DE102013210187B4

DE102013210187B4 - Handhabungs-Vorrichtung und Handhabungs-Verfahren zur Handhabung von Gegenständen

Info

Publication number: DE102013210187B4
Application number: DE102013210187.2A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Hennrich
Original assignee: Skz Kfe Ggmbh Kunststoff Forschung und Entw; SKZ-KFE GGMBH KUNSTSTOFF-FORSCHUNG und -ENTWICKLUNG
Current assignee: Skz Kfe Ggmbh Kunststoff Forschung und Entw; SKZ-KFE GGMBH KUNSTSTOFF-FORSCHUNG und -ENTWICKLUNG
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2021-06-10
Anticipated expiration: 2033-06-01
Also published as: DE102013210187A1

Abstract

Handhabungs-Vorrichtung, insbesondere Greif-Vorrichtung, aufweisenda. ein sich entlang einer Basisachse (2) erstreckendes Basiselement (3),b. mindestens zwei sich von dem Basiselement (3) quer zur Basisachse (2) wegerstreckende Armelemente (4, 5, 6, 7), wobei mindestens ein Armelement (4, 5, 6, 7)i. einstückig ausgebildet ist,ii. eine Längserstreckung quer zur Basisachse (2) hat,iii. eine entlang der Längserstreckung verlaufende erste Außenwandung (16), undiv. eine entlang der Längserstreckung verlaufende zweite Außenwandung (17) umfasst, undc. mindestens einen Kanal (25), der sich entlang einer Kanallängsrichtung zumindest bereichsweise durch das mindestens eine Armelement (4, 5, 6, 7) erstreckt, wobei durch eine Druckänderung in dem mindestens einen Kanal (25) eine Verformung des mindestens einen Armelements (4, 5, 6, 7) quer zur Kanallängsrichtung zum Betätigen des mindestens einen Armelements (4, 5, 6, 7) erreichbar ist,d. wobei das Basiselement (3) mit den Armelementen (4, 5, 6, 7) einstückig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dasse. zwischen ersten Abschnitten (19) und zweiten Abschnitten (20) in jedem der Armelemente (4, 5, 6, 7) jeweils eine halbzylinderförmige Aussparung (23), welche die Funktion eines unterstützenden Scharniers erfüllt, vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Handhabungs-Vorrichtung, insbesondere eine Greif-Vorrichtung zur Handhabung von Gegenständen. Ferner richtet sich die Erfindung auf ein Herstellungs-Verfahren einer derartigen Handhabungs-Vorrichtung sowie auf ein Handhabungs-Verfahren zur Handhabung eines Gegenstandes.
Handhabungs-Vorrichtungen zum Greifen, Bewegen oder Festhalten von Gegenständen sind in verschiedener Ausführung bekannt. Aus der DE 10 2006 009 559 B3 ist eine Greifvorrichtung mit mehreren Faltenbalgen bekannt, wobei die Faltenbalge eine Längserstreckung aufweisen, die mittels einer Fluidzufuhr in einen Balg-Innenraum einstellbar ist. Die Faltenbalge sind dabei gelenkig mit GreifFingern verbunden, um diese zu bewegen und mittels der Greif-Finger einen Gegenstand zu handhaben.
Die DE 10 2006 022 855 B4 offenbart ferner eine Greif-Vorrichtung zur lösbaren Aufnahme eines Objekts mit einem Greifkörper, der eine an den Umfang des Objekts angepasste Kontaktfläche aufweist. An der Kontaktfläche ist eine elastisch verformbare Kontaktflächenwand vorgesehen. Durch die dünne Wand im Kontaktflächenbereich des Greifers kann sich die Wand bei Druckbeaufschlagung derart verformen, dass eine flächige Krafteinwirkung auf das zu greifende Objekt entsteht.
Die DE 10 2007 017 417 B4 offenbart einen Aktuator mit einer mehrgliedrigen Aktuatoreinheit, die mehrere in einer Reihe aufeinander folgend angeordnete biegesteife Arbeitsglieder enthält, die unter Bildung einer Gliederkette gelenkig miteinander verkettet sind. Entlang des Gliederverbundes ist ein Kontraktionsschlauch vorgesehen, der mittels Fluidbeaufschlagung seines Innenraums betätigbar ist. In einem drucklosen Zustand nimmt der Kontraktionsschlauch eine lineare Strecklage ein. Bei einer Innendruckbeaufschlagung erfährt der Kontraktionsschlauch zur Überführung in eine Greif-Position eine axiale Verkürzung, die durch eine in die Wandung des Schlauchs eingebettete Strangstruktur erreicht wird.
Ferner offenbaren die JP H03-73290 A , JP H10-249774 A und JP 2004-090 193 A Handhabungs-Vorrichtungen mit beweglichen Greiffingern.
Dadurch, dass die Handhabungs-Vorrichtungen des Standes der Technik mehrteilig aufgebaut sind und sich aus mehreren Bauelementen mehrgliedrig zusammensetzen, ist deren Aufbau und Bewegungsablauf zum Greifen von Gegenständen kompliziert und eine Ansteuerung der beweglichen Komponenten aufwändig. Ferner ist die Herstellung bekannter Handhabungs-Vorrichtungen zum Greifen von Gegenständen aufgrund der Verwendung unterschiedlicher Material-Komponenten schwierig und nur schwer zu automatisieren.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Handhabungs-Vorrichtung, insbesondere eine Greif-Vorrichtung, derart weiterzubilden, dass die Handhabungs-Vorrichtung zum einen einfacher und kostengünstiger herstellbar ist und zum anderen speziell auf den jeweiligen Anwendungsfall bzw. den zu greifenden Gegenstand abgestimmt ist. Gleichzeitig soll eine einfache und sichere Ansteuerung der beweglichen Komponenten der Handhabungs-Vorrichtung gewährleistet sein.
