremsphase einen Verschleiß beim mechanischen Dämpfer in Kauf, um eine geeignete, hohe

Verzögerungsleistung bereitstellen zu können. Es hat sich gezeigt, dass die Kombination einer fluidischen Bremsphase und einer mechanischen Bremsphase besonders vorteilhaft ist und zu kurzen Taktzeiten führt.

Insgesamt wird dadurch das Verhalten der Schwenkeinheit robuster. Am Stellglied können beispielsweise weitere Bauteile wie Adapterelemente, Werkzeuge, Greifer oder dergleichen, die eine nicht unerhebliche Masse aufweisen können, angeordnet werden. Im Betrieb muss folglich die Masse dieser Bauteile mit beschleunigt und mit abgebremst werden, ohne dass es zu einer Überlastung oder einer Beschädigung des der Schwenkeinheit kommt .

Ferner ist vorgesehen, dass die Schwenkeinheit eine eigene Regelelektronik aufweist, die innerhalb des Gehäuses der

Schwenkeinheit vorgesehen ist, und die im Betrieb die Ventile, die ebenfalls im Gehäuse vorgesehen sind, in Abhängigkeit des vom Wegsensor detektierten Weges oder der Zeit ansteuert.

Hierdurch wird eine Schwenkeinheit bereitgestellt, in dem sämtliche, wesentlichen Komponenten enthalten sind.

Ferner ist vorgesehen, dass das Ein- und Ausschalten des

Fluiddruckes derart erfolgt, dass sich an die mechanische Bremsphase eine Andrückphase anschließt, in der die schiebende Kammer belüftet und die bremsende Kammer entlüftet werden. Durch Belüften der schiebenden Kammer kann dann ein sicheres Verharren des Stellglieds in der Endlage gewährleistet werden. Insbesondere kann verhindert werden, dass ein Rückschlageffekt entsteht, der beim Erreichen der Endlage ein ungewolltes

Verfahren des Stellglieds aus der Endlage in die

entgegengesetzte Richtung bewirkt. Das Ein- und Ausschalten des Fluiddruckes ist dabei so, dass die Andrückphase vor oder mit Erreichen der Endlage des Stellglieds eingeleitet wird. Ein frühzeitiges Einleiten der Andrückphase kann dazu führen, dass sicher verhindert wird, dass das Stellglied, und

insbesondere eine an dem Stellglied angeordnete Masse, die Endlage nach deren Erreichen ungewollt verlässt.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Verzögerungskennlinie des mechanischen Dämpfers und/oder der Hub des mechanischen

Dämpfers in Abhängigkeit des Ein- und Ausschaltens des

Fluiddruckes verstellbar ist. Je nach Beaufschlagung der jeweiligen Kammer mit Druckluft während der Bremsphase können sich andere auf den mechanischen Dämpfer wirkende Kräfte ergeben. Die Verzögerungskennlinie des mechanischen Dämpfers und/oder der Hub des mechanischen Dämpfers kann dann in

Abhängigkeit dieser Kräfte insbesondere manuell oder

elektrisch so angepasst werden, dass ein optimales

mechanisches Bremsen erreicht werden kann. Gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Ein- und Ausschalten des Fluiddruckes derart erfolgt, dass in der mechanischen Bremsphase entweder die schiebende Kammer

entlüftet und die bremsende Kammer belüftet werden oder die schiebende Kammer und die bremsende Kammer entlüftet werden. Für den Fall, dass in der mechanischen Bremsphase die

bremsende Kammer zudem belüftet wird, kann ein Abbremsen nicht nur ausschließlich über den mechanischen Dämpfer erfolgen, sondern auch über das Druckbeaufschlagen, also belüften, der bremsenden Kammer.

Ferner ist vorteilhaft, wenn ein die Masse des zu

verschwenkenden Gegenstandes bestimmender Gewichtssensor vorgesehen ist, wobei die Regelelektronik die Ventile auch in Abhängigkeit des vom Gewichtssensor detektierten Gewichts ansteuert. Dadurch in Abhängigkeit von der bewegten Masse eine entsprechende Ansteuerung der Ventile so erfolgen, dass eine optimale Abbremsung der Gesamtmasse, also der bewegten Masse und der Masse der Bauteile der Schwenkeinheit, die mit

abzugrenzen sind, erfolgt. Die Größe der fluidischen

Bremsphase und der mechanischen Bremsphase kann dann in

Abhängigkeit der Masse bzw. der Gesamtmasse bestimmt und die jeweiligen Bremsphasen entsprechend durchgeführt werden.

Es hat sich zudem als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Ein- und Ausschalten des Fluiddrucks derart erfolgt, dass zwischen der Beschleunigungsphase und der Bremsphase eine Übergangsphase vorgesehen ist, in der die schiebende Kammer belüftet und die bremsende Kammer entlüftet werden oder in der die schiebende Kammer entlüftet und die bremsende Kammer belüftet werden. In der Übergangsphase kann beispielsweise die Geschwindigkeit des Stellglieds konstant, oder weitgehend konstant gehalten werden.

