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Die Erfindung betrifft einen Flächensauggreifer zum Greifen und Halten flächiger Werkstücke, mit einer eine Ansaugfläche aufweisenden, an einen Unterdruckerzeuger angeschlossenen Saugkammer, einer aus der Saugkammer ausmündenden Absaugöffnung und einer Vielzahl in der Ansaugfläche sich befindender Ansaugöffnungen.
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Aus der
DE 100 27 814 A1 ist ein Sauggreifer bekannt, mit welchem pneumatisch Werkstücke angesaugt werden. Dieser Sauggreifer besitzt eine Saugkammer oder einen Saugkasten, an dessen Oberseite ein Absaugstutzen sitzt und dessen Unterseite von einer eine Ansaugfläche aufweisenden Platte verschlossen ist. Diese Platte besitzt über ihre gesamte Fläche Ansaugöffnungen, die gleichmäßig verteilt sind, das heißt ein einheitliches Ansaugbild oder Ansaugmuster aufweisen. Mit einem derartigen Sauggreifer können großflächige Werkstücke angesaugt werden.
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Bei den üblichen Niederdruck-Flächensaugern muss der Greifer direkt auf dem Werkstück positioniert werden. Das Vereinzeln von einzelnen Werkstücken ist schwierig. Bernoulli-Sauger verfügen über eine hohe Tiefenwirkung. Die Werkstücke werden (aufgrund des hydrodynamischen Paradoxons) aus großer Höhe bereits angesaugt. Hierbei sind die Positionsgenauigkeit und die dafür erforderlichen Reibkräfte sehr gering. Spröde Werkstücke, z.B. Wafer, können, da sie sehr empfindlich sind, beim Anspringen gegen den Greifer brechen.
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Bernoulli-Greifer und Niederdruck-Flächensauger beeinflussen sich gegenseitig, da die Abluft der Bernoulli-Greifer durch den Niederdruck-Flächensauger wieder eingesaugt wird. Darüber hinaus kann durch die Bernoulli-Greifer eine Art "Luftkissen" unter dem Sauggreifer entstehen, was zu geringeren Haltekräften führen kann. Daher kann es ohne weitere Maßnahmen problematisch sein, beide Greifmechanismen zeitgleich zu betreiben. Kritisch kann außerdem der Übergabezeitpunkt von einem Greifsystem auf das andere sein. Darüber hinaus strömt bei Bernoulli-Sauggreifern die Luft anschließend in die Umgebung, was z.B. unter Reinraumbedingungen oder aber bei empfindlichen Bauteilen nachteilig ist. Dabei können durch den aus Bernoulli-Greifern ausströmenden Luftstrom Partikel auf das Werkstück aufgebracht werden und Bauteile oder Zuschnitte in Schwingungen versetzt oder zum "Flattern" angeregt werden, was u.a. zu Faserverschiebungen bei textilen Werkstücken, z.B. Textilien führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flächensauggreifer der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem Werkstücke leicht gegriffen aber auch vereinzelt werden können. Außerdem sollen die Werkstücke schonend gegriffen werden.
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Diese Aufgabe wird mit einem Flächensauggreifer der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sich in der Ansaugfläche zusätzlich wenigstens eine, Druckluft ausstoßende Ausblasöffnung befindet. Insbesondere mündet die Ausblasöffnung in wenigstens eine zum Werkstück hin offene Abluftführung zur Leitung der ausgestoßenen Luft.
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Vorgeschlagen wird ein Flächensauggreifer, bei dem die Ausblasöffnung insbesondere eine Düse ist oder als solche wirkt, die nach dem Bernoulli-Prinzip das Vereinzeln und die Sprunghöhe liefert und das Werkstück im Prozess an den Flächensauggreifer übergibt. Dadurch wird verhindert, dass empfindliche Werkstücke beim Anspringen brechen. Außerdem wird die Zykluszeit reduziert und es können auch labile Objekte vereinzelt werden (z.B. textile Halbzeuge, Folien, etc.), wobei die Positioniergenauigkeit beibehalten wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich die Ausblasöffnung näher zum Rand der Ansaugfläche, als zu deren Zentrum. Um die oben genannten negativen Auswirkungen der Kombination von Bernoulli-Greifern mit anderen Vakuumgreifern zu minimieren, werden die Bernoulli-Greifer so ausgeführt, dass diese die Abluft nur nach außen, d.h. in Richtung des Randes abblasen.
