DE102010007921A1

DE102010007921A1 - Vorrichtung sowie Verfahren zum Handhaben von Werkstücken

Info

Publication number: DE102010007921A1
Application number: DE102010007921A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Wahl
Original assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Current assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2030-02-13
Also published as: DE102010007921B4; DE202009002179U1

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zum Handhaben von Werkstücken, insbesondere von Blechen (2), weist einen an einem Werkstück anlegbaren Sauger (6), eine Unterdruckquelle (7) sowie eine schaltbare Verbindung zwischen dem Sauger (6) und der Unterdruckquelle (7) auf, deren Durchlässigkeit mittels einer Ventilanordnung (3) regelbar ist. Eine Schalteinrichtung (4) (12), das aufgrund einer thermischen Beaufschlagung mittels eines Laserstrahls (14) oder aufgrund einer optischen Beaufschlagung gesteuert betätigbar ist. Aufgrund der thermischen Beaufschlagung mittels Laserstrahl oder aufgrund der optischen Beaufschlagung schaltet das Schaltelement (12) die Ventilanordnung (3) in wenigstens einen von zwei voneinander verschiedenen Schaltzuständen, denen unterschiedliche Durchlässigkeiten der Verbindung zwischen dem Sauger (6) und der Unterdruckquelle (7) zugeordnet sind. Ein Verfahren zum Handhaben von Werkstücken, insbesondere von Blechen, umfasst entsprechende Verfahrensschritte.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Handhaben von Werkstücken, insbesondere von Blechen,

• mit einem an einem Werkstück anlegbaren Sauger,
• mit einer Unterdruckquelle sowie
• mit einer schaltbaren Verbindung zwischen dem Sauger und der Unterdruckquelle,

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Handhaben von Werkstücken, insbesondere von Blechen,

• wobei ein Sauger einer Handhabungsvorrichtung an einem Werkstück angelegt wird und
• wobei die Durchlässigkeit einer Verbindung zwischen dem Sauger und einer Unterdruckquelle der Handhabungsvorrichtung mittels einer Ventilanordnung geregelt wird, indem eine Schalteinrichtung der Ventilanordnung gesteuert betätigt und dadurch die Ventilanordnung in zwei voneinander verschiedene Schaltzustände geschaltet wird, denen unterschiedliche Durchlässigkeiten der Verbindung zwischen dem Sauger und der Unterdruckquelle zugeordnet sind.

Gattungsgemäßer Stand der Technik ist bekannt aus der DE 10 2004 013 058 A1 , der DE 101 40 248 A1 sowie der DE 10 2005 047 385 B4 .
Die DE 10 2004 013 058 A1 betrifft eine Vorrichtung mit einem Unterdruckerzeuger und mehreren an den Unterdruckerzeuger angeschlossenen Greifermodulen. Diese Greifermodule weisen ein Saugelement auf, mit dem Werkstücke angesaugt und dadurch gehalten werden können. Es besteht die Möglichkeit, einzelne Greifermodule abzuschalten, wenn deren Saugelement nicht auf dem zu fixierenden Werkstück aufliegt. Ein Drucksensor ermittelt dabei den Unterdruck in den einzelnen Greifermodulen. Anhand vorher definierter Grenzwerte für den an den Saugelementen anliegenden Druck erkennt eine Steuerung, ob ein Saugelement auf dem Werkstück aufliegt oder ob es abgeschaltet werden kann. Soll ein Saugelement abgeschaltet werden, wird ein Steuerventil, das Teil des Greifermoduls ist, mittels der Steuerung derart geschaltet, dass kein Unterdruck an dem Saugelement anliegt.
Die bekannte Handhabungsvorrichtung weist lange Schaltzeiten auf und besitzt darüber hinaus ein großes Gewicht. Sie ist technisch aufwändig und entsprechend kostenintensiv.
Die DE 101 40 248 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Handhaben von Werkstücken mit mehreren Saugern, die an ein Werkstück anlegbar sind. Die Sauger können einzeln mittels einer Ventilanordnung mit einer Unterdruckquelle verbunden oder von dieser getrennt werden. Hierzu ist jeder Sauger über eine Leitung mit einer Auswerteelektronik, einem Sensor, einer Ventilanordnung und der Unterdruckquelle verbunden. Der Sensor ermittelt beispielsweise den Druck im Sauger, wenn dieser mit der Unterdruckquelle verbunden ist. Die Ventilanordnung schaltet die Verbindung zwischen der Unterdruckquelle und dem Sauger, wenn dieser nicht in Kontakt mit einem Werkstück steht. Dabei erfolgt die Ansteuerung der Ventilanordnung durch die Auswerteelektronik in Abhängigkeit von den Daten des Sensors. Diese werden durch die Auswerteelektronik ausgewertet. Die Stromversorgung der genannten Bauteile erfolgt mittels einer externen Leitung, die die Vorrichtung mit einer Steuer/Regelzentrale verbindet.
