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Die Erfindung betrifft einen Greifer, insbesondere einen Parallelgreifer nach Anspruch 1. Die Erfindung betrifft einen Greifer, insbesondere einen Parallelgreifer mit einem Gehäuse mit wenigstens einer Führung mit Gleitflächen, sowie entlang der Gleitflächen hin- und herbewegbare Schlittenelemente zur Befestigung von Greiffinger, wobei das Gehäuse als selbstschmierendes Gehäuse aus einem Kunststoffmaterial mit einer Polymermatrix mit einem eingebetteten Schmiermittelöl zur gleitenden Führung der Schlittenelemente entlang der Gleitflächen des Gehäuses ausgebildet ist.
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Es gibt verschiedene Greifersysteme wie unter anderem Winkelgreifer, Drei backengreifer, Kniehebelgreifer und Parallelgreifer. Die hier vorliegende Erfindung bezieht sich auf vorzugsweise, aber nicht ausschließlich auf Parallelgreifer insbesondere Parallelgreifer mit über Kulissen betätigbaren Greiferbacken.
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Herkömmliche Parallelgreifer werden insbesondere in der Handhabungstechnik in vielfältiger Form eingesetzt und sind sozusagen das Bindeglied zwischen Handhabungseinrichtung wie zum Beispiel einem Portalroboter und einem Greifobjekt.
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In der
DE 20 2009 001 266 U1 wird ein Greifer für einen Industrieroboter beschrieben, der zwei Greifbacken aufweist, von denen eine Greifbacke fest mit einer Greiferbasis verbunden und die zweite Greifbacke auf einer Schiene linear verstellbar angeordnet ist. Die Verstellbewegung der Greifbacke erfolgt mittels eines Aktors, der beispielsweise als pneumatischer Stellzylinder ausgeführt sein kann. Zum Ergreifen eines Objektes wird die verstellbare Greifbacke so weit in Richtung auf die feststehende Greiferbacke verstellt, bis an beiden Greiferbacken ein Kontakt zu dem Objekt besteht.
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Ferner ist aus der
DE 20 2011 000 566 U ein Greifer bekannt, bei dem mit konstruktiven Maßnahmen die Stellbewegung eines Greifers variabel gestaltet wurde. Dieser Greifer, der beispielsweise Teil eines Industrieroboters ist, dient zum Ergreifen eines Gegenstandes mit einem Greifelement auf, das an einem Schieber angeordnet ist, welcher von einem Aktor zu verstellen ist. Der Aktor kann beispielsweise pneumatisch betätigt werden, wobei gegebenenfalls auch eine elektrische oder hydraulische Betätigung in Betracht kommt. Die Verstellbewegung wird ausgeführt, indem ein Stellglied von dem Aktor translatorisch vor- bzw. zurückgeschoben wird, wobei der Schieber, welcher Träger des Greifelementes ist, quer zur Verstellrichtung des Stellglieds translatorisch verstellbar gelagert und von dem Stellglied beaufschlagt ist. Über das Stellglied wird somit der Schieber zwischen einer Ausgangsposition und einer Greifposition entlang einer gewinkelten bzw. gekrümmten Bahn verstellt. In der Greifposition kann über das Greifelement, das beispielsweise als Greiferfinger ausgeführt ist, das gewünschte Objekt ergriffen werden.
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Gattungsgemäße Greifer werden in unterschiedlichen Anwendungen in der Handhabungstechnik eingesetzt. Besondere Probleme bestehen allerdings bei der Verwendung von Greifern im Bereich der Lebensmitteltechnik und Lebensmittelbeförderung. Nachteilig bei den im Stand der Technik bekannten Greifersystemen ist der Umstand, dass bei den im Stand der Technik bekannten Greifersystemen zwischen den beweglichen Teilen des Greifers ein Schmiermittel verwendet wird. Das Schmiermittel wird auf den Gleitflächen zwischen den Schiebern bzw. Schlitten, die Träger der Greifelemente sind, aufgebracht, um einen Gleitfilm für die Bewegungen entlang der Oberfläche des Gehäuses des Greifers bereitzustellen. Dieses Schmiermittel darf im Lebensmittelbereich aber nicht mit den Lebensmittel in Kontakt geraten.
