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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumerzeugervorrichtung,
die eine Ejektoreinrichtung aufweist, deren Einlass mit einem Luftversorgungskanal
und deren Saugseite mit einem mit einem Sauggreifer verbundenen
Saugkanal verbunden ist, und die einen zur Erfassung des im Saugkanal
herrschenden Druckes dienende Druckerfassungseinrichtung aufweist,
wobei im Saugkanal während einer Evakuierungsphase ausgehend vom
Atmosphärendruck ein zum Festhalten eines Gegenstandes
durch den Sauggreifer ausreichender Arbeits-Unterdruck aufgebaut
wird und während einer zeitlich danach stattfindenden Belüftungsphase ein
das Loslassen des zuvor angesaugten Gegenstandes bewirkender Unterdruckabbau
hervorgerufen wird.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Vakuumerzeugervorrichtung, mit einer
Ejektoreinrichtung, die einen mit einem Luftversorgungskanal verbundenen Einlass
aufweist und über eine Saugöffnung verfügt, an
die ein Saugkanal angeschlossen ist, der mit einem Sauggreifer verbunden
oder verbindbar ist, ferner mit einer zur Erfassung des im Saugkanal
herrschenden Druckes dienenden Druckerfassungseinrichtung, und mit
einer Steuerelektronik zu derartigen Steuerung der Druckbeaufschlagung
des Saugkanals, dass während einer Evakuierungsphase ausgehend
vom Atmosphärendruck ein zum Festhalten eines Gegenstandes durch
den Sauggreifer ausreichender Arbeits-Unterdruck aufbaubar ist und
während einer zeitlich danach liegenden Belüftungsphase
ein das Loslassen des zuvor angesaugten Gegenstandes bewirkender
Unterdruckabbau hervorrufbar ist.
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Eine
derartige Vakuumerzeugervorrichtung sowie ein zu ihrem Betrieb geeignetes
Verfahren der genannten Art gehen aus der
DE 10 2004 031 924 B4 hervor.
Die bekannte Vakuumerzeugervorrichtung enthält eine Ejektoreinrichtung,
deren Einlass über einen Luftversorgungskanal mit einer
Druckluftquelle verbindbar ist, um an einer eine Saugseite definierenden
Saugöffnung einen Unterdruck zu erzeugen. Der Unterdruck
liegt auch an einem angeschlossenen Saugkanal an, der mit einem
Sauggreifer verbunden oder verbindbar ist, durch den sich ein handzuhabender
Gegenstand mittels Unterdruck festhalten und transportieren lässt.
Der zum Festhalten eines Gegenstandes erforderliche Arbeits-Unterdruck
wird in einer Evakuierungsphase aufgebaut, in der der Einlass der
Ejektoreinrichtung mit Druckluft versorgt wird. Zum Loslassen bzw.
Ablegen des zuvor angesaugten Gegenstandes wird der Unterdruck in
einer sich mit zeitlichem Abstand an die Evakuierungsphase anschließenden
Belüftungsphase wieder bis zum Atmosphärendruck
oder bis zu einem Überdruck abgebaut. Dies geschieht in
Verbindung mit einem Abschalten der Ejektoreinrichtung.
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Die
bekannte Vakuumerzeugervorrichtung enthält eine Überwachungseinrichtung
zur Erfassung der Anzahl von Regelungsvorgängen, die zwischen der
Evakuierungsphase und der Belüftungsphase durchgeführt
werden, um den Arbeits-Unterdruck innerhalb einer gewissen Bandbreite
konstant zu halten. Dies ermöglicht eine gewisse Überwachung
des Betriebsverhaltens der Vakuumerzeugervorrichtung. Insbesondere
sind Rückschlüsse dahingehend möglich,
ob eine verstärkte Leckage auftritt und ob folglich Störungen
im System vorliegen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt ebenfalls die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen
vorzuschlagen, die eine Funktionsüberwachung einer Vakuumerzeugervorrichtung
ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, dass die in der Evakuierungsphase bis zum Aufbau
des Arbeits-Unterdruckes verstreichende Evakuierungszeit und/oder
die in der Belüftungsphase bis zum Erreichen eines dem
Loslassen des zuvor festgehaltenen Gegenstandes zugeordneten Belüftungsdruckes
verstreichende Belüftungszeit erfasst wird und mit mindestens
einem vorgegebenen Referenzzeitwert verglichen wird, um in Abhängigkeit
vom Vergleichsergebnis ein elektrisches Diagnosesignal zu erzeugen.
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Die
Erfindung wird ferner bei einer Vakuumerzeugervorrichtung der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, dass die Steuerelektronik über Zeiterfassungsmittel
verfügt, durch die die in der Evakuierungsphase bis zum
Aufbau des Arbeits-Unterdruckes verstreichende Evakuierungszeit
und/oder die in der Belüftungsphase bis zum Erreichen eines dem
Loslassen des zuvor festgehaltenen Gegenstandes zugeordneten Belüftungsdruckes
verstreichende Belüftungszeit erfassbar ist, dass die Steuerelektronik
ferner über Vergleichermittel verfügt, durch die
die erfasste Evakuierungs- und/oder Belüftungszeit mit
mindestens einem in Speichermitteln abgelegten Referenzzeitwert
vergleichbar ist, und dass die Steuerelektronik über Ausgabemittel
verfügt, die in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis
der Vergleichermittel ein elektrisches Diagnosesignal ausgeben können.
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Sowohl
bei dem Verfahren als auch bei der insbesondere nach dem Verfahren
arbeitenden Vakuumerzeugervorrichtung ist es möglich, je
nach Ausstattung entweder nur die Evakuierungsphase oder nur die
Belüftungsphase oder gleichzeitig sowohl die Evakuierungsphase
als auch die Belüftungsphase im ihrem Zeitablauf zu überwachen
und durch Vergleich mit mindestens einem vorgegebenen Referenzzeitwert
eine Aussage über mögliche Funktionsstörungen
zu erhalten. Eine erfindungsgemäße Vakuumerzeugervorrichtung
kann ausgestattet sein, um entweder nur eine Überwachung
der Evakuierungsphase oder nur eine Überwachung der Belüftungsphase
durchführen zu können, wobei sie allerdings zweckmäßigerweise
so ausgebildet ist, dass beide Phasen überwachbar sind.
