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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Greifeinrichtung für empfindliche Gegenstände nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer erfindungsgemäßen Greifeinrichtung.
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Eine Greifeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE 102 97 633 T5 bekannt. Die bekannte Greifeinrichtung dient der Handhabung von Solarzellen. Derartige Solarzellen müssen während ihres Fertigungsprozesses innerhalb einer Fertigungsanlage zwischen verschiedenen Bearbeitungsstationen transportiert werden, wozu die bekannte Greifeinrichtung dient. Diese weist einen Greifkopf mit zwei unterschiedlichen Einrichtungen auf, die dazu dienen, zum einen eine Solarzelle in Wirkverbindung mit dem Greifkopf zu bringen, und zum anderen die Solarzelle während des eigentlichen Transports zwischen den Bearbeitungsstationen sicher zu halten. Letztgenannte Einrichtung umfasst gemäß
12 der erwähnten Schrift beispielsweise vier Saugköpfe, an denen die Solarzelle direkt anliegt. Es werden somit vier, insbesondere ringförmige Anlageflächen für die Solarzelle an der Einrichtung ausgebildet. Um die Solarzelle in Wirkverbindung mit den Saugköpfen zu bringen, dient eine weitere Einrichtung, die unter Nutzung des Bernoulli-Effekts ein Ansaugen bzw. Anheben der Solarzellen in Richtung der Saugköpfe ermöglicht. Nachteilig bei der bekannten Greifeinrichtung ist, dass durch die lediglich punktuelle bzw. ringförmige Anlage der Solarzelle an den Saugköpfen eine örtlich hohe Flächenpressung bzw. mechanische Beanspruchung an den Solarzellen erfolgt, die aufgrund der Empfindlichkeit der Solarzelle zu einer Vor- oder Beschädigung der Solarzelle führen kann, insbesondere zu Rissen von einigen µm Breite, sogenannten µ-cracks. Dies ist unter anderem dadurch bedingt, dass die Saugköpfe in der Fläche angeordnet sind und über diese hervorstehen müssen, an der durch die Ausnutzung des Bernoulli-Effekts der Unterdruck zum Anheben der Solarzellen erzeugt wird.
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Darüber hinaus ist aus der
EP 2 149 517 B1 ein nicht gattungsgemäßer Flächensauger bekannt, der eine flächige Anlagefläche für Gegenstände aufweist, deren in der Anlagefläche mündende Saugbohrungen mittels einer Einrichtung unter Nutzung des Bernoulli-Effekts betrieben werden. Die beiden Funktionen „Anheben“ und „Halten“ werden somit mittels ein und derselben Einrichtung erfüllt, wodurch keine getrennte Ansteuerung der beiden Funktionen möglich ist. Darüber hinaus ist die Saugkraft durch die prinzipielle Verwendung ausschließlich einer Bernoulli-Einrichtung beschränkt bzw. es ist ein relativ hoher Energieverbrauch zum Erzielen hoher Haltekräfte erforderlich.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Greifeinrichtung für empfindliche Gegenstände nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass ein besonders produktschonender Transport sowie eine besonders produktschonende Anlage an der unterdruckunterstützten Einrichtung zum Halten am Greifkopf ausgebildet wird, wobei gleichzeitig während des Transports relativ hohe Haltekräfte bei geringem Energieverbrauch erzielt werden sollen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Greifeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Greifkopf eine ebene Anlagefläche aufweist, in deren Bereich der Gegenstand zum Halten mittels der ersten Einrichtung flächig anliegt. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass gegenüber dem Stand der Technik die Möglichkeit geschaffen wird, durch die Ausbildung einer großen Anlagefläche eine Verringerung der Flächenpressung bzw. der punktuellen Last an den Gegenständen zu erzielen, so dass Beschädigungen an den zu transportierenden bzw. handzuhabenden Gegenständen vermieden werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Greifeinrichtung für empfindliche Gegenstände sind in den Unteransprüchen aufgeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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In konstruktiv besonders bevorzugter Ausgestaltung der Greifeinrichtung ist es vorgesehen, dass die erste Einrichtung wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Saugbohrungen aufweist, und dass die wenigstens eine Saugbohrung im Bereich der Anlagefläche mündet. Durch diese konstruktive Ausgestaltung wird ein besonders kompakter Greifkopf geschaffen, da die Saugbohrungen nicht außerhalb der Halteplatte angeordnet werden müssen.
