DE3922326C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Biegeapparat zum Biegen eines langgestreckten Materials in jeder Richtung nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiger aus der DE-OS 36 20 151 bekannter Biegeapparat weist eine starre und ortsfest angeordnete Einspanneinheit auf, so daß eine Bearbeitung eines eingespannten Rohres an dieser Stelle entweder nicht möglich ist, oder das gesamte Rohr muß in Längsrichtung verschoben werden, was von der Steuerung her einen nicht geringen Aufwand bedeuten würde.

Bei einem, aus der DE-OS 36 01 231 bekannten Biegeapparat ist die Einspanneinheit für das langgestreckte Material ebenfalls ortsfest angeordnet; sie kann weder zurückgezogen werden noch weggeschwenkt werden. Zwar kann eine Klemmvorrichtung der Einspanneinheit in eine gewünschte Winkellage verdreht werden, jedoch dient dieses lediglich dazu, die Einrichtpositionen des Biegeapparats bei dreidimensionalen Biegevorgängen festzulegen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Biegeapparat zu schaffen, bei dem sich Einspanneinheit und Biegeköpfe auch bei Biegevorgängen im Bereich der Einspanneinheit nicht gegenseitig beeinflussen oder behindern können.

Diese Aufgabe wird bei einem Biegeapparat eingangs bezeichneten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine die Einspanneinheit vom eingespannten Material zurückziehende Ausweichvorrichtung vorgesehen ist, wobei das Einspannen des Materials bei zurückgezogener Einspanneinheit durch einen der beiden Biegeköpfe erfolgt.

Da somit beim Biegen im Bereich der Einspanneinheit das langgestreckte Material durch einen der beiden Biegeköpfe bzw. Roboterarme gehalten oder durch den anderen Biegekopf bearbeitet wird, kann eine Bearbeitung an jeder Stelle des langgestreckten Materials erfolgen, ohne daß sich die Roboterarme bzw. Biegeköpfe und die Einspanneinheit gegenseitig behindern können. Eine Längsverschiebung des langgestreckten Materials ist nicht erforderlich.

Durch den Unteranspruch ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung des im Anspruch 1 angegebenen Biegeapparates möglich, wobei insbesondere die Flexibilität des Biegeapparates verbessert wird.

Die Erfindung wird anschließend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Biegeapparats als erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 2 eine vergrößerte Vorderansicht einer Einspanneinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 eine vergrößerte Seitenansicht einer Ausweichvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Biegeapparat gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Biegeapparats, die Einzelheiten der beim ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Roboterarme zeigt,

Fig. 6 eine Ansicht eines Biegekopfs von oben gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 7 eine Seitenansicht des Biegekopfs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 8A, 8B, 8C und 8D eine Darstellung der Bewegung des Roboter­ arms gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 9 eine erläuternde Darstellung einer beim ersten Ausführungsbeispiel vom Roboterarm überstrichenen Beeinflussungszone und

Fig. 10 eine Vorderansicht eines Roboterarms gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.

Gemäß Fig. 1 weist ein Biegeapparat als vorliegendes Ausführungsbeispiel eine Einspanneinheit 1 zum Einspannen eines langgestreckten Rohrs P am mittleren Bereich des Apparats sowie Roboterarme 2R und 2L auf, die zu beiden Seiten der Einspanneinheit 1 montiert sind.

Die Einspanneinheit 1 enthält gemäß Fig. 2 ein Paar von Einspannklauen 6 und 8, die an einem von einem Rahmen 3 vorspringenden Bolzen 4 schwenkbar befestigt sind. Die unteren Enden der Einspannklauen 6 und 8 sind jeweils mittels Bolzen mit einem Ende von Anlenkgliedern 10 und 12 verbunden, deren anderes Ende über einen Bolzen an einem Verbindungsglied 14 angebracht ist. Das Verbindungs­ glied 14 ist auf eine Kolbenstange 16a eines Zylinders 16 aufgeschraubt, der am Rahmen 3 befestigt ist. Wenn der Zylinder 16 die Kolbenstange 16a hochdrückt, so werden die Einspannklauen 6 und 8 um den Bolzen 4 mittels des Verbindungsglieds 14 und der Anlenkglieder 10 und 12 geschwenkt, und beide Enden der Einspannklauen 6 und 8 kommen zusammen, um die Oberfläche des Rohrs P einzu­ spannen.