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Infolge der diversen technischen Anforderungen an Greifersysteme, wie zum Beispiel die der Verschleißfestigkeit die hohe mechanische Festigkeit, eine gute Schmier- und Gleitfähigkeit sowie ein gute Zerspanbarkeit, werden in der Regel sowohl die Schieber bzw. Schlitten als auch die Gehäuse von Greifersystemen aus Metallwerkstoffen hergestellt.
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Ein weiterer Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Greifersysteme, dass die Gehäuse häufig mehrteilig zusammengesetzt werden und insofern eine hohe Anzahl an Verbindungselementen benötigt werden sowie an Fügestellen vorhanden sind, die anfällig für Schmutz, Bakterien und Lebensmittelreste sind und damit eine weitere Einschränkung für die Verwendung im Lebensmittelbereich darstellen.
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Es gibt für den Lebensmittelbereich strenge Richtlinien und Vorschriften, die von unterschiedlichen Ministerien sowie beispielsweise dem Gesundheitsministerium oder der FDA (Food & Drug Administration) überwacht werden. Ein weiteres Institut, welches sich mit der Risikobewertung solcher Einrichtungen auseinandersetzt, ist das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR), dieses stellt ebenfalls Zulassungen im Bereich der Lebensmittelindustrie aus. Weiterhin von Relevanz sind die Anforderungen der Europäischen Richtlinie 2002/72/EG.
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Aufgabe dieser Ministerien ist unter anderem die Kontrolle der Sicherheit im Lebensmittelbereich und die Einhaltung von Vorschriften.
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Es ist daher erforderlich, ein Greifersystem, insbesondere einen Parallelgreifer, bereitzustellen, welcher speziell auf den Lebensmittelbereich abgestimmt ist.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, vorbesagte Nachteile zu überwinden und einen Greifer, insbesondere einen Parallelgreifer, bereitzustellen, der kompakt gebaut ist, lebensmittelrechtlich konform gestaltet ist und ausgezeichnete Gleit- und Schmiereigenschaften aufweist, wobei insbesondere die Verwendung eines externen (von außen aufgebrachten) Schmiermittels vermieden werden soll.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Greifer, insbesondere einem Parallelgreifer, mit den Merkmalen von nach Anspruch 1.
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Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Gehäuse des Greifers aus einem selbstschmierenden Kunststoffmaterial auszubilden. In einer besonders vorteilhaften Ausbildung der vorliegenden Erfindung wird hierzu ein Kunststoffmaterial mit einer Polymermatrix mit einem eingebetteten Schmiermittelöl zur gleitenden Führung der außen angeordneten beweglichen Elemente entlang der Gleitfläche des Gehäuses ausgebildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können neben dem in der Polymermatrix eingebetteten Spezialöl auch weitere Additive im Kunststoff eingebettet sein, um die technischen Eigenschaften wie Verschleißfestigkeit, mechanische Festigkeit und Zerspanbarkeit zu verbessern.
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Aufgrund einer solchen Ausgestaltung kann eine Schmierung ohne Zugabe weiterer externer Schmierstoffe bei einer hohen Zyklenzahl erfolgen und wird sichergestellt, dass im Bereich der Lebensmitteltechnik kein Schmierstoff in Berührung mit den Lebensmitteln gelangen kann.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Gehäuse des Greifers einstückig aus dem Kunststoffmaterial ausgebildet. Vorteilhaft ist es, wenn ein selbstschmierendes Kunststoffmaterial verwendet wird, welches gute Zerspanbarkeitseigenschaften aufweist, so dass das einstückige Ausbilden des Gehäuses vollständig durch einen Zerspanungsprozess erfolgen kann. Weiter werden hierdurch Fügestellen und Dichtheitsprobleme vermieden.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die entlang von Gleitflächen des Gehäuses beweglich angeordneten Komponenten ebenfalls aus einem Kunststoff ausgebildet, vorzugsweise aus einem Kunststoff mit einem eingebetteten Schmiermittelöl und/oder ggf. weiteren Additiven.