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In
der Evakuierungsphase wird mit Hilfe der an den Saugkanal angeschlossenen
Druckerfassungseinrichtung die Evakuierungszeit gemessen, die bis
zum Aufbau des Arbeits-Unterdruckes verstreicht, zweckmäßigerweise
ausgehend vom zuvor anliegenden Atmosphärendruck und insbesondere beginnend
mit einer Aktivierung der Ejektoreinrichtung.
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In
der Belüftungsphase wird die Belüftungszeit gemessen,
die verstreicht, bis der im Saugkanal herrschende Unterdruck aus
der Region des Arbeits-Unterdruckes bis auf einen Belüftungsdruck
abgesunken ist, der einem Loslassen des zuvor angesaugten Gegenstandes
zugeordnet ist. Der für den Zeitvergleich herangezogene
Belüftungsdruck ist zweckmäßigerweise
ein Druck, bei dessen Vorhandensein davon ausgegangen werden kann,
dass ein zuvor festgehaltener Gegenstand normalerweise wieder losgelassen
wurde oder wird. Der Belüftungsdruck kann unmittelbar dem
Atmosphärendruck entsprechen, liegt jedoch zweckmäßigerweise
um einen geringfügigen Sicherheitsdruckwert unter dem Atmosphärendruck,
was eine exaktere Messung ermöglicht, weil die Belüftungskennlinie
zum Atmosphärendruck hin unter Umständen sehr
flach ausläuft, insbesondere wenn ein Betrieb ohne Abwurfimpuls
stattfindet. Bei einem Betrieb mit Abwurfimpuls, wenn also das Loslassen
des Gegenstandes durch einen von einem Ausblasventil gesteuerten Überdruckimpuls
un terstützt wird, kann der Belüftungsdruck auch ein Überdruck
sein.
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Durch
den Zeitvergleich können in der Evakuierungsphase beispielsweise
dahingehende Fehlerquellen ermittelt werden, dass das System eine
zu hohe Leckage aufweist, dass ein Gegenstand nicht wie vorgesehen
am Sauggreifer anhaftet oder dass die Ejektoreinrichtung nicht arbeitet.
In Verbindung mit der Belüftungsphase lässt sich
durch Ermittlung einer Zeitüberschreitung beispielsweise
detektieren, dass die Ejektoreinrichtung nicht deaktiviert wurde oder
ein eventuell vorhandenes Ausblasventil nicht arbeitet.
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Als
Referenzzeitwert kann beispielsweise mindestens ein auf Erfahrungswerten
basierender Zeitwert hinterlegt sein, mit dem die erfasste Evakuierungszeit
und/oder Belüftungszeit vergleichbar ist, um dann in Abhängigkeit
vom Vergleichsergebnis ein elektrisches Diagnosesignal zu erzeugen,
das dem Nutzer Hinweise auf den aktuellen Funktionszustand gibt
oder unmittelbar selbst eine oder mehrere Maßnahmen veranlasst,
beispielsweise die Ausgabe einer optischen und/oder akustischen
Warnmeldung oder auch die direkte Ausgabe eines von einer externen
elektronischen Steuereinrichtung verarbeitbaren elektrischen Signals.
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Zweckmäßigerweise
ist der Evakuierungsphase und der Belüftungsphase jeweils
mindestens ein eigener Referenzzeitwert zugeordnet.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
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Als
Startzeitpunkt für die Erfassung der Belüftungszeit
kann man je nach Ausstattung der Vakuumerzeugervorrichtung den Ab schaltzeitpunkt
der Ejektoreinrichtung und/oder den Zeitpunkt eines aktiven Lufteinblasens
in den Saugkanal heranziehen.
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Zweckmäßigerweise
wird jeweils ein Diagnosesignal erzeugt, wenn die erfasste Evakuierungszeit oder
Belüftungszeit über dem jeweils zugeordneten Referenzzeitwert
liegt. Das Diagnosesignal kann unmittelbar vor Ort an der Vakuumerzeugervorrichtung visualisierbar
sein. Sofern die Vakuumerzeugervorrichtung an eine externe elektronische
Steuereinrichtung angeschlossen ist, kann auch an diese externe Steuereinrichtung
ein Diagnosesignal ausgegeben werden.
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Man
hat die Möglichkeit, die erfassten Abweichungen von dem
mindestens einen Referenzzeitwert unter Berücksichtigung
des Grades der Abweichung zu klassifizieren. In diesem Zusammenhang
können gleichzeitig mehrere unterschiedliche Referenzzeitwerte
für die Evakuierungszeit und/oder für die Belüftungszeit
hinterlegt sein, wobei das ausgegebene elektrische Diagnosesignal
davon abhängt, welcher der abgespeicherten Referenzzeitwerte
mit der jeweils erfassten Zeit korrespondiert. Dementsprechend können
Diagnosesignale in unterschiedlichen Diagnosestufen erzeugt werden,
bei denen unterschiedliche Folgemaßnahmen getroffen werden.
So kann beispielsweise bei einer geringeren Diagnosestufe lediglich
ein Warnsignal abgegeben werden, ohne die Funktion der Vakuumerzeugervorrichtung
zu beeinträchtigen. Steigt die Zeitabweichung an und tritt
das System dadurch in eine höhere Diagnosestufe, können
einschneidendere Maßnahmen hervorgerufen werden, bis hin
zu einem Umschalten auf Dauersaugbetrieb oder einem kontrollierten
Abschalten der Vorrichtung.