Diese Aufgabe wird durch eine Handhabungs-Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine Handhabungs-Vorrichtung, insbesondere Greif-Vorrichtung, mit einem sich entlang einer Basisachse erstreckendem Basiselement und mindestens zwei sich von dem Basiselement quer zur Basisachse weg erstreckenden Armelementen, wobei mindestens ein Armelement einstückig ausgebildet ist, eine Längserstreckung quer zur Basisachse hat und zwei entlang der Längserstreckung verlaufende Außenwandungen umfasst, dann besonders einfach und kostengünstig herstellbar und einfach ansteuerbar ist, wenn mindestens ein Kanal vorgesehen ist, der sich entlang einer Kanallängsrichtung bereichsweise durch das mindestens eine Armelement derart erstreckt, dass durch eine Druckänderung in dem mindestens einen Kanal eine Verformung des mindestens einen Armelements quer zur Kanallängsrichtung zum Betätigen des mindestens einen Armelements erreichbar ist. Vorzugsweise ist die Druckänderung in dem mindestens einen Kanal durch eine Fluidbeaufschlagung des mindestens einen Kanals erreichbar. Die Fluidbeaufschlagung erfolgt dabei durch ein Druckübertrags-Fluid, vorzugsweise Druckluft, oder durch andere geeignete gasförmige oder flüssige Medien. Das von Außen dem Kanal zugeführte Druckübertragungs-Fluid führt zu einer Verformung des mindestens einen Armelements. Diese Verformung bewirkt ein Verschwenken eines Bereichs des mindestens einen Armelements relativ zum Basiselement zum Wechselwirken des mindestens einen Armelements mit dem zu handhabenden Gegenstand. Vorzugsweise ist der mindestens eine Kanal in dem mindestens einen Armelement derart angeordnet, dass eine Fluidbeaufschlagung zu einer Bewegung des mindestens einen Armelements weg von dem zu handhabenden Gegenstand bewirkt, also eine Überführung des mindestens einen Armelements von einer Greif-Position in eine Freigabe-Position. Die Armelemente weisen jeweils zwischen einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt eine halbzylinderförmige Aussparung auf, welche die Funktion eines unterstützenden Scharniers erfüllt. Durch diese Gestaltung entfallen aufwendige Klappscharniere oder ähnliche gestalterische Maßnahmen zur Erreichung einer Beweglichkeit der Armelemente. Es ist alternativ auch möglich, die Druckänderung in dem mindestens einen Kanal zur Verformung des mindestens einen Armelements durch eine Beaufschlagung des mindestens einen Kanals mit einem Unterdruck zu erreichen. Eine Beaufschlagung mit Unterdruck bewirkt vorzugsweise ein Verschwenken eines Bereichs des mindestens einen Armelements derart, dass eine Unterdruckbeaufschlagung zu einer Bewegung des mindestens einen Armelements hin zu dem zu handhabenden Gegenstand führt, also eine Überführung des mindestens einen Armelements von der Freigabe-Position in die Greif-Position. Die Unterdruckbeaufschlagung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass durch geeignete Mittel in dem mindestens einen Kanal ein Vakuum erzeugt wird. Die erfindungsgemäße Handhabungs-Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Handhabung von komplexen Kunstvielen Freiformflächen. Die erfindungsgemäße Handhabungs-Vorrichtung ist geometrisch äußerst flexibel gestaltbar und an den jeweiligen Anwendungsfall, also den zu greifenden Gegenstand, anpassbar. Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Handhabungs-Vorrichtung zur Entnahme von Kunststoffformteilen aus Spritzgusswerkzeugen oder für einen Einsatz bei einer Inline-Qualitätsüberwachung, wie beispielsweise Inline-Thermographie, Inline-Farbmessung oder ähnliche Verfahren, bei denen eine exakte und vor allem reproduzierbare Positionierung durch die Handhabungs-Vorrichtung zwingend erforderlich ist. Über die Verwendung als Greifersystem hinaus sind Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch in anderen Bereichen der Kunststoffbranche gegeben. Ein Beispiel wäre ein Einsatz der erfindungsgemäßen Handhabungs-Vorrichtung in Orthesen oder in Prothesen auf dem Gebiet der Medizintechnik. Dadurch, dass das Basiselement mit den Armelementen einstückig ausgebildet ist, wird ein einfacher Aufbau und eine einfache Befestigung der Armelemente an dem Basiselement gewährleistet. Dadurch, dass das Basiselement einstückig mit den Armelementen ausgebildet ist, entfallen ferner separate Scharnier-Bauteile oder andere Gelenkkomponenten.
Eine Handhabungs-Vorrichtung nach Anspruch 2 gewährleistet ein sicheres Fixieren des zu handhabenden Gegenstandes in der Greif-Position. Die Armelemente sind vorzugsweise jeweils paarweise symmetrisch in Bezug zu einer durch die Basisachse gehenden Basisebene bzw. Symmetrieebene an dem Basiselement angeordnet. Durch eine derartige symmetrische Anordnung der Armelemente ist der zu handhabende Gegenstand besonders einfach und schnell greifbar.
Eine Handhabungs-Vorrichtung nach Anspruch 3 ermöglicht eine äußerst präzise und einfach erreichbare Ansteuerung der Greif-Komponenten, also der Armelemente, durch Steuerung der Zufuhr des Druckübertragungs-Fluids. Ein Greifen bzw. Freigeben des zu handhabenden Gegenstands erfolgt ausschließlich mittels der Fluidbeaufschlagung des mindestens einen Kanals und durch die geometrische Gestaltung der Handhabungs-Vorrichtung.
Eine Handhabungs-Vorrichtung nach Anspruch 4 ermöglicht eine besonders einfache Ansteuerung der Handhabungs-Vorrichtung. Das Druckübertragungs-Fluid wird vorzugsweise von einer Druckübertragungs-Fluid-Quelle dem Basiselement zugeführt und über den basiselementseitigen Kanalabschnitt zu dem mindestens einen armelementseitigen Kanalabschnitt weitergeleitet. Vorzugsweise ist in jedem Armelement ein armelementseitiger Kanalabschnitt vorgesehen, der mit dem basiselementseitigen Kanalabschnitt in Fluidverbindung steht und mit dem Druckübertragungs-Fluid beaufschlagbar ist. Entsprechendes gilt für eine Unterdruckbeaufschlagung.