Die externe Stromversorgung in Kombination mit der elektronischen Überwachung führt zu einer aufwändigen Konstruktion der Vorrichtung. Es ergeben sich lange Schaltzeiten.
Gemäß DE 10 2005 047 385 B4 weist eine Vorrichtung zum Handhaben von Werkstücken Sauger auf, in die jeweils ein Sensor, ein Sender und eine Energieerzeugungseinrichtung integriert sind. Die Energieerzeugungseinrichtung, beispielsweise ein piezoelektrisches Element, erzeugt durch Verformung Energie zum Betrieb des Sensors und des Senders. Wird der Sauger an ein Werkstück angelegt, verformt sich die Energieerzeugungseinrichtung, erzeugt Energie und aktiviert dadurch den Sender, der ein Signal an eine Speichereinheit sendet. Dies bewirkt ein Anschalten der Unterdruckquelle, die über eine Leitung mit den Saugern verbunden ist. Ist ein zum Anheben des Werkstücks ausreichender Unterdruck im Sauger erreicht, wird die Leitung beispielsweise durch eine Ventilanordnung abgesperrt.
Auch die Anordnung und das Verfahren nach der DE 10 2005 047 385 B4 sind aufwändig und mit langen Schaltzeiten behaftet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den gattungsgemäßen Stand der Technik dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Verbindung zwischen Sauger(n) und Unterdruckquelle schnell und mit geringem technischem Aufwand geschaltet werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 sowie durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 19 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen aufgrund einer thermischen Beaufschlagung mittels eines Laserstrahls oder aufgrund einer optischen Beaufschlagung ein Schalten der Ventilanordnung in zwei verschiedene Zustände. Durch diese berührungslose Beaufschlagung zum Schalten der Ventilanordnung arbeitet die Vorrichtung außerdem verschleißarm, was zu einer Senkung der Instandhaltungskosten führt und einen prozesssicheren Betrieb der Vorrichtung ermöglicht.
Besondere Ausführungsarten der in den unabhängigen Patentansprüchen beschriebenen Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 18.
Die Verwendung eines Formänderungselementes als Schaltelement ist in Anspruch 2 für eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Der Einsatz eines Formänderungselementes ermöglicht eine einfache und kostengünstige Konstruktion, indem er aufwändig konstruierte Mechaniken zum Schalten der Ventilanordnung überflüssig macht.
Ausweislich Patentanspruch 3 besteht das Formänderungsmaterial wenigstens zum Teil aus Formgedächtnismaterial. Durch die Nutzung von Formgedächtnismaterial ist es möglich, eine leichte Ventilanordnung zu realisieren. Dies wird gegebenenfalls durch das geringe Eigengewicht des Formgedächtnismaterials und außerdem durch den Wegfall herkömmlicher Schaltaktoren ermöglicht. Das Formgedächtnismaterial selbst stellt einen zuverlässigen Schaltaktor dar, der keine Verschleißerscheinungen zeigt und so ein prozesssicheres Arbeiten der Vorrichtung ermöglicht.
Formgedächtnismaterialien besitzen die Fähigkeit, sich an eine frühere Formgebung zu erinnern („Memorymetall”). Ein verformtes Formgedächtnismaterial bildet sich bei einer Temperaturänderung in seine Ausgangsform zurück, wobei es während seiner Verformung Arbeit leisten kann. Legierungen, aus denen Formgedächtnismaterial bestehen kann, sind z. B. Nickel-Titan- oder Kupfer-Zink-Legierungen.
Gemäß Patentanspruch 4 ist in Weiterbildung der Erfindung das Formänderungselement teilweise als Bimetall ausgebildet. Bimetall ist ein kostengünstiges und leicht herzustellendes Formänderungselement.
Nach Patentanspruch 5 sind als Schaltzustände der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ein Verbindungszustand und/oder ein Unterbrechungszustand vorgesehen. Eine Verbindung zwischen Unterdruckquelle und Sauger ermöglicht das Ansaugen und Heben von Werkstücken, bei einer Unterbrechung der Verbindung kann ein Werkstück von dem Sauger getrennt werden.
Ausweislich Patentanspruch 6 ist im Falle einer weiteren Erfindungsbauart die Durchlässigkeit der Verbindung zwischen dem Sauger und der Unterdruckquelle im Verbindungszustand maximal. Bei maximaler Durchlässigkeit sind die Haltekräfte der Sauger größtmöglich und es können auch schwere Werkstücke zuverlässig fixiert werden.
Das Schalten eines Ventilelementes in zwei Positionen, wobei wenigstens eine Position einem der voneinander verschiedenen Schaltzustände der Ventilanordnung zugeordnet ist, wird in Patentanspruch 7 für eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Das Verschieben des Ventilelementes zwischen zwei Positionen ermöglicht das Regeln der Durchlässigkeit der Verbindung zwischen Sauger und Unterdruckquelle.
