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Die Erfindung betrifft eine Sauggreifvorrichtung, mit mindestens einem Sauggreifer, der ein Gehäuse aufweist, in dem ein Hohlraum ausgebildet ist, in dem ein im Rahmen einer Arbeitsbewegung relativ zu dem Gehäuse hin und her beweglicher Arbeitskolben angeordnet ist, der eine von einem Abschnitt des Hohlraumes gebildete und bei der Arbeitsbewegung des Arbeitskolbens ihr Volumen verändernde Arbeitskammer begrenzen kann oder begrenzt, die unabhängig von der Position des Arbeitskolbens mit einer an einen zu ergreifenden Gegenstand ansetzbaren Ansaugöffnung in Fluidverbindung steht, wobei das Volumen der Arbeitskammer zwecks Erhöhung des darin herrschenden Druckes durch eine in einer ersten Bewegungsrichtung orientierte Arbeitsbewegung des Kolbens verringerbar ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Sauggreifvorrichtung, die mindestens einen Sauggreifer enthält, der ein Gehäuse aufweist, in dem ein Hohlraum ausgebildet ist, in dem ein im Rahmen einer Arbeitsbewegung relativ zu dem Gehäuse hin und her beweglicher Arbeitskolben angeordnet ist, der eine von einem Abschnitt des Hohlraumes gebildete und bei der Arbeitsbewegung des Arbeitskolbens ihr Volumen verändernde Arbeitskammer begrenzen kann oder begrenzt, die unabhängig von der Position des Arbeitskolbens mit einer an einen zu ergreifenden Gegenstand ansetzbaren Ansaugöffnung in Fluidverbindung steht, wobei das Volumen der Arbeitskammer zwecks Erhöhung des darin herrschenden Druckes durch eine in einer ersten Bewegungsrichtung orientierte Arbeitsbewegung des Kolbens verringerbar ist und wobei nach dem Verschließen der Ansaugöffnung durch den zu ergreifenden Gegenstand der Arbeitskolben in einer der ersten Bewegungsrichtung entgegengesetzten zweiten Bewegungsrichtung bewegt wird, um in der Arbeitskammer den Aufbau eines zum Ergreifen eines Gegenstandes erforderlichen Unterdruckes hervorzurufen.
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Aus der
DE 103 24 835 A1 ist eine in dem vorgenannten Sinne aufgebaute und betreibbare Sauggreifvorrichtung bekannt, die über ein einen Hohlraum begrenzendes Gehäuse verfügt, wobei in dem Hohlraum ein linear hin und her verfahrbarer Arbeitskolben angeordnet ist, der zwei Kammern voneinander abteilt, wobei eine dieser Kammern eine mit einer Ansaugöffnung verbundene Arbeitskammer ist. Zum Ergreifen eines Gegenstandes wird der Sauggreifer mit seiner Ansaugöffnung an den Gegenstand angesetzt, worauf der Arbeitskolben im Sinne einer Vergrößerung der Arbeitskammer bewegt wird, so dass sich in der Arbeitskammer ein Unterdruck ausbildet, der ein Festhalten des die Ansaugöffnung verschließenden Gegenstandes bewirkt. Um den Gegenstand wieder zu lösen, kann die andere der beiden Kammern mit Druckluft beaufschlagt werden, so dass sich der Arbeitskolben im Sinne einer Verringerung des Volumens der Arbeitskammer bewegt, was mit einer Druckerhöhung in der Arbeitskammer bis zum erneuten Erreichen des Atmosphärendruckes einhergeht. Soll der festgehaltene Gegenstand aktiv abgestoßen werden, kann durch den Arbeitskolben hindurch ein Überdruckimpuls in die Arbeitskammer eingespeist werden. Da der zum Festhalten des Gegenstandes erforderliche Unterdruck nur durch die Arbeitsbewegung des Arbeitskolbens hervorrufbar ist, kann nicht unter allen Umständen ein sicheres Festhalten eines handzuhabenden Gegenstandes gewährleistet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Maßnahmen vorzuschlagen, die ein effektives und sicheres Betreiben einer Sauggreifvorrichtung ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Sauggreifvorrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass der Hohlraum mit einer mit einer Unterdruckquelle verbundenen oder verbindbaren Ansaugöffnung kommuniziert, wobei der Arbeitskolben im Rahmen der Arbeitsbewegung in einer Trennstellung positionierbar ist, in der er die mit der Ansaugöffnung verbundene Arbeitskammer von der Absaugöffnung abtrennt, dass der Arbeitskolben im Rahmen der Arbeitsbewegung zwischen der Trennstellung und einer die Arbeitskammer mit der Absaugöffnung fluidisch verbindenden Verbindungsstellung hin und her verfahrbar ist, und dass der in die Trennstellung verfahrene Arbeitskolben unter Beibehaltung der Trennstellung in der ersten Bewegungsrichtung relativ zum Gehäuse bewegbar ist, um eine Verringerung des Volumens der von der Absaugöffnung abgetrennten Arbeitskammer hervorzurufen.