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Um eine möglichst geringe und gleichmäßige mechanische Belastung der handzuhabenden Gegenstände zu erzielen, ist es darüber hinaus besonders bevorzugt vorgesehen, dass mehrere Saugbohrungen vorgesehen sind, und dass die Saugbohrungen in der Anlagefläche zumindest im Wesentlichen gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
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In konkreter Ausgestaltung des zuletzt genannten Gedankens wird vorgeschlagen, dass zwischen zehn Saugbohrungen und vierzig Saugbohrungen, vorzugsweise etwa zwanzig Saugbohrungen vorgesehen sind, dass der Abstand der Saugbohrungen in der Anlagefläche höchstens 1,5cm zueinander beträgt, und dass die Anlagefläche eine Seitenlänge von ca. 15cm aufweist. Eine derartige konkrete Ausgestaltung hat sich bei der Handhabung von Solarzellen als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung betrifft die zweite, unter Nutzung des Bernoulli-Effekts arbeitende Einrichtung zum zumindest in Wirkverbindung bringen der Gegenstände mit der ersten Einrichtung. Hierbei ist es vorgesehen, dass die zweite Einrichtung zumindest zwei Austrittsöffnungen aufweist, die an gegenüberliegenden Seiten der Anlagefläche an gegenüber der Ebene der Anlagefläche vertieft angeordneten, insbesondere kanalartigen Bereichen angeordnet sind, und dass die aus den Austrittsöffnungen austretende Luftströmung die Bereiche, zu deren freien Enden hin, tangential anströmen.
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Um ein Verkippen oder ähnliches beim Ansaugen der handzuhabenden Gegenstände mittels der nach dem Bernoulli-Effekt arbeitenden Einrichtung zu vermeiden, wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass die Austrittsöffnungen an den Eckbereichen der Anlagefläche angeordnet sind. Dadurch wird im Bereich der Längsseiten der Anlagefläche eine gleichmäßige Strömung und somit eine gleichmäßige Anhebekraft für die Gegenstände erzielt.
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Die handzuhabenden Gegenstände weisen oftmals keine ebene Oberfläche auf, sondern beispielsweise Erhebungen oder linienförmige elektrisch leitende Verbindungselemente oder ähnliches, die eine flächige Anlage des handzuhabenden Gegenstands an der Anlagefläche verhindern. Um trotzdem derartige Gegenstände mittels einer erfindungsgemäßen Greifeinrichtung handhaben zu können, ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Anlagefläche in einer Halteplatte ausgebildet ist, und dass wenigstens eine Ausnehmung, vorzugsweise eine Nut oder ein Schlitz in der Halteplatte oder zwischen zwei Halteplatten zur Aufnahme eines an dem Gegenstand zur Anlagefläche ragenden Teilbereichs vorgesehen ist.
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Die Fertigung eines derartigen Greifkopfs ist aufgrund der vielen Kanäle für die beiden Saugeinrichtungen relativ komplex und daher aufwändig. Um die Fertigungskosten eines derartigen Greifkopfs zu reduzieren, kann es vorgesehen sein, dass der Greifkopf als Rapid-Prototyping-Teil ausgebildet ist.
