DE102005054244A1 - Greifer für Kleinstteile - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Greifer für Kleinstteile wie beispielsweise elektronische Bauteile oder Bauteile der Mikromechanik. Die Erfindung schlägt vor, den Greifer (1) mit einer Greifoberfläche (2), die eine Linienstruktur (3) auszubilden, wobei die Linienabstände im Mikro- oder Nanometerbereich liegen. Die zu greifenden Bauteile haften aufgrund Adhäsion am Greifer (1).
Description
- Die Erfindung betrifft einen Greifer für Kleinstteile mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
- Kleinteile wie beispielsweise IC's in der Elektronik werden zum Handhaben mit zangenartigen Greifern, d. h. mechanisch, gegriffen. Problematisch wird diese Art des Greifens bei wesentlich kleineren Kleinstteilen, deren „Körper" beispielsweise eine Größe von einem bis einigen mm3 oder weniger aufweisen. Problematisch ist diese Art des Greifens auch bei Klein- und Kleinstteilen mit einer unregelmäßigen Form. Ein weiterer Anwendungszweck ist das Greifen kleinster mechanischer Bauelemente mit Abmessungen von wenigen bis mehreren 100 μm in der Mikromechanik.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Greifer vorzuschlagen, der zum Greifen von Kleinstteilen und zum Greifen von Klein- und Kleinstteilen mit unregelmäßiger oder jedenfalls von geometrischen Formen abweichender Form geeignet ist. Ein Greifen von Kleinteilen oder auch größerer Teile soll durch die Aufgabenstellung nicht ausgeschlossen werden.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Greifer weist eine Greiferoberfläche mit einer Linienstruktur auf. Dabei hat die Greiferoberfläche eine möglichst hohe Liniendichte, d. h. eine hohe Anzahl an Linien pro Fläche. Der Greifer liegt mit den Linien seiner Greifoberfläche an einem gegriffenen Bauteil oder Gegenstand an. Das gegriffene Bauteil haftet aufgrund der Linienstruktur an der Greifoberfläche. Das Haften beruht auf einer Adhäsion zweier fester Körper aneinander, nämlich dem Haften des gegriffenen Bauteils an der Greifoberfläche des Greifers. Dabei trägt jede Linie der Linienstruktur der Greifoberfläche zur Haftung bei, die Haftung an einer Linie ist deren Länge proportional. Insgesamt ist die Haftung des gegriffenen Bauteils dem Produkt der Länge der einzelnen Linien und der Anzahl der Linien der Greifoberfläche, sofern sie das Bauteil berühren, proportional. Die Haftung kann auch der Gesamtlänge der das gegriffene Bauteil berührenden Linien der Greifoberfläche proportional angesehen werden. Um eine große Linienzahl bzw. eine große Gesamtlänge der Linien zu erreichen ist eine möglichst hohe Liniendichte anzustreben. Die Haftung des gegriffenen Bauteils am Greifer ist auch vom Werkstoff des gegriffenen Bauteils bzw. von der Werkstoffpaarung des gegriffenen Bauteils und der Greiferoberfläche abhängig. Möglicherweise haften nicht alle Werkstoffe am erfindungsgemäßen Greifer.
- Die Erfindung hat den Vorteil eines einfachen Greifers ohne gegeneinander bewegliche Bauteile. Eine Steuerung einer mechanischen Greifkraft oder einer lichten Greifweite eines zangenartigen Greifers erübrigen sich. Die Gefahr einer Beschädigung oder Zerstörung eines Bauteils beim Greifen durch zu hohe mechanische Greifkräfte ist nicht gegeben. Da der erfindungsgemäße Greifer keine gegeneinander beweglichen Bauteile aufweist ist eine kleine Ausbildung des Greifers problemlos möglich. Andererseits ist das Greifen eines Kleinstteils mit einem größeren Greifer, dessen Greifoberfläche größer als die anliegende Fläche des gegriffenen Bauteils ist, problemlos möglich, so dass es nicht unbedingt notwendig ist, den Greifer möglichst klein auszubilden.
