DE102007030362A1

DE102007030362A1 - Modulsystem zur Vakuumerzeugung

Info

Publication number: DE102007030362A1
Application number: DE200710030362
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Kasprich; Viktor Renz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2009-01-02
Also published as: WO2009003444A1; EP2179184A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Modulsystem zur Vakuumerzeugung, insbesondere für die Handhabungstechnik, bestehend aus einem Vakuumerzeuger, der über eine Strömungsverbindung mit mindestens einem Ventil verbunden ist. Es wird die Aufgabe gelöst, ein solches Modulsystem zu schaffen, das durch eine neuartige Zusammenschaltung bekannter Vakuumkomponenten eine schnellere Betriebsweise und somit eine verbesserte Funktionsfähigkeit ermöglicht. Dies wird erreicht, indem in einem gemeinsamen Gehäuse (G) eine Vakuumerzeugung (V3; V5), ein Filter (F1) und mindestens ein Ventil (V1; V2; V4) baulich integriert sind, wobei die im Gehäuse (G) angeordneten Baugruppen über separate Anschlüsse (A; B; C) mit weiteren Baugruppen des zugeordneten technischen Systems in Wirkverbindung bringbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Modulsystem zur Vakuumerzeugung, insbesondere für die Handhabungstechnik, bestehend aus einem Vakuumerzeuger, der über eine Strömungsverbindung mit mindestens einem Ventil verbunden ist.
Für verschiedenartige technische Lösungen werden Baugruppen zur Erzeugung eines Vakuums benötigt. Unabhängig von der jeweils konkreten Ausgestaltung und Anwendung der Vakuumtechnik bestehen diese Anlagen grundsätzlich aus einem Vakuumerzeuger (Vakuumpumpe, Ejektor), der über eine Verschlauchung unter Verwendung von oftmals großvolumigen Vakuumschläuchen mit den Vakuumventilen verbunden ist.
Eine diesbezüglich typische Anwendung sind Fertigungslinien in der Automobilindustrie, an denen für Kraftfahrzeuge eine Erstbefüllung von Gehäusen, Kreisläufen, Ausgleichbehältern und dergleichen Baugruppen mit Kraft-, Schmier-, Kühl- und sonstigen Betriebsstoffen realisiert werden muss. Hierfür werden oftmals Füllanlagen benutzt, die nach dem Prinzip der Vakuum-Druck-Befüllung arbeiten. DE 196 42 239 C2 beschreibt eine diesbezügliche Anlage zum Befüllen eines Behälters mit Bremsflüssigkeit, wobei dieser Behälter vor dem Befüllen mit einem Überdruck oder Unterdruck beaufschlagt wird.
Eine weitere Anwendung ist der Vakuumguss zur Herstellung geometrisch anspruchsvoller Bauteile auf dem Gebiet der Kunststofftechnik. Aus DE 92 09 342 U1 ist eine Vorrichtung zur Erwärmung gießfähiger Polymere bekannt. Die Vorrichtung weist eine Vakuumeinheit auf, die mit mindestens zwei Vorratsbehältern und einer Mischeinheit für unterschiedliche Harzkomponenten über flexible Schlauchleitungen in Wirkverbindung steht.
Weitere Einsatzgebiete der Vakuumtechnik sind Industrieroboter, Handhabungsgeräte und Verpackungsmaschinen an automatisierten Fertigungslinien zahlreicher Industriezweige. Hierbei können diese Vorrichtungen gemäß DE 20 2006 016 226 U1 zum Beispiel als Vakuumsauger ausgestaltet werden für das Anheben, Transportieren oder Ablegen von Werkstücken aus beispielsweise Papier oder Blech, die in Handhabungs- oder Sortiereinrichtungen der graphischen oder Blech verarbeitenden Industrie zum Einsatz kommen. Ebenso ist eine Beaufschlagung von Vakuumpipetten in sog. Pick & Place-Maschinen möglich. Für derartige Anwendungen werden insbesondere folgende Eigenschaften angestrebt:

– hohe Arbeitsgeschwindigkeit
– geringer Platzbedarf und geringes Gewicht
– Montagefreundlichkeit und Wartungsfreiheit
– geringer Aufwand bezüglich Kosten und Energie
– geringe Geräuschbelästigung

Hierbei wird zunehmend eine modulartige Ausgestaltung der grundsätzlichen Baugruppen angestrebt, um mit relativ geringem Montage- und Zeitaufwand eine für den jeweils konkreten Einsatz weitgehend optimale Gerätekonfiguration realisieren zu können. Problematisch ist jedoch, dass modulartige Kombinationen unterschiedlicher Baugruppen zwangsläufig relativ lange Strömungswege für das als Betriebsmittel verwendete Fluid (Druckluft) bewirken, wodurch die Reaktionszeit der gesamten Anlage beeinträchtigt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die an einem vorgegebenen Ort innerhalb kürzester Zeit wahlweise einen Fluidstrom mit vordefiniertem Unterdruck oder mit vorgegebenem Überdruck erzeugt. Dieser Fluidstrom soll es ermöglichen, beispielsweise eine an die Vorrichtung angeschlossene Leitung einerseits impulsartig zu evakuieren und den erzeugten Unterdruck über längere Zeit zu halten, andererseits mittels eines kurzen Überdruckstoßes den Unterdruck schlagartig abzubauen oder die Leitung frei zu blasen. Hierfür soll insbesondere ein Modulsystem für die Vakuumtechnik geschaffen werden, das durch eine neuartige Zusammenschaltung bekannter Vakuumkomponenten eine schnellere Betriebsweise und somit eine verbesserte Funktionsfähigkeit ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst, indem in einem gemeinsamen Gehäuse eine Vakuumerzeugung, ein Filter und mindestens ein Ventil baulich integriert sind, wobei die im Gehäuse angeordneten Baugruppen über separate Anschlüsse mit weiteren Baugruppen des zugeordneten technischen Systems in Wirkverbindung bringbar sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, deren technische Merkmale im Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.
Das erfindungsgemäße Modulsystem zur Vakuumerzeugung ist für verschiedenartige Anwendungen geeignet. Eine bevorzugte Anwendung ist beispielsweise die Nutzung für einen Sauger einer Handhabungseinheit. Bei einer solchen Anwendung führt von vorzugsweise zwei Druckluftleitungen eine in den Ejektor, der ausgangsseitig mit dem Sauger verbunden ist. Diese Druckluftleitung erzeugt das Vakuum für den Sauger. Die andere Druckluftleitung führt direkt zur Eingangsseite des Saugers und erzeugt einen Blasimpuls. Demzufolge sind beide Anschlüsse an der Eingangsseite des Saugers Y-förmig verschaltet.
Die Ansteuerung der beiden Druckluftleitungen erfolgt über separate Ventile aus der Ventilbaugruppe heraus. Über den Anschluss zur Vakuumerzeugung kann eine Beaufschlagung durch einen variablen Fluidstrom zur Erzielung einer vorgewählten Stärke des Vakuums realisiert. Dies kann beispielsweise in diskreten Stufen über eine Kaskadenschaltung von Schaltventilen oder kontinuierlich mittels Proportionalventil erfolgen. Für die Blasimpulserzeugung erfolgt die Ansteuerung über ein Schaltventil, das die Leitung während der Vakuum-Erzeugung zur anderen Seite hin abschließt, um Rückwirkungen zu vermeiden.
Die vorgeschlagene technische Lösung ergibt gegenüber konventionellen Konstruktionen mit einer zentralen Vakuumversorgung erhebliche Vorteile, insbesondere bezüglich

– Kosten, weil die kostenintensive, laute und voluminöse zentrale Vakuumpumpe entfällt und lediglich dünne, meist ohnehin vorhandene Druckluftleitungen notwendig sind, so dass die sperrigen Vakuumleitungen vollständig entfallen können
– Geräusch, weil nunmehr Ejektoren mit Diffusoren anstelle der üblichen Vakuumpumpen verwendet werden
– Geschwindigkeit, weil nur jeweils kleine Volumina druckmäßig „umgeladen" werden müssen
– Energieverbrauch, weil das Vakuum nicht permanent vorgehalten werden muss, sondern vom Ejektor nur während der Zeit erzeugt wird, in welcher tatsächlich Vakuum benötigt wird

Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Modulsystems zur Vakuumerzeugung werden in eine an sich bekannte pneumatische Baueinheit zusätzlich Ventilfunktionen integriert, wodurch sich eine weitere Steigerung der Schaltgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Reduzierung der Kosten erzielen lässt. Unter „Integration" ist hierbei die enge räumliche Zuordnung in einer funktional zusammenhängenden Baugruppe, die vorteilhafter Weise auch räumlich kompakt aufgebaut ist, zu verstehen. Diese Baugruppe muss aber nicht notwendigerweise einstückig ausgeführt sein.
In den – bereits als mögliche Anwendung benannten – Handhabungseinheiten kommen überwiegend mehrere Sauger zum Einsatz. Dabei bietet es sich an, nicht jedem Saugersystem eine eigene Ventilbaugruppe zuzuordnen, sondern bestimmte Funktionen, zum Beispiel die Kaskadenschaltung für die Vakuumerzeugung, jeweils zusammenzufassen und dadurch Ventile einzusparen. Hierbei muss allerdings beachtet werden, dass beim Parallelbetrieb mehrerer Sauger zwischen den jeweiligen Anschlüssen der einzelnen Baugruppen fluidisch ein Kurzschluss besteht, was zu Leckagen und unter Umständen zum Zusammenbruch des Vakuums führt. Deshalb dürfen diese Anschlüsse nicht zusammengefasst werden, sondern jeder Anschluss muss sein eigenes Magnetventil behalten.
Die erfindungsgemäße Lösung schlägt nun vor, die einzelnen Anschlüsse mit einem Rückschlagventil, das die Funktion eines fluidischen Schwellwertschalters hat, abzuschließen. Folglich können für den Blasimpuls mehrere Sauger von einem einzigen Ventil beaufschlagt werden. Dies führt zur Reduzierung von Kosten, da weniger Magnetventile und Leitungen benötigt werden. Gleichzeitig wird das fluidische Totvolumen weiter verringert und damit die Schaltgeschwindigkeit erhöht. In der praktischen Anwendung werden als Rückschlagventil vergleichsweise einfache integrierte Feder-Kugel-Systeme bevorzugt.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
1 den grundsätzlichen Aufbau eines Modulsystems in einer ersten Variante
2 ein gegenüber 1 etwas modifiziertes Modulsystem
Das gezeigte Modulsystem zur Vakuumerzeugung ist insbesondere für die Ausstattung von Handhabungstechnik geeignet. Hierbei sind in einem gemeinsamen Gehäuse G eine Vakuumerzeugung V3 bzw. V5, ein Filter F1 und mindestens ein Ventil V1 und/oder V2 und/oder V4 baulich integriert. Diese im Gehäuse G angeordneten Baugruppen können über separate Anschlüsse A und/oder B und/oder C mit weiteren Baugruppen des jeweils zugeordneten technischen Systems in Wirkverbindung gebracht werden.
Das in 1 dargestellte Modul besteht aus einem Gehäuse G mit integrierter Vakuumerzeugung V3, einem Filter F1 sowie zwei Ventilen V1 und V2. Diese Ventile V1 und V2 sind im Strömungsweg zwischen einem Anschluss A und der Vakuumerzeugung V3 ausgehend vom Anschluss A zueinander parallel und im weiteren Strömungsweg auf jeweils einen separaten Anschluss 1 und 2b der Vakuumerzeugung V3 geschaltet.
Sofern der Anschluss A mit Druck beaufschlagt und das Ventil V1 betätigt wird, erzeugt die Vakuumerzeugung V3 ein Vakuum an den Anschlüssen 2a und 2b. Dieses Vakuum liegt über den Filter F1 am Ausgang C an. Das geschlossene Ventil V2 verhindert, dass am Anschluss 2b eine Leckage entsteht.
Sofern der Anschluss A mit Druck beaufschlagt und das Ventil V2 betätigt wird, wird das Vakuumniveau im System durch das einströmende Medium aufgehoben. Außerdem wird über den Filter F1 am Ausgang C ein Abblas- und/oder Reinigungsimpuls für den Sauger generiert.
Das in 2 dargestellte Modul besteht aus einem Gehäuse G mit integrierter Vakuumerzeugung V5, einem Filter F1 und einem federbelasteten Rückschlagventil V4. Hierbei ist das federbelastete Rückschlagventil V4 im Strömungsweg zwischen einem Anschluss B und der Vakuumerzeugung V5 angeordnet.
Sofern der Anschluss A mit Druck beaufschlagt wird, erzeugt die Vakuumerzeugung V5 ein Vakuum an den Anschlüssen 2a und 2b. Dieses Vakuum liegt über den Filter F1 am Ausgang C an. Das federbelastete Rückschlagventil V4 verhindert, dass am Anschluss B ein Vakuum entsteht.
Sofern der Anschluss B mit Druck beaufschlagt wird, gibt die Feder des Rückschlagventils V4 nach. Das Vakuumniveau im System wird durch das daraufhin einströmende Medium aufgehoben. Außerdem wird über den Filter F1 am Ausgang C ein Abblas- und/oder Reinigungsimpuls für den Sauger generiert.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass im Gehäuse G in den Strömungswegen zwischen den Anschlüssen A und B und der Vakuumerzeugung V5 jeweils federbelastete Rückschlagventile V4 angeordnet sind. Bei einer solchen, in der Zeichnung nicht näher dargestellten Variante, sind die zwei Rückschlagventile V4 auf jeweils einen separaten Anschluss 1 und 2b der Vakuumerzeugung V5 geschaltet.