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Es
kann vorgesehen sein, dass die Ejektoreinrichtung auch nach Erreichen
des Arbeits-Unterdruckes in Betrieb bleibt, um eine ständige
Absaugwirkung im Saugkanal hervorzurufen. Ins besondere in diesem
Fall kann der für den Zeitvergleich herangezogene Arbeits-Unterdruck
unter dem letztlich tatsächlich erreichbaren maximalen
Unterdruck liegen. Alternativ besteht auch die Möglichkeit
zu einer dahingehenden Ausgestaltung, dass die Ejektoreinrichtung
bei Erreichen eines Arbeitsunterdruckes abgeschaltet wird. In diesem
Fall wird zweckmäßigerweise eine dahingehende
Regelung vorgesehen, dass in zeitlicher Abfolge stets von Neuem
bis zum Erreichen des gewünschten Arbeits-Unterdruckes
evakuiert wird, wenn der Unterdruck eine gewisse Schwelle unterschreitet.
Mit einer solchen Ausgestaltung ist ein besonderer Luftspareffekt
und folglich ein Energiespareffekt verbunden.
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Insbesondere
bei der vorgenannten Ausführungsform ist es von Vorteil,
wenn in den Saugkanal ein Rückschlagventil eingeschaltet
ist, das bei abgeschalteter Ejektoreinrichtung einen unerwünschten Abbau
des Unterdruckes in dem sich zwischen dem Rückschlagventil
und dem Sauggreifer befindenden Systemabschnitt verhindert. Die
Druckerfassungseinrichtung erfasst hierbei zweckmäßigerweise
den Unterdruck in dem zwischen dem Rückschlagventil und
dem Sauggreifer verlaufenden Abschnitt des Saugkanals.
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Die
Belüftungsphase kann eingeleitet werden, indem die Ejektoreinrichtung
abgeschaltet wird. Bei Bedarf kann gleichzeitig mit dem Abschalten
der Ejektoreinrichtung ein Ausblasventil aktiviert werden, um unter
atmosphärischem Überdruck stehende Druckluft aktiv
in den Saugkanal einzublasen und das Ablegen eines zuvor angesaugten
Gegenstandes durch einen als Abwurfimpuls bezeichenbaren Überdruckimpuls
zu unterstützen.
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Zweckmäßigerweise
können die Referenzzeitwerte für die Evakuierungszeit
und/oder die Belüftungszeit durch den Nutzer der Vorrichtung
selbst eingegeben werden. Hierzu enthält die Va kuumerzeugervorrichtung
zweckmäßigerweise geeignete Eingabemittel.
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Zusätzlich
oder alternativ kann auch die Möglichkeit bestehen, die
Referenzzeitwerte durch einen Einlernprozess zu bestimmen. Dies
kann beispielsweise dadurch geschehen, dass man die Vakuumerzeugervorrichtung
mehrfach hintereinander abwechselnd in der Evakuierungsphase und
der Belüftungsphase betreibt und die hierbei auftretenden Evakuierungszeiten
und Belüftungszeiten erfasst, die dann später
zur Bestimmung des jeweiligen Referenzzeitwertes ausgewertet werden.
Die Auswertung kann beispielsweise jeweils in der Bestimmung eines Mittelwertes
bestehen. Vorzugsweise können die derart bestimmten Referenzzeitwerte
durch die Vakuumerzeugervorrichtung visualisiert werden. Ferner kann
die Möglichkeit gegeben sein, diese Werte manuell zu ändern,
um sie an spezielle Anforderungen individuell anzupassen.
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Die
für die Auswertung verantwortliche Steuerelektronik der
Vakuumerzeugervorrichtung ist zweckmäßigerweise
ein interner Bestandteil einer auch die Ejektoreinrichtung enthaltenden
Vakuumerzeugereinheit.
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In
den Verlauf des Saugkanals ist zweckmäßigerweise
ein Luftfilter eingeschaltet. In diesem Zusammenhang ist es von
Vorteil, wenn Überwachungsmittel zur Überwachung
des Filterverschmutzungsgrades vorhanden sind. Deren Funktion basiert insbesondere
auf einer Auswertung des Differenzdruckes des vor und nach dem Luftfilter
herrschenden Druckes.
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Des
Weiteren besteht die Möglichkeit, eventuell vorhandene
elektrisch betätigbare Ventile in ihrer Funktion zu überwachen
und auf diese Weise eventuelle Fehlfunktionen zu diagno stizieren.
Die Auswertung erfolgt auch hier zweckmäßigerweise durch
die Steuerelektronik.
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Nachfolgend
wir die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher
erläutert. In dieser zeigen:
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1 in
schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vakuumerzeugervorrichtung
zur Durchführung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens, und
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2 ein
Diagramm, in dem anhand eines während des Handhabens eines
Gegenstandes stattfindenden Arbeitszyklus der über die
Zeit aufgetragene Unterdruckverlauf im Saugkanal ersichtlich.
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Die
in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Vakuumerzeugervorrichtung
dient insbesondere dem Zweck, Gegenstände 5 zeitweilig mittels
Unterdruck festzuhalten, damit sie zwischen verschiedenen Orten
umpositioniert werden können. Sie wird beispielsweise in
der Montagetechnik oder in der Verpackungsindustrie eingesetzt.
In 1 ist als Gegenstand 5 exemplarisch ein
plattenförmiges Erzeugnis illustriert.
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Die
Vakuumerzeugervorrichtung 1 enthält eine Vakuumerzeugereinheit 2,
an die mindestens ein Sauggreifer 7 angeschlossen ist.
Prinzipiell kann die Vakuumerzeugervorrichtung 1 auch mit
mehreren Vakuumerzeugereinheiten 2 ausgestattet sein, die auch
zu einer Baugruppe zusammengefasst werden können.
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Der
Sauggreifer 7 ist über eine Saugleitung 4 an
die Vakuumerzeugereinheit 2 angeschlossen. Er kann hierbei
entfernt zu der Vakuumerzeugereinheit 2 angeordnet sein.
Es besteht al lerdings auch die Möglichkeit, den Sauggreifer 7 unmittelbar
an der Vakuumerzeugereinheit 2 anzuordnen, so dass eine starre
Baugruppe vorliegt.
