DE102004025781A1

DE102004025781A1 - Vakuumgreifer

Info

Publication number: DE102004025781A1
Application number: DE102004025781A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl.-Ing. Kurpjuweit; Wolfhard Schmidt; Uwe Springer
Original assignee: SPRINGER GmbH; DaimlerChrysler AG
Current assignee: Springer 28816 Stuhr De GmbH
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2024-05-27
Also published as: DE102004025781B4

Abstract

Ein Vakuumgreifer (2) mit einem an ein zu greifendes Bauteil anlegbaren, von einer Unterdruckquelle unterdruckbeaufschlagbaren Mundstück (5) soll ein für ein Anfahren des zu ergreifenden Bauteiles einfaches Verlagern des Mundstückes (5) durch einen einfachen Aufbau und eine energiesparende Betriebsweise ermöglichen.
Zu diesem Zweck ist bei einem solchen Vakuumgreifer (2) das Mundstück (5) in einem noch nicht durch ein zu greifendes Bauteil verschlossenen Zustand in dem Vakuumgreifer (2) aus einer ein- in eine ausgefahrene Position durch den dem Mundstück (5) aufgebbaren Unterdruck als Energieauslöser und/oder Spender verlagerbar ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuumgreifer mit einem an ein zu greifendes Bauteil anlegbaren, unterdruckbeaufschlagten Mundstück.

Ein derartiger Vakuumgreifer ist beispielsweise aus DE 201 15 549 U1 bekannt. Bei dieser bekannten Ausführung ist das Mundstück in einem Gehäuse des Vakuumgreifers verlagerbar und zwar angetrieben durch den Unterdruck, der zum Ansaugen eines zu greifenden Bauteiles verwendet wird. Das Verlagern unter Ausnutzung der Unterdruckenergie erfolgt bei geschlossenem Mundstück, das heißt bei einem Zustand, bei dem das Mundstück an einem durch Saugkraft zu greifenden Bauteil anliegt. Die Verlagerung erfolgt in Richtung eines Einfahrens in das Gehäuse des Vakuumgreifers und dient dazu, das ergriffene Bauteil mit dem Mundstück anzuheben. Durch diese Art der Verlagerbarkeit des Mundstückes wird ein Hebeantrieb für den Vakuumgreifer eingespart. Darüber hinaus kann das Greifen eines Bauteiles durch Saugkraft und das Anheben des ergriffenen Bauteiles mit einer gemeinsamen Unterdruckquelle betrieben werden.

Für Vakuumgreifer gibt es in der Praxis Anwendungsfälle, in denen das Mundstück senkrecht zu der in diesem erzeugten Ansaugkraft an einem zu greifenden Bauteil anzusetzen ist und auch das Anheben in der Ansetzrichtung erfolgen muss. Ist ein Vakuumgreifer in einem solchen Fall lediglich mit einem Antrieb zum Verlagern in der vorgenannten Ansetzrichtung verse hen, so bereitet das Ansetzen des Mundstückes an das zu ergreifende Bauteil Schwierigkeiten. In dem Bereich, in dem das Mundstück an dem zu ergreifenden Bauteil ansetzt, befindet sich ein elastisch verformbarer Saugnapf. Wird dieser Saugnapf beim Ansetzen des Vakuumgreifers an das zu ergreifende Bauteil kontaktierend auf die Angriffsfläche des Bauteiles aufgesetzt, so kann es leicht zu Verkantungen und Beschädigungen an dem Saugnapf kommen. Diese Problematik lässt sich zwar dadurch beseitigen, dass in solchen Anwendungsfällen an dem Vakuumgreifer ein zusätzlicher Antrieb vorgesehen wird, der den Vakuumgreifer in Richtung der angreifenden Saugkraft, das heißt senkrecht zu der Saugfläche an dem zu ergreifenden Bauteil verlagern kann. Jedoch bedeutet dies jeweils einen erheblichen baulichen Zusatzaufwand durch einen zusätzlichen Antrieb einschließlich der hierfür erforderlichen Steuereinrichtungen und Antriebsenergie.

Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für die vorgenannten, kritischen Anwendungsfälle einen Vakuumgreifer zu schaffen, der sich bei einem einfachen, kostengünstigen Aufbau ohne die Gefahr einer Beschädigung des Mundstückes in dessen Saugnapfbereich funktionell sicher einsetzen lässt.

Eine grundsätzliche Lösung dieses Problems zeigt das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruch 1 auf.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die zur Erzeugung der Saugkraft eingesetzte Unterdruckquelle gleichzeitig für ein Verlagern des Mundstückes zwischen einer eingefahrenen Ablageposition und einer ausgefahrenen Arbeitsposition einzusetzen. Um dies erreichen zu können, wirkt das Mundstück mit einer Kolbenstange einer Kolben-Zylinder-Einrichtung zusammen, wobei die Kolbenstange fest mit dem Kolben der Kolben-Zylinder-Einrichtung verbunden ist. Ventile in der Kolben-Zylinder-Einrichtung sorgen für einen Funktionswechsel einer gemeinsamen Unterdruckquelle derart, dass der Unterdruck wechselweise für ein Verlagern des Mundstückes einerseits und eine Saugkrafterzeugung in dem Mundstück andererseits herangezogen werden kann. Hierdurch wird ein getrennter, von einer zusätzlichen Kraftquelle zu versorgender Verlagerungsantrieb überflüssig.

Wird das Mundstück nach einer Positionierung gegenüber einer Angriffsfläche eines zu greifenden Bauteil aus seiner Ablageposition und damit auch aus der Kolben-Zylinder-Einrichtung herausgefahren, so wirkt der Unterdruck zunächst ausschließlich als Verlagerungskraft. Erst nach Abschluss des Herausfahrens, das heißt nach Erreichung der Arbeitsposition des Mundstückes, in der ein Ansaugen eines zu greifenden Bauteiles erfolgen kann, wird die Unterdruckquelle saugkrafterzeugend wirksam geschaltet. In diesem Zustand sorgt die Unterdruckquelle zusätzlich zu der Erzeugung des Saugdruckes für ein Halten des Mundstückes in der ausgefahrenen Arbeitsposition.

Wird der Unterdruck an dem Mundstück zur Ablage eines ergriffenen Bauteiles aufgehoben, soll gleichzeitig die Haltekraft für das Mundstück in der ausgefahrenen Arbeitsposition aufgehoben sein oder zumindest durch zusätzliche Maßnahmen aufhebbar sein. Eine besonders vorteilhafte, zusätzliche Maßnahme kann in diesem Zustand ein Ersatz der aufgehobenen Unterdruckversorgung durch eine Überdruckbeaufschlagung sein. Durch den Überdruck sind dabei die gleichen Bereiche des Mundstücks zu beaufschlagen wie durch den Unterdruck. Dies bedeutet mit anderen Worten, es soll lediglich ein Umschalten zwischen einer Über- und einer Unterdruckquelle erfolgen. Ein solches Umschalten ist bei Sauggreifern an sich ohnehin für ein Lösen des Mundstückes von einem durch Saugkraft gehaltenen Bauteil üblich. Mit Hilfe des Überdrucks gelangt das Mundstück als Bestandteil der Kolben-Zylinder-Einrichtung in seine Einfahr- beziehungsweise Ablageposition. Bei dem Ein fahren des Mundstückes wird innerhalb der Kolben-Zylinder-Einrichtung eine Kolbenfeder in einer Ausführung als Druckfeder gespannt, die auf den das Mundstück tragenden Kolben einwirkt. Die Kraft dieser Feder kann bei einem erneuten Ausfahren des Mundstückes die hierfür eingesetzte Unterdruckkraft unterstützen.

Ein Ventil, durch das die beiden unterschiedlichen Funktionszustände der Unterdruckquelle bewirkt werden, nimmt seine Wirkstellungen durch eine entsprechende konstruktive Ausgestaltung und Anordnung innerhalb der Kolben-Zylinder-Einrichtung zwangsweise bei einem Anlegen und Abstellen eines Unterdruckes ein.