Gemäß Patentanspruch 8 ist in Weiterbildung der Erfindung einer der beiden Schaltzustände der Ventilanordnung signalisierbar. Dieses Erfindungsmerkmal ist beispielsweise zur Wartung der Vorrichtung von Vorteil. So kann mit geringem Aufwand die Funktionsfähigkeit der Ventilanordnung überprüft werden.
Gemäß Patentanspruch 9 ist die Ventilanordnung durch eine Längenänderung des Formgedächtnismaterials aufgrund eines Steuerimpulses in wenigstens einen der voneinander verschiedenen Schaltzustände schaltbar. Die Längenänderung des Formgedächtnismaterials ermöglicht eine direkte Kopplung mit einem Ventilelement der Ventilanordnung. Dies vereinfacht den Aufbau der Ventilanordnung.
Ausweislich Patentanspruch 10 wird ein Ventilelement der Ventilanordnung in weiterer Ausgestaltung der Erfindung z. B. durch eine Formänderung des Formgedächtnismaterials in eine erste Position geschaltet. Die Rückstellung des Ventilelementes erfolgt unabhängig von einer thermischen Beaufschlagung mittels eines Laserstrahls oder aufgrund einer optischen Beaufschlagung, insbesondere durch Druckbetätigung. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, mit verschiedenen Energieformen die Schaltung des Ventilelementes zu bewirken. Steht an der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise ohnehin eine pneumatische oder eine hydraulische Druckversorgung zur Verfügung, so kann diese auch zum Schalten des Ventilelementes der Ventilanordnung genutzt werden.
Gemäß Patentanspruch 11 umfasst eine Vorrichtung zur gesteuerten Betätigung des Schaltelementes erfindungsgemäß einen Steuerstromkreis. Ein derartiger Steuerstromkreis ist konstruktiv einfach zu realisieren und war tungsarm. Kurze Ansteuerzeiten beim Ansteuern der Schalteinrichtung sind möglich.
Kurze Schaltzeiten werden in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung realisiert, wenn die optische Beaufschlagung durch einen Laserstrahl erfolgt (Patentanspruch 12), da ein Laserstrahl einen konzentrierten Energieeintrag ermöglicht. Wird das Formgedächtnismaterial mit einem Laserstrahl beaufschlagt, ist das Ansteuern des Formgedächtnismaterials verschleißfrei. Für das Schaltelement ergibt sich somit eine lange Lebensdauer.
Ausweislich Patentanspruch 13 weist der Steuerstromkreis einer weiteren Erfindungsbauart ein Heizelement zur Generierung eines Steuerimpulses auf. Die Integration eines Heizelementes in den Steuerstromkreis ist einfach zu realisieren. Auch ist das Heizelement im Falle eines Defekts leicht austauschbar.
Das Schalten des Steuerstromkreises mittels eines Fotothyristors (Patentanspruch 14) gewährleistet eine lange Lebensdauer des Steuerstromkreises. Die Schaltung mittels Thyristor ist berührungslos und somit verschleißfrei.
Patentanspruch 15 beschreibt die Anordnung mehrerer Sauger in einem Saugerfeld. Mit einer derartigen Anordnung können auch Werkstücke mit großen Abmessungen fixiert werden.
Durch das Zusammenfassen von in Zeilen und Spalten angeordneten Saugern zu Modulen und durch die Kombination von vier Modulen zu einer Saugermatrix (Patentanspruch 16) kann eine besonders lastaufnahmefähige Anordnung realisiert werden. Wird für jedes Modul eine Unterdruckquelle verwendet, so ergibt sich eine hohe Saugleistung der Gesamtvorrichtung.
Gemäß Patentanspruch 17 sind die Ventilanordnungen für die Sauger eines Saugerfeldes einzeln mittels einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung schaltbar. Dadurch können Sauger, die nicht an dem zu fixierenden Werkstück anliegen, abgeschaltet werden. Ist nur eine Unterdruckquelle vorgesehen, erhöht sich durch Abschalten der an dem Werkstück nicht anliegenden Sauger die Haltekraft der anliegenden Sauger und dadurch die Sicherheit beim Handhaben des Werkstücks.
Gemäß Patentanspruch 18 werden die Fotothyristoren zum Schalten von Steuerstromkreisen mit einem Lichtbild beaufschlagt. Ein Lichtbild ermöglicht das gleichzeitige Schalten mehrerer Ventilanordnungen auch dann, wenn aufgrund der komplexen Anordnung der zu schaltenden Fotothyristoren hohe Anforderungen an die Geometrie des Lichtbildes gestellt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung und anhand der Figuren, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren schematisch dargestellt. Es zeigen:
1 eine Vorrichtung zum Handhaben von Blechen mit einer im Schnitt dargestellten Ventilanordnung erster Bauart,
2 den Aufbau einer Steuerung für eine Ventilanordnung zweiter Bauart,
3 die Steuerung einer Mehrzahl von Ventilanordnungen eines Saugerfeldes mittels eines Lichtbildes,
4 den Aufbau der Steuerung eines Moduls mit einer Mehrzahl von Ventilanordnungen,
5 eine Matrix mit vier Modulen gemäß 4.