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Bei
dem Sauggreifer 7 handelt es sich exemplarisch um einen
Saugnapf oder Saugteller. Er begrenzt eine eine Arbeitsöffnung 8 aufweisende
Saugkammer 12 und kann derart verlagert werden, dass er
mit seiner Arbeitsöffnung 8 voraus an dem handzuhabenden
Gegenstand 5 zur Anlage gelangt. Im Moment der Anlage ist
die Arbeitsöffnung 8 durch den Gegenstand 5 abgedeckt
und die Saugkammer 12 zur Atmosphäre hin verschlossen.
Dieser Zustand ist in der Zeichnung strichpunktiert angedeutet.
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Das
Verlagern des Sauggreifers 7 geschieht durch Verlagerung
einer ihn tragenden Einrichtung, bei der es sich um die Vakuumerzeugereinheit 2 selbst
handeln kann, wenn er daran befestigt ist.
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An
einem ein- oder mehrteiligen Hauptgehäuse 3 der
Vakuumerzeugereinheit 2 befindet sich eine Luftversorgungsschnittstelle 17,
die zur Einspeisung von Druckluft dient, die von einer externen Druckluftquelle 18 zur
Verfügung gestellt wird. Ferner befindet sich an dem Hauptgehäuse 3 mindestens eine
elektromechanische Kommunikationsschnittstelle 22 für
den Austausch elektrischer Signale und für die Einspeisung
der für den Betrieb der elektrischen Komponenten der Vakuumerzeugereinheit 2 benötigten
elektrischen Energie. An die Kommunikationsschnittstelle 22 kann
in diesem Zusammenhang eine in 1 schematisch
angedeutete externe elektronische Steuereinrichtung 23 angeschlossen
werden.
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Das
für das Ergreifen eines Gegenstandes 5 erforderliche
Vakuum wird unmittelbar in der Vakuumerzeugereinheit 2 erzeugt.
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Diese
ist hierfür mit mindestens einer Ejektoreinrichtung 27 ausgestattet,
die mindestens eine nach dem Ejektorprinzip arbeitende Saugdüse 26 beinhaltet,
deren Einlass 29 über einen Luftversorgungskanal 32 an
die Luftversorgungsschnittstelle 17 und mithin an die Druckluftquelle 18 angeschlossen ist.
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Die
Ejektoreinrichtung 27 besitzt außerdem einen zur
Atmosphäre führenden Auslass 33, an dem bei
Bedarf ein Schalldämpfer anschließbar ist.
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Schließlich
verfügt die Ejektoreinrichtung 27 über
eine Saugseite oder Saugöffnung 34, die über einen
Saugkanal 35 an die Saugkammer 12 des Sauggreifers 7 angeschlossen
ist.
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Der
Saugkanal 35 verläuft mit einem ersten Kanalabschnitt 35a im
Inneren des Hauptgehäuses 3, wobei er sich ausgehend
von der Saugöffnung 34 zu einer außen
am Hauptgehäuse 3 angeordneten Saugleitung-Schnittstelle 6 erstreckt.
An letztere ist die schon erwähnte Saugleitung 4 angeschlossen,
in der sich der Saugkanal 35 mit einem Kanalabschnitt 35b bis
hin zur der Saugkammer 12 fortsetzt.
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In
den Verlauf des Luftversorgungskanals 32 ist ein elektrisch
betätigbares Steuerventil 36 eingeschaltet, das
zweckmäßigerweise über eine 2/2-Wege-Funktionalität
verfügt. Es kann den Luftdurchgang durch den Luftversorgungskanal 32 wahlweise
absperren oder freigeben, um dadurch die Luftversorgung des Einlasses 29 der
Ejektoreinrichtung 27 wahlweise abzuschalten oder einzuschalten.
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Ein
weiterer Luftversorgungskanal, der zur besseren Unterscheidung als
Ausblaskanal 38 bezeichnet wird und der optional vorhanden
ist, kommuniziert einenends ebenfalls mit der Luftversorgungsschnittstelle 17 und
ist anderenends an einer Verbindungsstelle 28 mit dem Saugkanal 35 verbunden. Sofern
der Auslasskanal 38 vorhanden ist, ist in ihn wiederum
ein elektrisch betätigbares Steuerventil eingeschaltet,
dass zur besseren Unterscheidung als Ausblasventil 37 bezeichnet
sei. Es ist bevorzugt von der gleichen Art wie das bereits erwähnte
Steuerventil 36 und kann wahlweise eine von zwei Stellungen einnehmen,
in denen es den Luftdurchgang durch den Ausblaskanal 38 entweder
absperrt oder freigibt.
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In
den Verlauf des Saugkanals 35 kann ein nur gepunktet angedeutetes
Rückschlagventil 42 eingeschaltet sein. Es findet
vor allem dann Verwendung, wenn die Vakuumerzeugervorrichtung 1 mit
einer Luftsparfunktion ausgestattet ist. Während das Ausblasventil 37 mit
Ausblaskanal 38 unabhängig vom Vorhandensein eines
Rückschlagventils 42 vorhanden sein kann, setzt
die Präsenz des Rückschlagventils 42 das
Vorhandensein des Ausblaskanals 38 und des zugeordneten
Ausblasventils 37 voraus.
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Das
Rückschlagventil 42 ist so orientiert, dass es
eine Luftströmung vom Sauggreifer 7 hin zur Ejektoreinrichtung 27 zulässt,
in der Gegenrichtung jedoch verhindert. Mit anderen Worten nimmt
es eine Absperrstellung ein, wenn der auf der Seite der Ejektoreinrichtung 27 anstehende
Druck absolut größer ist als der auf der Seite
des Sauggreifers 7 anstehende Druck.
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Das
Rückschlagventil 42 sitzt in demjenigen Abschnitt
des Saugkanals 35, der sich zwischen der Saugöffnung 34 und
der Verbindungsstelle 28 erstreckt. Als weiteres Ausstattungsmerkmal
verfügt die Vakuumerzeugervorrichtung 1 über
eine Druckerfassungseinrichtung 24. Diese ermöglicht
eine Erfassung des im Saugkanals 35 herrschenden Druckes und
folglich auch des darin herrschenden Unterdruckes. Es handelt sich
bei der Druckerfassungseinrichtung 24 insbesondere um einen
Drucksensor, der den pneumatischen Druck in elektrische Drucksignale
umwandelt und diese über eine gestrichelt angedeutete Signalleitung 25 einer
im Folgenden als Steuerelektronik 14 bezeichneten internen
elektronischen Steuereinrichtung der Vakuumerzeugereinheit 2 zuführt.