Eine Handhabungs-Vorrichtung nach Anspruch 5 gewährleistet ein Umgreifen des zu handhabenden Gegenstandes und eine sichere Lagerung dieses Gegenstandes in der Greif-Position.
Eine Handhabungs-Vorrichtung nach Anspruch 6 verbessert die Fixierung und Lagerung des zu handhabenden Gegenstandes in der Greif-Position. Ferner wird durch gekrümmte Armelemente der notwendige Verformungsgrad der Armelemente verringert, der bei Überführung der Armelemente von einer Greif-Position in eine Freigabe-Position und umgekehrt notwendig ist.
Eine Handhabungs-Vorrichtung nach Anspruch 7 ermöglicht eine Verformung des mindestens einen Armelements entgegen der Krümmungsrichtung bei Fluidbeaufschlagung und damit eine Überführung der Armelemente von der Greif-Position in die Freigabe-Position oder umgekehrt.
Eine Handhabungs-Vorrichtung nach Anspruch 8 ermöglicht eine Verformung der Armelemente in Richtung deren dünnster Wandstärke, also beispielsweise in Richtung der zweiten Außenwandung bzw. weg vom Aufnahme-Raum. Dies wird dadurch ermöglicht, dass eine Querkontraktion im Bereich der dünneren Wandstärke stärker ist als im Bereich der dickeren Wandstärke.
Eine Handhabungs-Vorrichtung nach Anspruch 9 ermöglicht eine besonders wirkungsvolle Handhabungs-Vorrichtung mit konstruktiv geringem Aufwand.
Eine Handhabungs-Vorrichtung nach Anspruch 10 ermöglicht ein besonders wirkungsvolles Betätigen mindestens eines Armelements zu Wechselwirken mit dem zu handhabenden Gegenstand. Durch die Krümmung des mindestens einen Armelements und die asymmetrische Anordnung des Kanals addieren sich die Verformungen aufgrund der unterschiedlichen Druck-Angriffsflächen der den Kanal begrenzenden Innenwandungen und aufgrund der größeren Querkontraktion im Bereich der dünneren Wandstärke.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Handhabungs-Verfahren zur Handhabung eines Gegenstands bereitzustellen, das eine einfache, präzise und sichere Ansteuerung der Handhabungsfunktion ermöglicht.
Durch Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Handhabungs-Vorrichtung, der Änderung des Drucks in dem mindestens einen Kanal, der Verformung des mindestens einen Armelements zum Wechselwirken mit dem zu handhabenden Gegenstand, wobei die Verformung ein Verschwenken eines Bereichs des mindestens einen Armelements relativ zum Basiselement bewirkt, wird eine sichere und zuverlässige Handhabung eines Gegenstands erreicht. Vorzugsweise wird die Änderung des Drucks in dem mindestens einen Kanal zur Verformung des mindestens einen Armelements durch eine Fluidbeaufschlagung mittels eines Druckübertragungs-Fluids erreicht. Alternativ ist auch eine Beaufschlagung des mindestens einen Kanals mit Unterdruck zur Betätigung der Armelemente möglich. Das Handhabungs-Verfahren kann auch mit den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 10 weitergebildet werden.
Ein Handhabungs-Verfahren nach Anspruch 12 ermöglicht, dass die Änderung des Drucks in dem mindestens einen Kanal nur bei einem Öffnen der Handhabungs-Vorrichtung, also zum Verformen des mindestens einen Armelements zur Überführung in die Freigabe-Position, notwendig ist. Das Öffnen der Handhabungs-Vorrichtung ist gleichbedeutend mit einer Vergrößerung des AufnahmeRaumes. Die Rückführung des mindestens einen Armelements in die Greif-Position erfolgt durch eine Rückstellkraft des mindestens einen Armelements aufgrund der Geometrie und/oder der Materialwahl des Armelements. Vorzugsweise wird die Verformung des mindestens einen Armelements hierbei durch Fluidbeaufschlagung des mindestens einen Kanals erreicht.
Ein Handhabungs-Verfahren nach Anspruch 13 ermöglicht, dass die Änderung des Drucks in dem mindestens einen Kanal nur bei einem Schließen der Handhabungs-Vorrichtung, also zum Verformen des mindestens einen Armelements zur Überführung in die Greif-Position, notwendig ist. Das Schließen der Handhabungs-Vorrichtung ist gleichbedeutend mit einer Verkleinerung des AufnahmeRaumes. Die Rückführung des mindestens einen Armelements in die Freigabe-Position erfolgt bei dieser Ausführungsvariante mittels der Rückstellkraft des mindestens einen Armelements. Vorzugsweise wird eine Verformung des mindestens einen Armelements hierbei durch Unterdruckbeaufschlagung des mindestens einen Kanals erreicht.
Ein Handhabungs-Verfahren nach Anspruch 14 ermöglicht mittels Steuerung der Druckübertragungs-Fluid-Zuführung eine äußerst schnelle Bewegung der Armelemente zwischen Greif-Position und Freigabe-Position.
Ein Handhabungs-Verfahren nach Anspruch 15 gewährleistet eine schnelle und effektive Verformung des mindestens einen Armelements beim Zusammenwirken mit dem zu handhabenden Gegenstand.
Ein Handhabungs-Verfahren nach Anspruch 16 schafft die Möglichkeit, dass bei einem Erreichen einer definierten End-Stellung der Armelemente der durch das Druckübertragungs-Fluid erzeugte Druck aus dem Kanal weggenommen werden kann und sich in der Folge das mindestens eine Armelement von selbst wieder in seine ursprüngliche Gestalt verformt.