In der eingefahrenen Ablageposition wird der das Mundstück tragende Kolben der Kolben-Zylinder-Einrichtung automatisch zwangsverriegelt. Diese Zwangsverriegelung wird bei Anlegen eines Unterdruckes zur Ermöglichung einer Verlagerung des Mundstückes aus der Ablage- in die Arbeitsposition aufgehoben, und zwar durch ein entsprechend in dem Kolben ausgebildetes Verriegelungsschloss.

Ein besonders vorteilhaftes, nachstehend noch näher erläutertes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.
In dieser zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine Kolben-Zylinder-Einrichtung mit einem in dieser verlagerbaren Mundstück des Vakuumgreifers in einer eingefahrenen Ablageposition des Mundstückes,
2 einen Schnitt nach 1 für einen Zustand der Kolben-Zylinder-Einrichtung mit einem geringfügig aus der Ablageposition verlagerten Mundstück,
3 einen Schnitt nach 1 mit einem in die Arbeitsposition voll ausgefahrenen Mundstück,
4 eine perspektivische Ansicht eines Roboterarmes mit einer Vielzahl einem zu greifenden Bauteil zugeordneter Vakuumgreifer nach 1 bis 3.
Nach 4 sind an dem Ende eines Roboterarmes 1 insgesamt sechs Vakuumgreifer 2 angeordnet. Die Vakuumgreifer 2 sind zwei über Saugkraft zu ergreifenden Bauteilen 3 zugeordnet. Die Position, in der sich die Vakuumgreifer 2 nach der zeichnerischen Darstellung befinden, entspricht derjenigen, in der der Roboterarm 1 mit Bezug auf die zu greifenden Bauteile 3 eingetragen wird. Mit einem Pfeil R ist die betreffende Eintrage- bzw. Entnahmerichtung des Roboterarmes 1 in der Zeichnung eingetragen. Daraus ist ersichtlich, dass die einzelnen Vakuumgreifer 2 in einer Richtung parallel zu der Angriffsfläche des Bauteiles 3, in der das Ansaugen durch die einzelnen Vakuumgreifer erfolgt, eingetragen werden. Bei einer solchen Eintragerichtung besitzen die Saugnäpfe 4 der Mundstücke 5 der Vakuumgreifer 2 während des Eintragens einen Abstand gegenüber der Angriffsfläche aufweisen. Durch einen solchen Abstand wird sichergestellt, dass die Saugnäpfe 4 der Vakuumgreifer 2 beim Eintragen einerseits nicht durch ungewollte Verformungen bei einem Auftreffen auf Kanten der zu greifenden Flächen beschädigt werden und dass andererseits durch Gleitreibung während des Eintragevorganges kein Verschleiß an den Saugnäpfen 4 auftritt.
Haben die Saugnäpfe 4 der Vakuumgreifer 2 beim Eintragen durch den Roboterarm 1 ihre Saugstellung gegenüber den zu ergreifenden Bauteilen 3 erreicht, erfolgt ein Verlagern der Mundstücke 5 mit den Saugnäpfen 4 in eine ausgefahrene Arbeits- beziehungsweise Saugposition an den Bauteilen 3.
Der Aufbau der Vakuumgreifer 2 einschließlich des in diese integrierten Verlagerungsmechanismus ergibt sich aus den 1 bis 3, die jeweils unterschiedliche Verlagerungszustände des Mundstückes 5 wiedergeben.
Die nachfolgende Beschreibung beginnt bei dem Verlagerungszustand in 1, das heißt bei in die Ablageposition eingefahrenem Mundstück 5.
Ein Vakuumgreifer 2 umfasst eine Kolben-Zylinder-Einrichtung 6 mit einem Zylinder 7 und einem aus mehreren Teilen zusammengesetzten Kolben 8. Mit dem Kolben 8 fest verbunden über eine Kolbenstange 9 ist das den Saugnapf 4 tragende Mundstück 5 des Vakuumgreifers 2.