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Bevorzugt können die Schlitten oder Schieber, welche beweglich an einer Führung des Gehäuses angeordnet werden, aus dem gleichen Kunststoffmaterial wie das Gehäuse selbst ausgebildet sein. Alternativ kann auch eine geeignete Materialpaarung der Gleipartner gewählt werden durch Auswahl geeignet eingestellter Kunststoffmaterialien mit z. B. eingebetteten Schmiermittelöl in einer bestimmten %-Zahl (z. B. 3 Gew.-%–5 Gew.-%), welches zusammen mit dem zuvor genannten Kunststoffmaterial mit einer Polymermatrix mit eingebettetem Schmiermittelöl zu besonders guten Gleiteigenschaften führt. Bevorzugt ist es ein Kunststoff bereitzustellen, dessen Öl ein mineralisches Öl darstellt. Besonders ausgewogene Eigenschaften treten ein, wenn der Kunststoff einen Schmiermittelanteil zwischen 1 Gew.-% und 10 Gew.-% (1–10% Gew.-Anteil), vorzugsweise zwischen 1,5 Gew.-% und 3 Gew.-% (1,5–3% Gew.-Anteil) aufweist.
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Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist das Gehäuse im Bereich seiner Gleitflächen infolge der Einbettung eines Schmiermittelöls einen Gleitreibungskoeffizienten von < 0,3, vorzugsweise in einem Bereich von < 0,15, auf. Diese Gleitreibungszahl ergibt sich aufgrund des eingebetteten Schmiermittelöls und ist insofern eine trockene Gleitreibungszahl ohne Zugabe weiterer externer Schmiermittelstoffe.
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Es ist weiter von Vorteil, wenn das Kunststoffmaterial mit einem Gleitverschleiß an den Gleitflächen von < 0,1 μm/km, vorzugsweise < 0,03 μm/km, ausgebildet ist. Dies führt in vorteilhafter Weise dazu, dass eine hohe Dauerstandfestigkeit des Greifers gewährleistet wird und eine hohe Zyklenzahl bei geringem Verschleiß und damit minimalstem Materialabtrag bereitgestellt wird, was weitervorteilhaft bei der Verwendung eines solchen Greifers im Lebensmittelbereich ist, da möglichst kein Abrieb entstehen soll.
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Es ist weiter mit Vorteil vorgesehen, den Greifer derart zu gestalten, dass innerhalb des Gehäuses ein zwischen zwei Endstellungen pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch angetriebener Kolben zur mittelbaren Betätigung der Schlittenelemente untergebracht ist. Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Gabel des Greifers mit dem Kolben über Zylinderstifte bewegungsgekoppelt im Gehäuse angeordnet ist und entlang von Kulissen vom Kolben betätigt werden kann. Da der Kolben in vorteilhafter Weise mittels eines Gewindedeckels abgedeckt ist und der Kolben und die Zylinderstifte und deren Ankopplung innerhalb des Gehäuses untergebracht sind, wird gewährleistet, dass der erfindungsgemäße Greifer eine minimale Anzahl von Bewegungselementen außen angeordnet hat.
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Außen angeordnet ist insbesondere der Schlitten, welcher in einer Führung des Gehäuses hin und her bewegbar ist, wobei der Schlitten in einer vorteilhaften Ausbildung aus zwei Schlittenelementen besteht, an denen jeweils ein Greifelement, wie zum Beispiel ein Greiffinger, angebracht werden kann.
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Da der Schlitten, wie oben beschrieben, aufgrund der eingebetteten Spezialöle in der Matrix des Kunststoffs mit guten Gleiteigenschaften in einer Führung des Gehäuses hin und her bewegbar ist, bedarf ein solcher Greifer keiner periodischen Schmierung mit einem externen Schmiermittel. Der erfindungsgemäße Greifer kann ohne externes Schmiermittel betrieben werden.