Die Einleitung der jeweiligen Bewegungsphase kann insbesondere in Abhängigkeit eines zurückgelegten Weges des Stellglieds erfolgen. Unter einem zurückgelegten Weg wird auch ein

zurückgelegter Schwenkwinkel verstanden, falls es sich bei dem Stellglied um ein um eine Achse verschwenkbares Bauteil handelt. Ebenfalls ist denkbar, dass die jeweilige

Bewegungsphase zeitabhängig erfolgt. Den einzelnen

Bewegungsphasen werden dann unterschiedliche Zeitdauern zugeordnet .

Vorteilhafterweise finden zum Ein- und Ausschalten des

Fluiddrucks Ventile, und insbesondere ansteuerbare

Magnetventile Verwendung.

Die Schwenkeinheit kann dabei einen doppelseitig

druckbeaufschlagbaren Kolben aufweisen, der die beiden Kammern begrenzt. Denkbar ist auch, dass die Schwenkeinheit zwei Kolben aufweist, wobei die Kolben dann jeweils wenigstens eine druckbeaufschlagbare Kammer begrenzen. Die beiden Kolben können dann über geeignete Bauteile synchron

bewegungsgekoppelt sein und das Stellglied, das als linear verlagerbares Stellglied oder als Drehstellglied ausgebildet sein kann, antreiben.

Die Schwenkeinheit kann zudem einen Wegsensor aufweisen, mit dem der vom Stellglied zurückgelegte Weg detektierbar ist. Für den Fall, dass das Stellglied ein Drehglied ist, ist unter dem zurückgelegten Weg der Drehwinkel gemeint.

Dabei ist die Verzögerungskennlinie des mechanischen Dämpfers verstellbar, wobei die Regelelektronik im Betrieb die

Verzögerungskennlinie in Abhängigkeit der Ansteuerung der Ventile verstellt. Hierdurch kann ein optimales Abstimmen der fluidischen Bremsphase und der mechanischen Bremsphase

erfolgen .

Die Regelelektronik als solche kann dabei so ausgebildet sein, dass sie mit einer übergeordneten Steuereinheit oder

Maschinensteuerung im Betrieb kommuniziert. Das Kommunizieren kann dabei drahtgebunden, beispielsweise über ein Bussystem erfolgen. Das Kommunizieren kann auch drahtlos, beispielsweise über Funksysteme erfolgen.

Ferner kann vorteilhaft sein, wenn die Verzögerungskennlinie des mechanischen Dämpfers verstellbar ist. Besonders

vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die

Verzögerungskennlinie des mechanischen Dämpfers über die interne Regelelektronik verstellbar ist. Dies hat den Vorteil, dass abhängig von einem Ein- und Ausschalten des Fluiddruckes auch die Dämpfungsrate des Dämpfers verstellt und entsprechend angepasst werden kann.

Die Ventile können dabei insbesondere als ansteuerbare

Magnetventile ausgebildet sein. 3/2-Wege-Magnetventile haben sich hier als vorteilhaft erwiesen. Die Magnetventile werden insbesondere von der eigenen Regelelektronik angesteuert.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben und erläutert ist.

Es zeigen:

Figur 1 einen erfindungsgemäße Schwenkeinheit in

schematischer Darstellung.

In der Figur 1 ist eine Schwenkeinheit 10 zum Verschwenken von Gegenständen dargestellt. Die Schwenkeinheit 10 umfasst zwei Kolben 12, die jeweils eine druckbeaufschlagbare Kammer 14, 16 begrenzen. Die beiden Kolben 12 sind mit einem Stellglied 18, das hier als Drehteller zur Aufnahme des zu verschwenkenden Gegenstandes ausgebildet ist, beispielsweise über

Zahnstangenabschnitte bewegungsgekoppelt .

Im Stellglied kann ferner ein Gewichtssensor 19 integriert sein, mit dem die die Masse des zu Verschwenken den Gegenstandes bestimmt werden kann. Der Gewichtssensor 19 kann auch unterhalb des Stellglieds 18 oder an einer sonstigen, geeigneten Stelle angeordnet sein.

Die Kammern 14, 16 sind jeweils über ein eigenes 3/2-Wege- Magnetventil 20, 22 mit einer Druckluftleitung 24 verbindbar. In der Schaltstellung, in der die Druckluftleitung 24 die jeweilige Kammer 14, 16 mit Druck beaufschlagt, wird die

Kammer 14, 16 folglich belüftet. In der Stellung, in der das jeweilige Magnetventil 20, 22 die jeweilige Kammer 14, 16 drucklos schaltet, ist die jeweilige Kammer 14, 16 entlüftet.