Ein Handhabungs-Verfahren nach Anspruch 17 gewährleistet eine einfach herbeiführbare Verformung des mindestens einen Armelements.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Herstellungs-Verfahren zu schaffen, das eine flexible Herstellung einer erfindungsgemäßen Handhabungs-Vorrichtung ermöglicht, wobei das Herstellungs-Verfahren speziell auf den jeweiligen Anwendungsfall bzw. den zu greifenden Gegenstand abstimmbar sein soll.
Diese Aufgabe wird durch ein Herstellungs-Verfahren gemäß Anspruch 18 gelöst. Dadurch, dass ein schichtweises Auftragen des mindestens einen Armelements und des Basiselements unter Bildung des mindestens einen Kanals erfolgt, wird jegliche geometrische Gestaltung der Armelemente möglich. Durch das erfindungsgemäße Herstellungs-Verfahren wird eine auf die spezielle Anforderung gerichtete Fertigung der Handhabungs-Vorrichtung ermöglicht, wobei die Geometrie der Handhabungs-Vorrichtung auf die zu handhabenden Gegenstände abgestimmt wird. Das schichtweise Auftragen des mindestens einen Armelements und des Basiselements unter Bildung des mindestens einen Kanals erfolgt vorzugsweise durch ein additives Fertigungsverfahren. Dabei kann es sich beispielsweise um selektives Lasersintern oder Fused-Deposition-Modeling handeln. Mit derartigen Verfahren lassen sich beispielsweise Kanäle beliebiger Form asymmetrisch in den Armelementen anordnen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer Handhabungs-Vorrichtung zur Handhabung von Gegenständen;
2 eine Ansicht der Handhabungs-Vorrichtung gemäß 1 von vorne gemäß Blickrichtung II in 1;
3 eine im Vergleich zu 2 um 90° gedrehte Seitenansicht der Handhabungs- Vorrichtung;
4 eine im Vergleich zu 2 um 180° gedrehte Rückansicht der Handhabungs- Vorrichtung;
5 eine Draufsicht auf die Handhabungs-Vorrichtung;
6 eine 5 entsprechende Schnittdarstellung der Handhabungs-Vorrichtung, die einen Schnitt durch die oberen Tragarme zeigt; und
7 eine Teilschnittdarstellung der Handhabungs-Vorrichtung gemäß 1.

Nachfolgend ist unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine Handhabungs-Vorrichtung 1, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Greif-Vorrichtung ausgebildet ist, umfasst zum Handhaben eines nicht dargestellten Gegenstandes ein sich entlang einer Basisachse 2 erstreckendes Basiselement 3 und mehrere sich von dem Basiselement 3 quer zur Basisachse 2 weg erstreckende Armelemente 4, 5, 6, 7. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 7 sind vier Armelemente 4, 5, 6, 7 dargestellt, die nachfolgend im Detail beschrieben werden. Es ist grundsätzlich auch vorstellbar, dass an dem Basiselement 3 weniger als vier, beispielsweise zwei Armelemente, oder mehr als vier, beispielsweise sechs, acht, zehn oder noch mehr Armelemente, vorgesehen sind. Vorzugsweise sind die Armelemente 4, 5, 6, 7 paarweise, symmetrisch zur Basisachse 2 an dem Basiselement 3 angeordnet.
Das Basiselement 3 und die Armelemente 4, 5, 6, 7 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet und mittels eines additiven Fertigungsverfahrens aus einem geeigneten Kunststoffmaterial gefertigt. Bei einem additiven Fertigungsverfahren erfolgt ein schichtweises Auftragen des Kunststoffmaterials. Geeignete additive Fertigungsverfahren sind beispielsweise selektives Lasersintern (SLS) und das Fused Dispositing Modelling (FDM). Zur Verwendung bei dem additiven Fertigungsverfahren sind grundsätzlich alle thermoplastischen Kunststoffmaterialien geeignet. Besonders vorteilhaft ist die Verarbeitung von teilkristallinen Thermoplasten, die im Vergleich zu amorphen Kunststoffmaterialien bessere mechanische Eigenschaften aufweisen.
Das Basiselement 3 umfasst einen sich entlang der Basisachse 2 erstreckenden rohrförmigen Grundkörper 8, einen ersten Endbereich 9 und einen entlang der Basisachse 2 vom ersten Endbereich 9 beabstandeten zweiten Endbereich 10. Der rohrförmige Grundkörper 8 des Basiselements 3 umschließt einen basiselementseitigen Kanalabschnitt 11, der sich von dem ersten Endbereich 9 bis zu dem zweiten Endbereich 10 erstreckt, wie insbesondere in der Teilschnittdarstellung gemäß 7 ersichtlich. Im ersten Endbereich 9 weist das Basiselement 3 eine Zuführöffnung 12 zur Zufuhr eines nicht dargestellten Druckübertragungs-Fluids in den basiselementseitigen Kanalabschnitt 11 auf. In einer alternativen Ausführungsvariante könnte auf die Zufuhr eines Druckübertragungs-Fluids verzichtet werden, falls eine Druckänderung in dem betreffenden Armelement 4, 5, 6, 7 durch eine Unterdruckbeaufschlagung erreicht wird. Das Druckübertragungs-Fluid wird dem basiselementseitigen Kanalabschnitt 11 mittels einer lediglich schematisch dargestellten Fluid-Quelle 29 zugeführt. Bei dem Druckübertragungs-Fluid handelt es sich vorzugsweise um Druckluft oder um ein anderes geeignetes Fluid mit vergleichbaren Eigenschaften. Im zweiten Endbereich 10 weist das Basiselement 3 keinerlei Durchbrechungen zum Durchtritt des Druckübertragungs-Fluids von dem basiselementseitigen Kanalabschnitt 11 nach Außen auf.