Gemäß 1 umfasst eine Vorrichtung 1 zum Handhaben von Werkstücken in Form von Blechen 2 eine Ventilanordnung 3 mit einer Schalteinrichtung 4.
Die Ventilanordnung 3 regelt die Durchlässigkeit einer Verbindung zwischen einem Sauger 6 und einer als Vakuumpumpe ausgebildeten Unterdruckquelle 7. Die Ventilanordnung 3 weist ein Ventilgehäuse 8 mit drei Öffnungen (Öffnungen 9, 10, 11) auf. An dem Ventilgehäuse 8 ist der Sauger 6 angeordnet, der an das Blech 2 angelegt werden kann, um dieses zu heben. Ein Schaltelement 12 der Schalteinrichtung 4 besteht aus Formgedächtnismaterial, das an einem Längsende mit dem Ventilgehäuse 8 und an dem anderen Längsende mit einem als Ventilkolben 13 ausgebildeten Ventilelement verbunden ist. Als Formgedächtnismaterial kann beispielsweise eine Nickel-Titan- oder eine Kupfer-Zink-Legierung vorgesehen sein.
In 1 befindet sich das Schaltelement 12 in seiner Grundform. Das Schalten des Schaltelementes 12 erfolgt aufgrund eines Schaltimpulses, der für das Formgedächtnismaterial der Ventilanordnung 3 durch thermische Beaufschlagung mittels eines Laserstrahls 14 generiert wird. Der Laserstrahl 14 kann durch eine Membran 15, die zum Schutz der Ventilanordnung 3 vor äußeren Einflüssen an der Oberseite des Ventilgehäuses 8 angeordnet ist, auf das Schaltelement 12 fallen und dieses erwärmen. In 1 ist der Laserstrahl zunächst ausgeschaltet.
Die Ventilanordnung 3 ist in zwei Schaltzustände schaltbar, die durch zwei Positionen des Ventilkolbens 13 definiert sind. Jeder Position des Ventilkolbens 13 und damit jedem Schaltzustand der Ventilanordnung 3 ist eine be stimmte Durchlässigkeit der Verbindung zwischen Sauger 6 und Unterdruckquelle 7 zugeordnet. 1 zeigt den Ventilkolben 13 in einer ersten Position 16, die durch die Grundform und die damit verbundene Länge des Schaltelementes 12 festgelegt ist.
In der ersten Position 16 ist die Verbindung zwischen dem Sauger 6 und der Unterdruckquelle 7 unterbrochen und damit undurchlässig. In die zweite Position wird der Ventilkolben 13 bewegt, indem an der Öffnung 9 des Ventilgehäuses 8 der Druck p₁ angelegt wird, der niedriger als der atmosphärische Umgebungsdruck ist. Der atmosphärische Druck steht über die Öffnung 11 im Inneren des Ventilgehäuses 8 an der in 1 rechten Seite des Ventilkolbens 13 an. Aufgrund des Unterdrucks p₁ bewegt sich der Ventilkolben 13 nach links. Infolgedessen verbindet eine Bohrung 17 in dem Ventilkolben 13 über die Öffnung 10 des Ventilgehäuses 8 die Unterdruckquelle 7 mit dem Sauger 6. In diesem zweiten Schaltzustand ist die Durchlässigkeit der Verbindung zwischen dem Sauger 6 und der Unterdruckquelle 7 maximal. An der Öffnung 10 des Ventilgehäuses 8 und damit auch an dem Sauger 6 liegt bei diesem Schaltzustand der Ventilanordnung 3 der (Unter-)Druck p₂ an.
Es besteht die Möglichkeit, p₁ und p₂ identisch zu bemessen und/oder dieselbe Unterdruckquelle zur Erzeugung sowohl von p₁ als auch von p₂ zu verwenden. Beides ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall.
Sauger 6 und Ventilanordnung 3 bilden zusammen eine Baueinheit, wodurch sich ihre Demontage beispielsweise zu Reparaturzwecken vereinfacht.
Der praktische Einsatz der Vorrichtung 1 wird im Folgenden erläutert.
Ausgehend von den Verhältnissen gemäß 1 wird bei ausgeschaltetem Laserstrahl 14 die Unterdruckquelle 7 aktiviert. Dadurch entstehen an den Öffnungen 9 und 10 des Ventilgehäuses 8 die Drücke p₁ und p₂, die beide niedriger als der atmosphärische Umgebungsdruck sind. Aufgrund des sich im Inneren des Ventilgehäuses 8 im Bereich der Öffnung 9 aufbauenden Unterdrucks p₁, wird der Ventilkolben 13 aus der Position gemäß 1 (16) nach links gezogen. Nimmt der Ventilkolben 13 seine zweite Schaltposition ein, ist die Verbindung zwischen dem Sauger 6 und der Unterdruckquelle 7 über die Durchgangsbohrung 17 im Ventilkolben 13 und über die Öffnung 10 des Ventilgehäuses 8 hergestellt. Dadurch wird an dem Sauger 6 ein Unterdruck angelegt, welcher das Blech 2 fixiert. Durch die Bewegung des Ventilkolbens 13 in die zweite Schaltposition wird das Schaltelement 12 von seiner Grundform in eine abgewandelte gelängte Form gezogen (Längen des Formgedächtnismaterials) und die Ventilanordnung 3 mithin in ihren zweiten Schaltzustand überführt.