Gemäß Fig. 3 ist der Rahmen 3 an einem Ende einer Verschiebe­ vorrichtung 18 fixiert. Die Verschiebevorrichtung 18 wird verschiebbar an einer Schwenkvorrichtung 20 gehalten. Die Schwenkvorrichtung 20 enthält einen vertikalen Zylinder 22 zum Hochschieben und Herunterziehen einer Kolbenstange 22a. Der Endbereich der Kolbenstange 22a ist an der Ver­ schiebevorrichtung 18 fixiert. Die Schwenkvorrichtung 20 wird an einem Basiskörper 24 mittels eines Bolzens 26 gehalten, um den die Schwenkvorrichtung 20 schwenkbar gelagert ist. Darüber hinaus greift eine Kolbenstange 28a eines transversalen Zylinders 28 an einem Ende der Schwenkvorrichtung 20 an. Die Einspanneinheit 1 wird in der vertikalen Richtung (durch einen Pfeil A in Fig. 1 gekennzeichnet) mittels des vertikalen Zylinders 22 bewegt und wird um den Bolzen 26 (durch einen Pfeil B in Fig. 1 gekennzeichnet) mittels des transversalen Zylin­ ders 28 geschwenkt. Die Verschiebevorrichtung 18, die Schwenkvorrichtung 20, der vertikale Zylinder 22 und der transversale Zylinder 28 bilden eine Ausweichvorrich­ tung 29 zum Zurückziehen der Einspanneinheit 1 vom einge­ spannten Rohr P. Gemäß Fig. 4 ist die Einspanneinheit 1 zwischen Führungsbahnen 34 und 36 angeordnet, die par­ allel zum Rohr P ausgerichtet sind. Die Führungsbahnen 34 und 36 bestehen jeweils aus einem Paar von Schienen 30 und 32, auf denen jeweils Fahrvorrichtungen 38, 40 vorgesehen sind. Diese Fahrvorrichtung 38 und 40 werden jeweils entlang der Führungsbahnen 34 und 36 mittels Ketten 46 und 47 bewegt, die von Antrieben 42, 44 ange­ trieben werden. Diese sind wiederum an jeweils einem Ende der Führungsbahnen 34 und 36 installiert. Die beiden Fahrvorrichtungen 38 und 40, die Führungsbahnen 34 und 36 sowie die Antriebe 42 und 44 bilden ein Paar von Fahr­ mechanismen 48 und 49.

Gemäß Fig. 5 sind die Roboterarme 2R und 2L jeweils an den Fahrvorrichtungen 38 und 40 angeordnet.

Die Roboterarme 2R und 2L sind mit einem Basisbereich 51, einem ersten Armsegment 52, einem zweiten Armsegment 53 und einem dritten Armsegment bzw. Arm-Endsegment 54 ausgestattet. Der Basis­ bereich 51 und das erste Armsegment 52, das erste Arm­ segment 52 und das zweite Armsegment 53 sowie das zweite Armsegment 53 und das Arm-Endsegment 54 sind jeweils über ein erstes Gelenk 55, ein zweites Gelenk 56 und ein drittes Gelenk 57 miteinander verbunden. Das erste Gelenk 55 enthält einen bekannten Mechanismus zur Rotation des ersten Armsegments 52 um eine zur Achse des Rohrs P parallele Achse über einen vorbestimmten Winkel. Das zweite Gelenk 56 und das dritte Gelenk 57 enthalten den­ selben Mechanismus wie das erste Gelenk 55, um eine Rota­ tion des zweiten und des dritten Armsegments 53 und 54 über vorbestimmte Winkel bewirken zu können.

Darüber hinaus ist jeder der Roboterarme 2R und 2L mit einem Biegekopf 60 an der Spitze des Arm-Endsegments 54 ausgestattet. Der Biegekopf 60 führt erzwungene Be­ wegungen in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Rohrs P mittels der Gelenke 55, 56 und 57 und der Arm­ segmente 52, 53 und 54 durch und ist in einer vorbestimmten Stellung positioniert.

Gemäß den Fig. 6 und 7 ist der Biegekopf 60 mit einer Biegeschablone 62 ausgestattet, die an einer sich vom Arm-Endsegment 54 aus erstreckenden Achse angeordnet ist. Zwei Ringnuten 64 und 66, die zwei verschiedenen Biegeradien entsprechen, sind parallel um die Achse des Biegekopfes 62 eingeformt. Ein Spannbacken 68 ist gegen­ über der Biegeschablone 62 angeordnet.