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Eine erfindungsgemäße Greifeinrichtung findet bevorzugt Verwendung zum Transport von Solarzellen von einer Fertigungsanlage für die Solarzellen, bei der die Solarzellen von einer Bearbeitungsstation zu einer anderen Bearbeitungsstation transportiert werden müssen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
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1 eine perspektivische Ansicht auf einen Greifkopf einer erfindungsgemäßen Greifeinrichtung,
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2 eine geschnittene, perspektivische Ansicht durch den Greifkopf gemäß 1,
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3 den Greifkopf gemäß 2 in einer geschnittenen Unteransicht,
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4 ein Detail des Greifkopfs gemäß 3 im Bereich der Austrittsöffnung der Bernoulli-Einrichtung,
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5 ein Schnitt durch einen modifizierten Greifkopf und
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6 eine perspektivische Ansicht zweier miteinander zusammenwirkender Greifköpfe einer Greifeinrichtung zum Transport miteinander verbundener Solarzellen.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist ein erfindungsgemäßer Greifkopf 10 einer Greifeinrichtung 100 dargestellt. Die Greifeinrichtung 100 kann dabei mehrere Greifköpfe 10 aufweisen, die beispielsweise gleichzeitig und synchron bewegt werden. Der Greifkopf 10 ist in allen drei Raumrichtungen beliebig bewegbar und dient dem Transport von Gegenständen 1. Bei dem Gegenstand 1 handelt es sich insbesondere, jedoch nicht einschränkend, um eine Solarzelle 2 bzw. um mehrere, miteinander verbundene Solarzellen 2. Insbesondere handelt es sich bei den Gegenständen 1 jedoch um mechanisch relativ empfindliche Gegenstände 1, bei denen zur Vermeidung von Vor- oder Beschädigungen hohe punktuelle Belastungen an der Oberfläche des Gegenstands 1 vermieden werden sollen. Eine derartige Greifeinrichtung 100 ist, insbesondere wenn es sich bei den Gegenständen 1 um Solarzellen 2 handelt, Bestandteil einer Fertigungseinrichtung zum Herstellen der Solarzellen 2 und dient dazu, die Solarzellen 2 zwischen einzelnen Bearbeitungsstationen möglichst produktschonend zu transportieren.
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Der Greifkopf 10 ist vorzugsweise im Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellt, d.h. im 3D-Druck, und besteht z.B. aus ABS-Material. Der Greifkopf 10 weist auf der dem zu transportierenden Gegenstand 1 zugewandten Seite eine Halteplatte 12 mit einer zumindest im Wesentlichen ebenen Anlagefläche 13 für den Gegenstand 1 auf, wie dies insbesondere anhand der 2, 3 und 5 erkennbar ist. In der Halteplatte 12 bzw. der Anlagefläche 13 sind vorzugsweise mehrere Durchgangsbohrungen 14 ausgebildet, die als Saugbohrungen wirken, und die innerhalb des Greifkopfs 10 in einer Ausnehmung 15 münden, die mittels eines in der 1 dargestellten Vakuumanschlusses 16 mit einer Unterdruckquelle 40 verbunden sind. Jede der Durchgangsbohrungen 14 ist auf der der Anlagefläche 13 zugewandten Seite trichterförmig ausgebildet. Die Durchgangsbohrung 14 weist somit im Bereich der Anlagefläche 13 ihren größten Querschnitt auf.
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Die Durchgangsbohrung 14 bzw. Saugbohrung ist Teil einer ersten Einrichtung 20 zum Halten der Gegenstände 1 während des Transports. Insbesondere wird durch die erste Einrichtung 20 an der Anlagefläche 13 eine derartige (Halte-)Kraft auf die Gegenstände 1 erzeugt, dass ein Herunterfallen des Gegenstands 1 von dem Greifkopf 10 sicher verhindert wird. Durch die ebene, flächige Ausbildung der Anlagefläche 13 liegt der zu transportierende Gegenstand 1 großflächig an der Anlagefläche 13 zwischen den trichterförmigen Bereichen der Durchgangsbohrungen 14 bzw. Saugbohrungen an.