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Die Erfindung wird ferner in Verbindung mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zum Lösen eines zuvor ergriffenen Gegenstandes der Arbeitskolben in der ersten Bewegungsrichtung in eine Abstoßposition bewegt wird, in der in der Arbeitskammer aufgrund eines entsprechend reduzierten Volumens ein Überdruck herrscht, so dass der zuvor ergriffene Gegenstand abgestoßen wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Sauggreifvorrichtung wird der zum Festhalten eines Gegenstandes benötigte Unterdruck von einer Unterdruckquelle geliefert, die zumindest während des Betriebes der Sauggreifvorrichtung an die Absaugöffnung angeschlossen ist und folglich in dem sich daran anschließenden Bereich des Hohlraumes eine Absaugwirkung hervorruft. Ob sich der durch die Unterdruckquelle hervorrufbare Unterdruck an der Ansaugöffnung auswirkt oder nicht, hängt mit der momentanen Stellung des im Rahmen der Arbeitsbewegung variabel positionierbaren Arbeitskolbens zusammen. Letzterer kann in einer Verbindungsstellung positioniert werden, in der er eine Fluidverbindung zwischen der an die Unterdruckquelle angeschlossenen Absaugöffnung und der mit der Arbeitskammer kommunizierenden Ansaugöffnung freigibt, so dass sich im durch einen Gegenstand verschlossenem Zustand der Ansaugöffnung ein Unterdruck in der Arbeitskammer aufbauen kann, der ein Ansaugen und Festhalten des betreffenden Gegenstandes bewirkt. In diesem Zustand kann der Sauggreifer dann wunschgemäß bewegt werden, um den ergriffenen Gegenstand nach Bedarf umzupositionieren. Um den Gegenstand wieder abzulegen, kann der Arbeitskolben in eine Trennstellung verlagert werden, in der er die Arbeitskammer von der Absaugöffnung abtrennt und dadurch fortan eine Absaugwirkung der Unterdruckquelle in Bezug auf die Arbeitskammer verhindert. Gleichwohl enthält die Arbeitskammer auch in dem von der Absaugöffnung abgetrennten Zustand zunächst noch ein ein Festhalten des Gegenstandes hervorrufendes Vakuum. Dieses Vakuum ist jedoch einfach dadurch abbaubar, dass der Arbeitskolben unter Beibehaltung der Trennstellung weiterbewegt wird, so dass das Volumen der Arbeitskammer verkleinert und der darin herrschende Druck erhöht wird. Eine entsprechende Bewegung des Arbeitskolbens ist zumindest so weit möglich, bis sich der in der Arbeitskammer herrschende Druck wieder auf den Atmosphärendruck erhöht hat, so dass der Gegenstand in Ermangelung einer an ihm angreifenden Druckdifferenz von der Absaugöffnung gelöst wird. Vorzugsweise kann der Arbeitskolben jedoch auch um eine derartige Wegstrecke verlagert werden, dass die in der Arbeitskammer befindliche Luft auf einen Überdruck erhöht wird und folglich der zuvor noch festgehaltene Gegenstand aktiv abgestoßen wird. Die hierbei von dem Arbeitskolben eingenommene Position kann als Abstoßposition bezeichnet werden.
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Der Arbeitskolben kann also, während er die die Arbeitskammer von der Ansaugöffnung abtrennende Trennstellung einnimmt, in einem gewissen Rahmen bewegt werden, ohne dass die Trennstellung aufgehoben wird, wobei sich jedoch das Volumen der Arbeitskammer verändert und mithin auch der darin herrschende Luftdruck. Von Vorteil ist es, wenn der Arbeitskolben dabei bis in eine das aktive Abstoßen eines ergriffenen Gegenstandes hervorrufende Abstoßposition bewegbar ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung enthält der Hohlraum des Sauggreifers zwei in der Richtung der Arbeitsbewegung des Arbeitskolbens aufeinanderfolgend angeordnete erste und zweite Längenabschnitte mit sich voneinander unterscheidenden Querschnitten. Ein erster Längenabschnitt des Hohlraumes, der mit der Ansaugöffnung verbunden ist, hat einen kleineren Querschnitt als ein darauffolgender zweiter Längenabschnitt, der mit der Absaugöffnung verbunden ist. Der Querschnitt des ersten Längenabschnittes ist an den Querschnitt des Arbeitskolbens angepasst, so dass der Arbeitskolben unter Abdichtung und unter Bildung einer Trennwand in diesen ersten Längenabschnitt verschiebbar eintauchen kann. Taucht der Arbeitskolben in den ersten Längenabschnitt ein, befindet er sich in der Trennstellung, und zwar unabhängig davon, welche Axialposition er momentan innerhalb dieses ersten Längenabschnittes einnimmt. Befindet sich der