Soll der Sauger 6 beispielsweise zum Ablegen des Blechs 2 von diesem gelöst werden, wird der Laserstrahl 14 unmittelbar auf das Schaltelement 12 gerichtet. Dadurch erfolgt eine Erwärmung des Schaltelementes 12 durch den Laserstrahl 14. Aufgrund der Erwärmung verkürzt sich das Schaltelement 12 und nimmt wieder seine Grundform an. Das sich verkürzende Schaltelement 12 zieht den Ventilkolben 13 aus seiner zweiten Schaltposition nach rechts und damit in seine Ausgangsposition gemäß 1. Der Durchgang zwischen Sauger 6 und Öffnung 10 und damit die Verbindung zwischen dem Sauger 6 und der Unterdruckquelle 7 ist wieder unterbrochen. An dem Sauger 6 herrscht nun kein Unterdruck mehr. Infolgedessen gibt der Sauger 6 das zuvor angesaugte Blech 2 frei. Denkbar ist auch, bei diesem Schaltzustand in der Ventilanordnung 3 eine Verbindung des Saugers 6 mit dem Atmosphärendruck herzustellen. Dadurch wird der Druck ausgleich an dem Sauger 6 besonders prozesssicher. Eine derartige Verbindung ist in der Zeichnung jedoch nicht gezeigt.
In 2 ist eine Steuerung 32 zum Ansteuern einer Ventilanordnung 21 abgebildet. Die Steuerung 32 kann auch in Kombination mit der Ventilanordnung 3 aus 1 eingesetzt werden.
Ein Ventilelement, d. h. ein Schieber 22 der Ventilanordnung 21, ist durch eine Feder 25 vorgespannt und wird durch die Formänderung eines Schaltelementes 24 aus Formgedächtnismaterial geschaltet. Der Schaltimpuls wird durch ein Heizelement in Form eines Heizdrahtes 29 generiert. Zum Schalten eines Steuerstromkreises 26 ist gemäß 2 ein Fotothyristor 33 vorgesehen, der mit Licht 34 bestrahlt werden kann. Durch lichtgesteuertes Schalten des Fotothyristors 33 wird der Steuerstromkreis 26 geschaltet, wobei der Steuerstromkreis 26 permanent an einer Stromquelle 35 anliegt. Der Fotothyristor 33 übernimmt die Funktion eines Schalters.
Der Schieber 22, der entlang eines Pfeils 23 beweglich ist, schaltet die Ventilanordnung 21. In der Grundstellung ist der Schieber 22 der Ventilanordnung 21 durch das Schaltelement 24 aus Formgedächtnismaterial blockiert, dessen Länge durch Temperaturerhöhung reduzierbar ist. Die vorgespannte Feder 25 drückt den Schieber 22 gegen das in seiner Grundform befindliche Schaltelement 24.
Zusätzlich zu dem Steuerstromkreis 26 umfasst die Steuerung 32 eine Steuerleitung 27. Der Heizdraht 29 des Steuerstromkreises 26 bildet ein Heizelement, das bei Stromfluss Wärme abgibt (Schaltimpuls). Die Steuerung des Heizstromes und damit die Steuerung der Wärmeabgabe an dem Schaltelement 24 erfolgt mittels des Fotothyristors 33, der mit Licht 34 bestrahlt werden kann.
Eine Unterdruckleitung 28 (IN) ist Teil einer Verbindung zwischen zwei Saugern 6 und einer Unterdruckquelle 7 (in 2 nicht dargestellt). Der Ventilanordnung 21 ist ein Sauger 6 zugeordnet.
Das Funktionsprinzip der Steuerung 32 wird anhand eines Schaltvorgangs der Ventilanordnung 21 erläutert.
Durch lichtgesteuertes Schalten wird der von dem Fotothyristor 33 gebildete Schalter geschlossen und es fließt ein Strom durch den Heizdraht 29, was eine Erwärmung des Heizdrahts 29 zur Folge hat. Der Heizdraht 29 erwärmt das Schaltelement 24. Aufgrund des Wärmeeintrags verkürzt sich das Schaltelement 24, der Schieber 22 wird nicht mehr blockiert und bewegt sich aufgrund der Beaufschlagung durch die vorgespannte Feder 25 in 2 nach links. Durch die Bewegung des Schiebers 22 wird die Ventilanordnung 21 von einem ersten Schaltzustand (Ausgangsschaltzustand) in einen zweiten Schaltzustand geschaltet. In dem ersten Schaltzustand der Ventilanordnung 21 (2) ist die Verbindung zwischen dem der Ventilanordnung 21 zugeordneten Sauger 6 und der Unterdruckquelle 7 unterbrochen. In dem zweiten Schaltzustand der Ventilanordnung 21 ist der betreffende Sauger 6 mit der Unterdruckquelle 7 über die Unterdruckleitung 28 verbunden.
