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Die
Erfindung betrifft einen Vakuumgreifer mit einem an ein zu greifendes
Bauteil anlegbaren, von einer Unterdruckquelle aus unterdruckbeaufschlagbaren
Mundstück,
wobei das Mundstück über eine
damit verbundene Kolbenstange mit einem Kolben einer Kolben-Zylinder-Einrichtung
in einem noch nicht durch ein zu greifendes Bauteil verschlossenen Zustand
in dem Vakuumgreifer aus einer ein- in eine ausgefahrene Position
durch den dem Mundstück aufgebbaren
Unterdruck als Energieauslöser und/oder
Spender verlagerbar ist, und wobei in dem Vakuumgreifer mindestens
ein Steuerventil vorgesehen ist, durch das aus der Unterdruckquelle
abrufbare Energie innerhalb des Vakuumgreifers unterschiedliche
Wirkungen ausüben
kann und zwar eine erste und eine zweite Wirkung, und wobei bei
der Schaltung des Steuerventils für die erste Wirkung das Mundstück zwischen
einer ein- und einer ausgefahrenen Position verlagert wird und für die zweite Wirkung
das Mundstück
bei einer ausgefahrenen Position saugkraftspendend mit der Unterdruckquelle verbunden
ist.
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Ein
derartiger Vakuumgreifer ist aus
DE 199 39 792 A1 bekannt. Ferner ist aus
DE 201 15 549 U1 eine
Vakuumhandhabungsvorrichtung bekannt, bei der das Mundstück in einem
Gehäuse
des Vakuumgreifers verlagerbar ist 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
Vakuum greifers 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.
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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 versehen,
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.
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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.
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Dieses
Problem ist gelöst
durch einen Vakuumgreifer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Der erfindungsgemäße Vakuumgreifer
zeichnet sich dadurch aus, dass das Steuerventil aus mindestens
einer in der Kolbenstange in einen in dieser vorgesehenen Hohlraum
führenden
Radialöffnung
und einem entlang der Kolbenstange diese Öffnung verschließbaren Verschlussring
besteht, der die mindestens eine Radialöffnung federkraftbelastet bei
eingefahrener Mundstückposition
verschließt
und bei ausgefahrener Mundstückposition
bedingt durch die Stellung des Kolbens zwangsweise freigibt.
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Vorteilhafte
und zweckmäßige Ausgestaltungen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein
besonders vorteilhaftes, nachstehend noch näher erläutertes Ausführungsbeispiel
ist in der Zeichnung dargestellt.
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In
dieser zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch eine Kolben-Zylinder-Einrichtung
mit einem in dieser verlagerbaren Mundstück des Vakuumgreifers in einer eingefahrenen
Ablageposition des Mundstückes,
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2 einen
Schnitt nach 1 für einen Zustand der Kolben-Zylinder-Einrichtung
mit einem geringfügig
aus der Ablageposition verlagerten Mundstück,
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3 einen
Schnitt nach 1 mit einem in die Arbeitsposition
voll ausgefahrenen Mundstück,
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Roboterarmes mit einer Vielzahl einem
zu greifenden Bauteil zugeordneter Vakuumgreifer nach 1 bis 3.
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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.
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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.
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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.
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Die
nachfolgende Beschreibung beginnt bei dem Verlagerungszustand in 1,
das heißt
bei in die Ablageposition eingefahrenem Mundstück 5.
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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.
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Nach 1 ist
das Mundstück 5 in
der in dem Zylinder 7 eingefahrenen Ablageposition verriegelt.
Der betreffende Verriegelungsmechanismus wird nachstehend noch näher erläutert werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der
zwischen Kolben 8 und dem geschlossenen Boden des diesen
Kolben 8 lagernden Zylinderbodens liegende Raum ist über Drosselbohrungen gegen
Atmosphäre
belüftet.