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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumerzeugervorrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine
Vakuumerzeugervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 6.
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Bei
einer aus der
US 4861232 bekannten
Vakuumerzeugervorrichtung dieser Art muss ein als Ausblasventil
dienendes Magnetventil zum Belüftung der Sauggreiferanordnung
separat angesteuert werden und benötigt dazu eine separate
Steuerleitung. Im Zuge der Normierung wird angestrebt, derartige Vakuumerzeugervorrichtungen
und auch andere fluidische Einrichtungen über eine genormte,
beispielsweise 5-polige Steckverbindung, beispielsweise eine M12-Steckverbindung,
mit einer externen Steuervorrichtung beziehungsweise Steuerzentrale
zu verbinden, durch die eine solche Vakuumerzeugervorrichtung variabel
ansteuerbar ist. Da hierzu auch noch Spannungsversorgungsleitungen,
Sensorrückmeldeleitungen und Diagnoserückmeldeleitungen
realisiert werden sollten, wird ange strebt, die Zahl der Steuerleitungen
so weit wie möglich zu reduzieren, um die angestrebte genormte
Steckverbindung realisieren zu können.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, das Steuerventil
zur Steuerung des Saugunterdrucks und das Ausblasventil mit einer möglichst
geringen Zahl von Steuerleitungen und einem gemeinsamen Steuersignal
anzusteuern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vakuumerzeugervorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
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In
vorteilhafter Weise muss das Ausblasventil nicht gesondert extern
angesteuert werden, sondern es öffnet automatisch mit dem
Ende des externen Steuersignals für das Steuerventil, so
dass insgesamt für beide Funktionen nur ein Steuersignal
erforderlich ist. Hierdurch verringert sich die Zahl der Steuerleitungen,
wobei im einfachsten Falle nur eine einzige Steuerleitung noch erforderlich
ist. Durch die interne Steuerelektronik können aus dem
Steuersignal variable Funktionen abgeleitet werden, insbesondere
die sequentielle Öffnung der beiden Ventile.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im An spruch
1 angegebenen Verfahrens und der im Anspruch 6 angegebenen Vakuumerzeugervorrichtung
möglich.
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Das
Steuerventil bleibt im einfachsten Fall während der Dauer
des Steuersignals geöffnet, es kann jedoch auch zur Reduzierung
des Luftverbrauchs geregelt werden, wobei der Saugunterdruck in
der Sauggreiferanordnung dann mittels eines mit der Ejektoreinrichtung
verbundenen Rückschlagventils aufrechterhalten wird. Hierbei
müssen nur Leckageverluste durch eine erneute Betätigung
des Steuerventils ausgeglichen werden.
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Die Öffnungszeit
des Ausblasventils wird zweckmäßigerweise mittels
eines Zeitglieds in der Steuerelektronik fest oder variabel vorgegeben.
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Die
Zuführung des Steuersignals erfolgt vorzugsweise von einer
externen Steuereinrichtung aus zur internen Steuerelektronik der
Vakuumerzeugervorrichtung über einen Anschluss einer Kommunikationsschnittstelle
oder über eine Busschnittstelle, so dass eine möglichst
geringe Zahl von Anschlusskontakten erforderlich ist.
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Zur
Erfassung des Saugunterdrucks und zur Regelung desselben ist zweckmäßigerweise
eine Druckerfassungseinrichtung an dem zwischen dem Rückschlagventil
und der Sauggreiferanordnung verlaufenden Abschnitt des Saugkanals
oder direkt an der Sauggreiferanordnung angeschlossen. Die Steuerelektronik
besitzt dabei eine Regelungseinrichtung zur Regelung des Saugunterdrucks
auf einen vorgebbaren Sollwert durch Einschalten und Ausschalten
des Steuerventils.
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Die
Kommunikationsschnittstelle besitzt zweckmäßigerweise
zwei Spannungsversorgungskontakte, einen Steuersignalkontakt und
vorzugsweise einen oder zwei Rückmeldungs- oder Diagnosekontakte.
Alternativ hierzu kann die Kommunikationsschnittstelle auch als
IO-Link-Schnittstelle und die Steuerelektronik IO-Link-fähig
ausgebildet sein. Als weitere vorteilhafte Alternative kann die
Kommunikationsschnittstelle auch als ASi-Bus-Schnittstelle ausgebildet
sein, wobei die Steuerelektronik dann einen ASi-Busknoten enthält.
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Die
Kommunikationsschnittstelle kann durch die erfindungsgemäße
Reduzierung von Steuerleitungen in vorteilhafter Weise als 4- oder
5-polige Steckverbindung ausgebildet sein, insbesondere als 5-polige
M12-Steckverbindung.