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Es ist weiter mit Vorteil vorgesehen eine Halteplatte zum Eingriff einer Drehscheibe oder einer Verstellplatte am Gehäuse anzubringen, mit der der Greifer an einem Roboter, einer Handhabungseinrichtung oder dergleichen justiert werden kann.
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Es können erfindungsgemäß auch Halteplatten mit einer T-Nut für einen T-Nutenstein vorgesehen werden, an dem eine Linearverschiebung zur exakten Positionierung des Greifers vorgesehen ist. Bevorzugt sind diese Ergänzungs- und Anbauteile am Greifer modular an unterschiedlichen Anbaustellen des Gehäuses anbringbar und werden diese Teile ebenfalls aus einem wie zuvor beschriebenen Kunststoff hergestellt.
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In einer weiter vorteilhaften Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Greifers ist vorgesehen, dass das Gehäuse mittels Dichtelementen gegenüber lösbaren Teilen am Gehäuse nach außen abgedichtet ist. So ist zum Beispiel zwischen Gewindedeckel und dem Gehäuse eine Ringdichtung einbringbar, so dass nach Verschließen des Gehäuses das Gehäuse abgedichtet ist.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
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Es zeigen:
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Greifers in der Ausbildung eines Parallelgreifers,
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2 zeigt eine ähnliche Abbildung wie 1 in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten,
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3 zeigt eine Schnittansicht durch einen Greifer gemäß 1 entlang der Schnittlinie B-B aus 4,
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4 zeigt eine Aufsicht auf den Greifer gemäß 1 und 2,
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5 zeigt eine perspektivische Teildurchsicht einer Gabel, wie sie in der Schnittansicht aus 3 ersichtlich ist,
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6 zeigt ein Schlittenelement in perspektivischer Ansicht,
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7 zeigt drei Ansichten einer beispielhaften Drehscheibe,
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8 zeigt eine Aufsicht und Seitenansicht einer beispielhaften Verstellplatte und
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9 zeigt eine Aufsicht auf eine beispielhafte Halteplatte.
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In den 1 bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Greifers 1 in der Form eines Parallelgreifers gezeigt. In 1 und 2 ist in einer perspektivischen Ansicht der Parallelgreifer 1 dargestellt mit einem Gehäuse 2 mit einer Führung 20. Die Führung 20 weist Gleitflächen 21 auf, indem hin und her bewegbare Schlittenelemente 5a, 5b, wie dies in 2 ersichtlich ist, eingesetzt sind.
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Das Schlittenelement 5b ist in perspektivischer Ansicht in 6 näher dargestellt. Das Schlittenelement ist mit Vorteil aus Kunststoff gebildet, vorzugsweise aus einem Kunststoff mit einem in der Polymermatrix eingebetteten Spezialöl, und zwar einem Schmiermittelöl. Das Schlittenelement 5b weist zwei L-förmige Schenkel 51 auf, welche eine im Wesentlichen U-förmige Nut mit einem Hinterschnitt 50 formen, in die ein Stein 17, wie in 2 und 3 gezeigt, zur Befestigung eines Greifelements verschiebbar eingesetzt werden kann. Ferner weist das Schlittenelement 5b eine Oberseite 53 auf sowie zwei Seitenflächen 54, mit denen es in der Nut 20 des Gehäuses 2 anliegt und diese Gleitflächen mit den korrespondierenden Gleitflächen 21 im Gehäuse ausbildet. Ferner weist das Schlittenelement 5b jeweils eine seitliche Nut 52 auf, mit dem es in einem am Gehäuse im Bereich der Nut angebrachten Steg 22 verschiebbar als Führungsnut gehalten wird.