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Die
Druckerfassungseinrichtung 24 ist bevorzugt unmittelbar
an den Saugkanal 35 angeschlossen. Die dafür vorgesehene
Anschlussstelle 30 liegt zwischen dem eventuell vorhandenen
Rückschlagventil 42 und dem Sauggreifer 7,
vorzugsweise an dem ersten Kanalabschnitt 35a. Dadurch
wird der im Saugkanal 35 herrschende Unterdruck auch dann
zuverlässig erfasst, wenn die Ejektoreinrichtung 27 abgeschaltet
ist und die Saugöffnung 34 über den Auslass 33 mit
der Atmosphäre in Verbindung steht.
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Bei
dem Steuerventil 36 und dem eventuell vorhandenen Ausblasventil 37 handelt
es sich zweckmäßigerweise um Magnetventile, wobei
allerdings auch eine Ausbildung als Piezoventile denkbar ist. Zweckmäßigerweise
sind sie vom Typ „normalerweise geschlossen", so dass sie
im elektrisch unbetätigten Zustand die den zugeordneten
Kanal absperrende Schließstellung einnehmen. Sie könnten
allerdings auch vom Typ „normalerweise offen" sein, und insbesondere
das Steuerventil 36 kann auch als bistabiles Ventil (Impulsventil)
ausgeführt sein.
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Ihre
Betätigungssignale erhalten das Steuerventil 36 und
das Ausblasventil 37 über je mindestens eine elektrische
Steuerleitung 47, 48, durch die sie an die schon
erwähnte Steuerelektronik 14 angeschlossen sind. Über
die Steuerleitungen 47, 48 können auch
von den Ventilen 36, 37 stammende Diagnosesignale
an die Steuerelektronik 14 übermittelt werden,
wenn die Ventile 36, 37 mit Mitteln zu ihrer Funktionsüberwachung
ausgestattet sind. Derartige Überwachungsmittel können
beispielsweise Mittel sein, die die Schaltstellung des jeweiligen
Ventils überwachen. Ferner kann durch die Überwachungsmittel
beispielsweise detektiert werden, wenn ein EEPROM defekt ist, wenn
Unterspannung oder ein Kurzschluss vorliegt, wenn die Magnetspule
durchgebrannt ist oder wenn die Magnetspule nicht schaltet.
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In
den Verlauf des Saugkanals 35 ist zweckmäßigerweise
auch ein Luftfilter 10 eingeschaltet, der die angesaugte
Luft von Verunreinigungen befreit. Diesem Luftfilter 10 sind
zweckmäßigerweise Überwachungsmittel 11 zugeordnet,
die den Filterverschmutzungsgrad überwachen. Exemplarisch
basiert das Funktionsprinzip der Überwachungsmittel 11 auf
einer Differenzdruckmessung, basierend auf der Druckdifferenz, die
durch die auf der einen Seite des Luftfilters angeordnete Druckerfassungseinrichtung 24 und
einen auf der anderen Seite des Luftfilters 10 angeordneten
Drucksensor 13 ermittelt wird. Die elektrischen Drucksignale
werden über die schon erwähnte Signalleitung 25 sowie
eine weitere Signalleitung 15 an die Steuerelektronik 14 übermittelt
und von dieser ausgewertet. Der Druckabfall über den Luftfilter
ist ein Maß für die Verschmutzung und kann genutzt
werden, um ein Signal auszugeben, das die Notwendigkeit zu einem
Filterwechsel anzeigt.
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Die
Steuerelektronik 14 steht über mindestens eine
Signalübertragungsleitung 43 und zweckmäßigerweise
auch mindestens eine die elektrische Energie übermittelnde
Energieübertragungsleitung 44 mit der Kommunikationsschnittstelle 22 in
Verbindung und kann auf diese Weise mit der externen elektronischen
Steuereinrichtung 23 kommunizieren.
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Der
strichpunktiert angedeutete, angesaugte Gegenstand 5 wird
durch das in Folge des Evakuierens der Saugkammer 12 erzeugte
Vakuum festgehalten. Um ihn wieder abzulegen, kann das Vakuum durch
Belüften der Saugkammer 12 wieder aufgehoben werden.
Letzteres geschieht beim Ausführungsbeispiel allein durch
ein Abschalten der Ejektoreinrichtung 27 durch Absperren
des Einlasses 29 von der Druckluftquelle 18 mit
Hilfe des in die Schließstellung geschalteten Steuerventils 36.
Die Saugkammer 12 liegt dann über den Saugkanal 35 sowie
die Saugöffnung 34 und den Auslass 33 hinweg
an der Atmosphäre und wird folglich belüftet.
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Ist
die Vakuumerzeugervorrichtung 1 mit einem Ausblasventil 37 ausgestattet,
kann das Belüften durch dieses Ausblasventil 37 unterstützt
oder auch allein durchgeführt werden. Ein alleiniges Belüften
durch das Ausblasventil 37 findet dann statt, wenn auch
das Rückschlagventil 42 vorhanden ist. In diesen
Fällen strömt unter Üerdruck stehende
Druckluft unter Hervorrufen eines Abwurfimpulses über das in
Offenstellung geschaltete Ausblasventil 37 an der Verbindungsstelle 28 unter
Umgehung der Ejektoreinrichtung 27 in den Saugkanal 35 ein,
sodass der Unterdruck sehr rasch abgebaut wird und unter Umständen
sogar zumindest kurzzeitig ein Überdruck im Saugkanal 35 herrscht.