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Bevorzugt ist der Abstand der Ausblasöffnung zu zwei benachbarten Rändern gleich groß. Die Ausblasöffnung liegt quasi in der Ecke des Ansaugfläche. Bei einer Weiterbildung liegt die Ausblasöffnung auf einer Diagonalen der Ansaugfläche.
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Vorzugsweise ist die Abluftführung in Richtungen entlang der Ansaugfläche zumindest abschnittsweise von Führungswandungen begrenzt. Beispielsweise kann die Abluftführung von Leitstegen begrenzt sein, welche insbesondere auf der Ansaugfläche verlaufen. Denkbar ist jedoch auch, dass die Abluftführung als Vertiefung der Ansaugfläche ausgebildet ist, z.B. in diese gefräst ist.
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Die Abluftführung kann grundsätzlich beliebige Form aufweisen, z.B. sich ausgehend von der Ausblasöffnung konisch erweiternd erstrecken. Beispielsweise kann die Abluftführung derart begrenzt sein, dass sich ihr parallel zur Ansaugfläche gemessener Durchmesser entlang des Verlaufs in einer Erstreckungsrichtung der Abluftführung stetig erweitert. Vorteilhaft ist auch eine kanalartige Ausgestaltung der Abluftführung, insbesondere in der Art eines sich länglich erstreckenden Kanals. Der Kanal kann sich gerade oder gekrümmt erstrecken.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Kanal sich in Richtung des Randes oder einer Ecke der Ansaugfläche erstreckt. Die Ausblasöffnung befindet sich in einer Vertiefung in der Ansaugfläche des Niederdruck-Flächensauggreifers, damit das handzuhabende Werkstück durch die teilweise noch bestehende "Restauflagefläche" weiter stabilisiert werden kann. Die Abluftführung kann am Rand der Ansaugfläche geschlossen oder offen ausgebildet sein.
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Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass sich in der Abluftführung oder in dem Kanal wenigstens eine Ansaugöffnung befindet. Durch die Ansaugöffnungen wird die ausgeblasene Druckluft wieder abgesaugt, damit diese nicht in die Umgebung abgeblasen wird, so dass sie außerhalb des Greifers das Werkstück nicht beeinträchtigt, z.B. mit Partikeln verschmutzt oder bei Textilien zu Faserverschiebungen führt.
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Vorteilhaft weist die Ausblasöffnung einen kreisrunden oder einen kreissektorförmigen Querschnitt auf, z.B. einem Viertelkreis, dessen Kreisbogen in Richtung einer Ecke der Ansaugfläche zeigt. Dadurch wir die ausgeblasene Druckluft gezielt in die gewünschte Richtung ausgeblasen, nämlich in Richtung des Randes und nicht in Richtung des Zentrums der Ansaugfläche.
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Dadurch, dass der Unterdruckerzeuger ein Ejektor ist, kann die Druckluft für die Ausblasöffnung vom Drucklufteinlass abgezweigt werden, ohne dass für die Druckluft eine separate Leitung gelegt werden muss.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Figurenbeschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung zwei besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Flächensauggreifers;
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2 eine Draufsicht auf die Ansaugseite eines ersten Ausführungsbeispiels des Flächensauggreifers;
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3 eine Draufsicht auf die Ansaugseite eines zweiten Ausführungsbeispiels des Flächensauggreifers; und
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4 eine Draufsicht auf die Ansaugseite eines Flächensauggreifers zur Veranschaulichung für Gestaltungsmöglichkeiten der Abluftführung
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5 eine Darstellung entsprechend 4 zur Erläuterung weiterer Gestaltungsmöglichkeiten der Abluftführung.