Durch Betätigung des Schaltelementes 24 aus Formgedächtnismaterial ist die Ventilanordnung 21 nur in 2 nach links bewegbar.
Soll die Ventilanordnung 21 nach dem Umschalten in ihren Ausgangszustand gemäß 2 rücküberführt werden, wird die Steuerleitung 27 mit Überdruck beaufschlagt. Zu diesem Zweck ist die Steuerleitung 27 mit einer herkömmlichen, in 2 der Einfachheit halber nicht gezeigten Druckquelle verbunden. Aufgrund des Überdrucks in der Steuerleitung 27 bewegt sich der Schieber 22 entlang des Pfeils 23 in 2 nach rechts. Dadurch wird die zuvor entspannte Feder 25 erneut vorgespannt. Ist der Schieber 22 in seine Ausgangslage zurückbewegt und das Schaltelement 24 durch Abkühlung oder durch erzwungenes Längen während der Rückstellung des Schiebers 22 nach rechts wieder in seine Grundform überführt, so ergeben sich erneut die Verhältnisse gemäß 2. Das Schaltelement 24 blockiert wieder den vorgespannten Schieber 22.
Abweichend von den beschriebenen Verhältnissen besteht die Möglichkeit, die Steuerleitung 27 zur Vorspannung des Schiebers 22 zu nutzen. Bei einer solchen Anordnung kann die Feder 25 entfallen. Wird an die Steuerleitung 27 bei Ausgangsstellung des Schiebers 22 (2) ein Unterdruck angelegt, so ist der Schieber 22 bestrebt, sich in 2 nach links zu bewegen. An einer derartigen Bewegung wird der Schieber 22 durch das in seiner Grundform befindliche Schaltelement 24 gehindert. Zur Rücküberführung des Schiebers 22 nach dem Umschalten ist die Steuerleitung 27 mit einem Überdruck zu beaufschlagen.
3 zeigt die Umsetzung des in 2 vorgestellten Steuerungsprinzips bei Verwendung mehrerer Ventilanordnungen 21 mit jeweils einem Sauger 6. In 3 erkennbar ist lediglich eine der Ventilanordnungen 21 mit dem zugehörigen Sauger 6.
Ein als Projektor ausgebildeter Strahlmodulator 40 wirft ein Lichtbild 41 auf eine aus sensitiven Elementen von Fotothyristoren 33 bestehende Fläche 42, wobei jedes sensitive Element einem Fotothyristor 33 und damit einem Steuerstromkreis 26 einer Steuerung 32 zugeordnet ist. Durch das auf der Fläche 42 entstehende Lichtbild 41 werden ausgewählte Steuerstromkreise 26 geschlossen und somit ausgewählte Ventilanordnungen 21 geschaltet. In Abhängigkeit von der Geometrie des projizierten Lichtbildes 41 können ein zelne aber auch gleichzeitig mehrere Ventilanordnungen 21 geschaltet werden.
Bei entsprechendem Schaltzustand der Ventilanordnungen 21, wird in den betreffenden Saugern 6 ein Unterdruck erzeugt, mittels dessen ein Blech 2 an den Saugern 6 fixiert werden kann. Das in 4 dargestellte Ansteuerprinzip bietet durch seine berührungslose Steuerung von Fotothyristoren 33 mittels eines Lichtbildes 41 die Möglichkeit, selbst komplexe Kombinationen von Ventilanordnungen 21 zu schalten und damit die betreffende Handhabungsvorrichtung an die Geometrie des zu handhabenden Bleches anzupassen. Darüber hinaus können Ventilanordnungen 21 auch einzeln geschaltet werden.
In 5 ist als weitere Ausführungsform eine Steuerung 50 dargestellt. Die Steuerung 50 dient zum Ansteuern einer Ventilmatrix (Modul). Diese umfasst mehrere in Zeilen und Spalten angeordnete Ventilanordnungen 21, die nicht gezeigten Saugern 6 zugeordnet sind, einen Steuerstromkreis 26, eine Steuerleitung 27 und eine Unterdruckleitung 28. Die Ansteuerung der Ventilanordnungen 21 ist dem in 2 gezeigten Prinzip ähnlich. A1, A2, A3... und B1, B2, B3... stellen Schalter dar, mittels derer der Steuerstromkreis 26 schaltbar ist. Bei geöffneten Schaltern B1, B2, B3... und geschlossenen Schaltern A1, A2, A3..., kann durch Schließen der Schalter B1, B2, B3... die Ventilmatrix reihenweise geschaltet werden. Entsprechend ist die Ventilmatrix bei geschlossenen Schaltern B1, B2, B3... und geöffneten Schaltern A1, A2, A3... durch Schließen der Schalter A1, A2, A3... spaltenweise schaltbar. Ein einzelnes Ventil wird dann geschaltet, wenn sowohl die entsprechende Reihe als auch die entsprechende Spalte geschaltet sind.