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Im
Falle einer Übertragung des Steuersignals mittels eines
Buskabels kann dieses über einen Adapter mit einer Steckaufnahme
oder einem Stecker der Steckverbindung verbunden oder verbindbar
sein, insbesondere einer Steckaufnahme oder einem Stecker einer
M12-Steckverbindung.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
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1 in
schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vakuumerzeugervorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens und
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2 ein
Flussdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise.
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Die
in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Vakuumerzeugervorrichtung
dient insbesondere dem Zweck, Gegenstände 5 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 dargestellt, hier in Gestalt
einer dünnen Platte.
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Die
Vakuumerzeugervorrichtung enthält eine Vakuumerzeugereinheit 2,
an die mindestens ein Sauggreifer 7 oder eine aus mehreren
Sauggreifern bestehende Sauggreiferanordnung 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
schon erwähnte Sauggreifer 7 ist über eine
Saugleitung 4 an die Vakuumerzeugereinheit 2 angeschlossen.
Er kann hierbei entfernt zu der Vakuumerzeugereinheit 2 angeordnet
sein. Es besteht allerdings 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 somit 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, wobei es sich um die Vakuumerzeugereinheit 2 selbst
handeln kann, wenn er daran befestigt ist.
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In
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 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 über
ein Verbindungskabel 21 angeschlossen werden.
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Der
für das Ergreifen eines Gegenstandes 5 erforderliche
Saugunterdruck wird unmittelbar in der Vakuumerzeugereinheit 2 erzeugt.
Diese ist hierfür mit mindestens einer Ejektoreinrichtung 27 ausgestattet
und beinhaltet mindestens eine nach dem Ejektorprinzip arbeitende
Saugdüse 26, deren Einlass 29 über
einen Luftversorgungskanal 32 an die Luftversorgungsschnittstelle 17 angeschlossen
ist.
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Die
Ejektoreinrichtung 27 besitzt außerdem einen zur
Atmosphäre führenden Auslass 33, an den 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. Hierbei verläuft ein erster Kanalabschnitt 35a des
Saugkanals 35 im Hauptgehäuse 3 und endet
an einer Saugleitungs-Schnittstelle 6, an der in bevorzugt
lösbarer Weise die Saugleitung 4 angeschlossen
ist, in der sich der Saugkanal 35 mit einem zweiten Kanalabschnitt 35b bis
zu der Saugkammer 12 hin fortsetzt.
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In
den Luftversorgungskanal 32 ist ein elektrisch betätigbares
Steuerventil 36 geschaltet, 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, verläuft von
der Luftversorgungs-Schnittstelle 17 über ein
ebenfalls als elektrisch betätigbares Steuerventil ausgebildetes
Ausblasventil 37 zu einer Verbindungsstelle 28 mit
dem Saugkanal 35. Das Ausblasventil 37 kann wahlweise eine
von zwei Stellungen einnehmen, in denen es den Luftdurchgang durch
den Ausblas kanal 38 entweder absperrt oder freigibt. In
den Ausblaskanal 38 kann auch noch ein nicht dargestelltes
einstellbares oder nicht einstellbares Drosselelement geschaltet sein,
um die Intensität eines Abwurfimpulses beim Öffnen
des Ausblasventils 37 einzustellen.
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In
den Saugkanal 35 ist ein mit der Saugöffnung 34 der
Ejektoreinrichtung 27 verbundenes Rückschlagventil 42 geschaltet.
Es ist so orientiert, dass es eine Luftströmung vom Sauggreifer 37 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 entstehende 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.
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Schließlich
ist noch eine Druckerfassungseinrichtung 24 an den Saugkanal 35 angeschlossen, die
eine Erfassung des im Saugkanal 35 herrschenden Druckes
und mithin auch des darin herrschenden Unterdrucks ermöglicht.
Es handelt sich bei der Druckerfassungseinrichtung 24 insbesondere
um einen Drucksensor, der den pneumatischen Druck in elektrische
Druck signale umwandelt und diese über eine gestrichelt
angedeutete Signalleitung 25 einer Steuerelektronik 14 in
der Vakuumerzeugereinheit 2 zuführt.
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Die
Druckerfassungseinrichtung 24 kann auch beispielsweise
in nicht dargestellter Weise einen analogen und einen digitalen
Ausgang aufweisen, um entsprechende Signale über eine mehradrige
Signalleitung 25 der Steuerelektronik 14 zuzuführen.