Der Spannbacken 68 wird von einem Zylinder 70 angetrieben, um ihn gegen die Biegeschablone 62 zu bewegen und um das Rohr P mit der Biegeschablone 62 einzuspannen. Bei eingespanntem Rohr P wird der Spannbacken 68 um die Biege­ schablone 62 herum geschwenkt. Durch Drehen des Spann­ backens 68 um einen vorbestimmten Winkel wird ein bekanntes Biegeverfahren ausgeführt. Darüber hinaus ist neben dem Spannbacken 68 eine Stütze 72 (Gleitschiene) vorge­ sehen, um während des Biegens auftretende Reaktionskräfte aufzunehmen.

Durch Betätigung des Zylinders 16 wird die Einspanneinheit 1 aktiviert, um das Rohr P in der Nähe des mittleren Bereichs zu ergreifen. Dann werden die Fahrvorrichtungen 38 und 40 durch Aktivierung der Antriebe 42 und 44 in vorbestimmte Positionen gefahren. Da die Fahrvorrichtungen 38 und 40 unabhängig voneinander bewegt werden, können sie in frei wählbaren Bereichen symmetrisch oder unsymme­ trisch in Abhängigkeit der Biegeform positioniert werden.

Anschließend drehen sich die einzelnen Gelenke 55, 56 und 57 der Roboterarme 2R und 2L gemäß vorbestimmter Bedingungen, so daß eine Biegeposition X in der Ringnut 64, die die Startposition für den Biegevorgang vorgibt, das Rohr P berührt, wobei der Radius der Biegeschablone 62 durch die Position X in die Biegerichtung BD weist. Um einen kleinen Radius zu biegen, werden die Gelenke 55, 56 und 57 so bewegt, daß die Biege-Anfangsposition Y der anderen Ringnut 66 das Rohr P erreicht.

Die Fig. 8A, 8B und 8C zeigen einen Fall, bei dem das Rohr bzw. Material in einem kleinen Radius gebogen wird, entsprechend der Ringnut 66 der Biegeschablone 62. Die Ringnut 66 ist rechtwinklig zum Arm-Endsegment 54 ausgerichtet. Entsprechend ist das Arm-Endsegment 54 rechtwinklig zu einer Biegerichtung BD angeordnet. Dadurch ist eine Posi­ tion P 3 des dritten Gelenks 57 vorbestimmt. Eine Position P 2 des zweiten Gelenks 56 ist im Schnittpunkt eines Kreises mit dem Radius r 1, dessen Zentrum durch eine Position P 1 des ersten Gelenks 55 definiert ist, und eines einen Radius r 2 aufweisenden Kreises angeordnet, dessen Zentrum eine Position P 3 des dritten Gelenks 57 ist. Wenn einmal die Biegerichtung festgelegt ist, können daher die Posi­ tionen P 1, P 2 und P 3 der einzelnen Gelenke leicht ermittelt werden. Wenn zwei Schnittpunkte für die beiden Kreise existieren, sollte derjenige ausgewählt werden, bei dem sich das zweite Armsegment 53 nicht störend im Hin­ blick auf das Rohr P auswirkt.

Durch Festlegung der Positionen der Gelenke 55, 56 und 57 erhält man die Winkel, die definiert sind durch den Basisbereich 51 und das erste Armsegment 52, das erste Armsegment 52 und das zweite Armsegment 53 sowie das zweite Armsegment 53 und das Arm-Endsegment 54. Im tat­ sächlichen Betrieb werden die Armsegmente 52, 53 und 54 mittels der Gelenke 55, 56 und 57 entsprechend dieser ermittelten Winkel bewegt. Dadurch wird die Ringnut 66 der Biegeschablone 62 bis zum Erreichen des Rohrs P be­ wegt.

Wenn das Rohr P andererseits unter einem großen Radius gebogen werden soll, wird das Armsegment so bewegt, daß die andere Ringnut 64 der Biegeschablone 62 das Rohr P erreicht, wie dies in Fig. 8D dargestellt ist.

Wie vorstehend beschrieben, werden im vorliegenden Aus­ führungsbeispiel zwei Arten von Ringnuten verwendet, eine Ringnut 64 zum Biegen großer Radien und eine andere Ringnut 66 zum Biegen kleiner Radien. Es versteht sich, daß kompliziertere Biegevorgänge möglich gemacht werden können, indem so viele Ringnuten vorgesehen werden, wie Biegeradien vorliegen.