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Entsprechend der 1 kann es vorgesehen sein, dass ein Greifkopf 10 mehrere Ausnehmungen 15 aufweist, die mit entsprechenden Durchgangsbohrungen 14 verbunden sind, wobei jede Ausnehmung 15 mittels eines separaten Vakuumanschlusses 16 mit der Unterdruckquelle verbunden ist.
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Darüber hinaus kann es, wie insbesondere anhand der 2 und 3 erkennbar ist, vorgesehen sein, dass in der Halteplatte 12 eine Ausnehmung 22, vorzugsweise in Form eines nutartigen Schlitzes ausgebildet ist, der über die gesamte Länge bzw. Breite der Halteplatte 12 reicht. Die Ausnehmung 22 dient der Aufnahme eines auf der der Anlagefläche 13 zugewandten Seite des Gegenstands 1 über den Gegenstand 1 herausragenden Elements, beispielsweise eines in den 5 und 6 erkennbaren Zellverbinders 25, der zwei Solarzellen 2 mechanisch und elektrisch miteinander verbindet, so dass der Minuspol einer Solarzelle 2 an deren Unterseite mit dem Pluspol der nächstfolgenden Solarzelle 2 an deren Oberseite verbunden wird, wobei die Solarzellen 2 mittels zweier, in einer Ebene nebeneinander angeordneter Greifköpfe 10 transportiert werden.
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Wie ferner insbesondere anhand der 2 und 3 erkennbar ist, sind in der Anlagefläche 13 eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen 14 bzw. Saugbohrungen ausgebildet, die vorzugsweise in gleichgroßen Abständen zueinander angeordnet sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Durchgangsbohrungen 14 jeweils parallel bzw. in Linie zueinander angeordnet. Beim Transport bzw. der Handhabung von Solarzellen 2 weist eine Halteplatte 12 beispielsweise zwischen zehn Durchgangsbohrungen 14 und vierzig Durchgangsbohrungen 14, vorzugsweise etwa zwanzig Durchgangsbohrungen 14 auf, wobei der Abstand der trichterförmigen Bereiche der Durchgangsbohrungen 14 in der Ebene der Anlagefläche 13 höchstens 1,5cm zueinander beträgt, und wobei die Anlagefläche 13 eine Seitenlänge von ca. 15cm aufweist. Dies hat zur Folge, dass bei den üblichen Abmessungen der Solarzellen 2 zum sicheren Halten einer Solarzelle 2 an jeder Durchgangsbohrung 14 nur ein relativ geringer Unterdruck anliegen muss, so dass µ-cracks auslösende, zu hohe mechanische Belastungen der Solarzellen 2 mit Sicherheit ausgeschlossen werden können. Weiterhin muss während der Handhabung der Solarzellen 2, mit Ausnahme des zeitlich relativ kurzen Anhebens, lediglich der Unterdruck an den Durchgangsbohrungen 14 aufrechterhalten werden, so dass sich eine relativ große Energieersparnis ergibt, da in diesem Zustand die zweite Einrichtung 30 nicht betrieben werden muss.
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Zum in Wirkverbindung bringen der Gegenstände 1 bzw. Solarzellen 2 mit dem Greifkopf 10 weist der Greifkopf 10 eine zweite Einrichtung 30 auf. Die zweite Einrichtung 30 nutzt den Bernoulli-Effekt aus und umfasst an zwei gegenüberliegenden Seiten der Halteplatte 12 angeordnete Vertiefungen bzw. Kanäle 31, 32. Im Eckbereich der Halteplatte 12 ist am Grund des Kanals 31, 32, der in etwa maximal 2mm oberhalb der Ebene der Anlagefläche 13 angeordnet ist (das heißt, dass die Anlagefläche 13 einen geringeren Abstand zum Gegenstand 1 aufweist als der der Grund des Kanals 31, 32), jeweils eine Austrittsöffnung 33, 34 ausgebildet.