Zum Überführen der Ventilanordnungen 21 in den ursprünglichen Schaltzustand wird die Steuerleitung 27 mit Druckluft beaufschlagt. Sowohl die Ven tilanordnung 3 aus 1 als auch die Ventilanordnung 21 gemäß 2 können mit der Steuerung 50 kombiniert werden. Die Ventilmatrix lässt sich beliebig erweitern (V_n1, V_1n, V_nn).
5 zeigt die Kombination von vier Modulen der in 4 gezeigten Art. Dabei ist für jedes Modul (M1 bis M4) eine Steuerung 50 vorgesehen. Jedes Modul weist lediglich an zwei seiner vier Seiten Schalter auf. Dies eröffnet die Möglichkeit, an den freien Seiten eines Moduls jeweils ein weiteres Modul anzusetzen, um auf diese Art und Weise die in 5 gezeigte und vier Module umfassende Gesamtanordnung zu erhalten. Die vier Module können parallel bzw. zeitgleich angesteuert werden.
Die dargestellte Anordnung ermöglicht die Verwendung von identischen, jeweils eine Ventilanordnung und einen Sauger umfassenden Baueinheiten in jedem Punkt der Matrix. Diese identischen Baueinheiten müssen auch nicht für ihre Position spezifisch programmiert oder sonstwie angepasst werden. Dies ermöglicht eine sehr einfache Wartbarkeit des Systems: Defekte Baueinheiten können vorteilhafterweise von unten entnommen und durch funktionsfähige Baueinheiten ersetzt werden.
Die positionsspezifische Funktionalität ist zudem frei von der Verlegung einzelner Steuerleitungen pro Matrixpunkt möglich. Dadurch minimieren sich die Gestehungskosten und die Fehleranfälligkeit sinkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004013058 A1 [0003, 0004]
- DE 10140248 A1 [0003, 0006]
- DE 102005047385 B4 [0003, 0008, 0009]

Claims

Vorrichtung (1) zum Handhaben von Werkstücken, insbesondere von Blechen (2), • mit einem an einem Werkstück anlegbaren Sauger (6), • mit einer Unterdruckquelle (7) sowie • mit einer schaltbaren Verbindung zwischen dem Sauger (6) und der Unterdruckquelle (7), wobei die Durchlässigkeit der Verbindung zwischen dem Sauger (6) und der Unterdruckquelle (7) mittels einer Ventilanordnung (3, 21) regelbar ist und die Ventilanordnung (3, 21) eine gesteuert betätigbare Schalteinrichtung (4) umfasst, mittels derer die Ventilanordnung (3, 21) in zwei voneinander verschiedene Schaltzustände schaltbar ist, wobei den voneinander verschiedenen Schaltzuständen der Ventilanordnung (3, 21) unterschiedliche Durchlässigkeiten der Verbindung zwischen dem Sauger (6) und der Unterdruckquelle (7) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (4) der Ventilanordnung (3, 21) ein Schaltelement (12, 24) aufweist, das aufgrund einer thermischen Beaufschlagung mittels eines Laserstrahls (14) oder aufgrund einer optischen Beaufschlagung gesteuert betätigbar ist, wobei das Schaltelement (12, 24) die Ventilanordnung (3, 21) aufgrund der thermischen Beaufschlagung mittels Laserstrahl oder aufgrund der optischen Beaufschlagung in wenigstens einen der voneinander verschiedenen Schaltzustände schaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (12, 24) ein Formänderungselement ist, welches aufgrund der thermischen Beaufschlagung mittels Laserstrahl oder aufgrund der optischen Beaufschlagung seine Form ändert und dadurch die Ventilanordnung (3, 21) in wenigstens einen der voneinander verschiedenen Schaltzustände schaltet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formänderungselement wenigstens zum Teil aus einem Formgedächtnismaterial besteht, welches aufgrund der thermischen Beaufschlagung mittels Laserstrahl oder aufgrund der optischen Beaufschlagung unter Formänderung in eine für das Formgedächtnismaterial spezifische Grundform oder in eine von der Grundform verschiedene abgewandelte Form überführbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formänderungselement wenigstens teilweise als Bimetall ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Schaltzustände der Ventilanordnung (3, 21) ein Verbindungszustand und/oder dass einer der Schaltzustände der Ventilanordnung (3, 21) ein Unterbrechungszustand ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Sauger (6) und der Unterdruckquelle (7) bei Verbindungszustand der Ventilanordnung (3, 21) maximale Durchlässigkeit besitzt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (12, 24) der Schalteinrichtung (4) als Formänderungselement ausgebildet ist und aufgrund der thermi schen Beaufschlagung mittels Laserstrahl oder aufgrund der optischen Beaufschlagung unter Formänderung die Ventilanordnung (3, 21) schaltet, indem es ein Ventilelement (13, 22) der Ventilanordnung (3, 21) in eine Position