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Bei
dem Steuerventil 36 und dem Ausblasventil 37 handelt
es sich zweckmäßigerweise um Magnetventile, eine
Ausbildung als Piezoventile ist jedoch ebenfalls denkbar. Zweckmäßigerweise
sind sie vom Typ "normalerweise geschlossen", so dass sie im elektrisch
unbetätigten Zustand die den zugeordneten Kanal absperrende
Schließstellung einnehmen. Das Steuerventil 36 kann
allerdings auch vom Typ "normalerweise offen" sein. Denkbar ist
auch die Verwendung eines bistabilen Steuerventils (Impulsventil).
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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 der Steuerelektronik 14 angeschlossen
sind.
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Die
Steuerelektronik 14 ist über eine Signalübertragungsleitung 43,
zwei Spannungsversorgungsleitungen 44, 45 und eine
Diagnose- oder Rückmeldeleitung 46 mit der Kommunikationsschnittstelle 22 verbunden.
Grundsätzlich kann auch noch eine weitere Diagnose- oder
Rückmeldeleitung vorgesehen sein, um beispielsweise Sensorsignalrückmeldungen
und Diagnoserückmeldungen getrennt der externen elektronischen
Steuereinrichtung zuführen zu können.
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Dabei
ist die Kommunikationsschnittstelle 22 als 4- oder 5-polige
Steckverbindung ausgebildet, bevorzugt als 5-polige M12-Steckverbindung.
Sie besteht aus einem Stecker 22a und einer Steckaufnahme 22b.
Das Verbindungskabel 21 ist in diesem Falle als 4- beziehungsweise
5-poliges Kabel ausgebildet. Dabei kann in Abweichung vom dargestellten
Ausführungsbeispiel auch der Stecker am Gehäuse
und eine als Kupplung ausgebildete Steckaufnahme am Verbindungskabel 21 angeordnet
sein.
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Alternativ
hierzu kann das Verbindungskabel 21 auch als Busleitung
ausgebildet sein oder Busleitungen enthalten. Beispielsweise können
zwei Busleitungen gleichzeitig als Spannungsversorgungsleitungen
dienen, wobei die Steuersignale und Rückmeldesignale dann
aufmoduliert sind. Die Kommunikationsschnittstelle 22 kann
dann beispielsweise als IO-Link-Schnittstelle oder ASi-Bus-Schnittstelle
ausgebildet sein, wobei dann die Steuerelektronik 14 IO-Link-fähig
ausgebildet sein muss beziehungsweise einen ASi-Busknoten enthalten
muss. Bei Verwendung einer beispielsweise als M12-Steckverbindung
ausgebildeten Kommunikationsschnittstelle kann der Stecker 22a beispielsweise
mit einem Busadapter 20 versehen sein, wobei auch insgesamt
eine Busschnittstelle mit üblichen Bussteckern verwendet werden
kann.
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Die
Steuerelektronik 14 besitzt zur manuellen Einstellung beziehungsweise
Programmierung ein Display 55 und beispielsweise als Tastatur
ausgebildete Eingabemittel 56, um eine variable Eingabe vor
Ort zu ermöglichen. Derartige Eingaben oder Programmierungen
können selbstverständlich auch von der externen
elektronischen Steuereinrichtung aus erfolgen. Eine als Tongenerator 57 ausgebildete
Warneinrichtung kann zu Diagnosezwecken und Überwachungszwecken
verwendet werden. Diese sowie das Display 55 und die Eingabemittel 56 sind
optional.
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In
der Steuerelektronik 14 ist ein Busknoten 52 als
Busstation zur Kommunikation mit der externen elektronischen Steuereinrichtung
enthalten, sofern die Verbindung über einen Bus erfolgt.
Weiterhin ist eine Regelungseinrichtung 53 zur Regelung
des Drucks im Saugkanal 35 durch Betätigung des
Steuerventils 36 und ein Zeitglied 54 als Zeitsteuereinrichtung
zur Steuerung der Öffnungszeit des Ausblasventils 37 vorgesehen.
Der Busknoten 52, die Regelungseinrichtung 53 und
das Zeitglied 54 können in einem Mikrocontroller
ganz oder teilweise integriert sein.