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Im
Folgenden wird, unter ergänzender Beschreibung weiterer
Funktionalitäten und Ausstattungsmerkmale der Vakuumerzeugervorrichtung 1, eine
bevorzugte Betriebsweise dieser Vorrichtung erläutert.
Dies geschieht unter Bezugnahme auf das in 2 gezeigte
Diagramm, das anhand der in einer durchgezogenen Linie abgebildeten
Kurve 52 den zeitabhängigen Verlauf des im Saugkanal 35 an
der Anschlussstelle 30 herrschenden Druckes p wiedergibt.
Der Nullpunkt der Ordinate entspricht hier dem Atmosphärendruck,
nach oben ist der Unterdruck aufgetragen.
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Das
Diagramm bezieht sich auf eine Vakuumerzeugervorrichtung 1 ohne
Ausblasventil 37 und ohne Rückschlagventil 42.
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Zu
einem beliebigen Zeitpunkt t0 herrscht im Saugkanal 35 Atmosphärendruck.
Die Ejektoreinrichtung 27 ist hierbei deaktiviert, weil
das Steuerventil 36 die Schließstellung einnimmt.
Ein eventuell vorhandenes Ausblasventil 37 wäre
in diesem Fall geschlossen.
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Um
anschließend einen Gegenstand 5 anzuheben, wird
der Sauggreifer 7 mit seiner Arbeitsöffnung 8 voraus
an den Gegenstand 5 angesetzt und die Ejektoreinrichtung 27 eingeschaltet.
Letzteres geschieht durch Einschalten der Luftversorgung des Einlasses 29,
indem das Steuerventil 36 in die Offenstellung umgeschaltet
wird. Damit beginnt eine in 2 kenntlich
gemachte Evakuierungsphase 62.
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In
der Evakuierungsphase 62 baut sich im Saugkanal 35 gemäß einem
ersten Kurvenabschnitt 52a allmählich ein Unterdruck
auf, der ansteigt, bis er nach Verstreichen einer Evakuierungszeit
tE zum Zeitpunkt t1 einen
Arbeits-Unterdruck pA erreicht hat. Dieser
Arbeits-Unterdruck pA ist ausreichend hoch bemessen,
um den zu transportierenden Gegenstand 5 fest anzusaugen
und sicher festzuhalten.
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Es
schließt sich dann eine Zwischenphase 63 an, in
der die Ejektoreinrichtung 27 weiterhin unverändert
im Betrieb ist, der Unterdruck aber wegen Erreichen der Leistungsgrenze
der Ejektoreinrichtung 27 nicht weiter oder zumindest kaum
mehr ansteigt. Während der Zeitdauer der Zwischenphase 63 verbleibt
der Unterdruck im Saugkanal 35 somit im Wesentlichen auf
Höhe des Arbeits-Unterdruckes pA, wobei
eine gewisse Schwankungsbreite zulässig ist.
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Die
Zwischenphase 63 kann bei einer mit Luftsparmaßnahmen
ausgestatteten Vakuumerzeugervorrichtung 1 eine Regelungsphase
sein. Die Vakuumerzeugervorrichtung 1 enthält
dann das Rückschlagventil 42 und den Ausblaskanal 38 mit
zugeordnetem Ausblasventil 37. Die Regelungsphase sieht
vor, dass die Steuerelektronik 14 die Ejektoreinrichtung 27 zum
Zeitpunkt t1 abschaltet, wobei der Unterdruck
im Saugkanal 35 dann trotzdem im Wesentlichen bestehen
bleibt, weil das Rückschlagventil 42 einen Abbau
des Unterdruckes verhindert. Allerdings führen nicht vermeidbare
Leckagen gleichwohl zu einem allmählichen Abbau des Unterdruckes,
wobei die Steuerelektronik 14 die Ejektoreinrichtung 27 erneut
in Betrieb setzt, wenn die Druckerfassungsmittel 24 einen
zu starken Druckabbau bis auf einen vorgegebenen unteren Schaltwert
detektieren. In die Steuerelektronik 14 integrierte Regelungsmittel
sorgen hier für die gewünschte Druckregelung und
Ansteuerung der dafür verantwortlichen Komponenten, so
dass der Arbeits-Unterdruck pA während
der Zwischenphase 63 innerhalb eines durch den unteren Schaltwert
nach unten begrenzten Toleranzbandes beibehalten wird. Da die Ejektoreinrichtung 27 in
einer solchen als Regelungsphase fungierenden Zwischenphase nur
zeitweilig in Betrieb ist, wird Druckluft und mithin Energie eingespart.
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Die
Kurve 52 hat in ihrem der Zwischenphase 63 zugeordneten
zweiten Kurvenabschnitt 52b einen im Wesentlichen waagerechten
Verlauf.
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Der
Zeitpunkt t2 markiert das Ende der Zwischenphase 63 und
zugleich den Beginn einer sich anschließenden Belüftungsphase 64.
Zu Beginn dieser Belüftungsphase 64 wird das Steuerventil 36 durch
die Steuerelektronik 14 in die Schließstellung umgeschaltet
und dadurch die Ejektoreinrichtung 27 deaktiviert. Dieser
Zustand bleibt während der gesamten Belüftungsphase 64 erhalten.
Er hat zur Folge, dass die Saugleitung 25 und mithin die
Saugkammer 12 in der schon erwähnten Weise über
den Auslass 33 der Ejektoreinrichtung 27 mit der
Atmosphäre in Verbindung steht und folglich unter Atmosphärendruck
stehende Luft in die Saugleitung 35 einströmen kann,
was als Belüftung bezeichnet wird.
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Als
Resultat dieser Maßnahme sinkt der Unterdruck im Saugkanal 35 entsprechend
dem dritten Kurvenabschnitt 52c allmählich ab,
bis zu einem Zeitpunkt t4 wieder der Atmosphärendruck
erreicht ist. Dieser Druckabbau in der Belüftungsphase 64 bewirkt
ein Aufheben des Vakuums in der Saugkammer 12 und folglich
ein Loslassen des zuvor angesaugten Gegenstandes 5.