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Die 1 zeigt einen Flächensauggreifer 10, der mittels eines Flansches 12 mit Haltestutzen 14 an einem (nicht dargestellten) Manipulator befestigt ist. Am Haltestutzen 14 ist ein Ejektor 16 zur Unterdruckerzeugung montiert, der Einen Drucklufteinlass 18, einen Saugstutzen 20 und einen Abluftauslass 22 aufweist. Der Drucklufteinlass 18 wird mit Druckluft versorgt, was mit dem Pfeil 24 dargestellt ist. In Strömungsrichtung vor dem Drucklufteinlass 18 befindet sich ein Abzweig 26, über welchen Druckluft abgezweigt wird. Der Saugstutzen 20 mündet in einen Saugraum 28, der auch als Träger für eine eine Ansaugfläche 30 bildende Saugplatte 32 dient.
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Diese Saugplatte 32 weist in der Ansaugfläche 30 ausmündende Ansaugöffnungen 34 auf, was deutlich in den 2 und 3, die eine Draufsicht auf die Ansaugfläche 30 zeigen, dargestellt ist. Die Ansaugöffnungen 34 sind in einem rechtwinkligen Raster angeordnet, das in Richtung des Randes 36 Ansaugfläche 30 enger wird. Dies bedeutet, dass die Dichte der Ansaugöffnungen 34 vom Zentrum 38 zum Rand 36 zunimmt. Hierdurch wird eine gleichmäßige Verteilung der Ansaugkraft über die gesamte Ansaugfläche 30 erreicht, was in der 1 mit den Pfeilen 40 angedeutet ist.
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In den 2 und 3 sind zusätzlich noch vier Ausblasöffnungen 42 vorgesehen, über welche Druckluft ausgeblasen wird, die über separate Kanäle innerhalb des Saugraumes 28 vom Abzweig 26 herangeführt wird. Die Ausblasöffnungen 42 münden in jeweils drei als Kanäle 45 ausgebildete Abluftführungen 44 ein, die die Druckluft in Richtung des Randes 36 oder in Richtung der Ecken 46 führen. Dabei ist der Kanal 45 in Richtung eines anzusaugenden Werkstücks 48 (siehe 1) offen. Sowohl die Kanäle 45 als auch die Ausblasöffnungen 42 besitzen diese umgebende, von der Ansaugfläche 30 abragende Leitstege 50, die die Druckluft kanalisieren und insofern Führungswandungen für die Abluftführung bereitstellen. Die Strömungsrichtung der Druckluft ist mit Pfeilen 51 angedeutet. Die Kanäle 45 und/oder die Ausblasöffnungen 42 können jedoch auch als Ausnehmungen oder Vertiefungen in die Ansaugfläche 30 eingebracht (z.B. gefräst) sein, um Führungswandungen bereitzustellen. Dann sind Leitstege 50 nicht zwingend erforderlich.
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Außerdem ist in den 2 und 3 erkennbar, dass der Öffnungsquerschnitt der Ausblasöffnungen 42 beim Ausführungsbeispiel der 2 kreisrund und beim Ausführungsbeispiel der 3 kreissektorförmig als Viertelkreis ausgebildet ist, wobei der Kreisbogen in Richtung der Ecke 46 zeigt. Hierdurch wird die Druckluft in Richtung der Kanäle 45 gelenkt.
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Weiterhin ist in den 2 und 3 erkennbar, dass sich in den Kanälen 45 Ansaugöffnungen 34 befinden, über die die Druckluft abgesaugt wird.
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In den 4 und 5 sind für verschiedene Ausblasöffnungen 42a, 42b, 42c, 42d verschiedene Ausgestaltungen der Abluftführungen 44 skizziert. Jede dieser Ausgestaltungen kann für bestimmte oder für alle Ausblasöffnungen eines erfindungsgemäßen Flächensauggreifers Verwendung finden.
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Im Bereich einer ersten Ausblasöffnung 42a (4) sind zur Leitung der ausgestoßenen Luft langestreckte, quaderförmige Führungselemente 52 vorgesehen. Diese erstrecken sich ausgehend von der Ausblasöffnung 42a in Richtung des Randes 36 bzw. der Ecke 46 der Ansaugfläche 30. Dadurch werden Abluftführungen 44 definiert, welche sich in ihrem Verlauf ausgehend von der Ausblasöffnung 42a erweitern.