Nach 1 ist das Mundstück 5 in der in dem Zylinder 7 eingefahrenen Ablageposition verriegelt. Der betreffende Verriegelungsmechanismus wird nachstehend noch näher erläutert werden.
Im dem mehrteilig ausgeführten Kolben, der unter anderem den sogenannten Verriegelungsmechanismus enthält, ist ein Verschlussring 10 eines Steuerventiles 11 beweglich gelagert. Durch den Verschlussring 10 sind in einen Hohlraum 12 der Kolbenstange 9 führende Radialöffnungen 13 in einen Öffnungs- und in einen Verschlusszustand steuerbar. Dabei ist der Verschlussring 10 durch eine Ventilfeder 14 federkraftbeaufschlagt und zwar in Richtung eines Verschlusses der Radialöffnungen 13. Der die Kolbenstange 9 umschließende Verschlussring 10 ist bei der vorgenannten Federbeaufschlagung längs der Kolbenstange 9 verschiebbar. Bei einer Verlagerung des Kolben 8 in die ausgefahrene Saugposition des Mundstückes 5 gibt der Verschlussring 10 die radialen Öffnungen 13 frei. Diese Freigabe erfolgt automatisch zwangsläufig, wenn der Kolben 8 seine ausgefahrene Position einnimmt. Zwangsläufig geöffnet werden die Radialöffnungen 13 dabei dadurch, dass der Verschlussring 10 durch Anschlag an das Gehäuse des Zy linders 7 durch Spannen der diesen belastenden Ventilfeder 14 in eine Öffnungsposition geschoben wird (3). Verlässt der Kolben 8 seine Ausfahrposition, so sorgt die Ventilfeder 14 für ein Verschieben des Verschlussringes 10 in eine die Radialöffnungen 13 verschließende Position.
Innerhalb der Kolben-Zylinder-Einrichtung 6 ist ein durch den Kolben 8 volumenveränderbarer Luftraum 15 vorgesehen, dessen Volumen zwischen 0 und einem konstruktiv vorgegebenen Maximalvolumen veränderbar ist. An diesen Raum 15 ist über einen Anschluss 16 alternativ eine Unterdruck- oder Überdruckquelle für die Erzeugung eines Unterdruckes beziehungsweise Überdruckes innerhalb des Raumes 15 anschließbar. Der Raum 15 ist nach außen über Gleitdichtungen 17 und 18 an dem Kolben 8 und der Kolbenstange 9 gedichtet.
Ohne zunächst eine Berücksichtigung und Beschreibung des Verriegelungsmechanismus des Kolbens 8 in dessen eingefahrener Position funktioniert die Kolben-Zylinder-Einrichtung mit Bezug auf eine Verlagerung des Mundstückes 5 wie folgt.
Wird der Raum 15 der Kolben-Zylinder-Einrichtung über den Anschluss 16 mit Unterdruck versorgt, so wird der Kolben 8 unter automatischer Öffnung des nachfolgend noch näher beschriebenen Verriegelungsmechanismus in Richtung einer Verkleinerung des Volumens des Raumes 15 verlagert. Dadurch wird das Mundstück 5 in Richtung seiner Saugposition an ein zu greifendes Bauteil verschoben. Nach einem in 2 wiedergegebenen Zwischenzustand erreicht der mit dem Mundstück 5 verbundene Kolben 8 seine in 3 dargestellte ausgefahrene Position. Bei dieser Position gibt der Verschlussring 10 des Steuerventils 11 eine Verbindung zwischen dem Saugraum des Mundstückes 5 und der dem Anschluss 16 vorgelagerten Druckquelle frei. Vor dieser Freigabe wirkt der Unterdruck ausschließlich auf ein Verlagern des Kolbens 8. Nach der Freigabe wirkt der an dem Mundstück 5 anstehende Unterdruck gleich zeitig auch noch insoweit gegenüber dem Kolben 8, dass dieser in seiner ausgefahrenen Position gehalten wird.