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In alternativer, nicht dargestellter Ausführung kann es auch vorgesehen sein, dass die Kanäle 31, 32 bzw. die Austrittsöffnungen 33, 34 bündig mit der Anlagefläche 13 abschließen.
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Aus der Austrittsöffnung 33, 34 strömt jeweils Druckluft aus, wobei entsprechend der 4 die Austrittsöffnung 33, 34 derart ausgerichtet ist, dass die aus der Austrittsöffnung 33, 34 ausströmende Druckluft zumindest im Wesentlichen tangential entlang der Kanäle 31, 32 in Richtung der freien Enden der Halteplatte 12 bzw. der Kanäle 31, 32 strömt. Zur Verstärkung des Bernoulli-Effekts kann es vorgesehen sein, dass sich der Kanal 31, 32 in seiner Breite in Strömungsrichtung der Druckluft aufweitet bzw. breiter wird. Die Austrittsöffnungen 33, 34 münden in einer Ausnehmung 35 innerhalb des Greifkopfs 10, die entsprechend der 1 mit einem Druckluftanschluss 36 mit einer Überdruckquelle 50 verbunden ist.
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Ein soweit beschriebener Greifkopf 10 arbeitet wie folgt: Zunächst wird der Greifkopf 10 bei der Handhabung von Solarzellen 2 knapp oberhalb der Solarzellen 2 positioniert. Dann wird die zweite Einrichtung 30 aktiviert, die bewirkt, dass die Solarzelle 2 in Richtung der Anlagefläche 13 der Halteplatte 12 angehoben wird. Sobald die Solarzelle 2 in den Bereich der Anlagefläche 13 gelangt (vorzugsweise wird die Solarzelle 2 mittels der Einrichtung 30 knapp unterhalb der Anlagefläche 13 der Halteplatte 12 im Schwebezustand gehalten), wird die erste Einrichtung 20 aktiviert, so dass die Solarzelle 2 mittels Unterdruck an der Anlagefläche 13 flächig anliegt und sicher gehalten ist. Spätestens in diesem Augenblick kann die zweite Einrichtung 30 deaktiviert werden, und der Greifkopf 10 kann die Solarzelle 2 an eine gewünschte neue Position transportieren. Zur Ablage der Solarzelle 2 wird zunächst die zweite Einrichtung 30 aktiviert. Dann erfolgt ein Abschalten der ersten Einrichtung 20, so dass die Solarzelle 2 lediglich noch über die zweite Einrichtung 30 an der Anlagefläche 13 gehalten wird. Zuletzt erfolgt ein beispielsweise kontinuierliches Abschalten der zweiten Einrichtung 30, so dass die Solarzelle 2 außer Kontakt mit der Anlagefläche 13 bzw. der Halteplatte 12 kommt und abgelegt werden kann.
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Der soweit beschriebene Greifkopf 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Greifkopf 10 mehrere Halteplatten 12 aufweist bzw. dass die Halteplatten 12 eine gegenüber der Darstellung der Figuren abweichende Geometrie, insbesondere Form, aufweisen. Auch kann es vorgesehen sein, dass die erwähnten Ausnehmungen 22 nicht als Nut ausgebildet sind, sondern entsprechend der Form des über den Gegenstand 1 bzw. der Solarzelle 2 hinausstehenden Bereichs angepasst ist. Auch kann es anstelle der Ausnehmung 22 vorgesehen sein, dass der entsprechende Bereich des zu transportierenden Gegenstands 1 bzw. der Solarzelle 2 zwischen zwei nebeneinander angeordneten Halteplatten 12 positioniert wird. Auch ist es entsprechend der 5 möglich, die Halteplatte 12 seitlich mit Ausklinkungen 37 o.ä. zur Aufnahme von Zellverbindern 25 o.ä. auszustatten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10297633 T5 [0002]
- EP 2149517 B1 [0003]