- Ein weiter Vorteil des erfindungsgemäß Greifers ist, dass er auch in Schwerelosigkeit und in Vakuum funktioniert, weil seine Adhäsion oder Haftung weder einen Umgebungsdruck noch eine Schwerkraft voraussetzen.
- Um eine hohe Liniendichte zu erreichen sieht eine Ausgestaltung der Erfindung eine mäander- oder eine ringförmige Linienstruktur vor. Bei einer ringförmigen Linienstruktur können die Ringe ineinander angeordnet sein, wobei die Ringe weder konzentrisch noch kreisförmig sein müssen, die Ringform ist an sich beliebig. Auch die Mäanderform muss nicht zwingend gerade Abschnitt aufweisen. Die genannten Linienstrukturen ermöglichen eine hohe Liniendichte bei kreuzungsfreier Linienführung. Kreuzungspunkte der Linien der Greifoberfläche des erfindungsgemäßen Greifers verringern möglicherweise die Haftung eines gegriffenen Bauteils im Vergleich mit einander nicht kreuzenden Linien und sollen deswegen vermieden oder jedenfalls die Anzahl an Kreuzungspunkten niedrig gehalten werden. Sofern Kreuzungspunkte die Haftung nicht herabsetzen oder die Haftungsverringerung akzeptabel ist kann auch eine Greifoberfläche mit einer Kreuzungen aufweisenden Linienstruktur beispielsweise in Karo-, Rechteck- oder Rautenform vorgesehen werden.
- Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Punktstruktur der Greifoberfläche anstelle einer Linienstruktur vor. Hier ist die Haftung proportional der Anzahl der Punkte, weswegen eine hohe Punktdichte anzustreben ist. Die Greifoberfläche des erfindungsgemäßen Greifers kann beispielsweise eine Lamellen- oder eine Bürstenstruktur aufweisen.
- Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Mikro- oder Nanostruktur der Greifoberfläche vor. Damit ist die Linien- oder Punktdichte gemeint. Der Linien- oder Punktabstand liegt im Bereich von 1 μm bis wenigen 100 μm im Fall der Mikrostruktur und im Bereich von 1 nm bis mehreren 100 nm im Fall der Nanostruktur.
- In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Greifoberfläche des Greifers verformbar und passt sich mit geringer Verformungskraft- und -energie an die Form einer Oberfläche eines zu greifenden Bauteils an. Dadurch wird erreicht, dass der Greifer mit einer großen Anzahl an Linien und über eine große Länge der Linien der Linienstruktur oder mit einer großen Anzahl an Punkten der Punktstruktur seiner Greifoberfläche an einem gegriffenen Bauteil anliegt, auch wenn dessen Oberfläche unregelmäßig geformt ist. Dadurch wird eine hohe Haftung erreicht.
- Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Benetzung der Greifoberfläche vor. Die Benetzung kann mit einer Flüssigkeit, mit einem pastösen- oder gelartigen Medium erfolgen. Nachfolgend wird vereinfachend ausschließlich von einer Flüssigkeit gesprochen. Gewählt wird eine Flüssigkeit mit einer hohen Oberflächenspannung, beispielsweise Wasser oder ein Lösungsmittel. Durch das Benetzen ist die Haftung erhöht. Abhängig von der Materialpaarung beträgt die Haftung ein Mehr- oder Vielfaches der Haftung bei nicht benetzter Greifoberfläche und nicht benetztem Bauteil. Vorzugsweise weist der Greifer eine Einrichtung zum Benetzen seiner Greifoberfläche auf. Der Greifer kann beispielsweise rohr- oder schlauchartig sein, um das benetzende Medium zur Greifoberfläche zu leiten. In Weiterbildung weist der Greifer auch eine Einrichtung zum Entfernen des benetzenden Mediums auf, um ein gegriffenes Bauteil wieder loszulassen. Die Einrichtung zum Benetzen und/oder zum Entfernen des benetzenden Mediums kann beispielsweise eine Kolben-/Zylinder-Einheit oder einen Balg aufweisen.
- Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht Kapillaren zum Benetzen und/oder zum Entfernen des benetzenden Mediums vor, die zur Greifoberfläche des Greifers führen. Die Enden der Kapillaren an der Greifoberfläche können die Linienstruktur, nämlich eine große Anzahl dicht aneinander angeordnete, ringförmige Linien bilden. Sie können auch als Punkte aufgefasst werden.
- Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Heizeinrichtung vor, mit der die Greifoberfläche erwärmbar ist. Eine Erwärmung setzt die Oberflächenspannung eines benetzenden Mediums herab, wodurch sich die Haftung des erfindungsgemäßen Greifers steuern lässt.
- Die Greifoberfläche des erfindungsgemäßen Greifers weist eine Größe von etwa einem bis einigen mm2 oder auch von einem mm2 oder weniger auf.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Greifers; -
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Greifers; und -
3 eine Ausschnittsvergrößerung gemäß Kreis III in2 . - Der in
1 dargestellte, erfindungsgemäße Greifer1 ist stabförmig. Er weist eine Stirnfläche auf, die eine Greifoberfläche2 bildet und die mit einer mäanderförmigen, erhobenen Linienstruktur3 ausgebildet ist. Die Linienstruktur3 ist ein Vielfaches feiner als dargestellt, die Linienabstände liegen im Bereich von vorzugsweise unter 1/10 mm, also im Bereich von etwa 1 μm bis wenige 100 μm. Auch eine um den Faktor 1000 feinere Struktur im Bereich von 1 nm bis einige 100 nm ist möglich. Die mäanderförmige Linienstruktur kann auch als eine Art Lamellenstruktur ausgebildet sein. - Der Greifer
1 ist rohr- oder schlauchartig, d. h. in seiner Längsrichtung fluiddurchlässig, wogegen sein Umfang nicht fluiddurchlässig ist. Auf diese Weise ist die Greifoberfläche2 mit der Linienstruktur3 mit einem benetzenden Medium benetzbar, das aus einem Vorratsbehälter, beispielsweise einem Faltenbalg4 zuführbar ist, an den der Greifer1 angeschlossen ist. Mit dem Faltenbalg4 lässt sich das benetzende Medium auch wieder zurücksaugen um das Medium von der Linienstruktur3 der Greifoberfläche2 zu entfernen. - Im Bereich seiner Greifoberfläche
2 weist der Greifer1 eine Heizeinrichtung6 auf die in der Zeichnung symbolisch durch eine Heizwendel angedeutet ist. Die Linienstruktur3 ist weichelastisch, d. h. mit geringer Kraft verformbar. Die Greiffläche2 weist eine Größe von etwa 1 mm2 auf. - Der erfindungsgemäße Greifer
1 dient zum Greifen oder Halten von Kleinstteilen beispielsweise in der Elektronik oder in der Mikromechanik. Zum Greifen wird der Greifer1 mit seiner Greifoberfläche2 auf ein zu greifendes, nicht dargestelltes Bauteil aufgesetzt. Die weichelastische Linienstruktur3 passt sich an die Oberfläche des Bauteils an auch wenn diese unregelmäßig ist. Die Linienstruktur3 liegt dadurch auf ihrer gesamten Länge am zu greifenden Bauteil an. Aufgrund von Adhäsion haftet das Bauteil am Greifer1 und kann mit diesem beispielsweise angehoben und beliebig bewegt werden. Um die Haftung zu verbessern kann die Linienstruktur3 mit einem benetzenden Medium aus dem Balg4 benetzt werden. Das benetzende Medium weist eine hohe Oberflächenspannung auf, wodurch sich die Haftung im Vergleich mit einer trockenen Linienstruktur3 um ein Vielfaches erhöht. Als benetzendes Medium kommen beispielsweise Wasser oder Lösungsmittel in Betracht. Es kann sich um eine Flüssigkeit oder ein pastöses oder gelartiges Medium handeln. Ist die Linienstruktur3 benetzt, kann durch Erwärmen mit der Heizeinrichtung6 die Oberflächenspannung des Mediums herabgesetzt werden. Auf diese Weise ist die Haltekraft des Greifers1 steuerbar. Zum Lösen wird das benetzende Medium mit dem Faltenbalg4 zurückgesaugt, das gegriffene Bauteil muss eventuell von der Greifoberfläche2 des Greifers1 abgestriffen werden, um die Haftung durch trockene Adhäsion bei nicht benetzter Linienstruktur3 zu überwinden. Das Abstreifen ist problemlos möglich beispielsweise wenn elektronisches Bauelement mit seinen Anschlusskontakten in dafür vorgesehene Löcher einer Platine eingesetzt oder ein mikromechanisches Bauteil wie beispielsweise ein Zahnrad in eine zu seiner Aufnahme vorgesehene Vertiefung eingebracht ist. - Bei der nachfolgenden Erläuterung von