Anschließend wird der Spannbacken des Biegekopfes 60 bewegt, um das Rohr P zusammen mit der Biegeschablone 62 zu ergreifen. Mit an der Stütze 72 gehaltenem Rohr P wird der Spannbacken 68 um die Biegeschablone 62 über einen vorbestimmten Winkel geschwenkt, wie dies in Fig. 6 durch einen Pfeil C gezeigt ist. Dadurch wird das Rohr P gebogen. Nach dem Biegen des Rohrs P werden der Spann­ backen 68 und die Stütze 72 bewegt, um das Rohr P loszu­ lassen. Da die Roboterarme 2R und 2L und die individuellen Biegeköpfe 60 unabhängig voneinander bewegbar sind, kann jeder der Biegeköpfe 60 für verschiedene Winkel, Richtungen und Radien für die Biegung eingestellt werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, simultan mit beiden Biege­ köpfen 60 zu biegen.

Wenn der Biegevorgang an einem Bereich beendet ist, werden die Antriebe 42 und 44 wieder aktiviert, um die Fahr­ vorrichtungen 38 und 40 zur Einspanneinheit 1 in die nächste Biegeposition zu bewegen. Wenn sie die fest­ gelegte Biegeposition erreichen, werden die Biegeköpfe 60 entsprechend der vorbestimmten Biegerichtung und dem vorbestimmten Biegeradius durch Antrieb der Roboterarme 2R und 2L in derselben Weise angetrieben, wie vorstehend beschrieben. Dadurch wird das Rohr P durch die Biegeköpfe 60 entsprechend dem vorbestimmten Biegewinkel, der Biege­ richtung und dem Biegeradius gebogen.

Durch Wiederholung dieser Vorgänge wird das Biegen suk­ zessiv von den beiden Enden des Rohrs P aus zur Einspann­ einheit 1 hin durchgeführt. Wenn ein Biegevorgang an einem Bereich nahe der Einspanneinheit 1 durchgeführt wird und wenn die Roboterarme 2R und 2L oder das Ende des gebogenen Rohrs P mit der Einspanneinheit 1 in Berührung kommen könnten, wird die Einspanneinheit 1 selbst zurückgezogen, um Berührungen und gegenseitige Beeinträch­ tigungen zu vermeiden.

Das Zurückziehen der Einspanneinheit 1 wird folgendermaßen durchgeführt. Zuerst wird das Rohr P zwischen den Biege­ köpfen 60 angeordnet, um von diesen gehalten zu werden. Anschließend wird der Zylinder 16 aktiviert, um die Einspann­ klauen 6 und 8 zum Einspannen des Rohrs P zu lösen. Dann wird der longitudinale Zylinder 22 aktiviert, um die Einspanneinheit zur unteren Endposition abzu­ senken, die durch eine strichpunktierte Linie in Fig. 3 dargestellt ist. Da das Rohr P von den Biegeschablonen 62, den Spannbacken 68 und den Stützen 72 der individu­ ellen Biegeköpfe 60 gehalten wird, wird es nicht herunter­ fallen, wenn die Einspanneinheit 1 gelöst wird.

Danach wird der transversale Zylinder 28 aktiviert, um die Verschiebevorrichtung 18 zu schwenken, wie dies durch den Pfeil B in Fig. 1 dargestellt ist, wodurch die Einspann­ einheit 1 im Basiskörper 24 untergebracht wird. Das Zurück­ ziehen der Einspanneinheit 1 von ihrer Position an der Achse des Rohrs P mittels der Ausweichvorrichtung 29 verhindert Zusammenstöße und Beeinträchtigungen, die zwischen der Einspanneinheit 1, der Verschiebevorrichtung 18 oder der Schwenkvorrichtung 20 und den Fahrvorrichtungen 38 und 40 der Roboterarme 2R und 2L, dem Basisbereich 51, den Armsegmenten 52, 53 und 54 oder den Gelenken 55, 56 und 57 auftreten könnten. Darüber hinaus können auch Zusammenstöße und Beeinträchtigungen zwischen dem Ende des Rohrs P und der Einspanneinheit 1, der Verschiebe­ vorrichtung 18 oder der Schwenkvorrichtung 20 verhindert werden, die auftreten könnten, nachdem das Rohr P gebogen ist.