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Die
zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt
t4 verstreichende Zeit ist in 2 durch
einen Doppelpfeil markiert und sei als Gesamtbelüftungszeit
tGB bezeichnet.
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Die
Phasen 62, 63, 64 definieren mithin insgesamt
einen Arbeitszyklus A, beginnend mit dem Ansaugen eines Gegenstandes 5,
dessen anschließendem Festhalten und schließlich
dem Ablegen des Gegenstandes. Die Zwischenphase 63 kann
genutzt werden, um den Sauggreifer 7 mit daran fixiertem Gegenstand 5 zu
verlagern, um den Gegenstand 5 zwischen zwei Stellen umzusetzen.
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An
den Zeitpunkt t4 kann sich unmittelbar wieder
eine neue Evakuierungsphase anschließen, oder aber eine
Ruhephase, die genutzt wird, um den Sauggreifer 7 am nächsten
handzuhabenden Gegenstand zu positionieren.
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Die
Steuerelektronik 14 ist mit Zeiterfassungsmitteln 51 ausgestattet,
die in der Lage sind, sowohl die oben schon erwähnte Evakuierungszeit
tE zu erfassen als auch, unabhängig
davon, eine Belüftungszeit tB,
die zwischen dem Startzeitpunkt t2 der Belüftungsphase
und dem Erreichen eines Belüftungsdruckes pB verstreicht.
Als Startzeitpunkt für die Erfassung der Evakuierungszeit
tE wird zweckmäßigerweise
der Einschaltzeitpunkt der Ejektoreinrichtung 27 zugrundegelegt.
Mit anderen Worten entspricht hier die Evakuierungszeit tE derjenigen Zeit, die verstreicht, bis sich
im Saugkanal 35 ausgehend vom Atmosphärendruck
der Arbeits-Unterdruck pA aufgebaut hat.
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In
dem Diagramm der 2 ist als für die Zeiterfassung
relevanter Arbeits-Unterdruck pA der maximal
vom System erzeugbare Unterdruck angegeben. Hiervon abweichend kann
jedoch als Arbeits-Unterdruck pA auch ein
geringerer Unterdruck herangezogen werden, der bereits ausreicht,
um einen Gegenstand 5 festzuhalten. Ein solcher unter dem
maximal erzeugbaren Unterdruck liegender Arbeits-Unterdruck pA ist in 2 strichpunktiert
und in Klammern gesetzt eingezeichnet. In diesem Fall würde
sich auch der Zeitpunkt t1 entsprechend
verschieben (ebenfalls strichpunktiert und in Klammern gesetzt angedeutet).
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Als
Startzeitpunkt für die Erfassung der Belüftungszeit
tB wird beim Ausführungsbeispiel
der mit dem Zeitpunkt t2 zusammenfallende
Abschaltzeitpunkt der Ejektoreinrichtung 27 herangezogen.
Wäre ein Ausblasventil 37 vorhanden, könnte
auch dessen Umschalten in die Offenstellung und folglich der Zeitpunkt
eines aktiven Lufteinblasens in den Saugkanals 35, d. h.
das Erzeugen eines Abwurfimpulses, als Startzeitpunkt für
die Erfassung der Belüftungszeit tB herangezogen
werden.
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Der
Endzeitpunkt für die Messung der Belüftungszeit
tB kann der schon erwähnte Zeitpunkt
t4 sein, bei dem der Druck im Saugkanal 35 auf
den Atmosphärendruck angestiegen ist. Hier entspricht dann
der Belüftungsdruck pB dem Atmosphärendruck und
die Belüftungszeit tB der Gesamtbelüftungszeit tGB (die Werte hierzu sind in 2 in
Klammern gesetzt). Allerdings ist es bei einer ohne Abwurfimpuls arbeitenden
Vorrichtung vorteilhafter, als Druckgrenzwert (Belüftungsdruck
pB) zur Bestimmung der Belüftungszeit
tB nicht den zum Zeitpunkt t4 herrschenden
Atmosphärendruck heranzuziehen, sondern einen um einen
Sicherheitsdruckwert ΔpS – beispielsweise
50 mbar – unter dem Atmosphärendruck liegenden
Unterdruck. Dieser um einen Sicherheitsfaktor bezüglich
dem Atmosphärendruck modifizierte Belüftungsdruck
pB liegt naturgemäß schon
zu einem früheren Zeitpunkt t3 an,
so dass dementsprechend auch die zu erfassende Belüftungszeit
tB kürzer ist als die Gesamtbelüftungszeit
tGB.
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Der
Grund dafür, dass man als Belüftungsdruck pB zweckmäßigerweise nicht
unmittelbar den Atmosphärendruck heranzieht, sondern den
um einen Sicherheitsdruckwert modifizierten Unterdruck, ist darin
begründet, dass der dritte Kurvenabschnitt 52c in
seinem Endabschnitt relativ flach ausläuft und folglich
kein genauer Messwert erhältlich wäre, würde
man auf den Zeitpunkt t4 zurückgreifen.
Gleichwohl liegt beim Ausführungsbeispiel auch der modifizierte
Belüftungsdruck im Bereich des Atmosphärendruckes,
so dass bei Erreichen dieses modifizierten Belüftungsdruckes
darauf geschlossen werden kann, dass ein zuvor angesaugter Gegenstand
nicht mehr festgehalten wird.
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Wird
die Belüftungsphase 64 durch ein Ausblasventil 37 unterstützt,
ergibt sich ein schnellerer Abbau des Unterdruckes und folglich
ein erheblich steilerer dritter Kurvenabschnitt 52c. In
einem solchen Fall kann unmittelbar die Gesamtbelüftungszeit tGB als mit dem Referenzzeitwert zu vergleichende Zeitdauer
tB herangezogen werden. Alternativ kann
in einem solchen Fall als für die Zeiterfassung relevanter
Belüftungsdruck pB beispielsweise
auch ein sich im Saugkanal 35 einstellender, über
dem Atmosphärendruck liegender Überdruck herangezogen
werden.