Der Kolben 8 ist durch eine Kolbenfeder 19 federbeaufschlagt. Die Kolbenfeder 19 ist eine Druckfeder und unterstützt die Saug- das heißt die Unterdruckkraft bei einer Verlagerung des Kolbens 8 in dessen ausgefahrene Position.
Der Kolben 8 wird aus der ausgefahrenen Position zurück in die Ablageposition durch an den Raum 15 über den Anschluss 16 angelegten Überdruck verlagert, das heißt für eine Zurückverlagerung des Kolbens 8 wird die Beaufschlagung des Anschlusses 16 von Unter- auf Überdruck umgeschaltet. Bei der Zurückverlagerung des Kolbens 8 wird die Kolbenfeder 19 gespannt, um jeweils erneut eine unterdruckbewirkte Ausfahrbewegung des Kolbens 8 unterstützen zu können. In der Ablageposition des Kolbens 8 wird die Kolbenfeder 19 in ihrem gespannten Zustand durch den Verriegelungsmechanismus des Kolbens 8 gehalten.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf den Aufbau und die Funktion des Verriegelungsmechanismus, durch den der Kolben 8 in seiner eingefahrenen Ablageposition sicher gehalten wird.
Durch die Aufteilung des Kolbens 8 in zwei Teile, nämlich ein erstes fest mit der Kolbenstange 9 verbundenes Kolbenteil 20 und ein an diesem beweglich gelagertes zweites Kolbenteil 21 ist der Kolben 8 als ein selbsttätig schließendes Schloss ausgebildet, das zusammen mit einem an dem Zylinder 7 angebrachten Riegel 22 zusammenwirkt.
In dem ersten Kolbenteil 20 ist ein Schließbolzen 23 beweglich gelagert. In seiner Schließposition verriegelt der Schließbolzen 23. Beim Öffnen des Schlosses, das zwangsläufig bei einer Verlagerung des Kolbens 8 aus seiner Ablageposition erfolgt, wandert der Schließbolzen 23 aus seiner Verriegelungsposition in eine Öffnungsposition. In der Schließpositi on greift der Schließbolzen 23 arretierend in eine Ausnehmung 24 des Riegels 22 ein.
In der Öffnungsposition wandert der Schließbolzen 23 in dem beweglichen zweiten Kolbenteil 21 in eine radial außen liegende Ablageringnut 25. Um die Lage des Schließbolzens 23 bei geöffnetem Schloss in dieser Ablageringnut 25 sicher zu gewährleisten, ist in dem ersten Kolbenteil 20 ein Halteelement 26 in der Form einer in Längsrichtung der Kolbenstange 9 verschiebbaren Kappe vorgesehen. Dieses Halteelement 26 ist durch eine Spannfeder 27 federbelastet, um bei geöffnetem Schloss zwangsweise eine Haltefunktion für den Schließbolzen 23 ausüben zu können. Mit dem Halteelement 26 und dem ersten Kolbenteil 20, in dem das Halteelement 26 gelagert ist, zusammenwirkende Arretiermittel 28 sorgen für eine Ausfahrbegrenzung des Halteelementes 26 bei geöffnetem Schloss.
Auch zwischen dem ersten und zweiten Kolbenteil 20, 21 sind gegeneinander wirkende Arretiermittel 29 vorgesehen, die den Auseinanderfahrweg zwischen den beiden Kolbenteilen 20, 21 begrenzen.
Der zwischen Kolben 8 und dem geschlossenen Boden des diesen Kolben 8 lagernden Zylinderbodens liegende Raum ist über Drosselbohrungen gegen Atmosphäre belüftet.