An einer Außenkontur des Basiselements 3 ist zwischen erstem Endbereich 9 und zweitem Endbereich 10 ein Befestigungselement 13 zur Fixierung der Greif-Vorrichtung 1 in einer Fertigungsanlage, einem Prüfstand oder dergleichen vorgesehen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erstrecken sich das erste Armelement 4 und das dritte Armelement 6 bzw. das zweite Armelement 5 und das vierte Armelement 7 jeweils paarweise quer zur Basisachse 2 von dem Basiselement 3 weg. Das dritte Armelement 6 ist dabei bezüglich einer durch die Basisachse 2 gehenden Basisebene B symmetrisch zum ersten Armelement 4 ausgebildet. Die Basisebene B verläuft senkrecht zur Bildebene in 2 durch die Basisachse 2. Entsprechend ist das vierte Armelement 7 in Bezug zur Basisebene B symmetrisch zum zweiten Armelement 5 ausgebildet.
Das erste Armelement 4 ist unter Bildung eines Zwischenraums 14 axial in Bezug zur Basisachse 2 von dem zweiten Armelement 5 beabstandet. Entsprechend ist das dritte Armelement 6 bezüglich der Basisachse 2 axial von dem vierten Armelement 7 unter Bildung eines zweiten Zwischenraums 15 beabstandet. Die Erstreckung der Zwischenräume 14, 15 parallel zur Basisachse 2 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aufgrund der symmetrischen Gestaltung der Armelemente 4, 5, 6, 7 identisch.
Die Armelemente 4, 5, 6, 7 sind jeweils einstückig ausgebildet und weisen eine Längserstreckung quer zur Basisachse 2 auf. Wie insbesondere 2 zu entnehmen, erstrecken sich die Armelemente 4, 5, 6, 7 vorzugsweise in Armelement-Ebenen A₁, A₂, die jeweils senkrecht zur Basisebene B verlaufen, senkrecht weg von dem Basiselement 3.
Ferner umfasst jedes Armelement 4, 5, 6, 7 eine entlang deren Längserstreckung verlaufende erste Außenwandung 16 und eine entlang der Längserstreckung verlaufende zweite Außenwandungen 17. Die Armelemente 4, 5, 6, 7 geben zusammen einen Aufnahme-Raum 18 zur Aufnahme des zu handhabenden Gegenstands vor, wobei die ersten Außenwandungen 16 jeweils dem Aufnahme-Raum 18 zugewandt sind und die zweiten Außenwandungen 17 jeweils dem Aufnahme-Raum 18 abgewandt sind.
Die Armelemente 4, 5, 6, 7 weisen jeweils mehrere Abschnitte unterschiedlicher Krümmung auf. So schließt sich benachbart zum Basiselement 3 jeweils ein erster Abschnitt 19 an, in dem das jeweilige Armelement 4, 5, 6, 7 senkrecht zur Basisebene B verläuft. Von dem Basiselement 3 abgewandt schließt sich an den ersten Abschnitt 19 ein zweiter Abschnitt 20 an. Der zweite Abschnitt 20 ist dabei jeweils in Bezug zum Aufnahme-Raum 18 leicht konkav gekrümmt. An den zweiten Abschnitt 20 schließt sich je Armelement 4, 5, 6, 7 jeweils ein dritter Abschnitt 21 an, der im Vergleich zum zweiten Abschnitt 20 deutlich stärker konkav in Bezug zum Aufnahme-Raum 18 gekrümmt ist. Durch die konkave Krümmung des dritten Abschnitts 21 nehmen die Armelemente 4, 5, 6, 7 jeweils insgesamt einen gekrümmten, bügelartigen Verlauf in Richtung Aufnahme-Raum 18. An die dritten Abschnitte 21 schließt sich jeweils ein vierter Abschnitt 22, mit in Bezug zum Aufnahme-Raum 18 konvexer Krümmung, an. Wie insbesondere 1 und 5 zu entnehmen, sind die vierten Abschnitte 22 des ersten Armelements 4 und des zweiten Armelements 5 in Bezug zur Basisebene B gegenüberliegend zu den vierten Abschnitten 22 des dritten Armelements 6 und des vierten Armelements 7 angeordnet. Die ersten Außenwandungen 16 im Bereich der vierten Abschnitte 22 bilden vorzugsweise Anlageflächen, die mit dem zu handhabenden Gegenstand zusammenwirken und diesen in einer Greif-Position fixieren.
Zwischen den ersten Abschnitten 19 und den zweiten Abschnitten 20 ist in jedem der Armelemente 4, 5, 6, 7 jeweils eine halbzylinderförmige Aussparung 23 vorgesehen, welche die Funktion eines unterstützenden Scharniers erfüllt.
Die Armelemente 4, 5, 6, 7 sind derart ausgebildet, dass diese durch eine Druckänderung betätigbar sind. Diese Druckänderung wird in der gezeigten Ausführungsvariante durch eine Fluidbeaufschlagung mittels des Druckübertragungs-Fluids erreicht. In einer alternativen Ausführungsvariante ist die Druckänderung auch durch eine Unterdruckbeaufschlagung durch Erzeugung eines Vakuums erreichbar. Zum Zwecke der Fluidbeaufschlagung weist jedes der Armelemente 4, 5, 6, 7 einen armelementseitigen Kanalabschnitt 24 auf. Die armelementseitigen Kanalabschnitte 24 der Armelemente 4, 5, 6, 7 bilden zusammen mit dem basiselementseitigen Kanalabschnitt 11 den zur Aufnahme des Druckübertragungs-Fluids bestimmten Kanal 25, der sich von der Zuführöffnung 12 bereichsweise durch das Basiselement 3 und bereichsweise durch die Armelemente 4, 5, 6, 7 erstreckt. Das Druckübertragungs-Fluid wird dabei über den basiselementseitigen Kanalabschnitt 11 den armelementseitigen Kanalabschnitten 24 zugeführt.