A: Anschluss
B: Anschluss
C: Ausgang
F1: Filter
G: Gehäuse
V1: Ventil
V2: Ventil
V3: Vakuumerzeugung
V4: Rückschlagventil
V5: Vakuumerzeugung
1: Anschluss an Vakuumerzeugung
2a: Anschluss an Vakuumerzeugung
2b: Anschluss an Vakuumerzeugung
3: Anschluss an Vakuumerzeugung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19642239 C2 [0003]
- DE 9209342 U1 [0004]
- DE 202006016226 U1 [0005]

Claims

Modulsystem zur Vakuumerzeugung, insbesondere für die Handhabungstechnik, bestehend aus einem Vakuumerzeuger, der über eine Strömungsverbindung mit mindestens einem Ventil verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem gemeinsamen Gehäuse (G) eine Vakuumerzeugung (V3; V5), ein Filter (F1) und mindestens ein Ventil (V1; V2; V4) baulich integriert sind, wobei die im Gehäuse (G) angeordneten Baugruppen über separate Anschlüsse (A; B; C) mit weiteren Baugruppen des zugeordneten technischen Systems in Wirkverbindung bringbar sind.
Modulsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (G) im Strömungsweg zwischen einem Anschluss (A) und der Vakuumerzeugung (V3) zwei Ventile (V1; V2) angeordnet sind, die ausgehend vom Anschluss (A) zueinander parallel und im weiteren Strömungsweg auf jeweils einen separaten Anschluss (1; 2b) der Vakuumerzeugung (V3) geschaltet sind.
Modulsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (G) im Strömungsweg zwischen einem Anschluss (B) und der Vakuumerzeugung (V5) ein Rückschlagventil (V4) angeordnet ist.
Modulsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (V4) als Feder-Kugel-System ausgestaltet ist.
Modulsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (G) in den Strömungswegen zwischen den Anschlüssen (A und B) und der Vakuumerzeugung (V5) jeweils Rückschlagventile (V4) angeordnet sind, die auf jeweils einen separaten Anschluss (1; 2b) der Vakuumerzeugung (V5) geschaltet sind.
Modulsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagventile (V4) als Feder-Kugel-Systeme ausgestaltet sind.