Claims

Vakuumgreifer (2) mit einem an ein zu greifendes Bauteil (3) anlegbaren, von einer Unterdruckquelle aus unterdruckbeaufschlagbaren Mundstück (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Mundstück (5) in einem noch nicht durch ein zu greifendes Bauteil (3) verschlossenen Zustand in dem Vakuumgreifer (2) aus einer ein- in eine ausgefahrene Position durch den dem Mundstück (5) aufgebbaren Unterdruck als Energieauslöser und/oder Spender verlagerbar ist.
Vakuumgreifer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Merkmale, – in dem Vakuumgreifer (2) ist mindestens ein Steuerventil (11) vorgesehen, durch das aus der Unterdruckquelle abrufbare Energie innerhalb des Vakuumgreifers (2) unterschiedliche Wirkungen ausüben kann und zwar eine erste und eine zweite Wirkung, – bei der Schaltung des Steuerventils (11) für die erste Wirkung wird das Mundstück (5) zwischen einer ein- und einer ausgefahrenen Position verlagert, – bei der Schaltung des Steuerventiles (11) für die zweite Wirkung ist das Mundstück (5) bei einer ausgefahrenen Position saugkraftspendend mit der Unterdruckquelle verbunden.
Vakuumgreifer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdruckquelle das Mundstück (5) in einem von ihr unterdruckbeaufschlagten Zustand gleichzeitig in der ausgefahrenen Position hält.
Vakuumgreifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mundstück (5) in Ausfahrrichtung federkraftbeaufschlagt ist.
Vakuumgreifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Merkmale – das Mundstück (5) ist wahlweise auf Unter- oder Überdruckversorgung schaltbar ausgebildet, wobei innerhalb des Mundstückes (5) jeweils die gleichen Bereiche mit entweder Über- oder Unterdruck beaufschlagt sind, – die Verlagerung des Mundstückes (5) aus dessen Ausfahrzurück in dessen Einfahrposition erfolgt bei einer Schaltung auf Überdruckversorgung.
Vakuumgreifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als eine Kolben-Zylinder-Einrichtung (6), bei der das Mundstück (5) über eine Kolbenstange (9) mit einem Kolben (8) dieser Einrichtung verbunden ist und die Unterdruckquelle über einen von dem Kolben (8) volumenmäßig veränderbaren Raum (15) des Zylinders sowie einen hiermit kommunizierenden Hohlraum (12) innerhalb der Kolbenstange (9) mit dem Saugraum des Mundstückes (5) verbindbar ist.
Vakuumgreifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8) mit dem Steuerventil (11) zum Umschalten der von der Unterdruckquelle erzeug- und/oder steuerbaren ersten und zweiten Wirkung versehen ist.
Vakuumgreifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstellung des Steuerventils (11) durch die Stellung des Kolbens (8) bedingt ist, wobei dieses Steuerventil (11) bei eingefahrener Position des Mundstücks (5) dessen Beaufschlagung mit Unterdruck sperrt und bei ausgefahrener Position ermöglicht.
Vakuumgreifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (11) aus mindestens einer in der Kolbenstange (9) in einen in dieser vorgesehenen Hohlraum (12) führenden Radialöffnung (13) und einem entlang der Kolbenstange (9) diese Öffnung (12) verschließbaren Verschlussring (10) besteht.
Vakuumgreifer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussring (10) die mindestens eine Radialöffnung (13) federkraftbelastet bei eingefahrener Mundstückposition verschließt und bei ausgefahrener Mundstückposition bedingt durch die Stellung des Kolbens (8) zwangsweise freigibt.
Vakuumgreifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Merkmale, – der Kolben (8) umfasst zwei gegeneinander verschiebbare Kolbenteile (20, 21), nämlich ein fest mit der Kolbenstange (9) verbundenes erstes Kolbenteil (20) und ein gegenüber diesem ersten Kolbenteil (20) in Längsrichtung der Kolbenstange (9) verschiebbares zweites Kolbenteil (21), – die Baueinheit aus erstem und zweitem Kolbenteil (20, 21) bildet ein betätigbares Schloss zur automatischen, zwangsweisen Verriegelung der Kolbenstange (9) an einem Riegel (22) des Zylinders (7) der Kolben-Zylinder- Einrichtung in einer eingefahrenen Endposition des Kolbens (8).