Die armelementseitigen Kanalabschnitte 24 des Kanals 25 erstrecken sich entlang einer Kanallängsrichtung bereichsweise durch die Armelemente 4, 5, 6, 7, wobei durch eine Fluidbeaufschlagung des Kanals 25 eine Krafteinwirkung auf die Außenwandungen 16, 17 quer zur Kanallängsrichtung zum Betätigen der Armelemente 4, 5, 6, 7 erreichbar ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 7 weisen alle Armelemente 4, 5, 6, 7 jeweils einen armelementseitigen Kanalabschnitt 24 auf. Es ist jedoch grundsätzlich vorstellbar, dass beispielsweise lediglich die Armelemente 4, 5 einen Kanalabschnitt 24 aufweisen und die symmetrisch angeordneten Armelemente 6, 7 ohne Kanal ausgebildet sind.
Wie insbesondere 6 und 7 zu entnehmen, sind in dem Grundkörper des Basiselements 3 Durchbrechungen 26 vorgesehen, welche die armelementseitigen Kanalabschnitte 24 mit dem basiselementseitigen Kanalabschnitt 11 verbinden. Die armelementseitigen Kanalabschnitte 24 erstrecken sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiels jeweils von den Durchbrechungen 26 bis in die dritten Abschnitte 21 der Armelemente 4, 5, 6, 7.
Wie insbesondere 6 zu entnehmen, sind die armelementseitigen Kanalabschnitte 24 des Kanals 25 in den Armelementen 4, 5, 6, 7 derart asymmetrisch angeordnet, dass ein senkrecht zu der Kanallängsrichtung verlaufender Abstand a₁ zwischen der zweiten Außenwandung 17 und dem armelementseitigen Kanalabschnitt 24, also eine äußere Wandstärke a₁, geringer ist als ein entsprechend verlaufender Abstand a₂ zwischen dem armelementseitigen Kanalabschnitt 24 und der ersten Außenwandung 16, also eine innere Wandstärke a₂.
Durch die asymmetrische Anordnung der armelementseitigen Kanalabschnitte 24 weisen die Armelemente 4, 5, 6, 7 also im Bereich der von dem Aufnahme-Raum 18 abgewandten zweiten Außenwandung 17 eine dünnere Wandstärke a₁ auf als die Wandstärke a₂ im Bereich der ersten Außenwandung 16. Eine Querkontraktion wirkt im Bereich der zweiten Außenwandung 17 daher stärker als im Bereich der ersten Außenwandung 16.
Bei einer alternativen Ausführungsvariante, bei der die Druckänderung in den armelementseitigen Kanalabschnitten 24 durch eine Unterdruckbeaufschlagung der armelementseitigen Kanalabschnitte 24 erreicht wird, sind die Wandstärken a₁, a₂ bei gleichbleibender Außenkontur der Armelemente 4, 5, 6, 7 dünner ausgebildet, als bei der im Detail erläuterten Ausführungsvariante gemäß den 1 bis 7.
Die armelementseitigen Kanalabschnitte 24 sind entlang der Kanallängsrichtung jeweils begrenzt durch eine benachbart zur ersten Außenwandung 16 verlaufende erste Innenwandung 27 und eine benachbart zur zweiten Außenwandung 17 verlaufende zweite Innenwandung 28. Krümmungen der Innenwandungen 27, 28 entsprechen den Krümmungen der Abschnitte 19, 20, 21, 22 der Armelemente 4, 5, 6, 7. Die Innenwandungen 27, 28 stellen Druck-Angriffsflächen für die Fluidbeaufschlagung durch das Druckübertragungs-Fluid dar.
Durch die gekrümmte Gestalt der Armelemente 4, 5, 6, 7 in Richtung des Aufnahme-Raums 18 ist eine zweite Druck-Angriffsfläche bzw. Fläche der zweiten Innenwandung 28 für die Fluidbeaufschlagung benachbart zur zweiten Außenwandung 17 größer als eine erste Druck-Angriffsfläche bzw. Fläche der ersten Innenwandung 27 benachbart zu der ersten Außenwandung 16. Die unterschiedlichen druckbeaufschlagten Flächenverhältnisse in den armelementseitigen Kanalabschnitten 24 führen zu einer Verformung der Armelemente 4, 5, 6, 7 entgegen der natürlichen Krümmung derselbigen.
Die Funktionsweise der Greif-Vorrichtung 1 ist wie folgt:

Zur Beschreibung der Funktion der Greif-Vorrichtung 1 wird davon ausgegangen, dass die Greif-Vorrichtung 1 mittels des Befestigungselements 13 an einem in den 1 bis 7 nicht dargestellten Entnahmeroboter befestigt wird, wobei dieser Entnahmeroboter vorzugsweise in einer Spritzgussmaschine im Bereich eines Spritzgießwerkzeuges angeordnet ist. Die Greif-Vorrichtung 1 dient in diesem Anwendungsbeispiel zur Entnahme eines Kunststoffformteils. Bei der Beschreibung der Funktionsweise der Greif-Vorrichtung 1 wird die Druckänderung in dem mindestens einen Kanal 25 zur Verformung des mindestens einen Armelements 4, 5, 6, 7 durch eine Fluidbeaufschlagung mittels des Druckübertragungs-Fluids erreicht. Wie bereits oben erläutert ist es alternativ auch möglich, die Druckänderung durch eine Unterdruckbeaufschlagung des Kanals 25 zu erreichen.

Wenn die Greif-Vorrichtung 1 nicht fluidbeaufschlagt ist, befindet sich diese in der Greif-Position und der Abstand der aufeinander zugerichteten vierten Abschnitte 22 der Armelemente 4, 5, 6, 7 ist minimal.