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Die
Wirkungsweise der in 1 dargestellten Vakuumerzeugervorrichtung 1 im
Hinblick auf die Betätigung der beiden Ventile 36, 37,
wird im Folgenden anhand des in 2 dargestellten
Signaldiagramms erläutert. Wesentlich dabei ist, dass das Steuersignal
A, das seitens der externen Steuereinrichtung 23 über
die Kommunikationsschnittstelle 22 der Steuerelektronik 14 in
der Vakuumerzeugereinheit 2 zugeführt wird zur
sequentiellen Steuerung beider gleiche Normalschaltstellungen aufweisenden Ventile 36, 37 oder
zur gleichzeitigen Steuerung beider entgegen gesetzte Normalschaltstellungen
aufweisenden Ventile 36, 37. Dabei ist beispielsweise bei
normal offenem Ventil 36 und normal geschlossenen Ventil 37 das
Steuersignal als 0-Signal ausgebildet, das ein dauern anliegendes
1-Signal unterbricht.
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Dieses
Steuersignal A wird der Regelungseinrichtung 53 beziehungsweise
einem entsprechenden Mikrocontroller in der Steuerelektronik 14 zugeführt
und löst ein entsprechendes Ablaufprogramm aus.
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Mit
der Anstiegsflanke des Steuersignals A oder mit einer Rückflanke
eines entsprechend inversen Steuersignals A' wird ein Einschaltsignal
S1 für das Steuerventil 36 gebildet. Hierdurch öffnet
das Steuerventil 36 und Druckluft kann die Ejektoreinrichtung 27 durchströmen.
Hierdurch wird ein zunehmender Unterdruck im Saugkanal 35 und
damit in der Saugkammer 12 des Sauggreifers 7 gebildet.
Der zunehmende Unterdruck –p ist im obersten Signalverlauf
von 2 dargestellt. Hierdurch wird der Gegenstand 5 vom
Sauggreifer 7 angesaugt.
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Der
Unterdruck –p wird während der Dauer des Steuersignals
A beziehungsweise der Dauer des Schaltsignals S1 für das
Steuerventil 36 aufrechterhalten. Dies kann durch einen
kontinuierlichen Öffnungszustand des Steuerventils 36 erfolgen
oder aber der durch die Druckerfassungseinrichtung 24 erfaßte
Saugdruck –p im Saugkanal 35 wird mittels der
Regelungseinrichtung 53 durch öffnen und Schließen
des Steuerventils 36 geregelt. Durch das Rückschlagventil 42 muss
dabei bei Erreichen eines ausreichenden Saugdrucks das Ventil 36 nur
noch dann geöffnet werden, wenn der Saugdruck durch Leckage
einen Einschaltgrenzwert erreicht hat.
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Mit
dem Ende des Steuersignals A wird zum einen das Schaltsignal S1
für das Steuerventil 36 beendet, so dass dieses
schließt, und gleichzeitig wird durch die Rückflanke
des Steuersignals A ein Schaltsignal S2 für das Ausblasventil 37 erzeugt.
Dies erfolgt durch Ansteuerung des Zeitglieds 54, so dass das
Ausblasventil 37 für die feste oder einstellbare Zeit
des Zeitglieds 54 geöffnet bleibt. Dabei strömt Druckluft
in den Saugkanal 35 und damit in den Sauggreifer 7 ein,
so dass sich der Gegenstand 5 vom Sauggreifer 7 löst.
Das Schaltsignal S2 dient somit als Abwurfsignal für den
Gegenstand 5.
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Über
die Eingabemittel 56 und/oder seitens der externen Steuereinrichtung 23 über
die Kommunikationsschnittstelle 22 kann die zeitliche Länge
des Schaltsignals S2 und damit die Dauer des Abwurfimpulses eingestellt
werden. Ebenso kann ein gewünschter Saugunterdruck eingestellt
werden. Zu Diagnosezwecken können noch eine Einschaltschwelle S3
und eine Ausschaltschwelle S4 vorgegeben werden. Erreicht das Sensorsignal
der Druckerfassungseinrichtung 24 die Einschaltschwelle
S3, so wird ein Diagnosesignal D erzeugt, das am Ende des Steuersignals
A nach einem entsprechenden Rückgang des Saugunterdrucks –p
bei Erreichen der Ausschaltschwelle 54 wieder beendet wird.
Dieses Diagnosesignal D kann bereits in der Druckerfassungseinrichtung 24 als
digitales Ausgangssignal gebildet werden oder erst in der Steuerelektronik 14.
Dieses Diagnosesignal D kann über die Diagnose- oder Rückmeldeleitung 46 an
die externe Steuereinrichtung 23 rückgemeldet werden.
Der Beginn, die Dauer und das Ende dieses Diagnosesignals D kann
mittels entsprechender vorgebbarer Grenzwerte überwacht werden,
deren Überschreitung eine Fehlermeldung zur Folge haben,
beispielsweise über das Display 55, den Tongenerator 57 oder
externe Einrichtungen der externen Steuereinrichtung 23.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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