2 und3 werden für mit1 übereinstimmende Bauteile gleiche Bezugszahlen verwendet. Der in2 dargestellte, erfindungsgemäße Greifer1 weist ein Bündel Kapillaren7 auf, die mit einer schlauch- oder rohrartigen Hülle8 umgeben sind. Die Kapillaren7 stehen etwas aus der Umhüllung vor. Ihre vorderen Ränder bilden eine Linienstruktur nebeneinander angeordneter Ringe. Sie können auch als Punktstruktur aufgefasst werden. Ein Durchmesser der Kapillaren7 liegt im Bereich von 1 nm bis einigen 100 nm oder auch im Bereich von etwa 1 μm bis wenige 100 μm. Die Strukturdichte entspricht somit in etwa derjenigen des Greifers1 aus1 . Die die ringförmige Linienstruktur oder Punktstruktur bildenden vorderen Enden der Kapillaren7 treten an die Stelle der mäanderförmigen Linienstruktur3 des Greifers1 aus1 . Die Kapillaren7 sind elastisch oder biegeschlaff und passen sich dadurch an eine auch unregelmäßige Oberfläche eines zu greifenden, nicht dargestellten Kleinstteils an. Wirkungsweise und Funktion des in2 dargestellten Greifers1 stimmt mit derjenigen des Greifers1 aus1 überein. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird zur Erläuterung von2 insoweit auf die Erläuterungen von1 verwiesen. Ebenso wie der Greifer1 aus1 weist auch der Greifer1 aus2 einen Faltenbalg4 zum Benetzen der Greifoberfläche2 und eine Heizeinrichtung6 auf. Die Kapillaren7 kommunizieren mit dem Faltenbalg4 , das benetzende Medium strömt durch die Kapillaren7 an deren vordere Enden, die die ringförmige Linienstruktur bilden. Das Entfernen des benetzenden Mediums erfolgt durch Rücksaugen des Mediums durch die Kapillaren7 mit dem Faltenbalg4 .
Claims (13)
- Greifer für Kleinstteile, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (
1 ) eine Greifoberfläche (2 ) mit einer Linienstruktur (3 ) aufweist. - Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linienstruktur (
3 ) mäander- oder ringförmig ist. - Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifoberfläche (
2 ) eine Punktstruktur aufweist. - Greifer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifoberfläche (
2 ) eine hohe Linien- oder Punktdichte aufweist. - Greifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifoberfläche (
2 ) eine Lamellen- oder Bürstenstruktur aufweist. - Greifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifoberfläche (
2 ) eine Mikro- oder Nanostruktur aufweist. - Greifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifoberfläche (
2 ) verformbar ist. - Greifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifoberfläche (
2 ) benetzt ist. - Greifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (
1 ) eine Einrichtung (4 ) zum Benetzen und/oder Entfernen eines benetzenden Mediums aufweist. - Greifer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (
1 ) Kapillaren (7 ) aufweist, die zu der Greifoberfläche (2 ) führen. - Greifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (
1 ) eine Heizeinrichtung (6 ) für die Greifoberfläche (2 ) aufweist. - Greifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifoberfläche (
2 ) eine Größe von etwa 1 bis einigen mm2 aufweist. - Greifer nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifoberfläche (
2 ) eine Größe von einem mm2 oder weniger aufweist.
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