Ein Biegevorgang innerhalb der Kollisionszone kann wie folgt realisiert werden. Während das Rohr P nur durch den Biegekopf 60 des Roboterarms 2R eingespannt und ge­ halten ist, wird das Rohr P durch den Biegekopf 60 des anderen Roboterarms 2L gebogen. Dann wird das Rohr P einem weiteren Biegevorgang durch den Biegekopf 60 des Roboterarms 2R unterworfen. Wenn das Rohr P weiteren Biegevorgängen unterworfen werden soll, wird das Rohr P z.B. nur vom Biegekopf 60 des Roboterarms 2R eingespannt und gehalten, und die Position des Roboterarms 2R bleibt fixiert. Dann wird die Fahrvorrichtung 38 mittels des Antriebs 42 zu einem vorbestimmten Biegebereich bewegt, so daß das Rohr P durch den Biegekopf 60 des anderen Roboterarms 2L gebogen werden kann. Dadurch kann ein Biegevorgang selbst in dem Bereich durchgeführt werden, in dem die Einspanneinheit 1 mit den anderen Vorrichtungen zusammenstoßen könnte.

Obwohl die Roboterarme 2R und 2L beim vorliegenden Aus­ führungsbeispiel nur drei Gelenke 55, 56 und 57 aufweisen, ist es in Abhängigkeit von den dreidimensionalen Verhält­ nissen zwischen diesen Gelenken 55, 56 und 57 wahrscheinlich und möglich, daß gegenseitige Beeinflussungen und Berührun­ gen zwischen dem zweiten Armsegment 53 und dem Rohr P zu einem Bereich führen können, in dem das Arm-Endsegment 54 nicht positioniert werden kann, wie dies durch einen schraffierten Bereich in Fig. 9 dargestellt ist. Um diesem zu begegnen, können die Roboterarme 2R und 2L mit vier Gelenken 55, 56, 57 und 58 und einem dritten Armsegment 59 versehen werden, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Dieser Aufbau verhindert den vorstehend beschriebenen Beeinflussungsbereich, so daß das Rohr P in frei wählbaren Richtungen ohne Beeinträchtigung gebogen werden kann (siehe die gestrichelte Linie in Fig. 9). Es ist möglich, die Zahl von Gelenken auf fünf oder mehr zu erhöhen, wenn die Situation dies erfordert.

Wie vorstehend beschrieben, werden gemäß den vorliegenden Ausführungsbeispielen die an den Endbereichen der Roboter­ arme 2R und 2L montierten Biegeköpfe 60 durch wenigstens drei der Gelenke 55, 56, 57 und 58 in einer Ebene senkrecht zur Achse des Rohrs P bewegt. Es ist daher möglich, Biege­ vorgänge mit verschiedenen Radien durchzuführen, indem eine Biegeschablone 62 mit mehr als einer bzw. zwei Ring­ nuten 64 und 66 eingesetzt wird. Weil der Biegeapparat gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel darüber hinaus mit einer Ausweichvorrichtung 29 ausgestattet ist, wird die Einspanneinheit 1 niemals mit den Roboterarmen 2R und 2L zusammenstoßen. Es ist daher möglich, in der Nähe des mittleren Teils des Rohrs P zu biegen.

Claims (2)

1. Biegeapparat zum Biegen eines langgestreckten Materials in jeder Richtung, mit einer Einspanneinheit für das Material, mit zwei jeweils wenigstens drei schwenkbare, durch Gelenke miteinander verbundene Armsegmente aufweisenden Roboterarmen, die zu beiden Seiten der Einspanneinheit angeordnet sind, wobei durch die freien Enden der Roboterarme das eingespannte Material erreichbar ist und die Achse jedes der Gelenke parallel zur Längsachse des eingespannten Materials angeordnet ist, mit an den freien Enden der Roboterarme angeordneten Biegeköpfen, die mit einer Biegeschablone sowie mit einem um die Biegeschablone herum bewegbaren Spannbacken versehen sind, und mit die Roboterarme parallel zur Längsachse des eingespannten Materials bewegbaren Fahrvorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Einspanneinheit (1) vom eingespannten Material (P) zurückziehende Ausweichvorrichtung (29) vorgesehen ist, wobei das Einspannen des Materials bei zurückgezogener Einspanneinheit durch einen der beiden Biegeköpfe (60) erfolgt.

2. Biegeapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausweichvorrichtung (29) eine die Einspanneinheit (1) aufwärts- und abwärtsbewegende Verschiebevorrichtung (18) sowie eine die Verschiebevorrichtung (18) sowie eine die Verschiebevorrichtung verschwenkende Schwenkvorrichtung (20) aufweist.