Nach dem Bereitstellen der Greif-Vorrichtung 1 erfolgt eine Zuführung eines Druckübertraguns-Fluids in den Kanal 25 zur Erreichung einer Krafteinwirkung auf die Außenwandungen 16, 17 der Armelemente 4, 5, 6, 7 quer zur Kanallängsrichtung der Kanalabschnitte 24. Bei dem Druckübertragungs-Fluid handelt es sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel um Druckluft, die aus einer geeigneten Fluid- bzw. Druckluftquelle 29 dem basiselementseitigen Kanalabschnitt 11 über die Zuführöffnung 12 zugeführt wird. Das Druckübertragungs-Fluid wird über die Durchbrechungen 26 folglich in die armelementseitigen Kanalabschnitte 24 weitergeleitet. In den armelementseitigen Kanalabschnitten 24 wirkt das Druckübertragungs-Fluid dann mit den Innenwandungen 27, 28 zusammen, die wie oben beschrieben Druck-Angriffsflächen für die Fluidbeaufschlagung durch das Druckübertragungs-Fluid bilden.
Durch die Zuführung des Druckübertragungs-Fluids in den Kanal 25 wird eine Verformung der Armelemente 4, 5, 6, 7 zum Wechselwirken mit dem zu handhabenden Gegenstand erreicht. Die Verformung bewirkt dabei ein Verschwenken eines Bereichs der Armelemente 4, 5, 6, 7 relativ zum Basiselement 3.
Die erfindungsgemäße Greif -Vorrichtung 1 nutzt beide beschriebenen physikalischen Effekte zur Verformung der Armelemente 4, 5, 6, 7 zum Wechselwirken mit dem zu handhabenden Gegenstand aus, nämlich die verstärkte Querkontraktionskraft im Bereich der dünneren zweiten Außenwandung 17 begünstigt durch die asymmetrische Anordnung der armelementseitigen Kanalabschnitte 24 und dem Effekt der unterschiedlichen Flächenverhältnisse durch die Krümmung der Armelemente 4, 5, 6, 7 in Richtung des Aufnahme-Raums 18. Vorzugsweise fällt der physikalische Effekt der unterschiedlichen Flächenverhältnisse stärker ins Gewicht als der Effekt aufgrund der gekrümmten Geometrie der Armelemente 4, 5, 6, 7.
Die Dimension der Greif-Vorrichtung 1 ist bei deren Herstellung so zu wählen, dass sie auf den zu handhabenden Gegenstand, also vorliegend das zu greifende Kunststoffformteil, abgestimmt ist. Die Dimensionierung ist so zu wählen, dass die Armelemente 4, 5, 6, 7 zum Greifen nur geringfügig mittels Verformung verschwenkt werden müssen. Vorzugsweise beträgt ein Schwenk-Winkel zur Basisebene B der Armelemente 4, 5, 6, 7 weniger als 15°, vorzugsweise weniger als 10°, besonders vorteilhafterweise weniger als 5°, in Bezug zur Basisachse 2. In der gezeigten Ausführungsvariante erfolgt dienen die halbzylinderförmigen Aussparungen 23 als Knick-Bereiche für die Schwenkbewegung der Armelemente 4, 5, 6, 7.
Bei der Verformung der Armelemente 4, 5, 6, 7 werden diese also mittels der Druckbeaufschlagung durch das Druckübertragungs-Fluid von der Greif-Position in die Freigabe-Position, in welcher der Abstand der aufeinander zugerichteten vierten Abschnitte 22 der Armelemente 4, 5, 6, 7 maximal ist, überführt.
Die Greif-Vorrichtung 1 wird in der Freigabe-Position der Armelemente 4, 5, 6, 7 dann dem zu handhabenden Kunststoffformteil angenähert bis die Armelemente 4, 5, 6, 7 das Kunststoffformteil mit deren vierten Abschnitten 22 umgreifen und sich das Kunststoffformteil zumindest bereichsweise in dem Aufnahme-Raum 18 befindet.
Beim Erreichen einer definierten Endposition wird der durch das Druckübertragungs-Fluid erzeugte Druck im Kanal 25 weggenommen. Durch eine mechanische Rückstellkraft der Armelemente 4, 5, 6, 7 ist das Kunststoffformteil zwischen den Armelementen 4, 5, 6, 7 in dem Aufnahme-Raum 18 festgeklemmt. Aufgrund der symmetrischen Geometrie der Greif-Vorrichtung 1 in Bezug zur Basisebene B erfolgt die Rückstellkraft gleichmäßig beidseits der Basisebene B. Dies führt bei jeder Teilentnahme zu einer exakten Positionierung des Teils zwischen den Armelementen 4, 5, 6, 7.
Nach einer Bearbeitung, Prüfung oder einem Transport des Kunststoffformteils wird dieses durch ein Überführen der Armelemente 4, 5, 6, 7 in die Freigabe-Position mittels erneuter Zuführung des Druckübertragungs-Fluids freigegeben. Es ist besonders vorteilhaft, dass die Greif-Vorrichtung 1 jeweils nur bei Überführung der Armelemente 4, 5, 6, 7 in die Freigabe-Position die Zufuhr des Druckübertragungs-Fluids erfordert. Bei Druckentlastung wirkt die mechanische Rückstellkraft auf die zuvor gedehnten Armelemente 4, 5, 6, 7. Die Verformung der Armelemente 4, 5, 6, 7 ist reversibel.
Die besonders vorteilhafte, erfindungsgemäße Struktur der Handhabungs-Vorrichtung ist vorzugsweise durch ein schichtweises Auftragen der Armelemente 4, 5, 6, 7 erreichbar. Additive Fertigungsverfahren haben sich hierbei als besonders vorteilhaft und zielführend erwiesen.