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Die Führungselemente 52 sind im dargestellten Beispiel dadurch gebildet, dass die Ansaugfläche 30 in einem Bereich 54 um die Ausblasöffnung 42a bis auf die Führungselemente 52 vertieft, z.B. ausgefräst ist. Zwischen den Führungselementen 52 werden die Abluftführungen 44 gebildet. Die Führungselemente 52 stellen Führungswandungen der Abluftführung 44 bereit.
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Es ist jedoch auch denkbar, dass die Ansaugfläche 30 im Bereich 54 um die Ausblasöffnung 42a nicht vertieft ist. Dann können die Führungselemente 52 von der Ansaugfläche 30 abragend ausgebildet sein, um die Abluftführung 44 zu bilden.
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Für eine zweite Ausblasöffnung 42b (4) sind Führungselemente 52 vorgesehen, welche sich ausgehend von der Ausblasöffnung 42b in Richtung des Randes 36 bzw. der Ecke 46 erstrecken und in Schnitten parallel zur Ansaugfläche 30 dreieckige Form aufweisen. Dadurch werden Abluftführungen 44 gebildet, welche sich in ihrem Verlauf ausgehend von der Ausblasöffnung 42b verjüngen. Die Führungselemente 52 können wie erläutert durch Vertiefung des Bereichs 54 oder von Ansaugfläche 30 abragend ausgebildet sein.
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In 5 sind im Bereich einer weiteren Ausblasöffnung 42c die Führungselemente 52 von Leitstegen 50 gebildet. In dem Bereich 54 um die Ausblasöffnung 42c ist die Ansaugfläche 30 vertieft. Die Leitstege 50 erstrecken sich in dem vertieften Bereich 54 in Richtung von der Ausblasöffnung 42c zum Rand 36 bzw. zur Ecke 46. Dadurch wird der Bereich 54 in Abluftführungen 44 zur Leitung der ausgestoßenen Luft unterteilt.
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Für eine vierte Ausblasöffnung 42d wird die Abluftführung 44 dadurch gebildet, dass in einem insbesondere vertieften Bereich 54 der Ansaugfläche 30 um die Ausblasöffnung 42d Führungserhebungen 56 vorgesehen sind. Diese erstrecken sich nicht vollständig zwischen der Ausblasöffnung 42d und dem Rand 36 bzw. der Ecke 46, sondern sind sowohl von der Ausblasöffnung 42d, als auch von der Ecke 36 bzw. dem Rand 46 beabstandet. Die Führungserhebungen 56 sind zwischen der Ausblasöffnung 42d und dem Rand 36 bzw. der Ecke 46 der Ansaugfläche 30 angeordnet. Im dargestellten Beispiel ist die Führungserhebung 56 im Schnitt parallel zur Ansaugfläche 30 kreisförmig. Denkbar sind jedoch auch ovale oder polygonale Ausgestaltungen.
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In den Darstellungen der 4 und 5 sind in den Abluftführungen 44 keine Ansaugöffnungen 34 vorgesehen. Zur weiteren Ausgestaltung können jedoch in den Abluftführungen 44 und/oder den Bereichen 54 eine oder mehrere Ansaugöffnungen 34 angeordnet sein.
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In den beschriebenen Beispielen arbeiten die Ausblasöffnungen 42 nach dem Bernoulli-Prinzip und unterstützen das Vereinzeln der Werkstücke 48 und vergrößern die Sprunghöhe des Werkstücks 48, was in der 1 mit den Pfeilen 51 angedeutet ist. Das Werkstück 48 wird dabei kontinuierlich an den Flächengreifer 10 übergeben. Durch ein entstehendes Luftpolster wird verhindert, dass empfindliche Werkstücke 48 beim Anspringen brechen. Durch die größere Sprunghöhe und das bessere Vereinzeln der Werkstücke 48 wird die Zykluszeit reduziert und es können auch biegeschlaffe Werkstücke 48 vereinzelt werden (z.B. textile Halbzeuge, Folien, etc.), wobei die Positioniergenauigkeit beibehalten wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10027814 A1 [0002]
- DE 102009018135 A1 [0003]
- DE 19948572 A1 [0003]
- DE 10319272 A1 [0003]
- EP 1429373 A [0003]
- EP 0026336 A [0003]
- US 4566726 A [0003]
- DE 102009047083 A1 [0003]