bewegt, die einem der voneinander verschiedenen Schaltzustände der Ventilanordnung (3, 21) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Schaltzustände der Ventilanordnung (3, 21) signalisierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (12, 24) als Formänderungselement ausgebildet und aufgrund der thermischen Beaufschlagung mittels Laserstrahl oder aufgrund der optischen Beaufschlagung längenänderbar ist und dass die Ventilanordnung (3, 21) aufgrund der Längenänderung des Schaltelementes (12, 24) in wenigstens einen der voneinander verschiedenen Schaltzustände schaltbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilelement (13, 22) der Ventilanordnung (3, 21) aufgrund der thermischen Beaufschlagung mittels Laserstrahl oder aufgrund der optischen Beaufschlagung von einer ersten (16) in eine zweite Position schaltbar ist und dass die Rückstellung des Ventilelementes (13, 22) unabhängig von einer thermischen Beaufschlagung mittels Laserstrahl oder unabhängig von einer optischen Beaufschlagung, insbesondere druckbetätigt, erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur gesteuerten Betätigung des Schaltelementes (12, 24) vorgesehen ist, die einen Steuerstromkreis (26) zur Erzeugung eines Steuerimpulses für das Schaltelement (12, 24) umfasst, wobei der Steuerstromkreis (26) aufgrund der thermischen Beaufschlagung mittels Laserstrahl oder aufgrund der optischen Beaufschlagung schaltbar ist und wobei bei einem definierten Schaltzustand des Steuerstromkreises (26) ein Steuerimpuls für das Schaltelement (12, 24) generiert wird, aufgrund dessen das Schaltelement (12, 24) die Ventilanordnung (3, 21) schaltet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Beaufschlagung zum Betätigen des Schaltelementes (12, 24) durch einen Laserstrahl (14) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerstromkreis (26) zur Erzeugung des Steuerimpulses für das Schaltelement (12, 24) ein Heizelement (29) umfasst, das den Steuerimpuls zur Betätigung des Schaltelementes (12, 24) erzeugt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerstromkreis (26) zur Erzeugung des Steuerimpulses für das Schaltelement (12, 24) einen Fotothyristor (33) umfasst und aufgrund der optischen Beaufschlagung des Fotothyristors (33) schaltbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Saugern (6) vorgesehen ist, welche ein Saugerfeld bilden, wobei die Sauger (6) des Saugerfeldes mit einer Unterdruckquelle (7) eine Verbindung aufweisen, deren Durchlässigkeit mittels einer Ventilanordnung (3, 21) regelbar ist, die ihrerseits eine Schalteinrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sauger (6) eines Saugerfeldes in Zeilen und quer dazu verlaufenden Spalten angeordnet sind und ein Modul bilden, und dass vier Module zu einer Saugermatrix zusammengefasst sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ventilanordnungen (3, 21) vorgesehen und einzeln mittels der Schalteinrichtung (4) schaltbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mehreren Ventilanordnungen (3, 21), die jeweils ein gesteuert betätigbares Schaltelement (12, 24) sowie einen Steuerstromkreis (26) zur gesteuerten Betätigung des Schaltelementes (12, 24) aufweisen, dass die Steuerstromkreise (26) der Ventilanordnungen (3, 21) jeweils zur Erzeugung des Steuerimpulses für das Schaltelement (12, 24) mittels eines Fotothyristors (33) schaltbar sind und dass die Fotothyristoren (33) der Steuerstromkreise (26) mit einem Lichtbild (41) optisch beaufschlagbar sind.
Verfahren zum Handhaben von Werkstücken, insbesondere von Blechen (2), • wobei ein Sauger (6) einer Handhabungsvorrichtung (1) an einem Werkstück angelegt wird und • wobei die Durchlässigkeit einer Verbindung zwischen dem Sauger (6) und einer Unterdruckquelle (7) der Handhabungsvorrichtung (1) mittels einer Ventilanordnung (3, 21) geregelt wird, indem eine Schalteinrichtung (4) der Ventilanordnung (3, 21) gesteuert betätigt und dadurch die Ventilanordnung (3, 21) in zwei voneinander verschiedene Schaltzustände geschaltet wird, denen unterschiedliche Durchlässigkeiten der Verbindung zwischen dem Sauger (6) und der Unterdruckquelle (7) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund einer thermischen Beaufschlagung mittels eines Laserstrahls (14) oder aufgrund einer optischen Beaufschlagung ein Schaltelement (12, 24) der Schalteinrichtung (4) der Ventilanordnung (3, 21) gesteuert betätigt und die Ventilanordnung (3, 21) in wenigstens einen der voneinander verschiedenen Schaltzustände geschaltet wird.