Claims

Handhabungs-Vorrichtung, insbesondere Greif-Vorrichtung, aufweisend a. ein sich entlang einer Basisachse (2) erstreckendes Basiselement (3), b. mindestens zwei sich von dem Basiselement (3) quer zur Basisachse (2) wegerstreckende Armelemente (4, 5, 6, 7), wobei mindestens ein Armelement (4, 5, 6, 7) i. einstückig ausgebildet ist, ii. eine Längserstreckung quer zur Basisachse (2) hat, iii. eine entlang der Längserstreckung verlaufende erste Außenwandung (16), und iv. eine entlang der Längserstreckung verlaufende zweite Außenwandung (17) umfasst, und c. mindestens einen Kanal (25), der sich entlang einer Kanallängsrichtung zumindest bereichsweise durch das mindestens eine Armelement (4, 5, 6, 7) erstreckt, wobei durch eine Druckänderung in dem mindestens einen Kanal (25) eine Verformung des mindestens einen Armelements (4, 5, 6, 7) quer zur Kanallängsrichtung zum Betätigen des mindestens einen Armelements (4, 5, 6, 7) erreichbar ist, d. wobei das Basiselement (3) mit den Armelementen (4, 5, 6, 7) einstückig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass e. zwischen ersten Abschnitten (19) und zweiten Abschnitten (20) in jedem der Armelemente (4, 5, 6, 7) jeweils eine halbzylinderförmige Aussparung (23), welche die Funktion eines unterstützenden Scharniers erfüllt, vorgesehen ist.
Handhabungs-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Armelemente (4, 5, 6, 7) sich jeweils beidseits des Basiselements (3) quer zur Basisachse (2) von dem Basiselement (3) wegerstrecken.
Handhabungs-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckänderung in dem mindestens einen Kanal (25) durch eine Fluidbeaufschlagung erreicht wird.
Handhabungs-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kanal (25) bereichsweise durch das Basiselement (3) und durch das mindestens eine Armelement (4, 5, 6, 7) erstreckt, wobei die Druckänderung über einen basiselementseitigen Kanalabschnitt (11) und mindestens einen armelementseitigen Kanalabschnitt (24) erzielbar ist.
Handhabungs-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Armelemente (4, 5, 6, 7) zusammen einen Aufnahme-Raum (18) zur Aufnahme eines zu handhabenden Gegenstandes vorgeben, wobei die ersten Außenwandungen (16) der Armelemente (4, 5, 6, 7) jeweils dem Aufnahme-Raum zugewandt sind und die zweiten Außenwandungen (17) jeweils dem Aufnahme-Raum (18) abgewandt sind.
Handhabungs-Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Armelement (4, 5, 6, 7) in Richtung des Aufnahme-Raums (18) gekrümmt ist.
Handhabungs-Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Fläche, insbesondere Druck-Angriffsfläche, einer zweiten Innenwandung (28) benachbart zur zweiten Außenwandung (17) größer ist als eine erste Fläche, insbesondere Druck-Angriffsfläche, einer ersten Innenwandung (27) benachbart zu ersten Außenwandung (16).
Handhabungs-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kanals (25) entlang seiner Kanallängsrichtung asymmetrisch zwischen der ersten Außenwandung (16) und der zweiten Außenwandung (17) erstreckt.
Handhabungs-Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Wandstärke (a₁) der zweiten Außenwandung (17) geringer ist als eine innere Wandstärke (a₂) der ersten Außenwandung (16).
Handhabungs-Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (25) in dem mindestens einen gekrümmten Armelement (4, 5, 6, 7) derart asymmetrisch angeordnet ist, dass sich eine Verformung aufgrund von unterschiedlich großen Flächen von Innenwandungen (27, 28) und eine Verformung aufgrund der asymmetrischen Anordnung des Kanals (25) entlang seiner Längsrichtung addieren und gemeinsam eine Verformung des mindestens einen Armelements (4, 5, 6, 7) bewirken.
Handhabungs-Verfahren zur Handhabung eines Gegenstands mit folgenden Schritten: a. Bereitstellen einer Handhabungs-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, b. Änderung des Drucks in dem mindestens einen Kanal (25) zur Erreichung einer Verformung des mindestens einen Armelementes (4, 5, 6, 7) quer zur Kanallängsrichtung, und c. Verformung des mindestens einen Armelements (4, 5, 6, 7) zum Wechselwirken mit dem zu handhabenden Gegenstand, wobei die Verformung ein Verschwenken eines Bereichs des mindestens einen Armelements (4, 5, 6, 7) relativ zum Basiselement (3) bewirkt.
Handhabungs-Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Armelement (4, 5, 6, 7) bei der Verformung von einer Greif-Position, in welcher der zu handhabende Gegenstand von den Armelementen (4, 5, 6, 7) gehalten wird, in eine Freigabe-Position, in welcher der zu handhabende Gegenstand von dem mindestens einen Armelement (4, 5, 6, 7) freigegeben wird, überführt wird.
Handhabungs-Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Armelement (4, 5, 6, 7) bei der Verformung von einer Freigabe-Position, in welcher der zu handhabende Gegenstand nicht mit dem mindestens einen Armelement (4, 5, 6, 7) in Kontakt steht, in eine Greif-Position, in welcher der zu handhabende Gegenstand von den Armelementen (4, 5, 6, 7) gehalten wird, überführt wird.
Handhabungs-Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des Drucks in dem mindestens einen Kanal (25) durch eine Zuführung eines Druckübertragungs-Fluids in den mindestens einen Kanal (25) erreicht wird.
Handhabungs-Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Zuführung des Druckübertragungs-Fluids, durch eine asymmetrische Anordnung des Kanals (25) entlang seiner Kanallängsrichtung zwischen der ersten Außenwandung (16) und der zweiten Außenwandung (17), das mindestens einen Armelement (4, 5, 6, 7) sich in Richtung einer dünneren Wandstärke (a₁) verformt.
Handhabungs-Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung des mindestens einen Armelements (4, 5, 6, 7) reversibel ist.
Handhabungs-Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Verformung mindestens einen Armelements (4, 5, 6, 7) weg vom Aufnahme-Raum (18), wobei die Verformung dadurch erreicht wird, dass eine zweite Fläche einer zweiten Innenwandung (28) benachbart zur zweiten Außenwandung (17) größer ist als eine erste Fläche einer ersten Innenwandung (27) benachbart zur ersten Außenwandung (16).
Herstellungs-Verfahren einer Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein schichtweises Auftragen des mindestens einen Armelements (4, 5, 6, 7) und des Basiselements (3) unter Bildung des mindestens einen Kanals (25).