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Die beiden Schlittenelemente 5a, 5b bilden zusammen den Schlitten 5, wie dieser in der Schnittansicht nach 3 ersichtlich ist. Die Schlittenelemente 5a, 5b sind von einer Öffnungsposition in eine Greifposition durch Bewegung einer mit den Schlittenelementen 5a, 5b bewegungsgekoppelten Gabel 3 betätigbar und zwar von dem Kolben 10. In der Schnittansicht in 3 ist ferner gezeigt, dass der Kolben 10 mit einer Kolbenstange 18 gegen eine Druckfeder 16 innerhalb des Gehäuses 2 gelagert ist. Der Kolben 10 ist im Gehäuse auf und ab bewegbar angeordnet und kann pneumatisch, hydraulisch, elektrisch oder elektrohydraulisch auf und ab bewegt werden, und zwar zur mittelbaren Betätigung der Schlittenelemente 5a, 5b über die Gabel 5, die mit den Zylinderstiften 7 betätigbar gekoppelt sind. Die Zylinderstifte 7 sind mit Vorteil an einem stirnseitigen Anbindungsende der Kolbenstange 18 befestigt, sodass durch Bewegung der Kolbenstange 18 in der 3 „nach unten” die Schlittenelemente 5a, 5b bewegt werden können. Wie ferner ersichtlich, ist die Kolbenstange über Dichtungen 15 gegenüber dem Gehäuse abgedichtet.
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Das Gehäuse 2 ist aus einem Kunststoffmaterial mit einer Polymermatrix mit einem eingebetteten Schmiermittelöl zur gleitenden Führung der Schlittenelemente 5a, 5b ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines in der Lebensmittelindustrie zugelassenen Kunststoffs gemäß o. g. EG Richtlinie. In der vorliegenden Ausführungsform wurde ein Kunststoff mit einem Gleitreibungskoeffizienten von 0,15 verwendet. Ferner weist der Kunststoff nach diesem Ausführungsbeispiel und entsprechenden Laborversuchen einen Gleitverschleiß von 0,03 μm/km auf, so dass eine hohe Standfestigkeit durch den eingebetteten Schmiermittelölbestandteil in der Polymermatrix bereitgestellt werden kann.
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In 4 ist der mit einer Verschlussschraube 6 versehene Gewindedeckel 4 gezeigt. Die Ansicht in 4 zeigt ferner Bohrungen 23 zur Befestigung einer Halteplatte 11, wie dies in 9 beispielhaft in einer Aufsicht gezeigt ist. Die Halteplatte 11 ist in vorteilhafter Weise ebenfalls aus einem in der Lebensmittelindustrie freigegebenen Kunststoff hergestellt, besonders bevorzugt aus dem identischen Kunststoff wie das Gehäuse 2 des Parallelgreifers 1. In den 7 und 8 sind beispielhafte weitere Anbauteile zur Verbindung mit der Halteplatte 9 gezeigt, die in einer alternativen Ausgestaltung auch unmittelbar mit dem Gehäuse 2 des Greifers verbunden werden können. In 8 ist eine Verstellplatte 26 gezeigt. Die Verstellplatte 26 weist an ihrem unteren Ende eine T-Nut 27 auf, mit der sie sich beispielsweise in einen T-Nutenkäfig einer Halteplatte 11 einschieben lässt.
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In 7 ist eine beispielhafte Drehscheibe 14 gezeigt mit mehreren Öffnungen 14a, die umlaufend im Winkel von 45° angeordnet sind. An der Unterseite der Drehscheibe 14 befindet sich ein Vorsprung 14b, welcher in der Form korrespondierend zu dem Verbindungselement 12 in der Halteplatte 11 ausgebildet ist, so dass die Drehscheibe 14 mit diesem Vorsprung 14b in die Öffnung des Verbindungselements 12 eingeschoben werden kann und eine entsprechende drehbare Justage des Greifers 1 möglich ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform wurde ein Polyamid 6 verwendet, in dessen Polymermatrix ein Schmiermittelöl eingebettet wurde. Es können aber auch andere geeignete Polymere z. B. PA 66 verwendet werden, bei denen sich bei der Polymerisation ein mineralisches oder synthetisches Öl einbetten lässt.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend an gegebenen bevorzugten Ausführungsformen. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung Gebrauch macht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202009001266 U1 [0004]
- DE 202011000566 U [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Europäischen Richtlinie 2002/72/EG [0009]