Wie aus der schematischen Darstellung gemäß Figur 1

hervorgeht, umfasst die Schwenkeinheit 10 eine Regelelektronik 26, welche die beiden Magnetventile 20, 22 unabhängig

voneinander ansteuert. Als Eingangsgröße weist die

Regelelektronik 26 ein Wegmesssignal 28 auf, welches die jeweilige Position des Stellglieds 18 detektiert und der

Regelelektronik 26 mitteilt. Eine weitere Eingangsgröße ist ein vom Gewichtssensor 19 erzeugtes Massensignal 29, welches die vom Gewichtssensor 19 erfasste Masse der Regelelektronik 26 mitteilt.

Auf der den druckbeaufschlagbaren Kammern 14, 16

gegenüberliegenden Seiten der Kolben 12 ist jeweils ein mechanischer Dämpfer 30 vorgesehen. Vorzugsweise kann die Federkennlinie des mechanischen Dämpfers 30 über die

Regelelektronik 26 verstellt werden. Die Regelelektronik 26 kann dabei beispielsweise über ein Bussystem mit einer übergeordneten Steuereinheit 32 verbunden sein. Die Steuereinheit 32 kann dabei beispielsweise zum

Ansteuern eines Handhabungssystems, dessen Komponente die Schwenkeinheit 10 darstellt, vorgesehen sein. Die

übergeordnete Steuereinheit 32 kann ihrerseits wiederum mit einer ihr übergeordneten Maschinensteuerung 34 verbunden sein. Die Schwenkeinheit 10 kann allerdings auch direkt mit der übergeordneten Maschinensteuerung 34 kommunizieren.

Im Betrieb der Schwenkeinheit 10 steuert die Regelelektronik 26 die Ventile 20, 22 derart an, dass das Stellglied 18 in unterschiedlichen Bewegungsphasen verfahrbar ist.

In einer Beschleunigungsphase des Stellglieds 18 wird die schiebende Kammer, ausgehend von der in der Figur 1 gezeigten Position die Kammer 16, belüftet und die bremsende Kammer 14 entlüftet, so dass das Stellglied 18 in Richtung des Pfeils 36 beschleunigt wird.

An die Beschleunigungsphase kann sich eine Übergangsphase anschließen, in der die schiebende Kammer 16 und die bremsende Kammer 14 entlüftet werden.

An diese Übergangsphase schließt sich im Betrieb eine

Bremsphase an, die zweiteilig ist. Zunächst erfolgt eine fluidische Bremsphase, in der die schiebende Kammer 16 entlüftet und die bremsende Kammer 14 belüftet wird. Auf Grund des in der belüfteten Kammer 14 ansteigenden Druckes erfolgt eine Verzögerung der Kolben 12 und damit der Drehbewegung des Stellgliedes 18. An diese fluidische Bremsphase schließt sich eine mechanische Bremsphase an, in der der jeweilige Kolben 12 gegen den jeweiligen mechanischen Dämpfer 30 fährt. Der mechanische Dämpfer 30 wird dadurch komprimiert und die

Bewegung der Kolben und damit des Stellglieds 18 verzögert, bis die Kolben 12, beziehungsweise das Stellglied 18, ihre Endlage erreichen. Mit Erreichen der Endlage, oder kurz davor, erfolgt eine Andrückphase. In der Andrückphase wird die schiebende Kammer 16 wieder belüftet und die bremsende Kammer 14 entlüftet so dass eine definierte Endposition gehalten werden kann. Die fluidische Brennphase kann sich auch mit der mechanischen Bremsphase überlappen; d.h. zunächst wird die fluidische Bremsphase eingeleitet. Daran anschließend wird während der fluidischen Bremsphase die mechanische Bremsphase eingeleitet. Schließlich wird die fluidische Bremsphase beendet, und die mechanische Bremsphase wirkt letztlich so lange, bis das Stellglied 18 die Endlage erreicht hat.

Die fluidische Bremsphase und die mechanische Bremsphase sind dabei vorteilhafterweise so aufeinander abgestimmt, dass eine stoßfreie Verzögerung gewährleistet werden kann. Zur

Abstimmung und Anpassung der mechanischen Bremsphase ist gemäß Figur 1 vorgesehen, dass die Regelelektronik 26 die

Federkennlinie, und damit die Verzögerungsrate der

mechanischen Dämpfer 30 verstellen kann. Insgesamt kann mit der gezeigten Schwenkeinheit 10 ein optimales Beschleunigen und Abbremsen des Stellglieds 18 in Abhängigkeit des vom Stellglied zurückgelegten Weges und der zu verschwenkenden Masse erreicht werden, insbesondere auch bei sich ändernden, am Stellglied 18 vorgesehenen Massen.