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Die
Steuerelektronik 14 enthält Speichermittel 53,
in denen sowohl der für die Ermittlung der Evakuierungszeit
herangezogene Arbeits-Unterdruck pA als
auch der für die Ermittlung der Belüftungszeit
herangezogene Belüftungsdruck pB abgespeichert
ist. Außerdem enthält sie elektronische Vergleichermittel 54,
in denen der durch die Druckerfassungseinrichtung 24 im
Saugkanal 35 erfasste Unterdruck mit den abgespeicherten
Druckwerten verglichen wird, um die Anfangs- und Endpunkte der zu
messenden Zeitfenster festzulegen.
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Sowohl
der Arbeits-Unterdruck pA als auch der Belüftungsdruck
pB können ab Werk vorgegeben sein.
Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerelektronik 14 mit
Eingabemitteln 57 ausgestattet sein, die auch eine manuelle
Eingabe und/oder Änderung der Werte durch den Nutzer ermöglichen.
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Sowohl
während der Evakuierungsphase 62 als auch während
der Belüftungsphase 64 können Störungen
auftreten, die den gewünschten Vorgang beeinträchtigen.
So kann beispielsweise aufgrund auftretender Leckagen der Aufbau
des gewünschten Arbeits-Unterdruckes pA verzögert
oder verhindert sein. Während der Belüftungsphase
kann beispielsweise ein defektes Steuerventil 36 die Ejektoreinrichtung 27 fehlerhaft
betätigen, so dass der Belüftungsvorgang, wenn überhaupt,
nur verzögert abläuft. Um dies überwachen
zu können, gestattet die Vakuumer zeugervorrichtung 1 einen
Vergleich der ermittelten Zeiten für die Evakuierungszeit
tE und die Belüftungszeit tB mit einem vorgegebenen Referenzzeitwert,
um in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis ein elektrisches
Diagnosesignal zu erzeugen.
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In
den schon erwähnten Speichermitteln 53 ist für
sowohl die Evakuierungsphase 62 als auch die Belüftungsphase 64 jeweils
mindestens ein Referenzzeitwert abgespeichert, mit dem die jeweils
gemessene Evakuierungszeit tE bzw. Belüftungszeit
tB in den ebenfalls schon erwähnten
Vergleichermitteln 54 verglichen wird. Aus dem Vergleichsergebnis
wird ein elektrisches Diagnosesignal generiert, das direkt oder
indirekt über Ausgabemittel 55 der Steuerelektronik 14 ausgegeben
werden kann. Es gibt unmittelbaren Aufschluss über die
aktuelle Betriebssituation.
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Insbesondere
wird ein Diagnosesignal dann erzeugt, wenn die erfasste Zeit tE oder tB über
dem vorgegebenen und abgespeicherten zugeordneten Referenzzeitwert
liegt.
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Auf
Basis des Diagnosesignals kann beispielsweise ein optisches und/oder
akustisches Signal ausgegeben werden. Exemplarisch ist die Vakuumerzeugervorrichtung 1 zu
diesem Zweck mit Ausgabemitteln 55 in Gestalt eines Display 55a und eines
Tongenerators 55b ausgestattet. Darüber hinaus
beinhalten die Ausgabemittel 55 aber auch noch eine Ausgabeschnittstelle 55c, über
die das Diagnosesignal direkt als elektrisches Signal zur weiteren Verarbeitung
ausgegeben werden kann, insbesondere an die Signalübertragungsleitung 43 und über
diese zu der externen elektronischen Steuereinrichtung 23.
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Die
Referenzzeitwerte können ab Werk fest einprogrammiert sein.
Allerdings enthält die Steuerelektronik 14 des
Ausfüh rungsbeispiels auch schon erwähnte, manuell
bedienbare Eingabemittel 57, die eine variable Eingabe
vor Ort ermöglichen, so dass man den Wert variieren kann,
insbesondere auch in Abhängigkeit vom Volumen der angeschlossenen Saugkammer 12.
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Die
Vakuumerzeugervorrichtung 1 kann auch über andere
Schnittstellenmittel verfügen, die eine externe Eingabe
der diversen Werte zulassen, insbesondere auch solche, die eine
drahtlose Kommunikation gestatten.
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Vorzugsweise
bietet die Steuerelektronik 14 auch die Möglichkeit,
in den Speichermitteln 53 unabhängig voneinander
für sowohl die Evakuierungszeit tE als
auch die Belüftungszeit tB gleichzeitig
mehrere Referenzzeitwerte abzuspeichern, die mit der jeweils aktuell
erfassten Evakuierungszeit tE oder Belüftungszeit
tB verglichen werden. Hier besteht dann
die Möglichkeit, je nach Dauer der erfassten Zeiten unterschiedliche
elektrische Diagnosesignale zu erzeugen und auszugeben. Man kann
also verschiedene Diagnosestufen anzeigen und/oder verarbeiten,
je nach Intensität der festgestellten Störung.
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Der
oben erwähnte Sicherheitsdruckwert ΔpS ist
zweckmäßigerweise ab Werk fest eingegeben.
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Die
beispielhafte Vakuumerzeugervorrichtung 1 bietet auch die
Möglichkeit, die Referenzzeitwerte für sowohl
die Evakuierungszeit tE als auch die Belüftungszeit
tB in einem Einlernmodus aufzunehmen. Dies
geschieht insbesondere dadurch, dass die Vorrichtung aufeinanderfolgend
in mehreren der oben erwähnten Arbeitszyklen A betrieben
wird, ohne hierbei den erfindungsgemäßen Zeitenvergleich
durchzuführen. Die herbei gemessenen Werte für
die Evakuierungszeit tE und die Belüftungszeit
tB werden dann jeweils ausgewertet, um daraus
einen Referenzzeitwert zu bilden. Letzteres geschieht insbesondere jeweils
durch Bildung eines Mittelwertes aus den gemessenen Daten.
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Die
auf diese Weise bestimmten Referenzzeitwerte können an
dem Display 55a visualisiert werden. Der Nutzer hat ferner
die Möglichkeit, diese Werte über die Eingabemittel 57 zu
verändern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004031924
B4 [0003]