Arbeitskolben außerhalb des ersten Längenabschnittes in dem zweiten Längenabschnitt des Hohlraumes, kann aufgrund des im Querschnitt größeren zweiten Längenabschnittes Luft an dem Arbeitskolben vorbeiströmen und folglich die an die Ansaugöffnung angeschlossene Unterdruckquelle ihre Absaugwirkung auch in dem ersten Längenabschnitt des Hohlraumes und mithin in der damit kommunizierenden Ansaugöffnung entfalten. Die hierbei eingenommene Stellung des Arbeitskolbens ist die erwähnte Verbindungsstellung. Zum Umschalten zwischen einem Absperren und einem Freigeben der Unterdruckverbindung zwischen der Ansaugöffnung und der Ansaugöffnung genügt es folglich, den Arbeitskolben im Rahmen der Arbeitsbewegung entweder innerhalb des ersten Längenabschnittes oder innerhalb des zweiten Längenabschnittes des Hohlraumes zu platzieren. Als Arbeitskammer fungiert jeweils derjenige Abschnitt des ersten Längenabschnittes des Hohlraumes, der sich zwischen dem Arbeitskolben und der Ansaugöffnung erstreckt. Die Länge dieses Arbeitskanals ist veränderlich und hängt davon ab, welche axiale Relativposition der Arbeitskolben momentan bezüglich des ersten Längenabschnittes des Hohlraumes einnimmt.
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Um ein verschleißfreies Umschalten des Sauggreifers zwischen dem Ansaugbetrieb und dem Lösebetrieb zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die beiden Längenabschnitte des Hohlraumes mit einem abgerundeten Übergangsbereich ineinander übergehen.
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Der Arbeitskolben ist zweckmäßigerweise mit einem Dichtungselement ausgestattet, das in der Trennstellung unter Abdichtung gleitverschieblich an der peripheren Wandfläche des ersten Längenabschnittes des Hohlraumes anliegt und das vorzugsweise aus einem Elastomermaterial besteht. Ist der Arbeitskolben innerhalb des zweiten Längenabschnittes des Hohlraumes platziert, hat das Dichtungselement zweckmäßigerweise keinen Kontakt mehr zur Wandfläche des Hohlraumes, wobei der Arbeitskolben in der Verbindungsstellung insbesondere so positionierbar ist, dass er gemeinsam mit der ihn umschließenden Wandfläche des Hohlraumes einen Ringraum begrenzt, der von der durch die Unterdruckquelle erzeugten Absaugluftströmung durchströmt wird.
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Vorzugsweise ist der Arbeitskolben Bestandteil einer zur Ausführung einer Hubbewegung ausgebildeten Hubeinheit des Sauggreifers. Diese Hubeinheit hat ein Betätigungsmittel, das zur Einleitung einer die Hubbewegung hervorrufenden Betätigungskraft geeignet ist. Die Hubbewegung hat mittelbar oder bevorzugt unmittelbar die Arbeitsbewegung des Arbeitskolbens zur Folge.
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Im einfachsten Fall ist das Betätigungsmittel ein Handbetätigungsmittel, wobei es beispielsweise ein Handgriff sein kann, der sich manuell erfassen lässt, um die Hubeinheit und folglich den Arbeitskolben wunschgemäß zu betätigen. Insbesondere in Verbindung mit Anwendungen in der Automatisierungstechnik oder auch bei Großserienanwendungen ist es allerdings vorteilhaft, wenn das Betätigungsmittel vom Abtriebsteil einer durch Fluidkraft und/oder elektrisch betreibbaren Antriebseinheit gebildet ist. Eine solche Antriebseinheit kann beispielsweise ein fluidbetätigter Arbeitszylinder oder ein elektrischer Antrieb sein.
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Vorzugsweise verfügt die Hubeinheit über eine Kolbenstange, an deren einem axialen Endabschnitt der Arbeitskolben angeordnet ist. Besonders kostengünstig ist eine Ausführungsform, bei der der Arbeitskolben ein unmittelbarer Bestandteil der Kolbenstange ist.
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Die Hubeinheit ist insbesondere so angeordnet, dass sie von einer der Absaugöffnung entgegengesetzten Seite her in den Hohlraum eintaucht. Dabei taucht sie mit dem Arbeitskolben voraus in den Hohlraum ein. In der Verbindungsstellung ist die Hubeinheit zurückgezogen, so dass sich der Arbeitskolben innerhalb des zweiten Längenabschnittes des Hohlraumes befindet und der erste Längenabschnitt bevorzugt vollständig frei von der Hubeinheit ist. Beim Verfahren in die Trennstellung bewegt sich die Hubeinheit in Richtung des ersten Längenabschnittes des Hohlraumes und taucht mit ihrem Arbeitskolben woraus in diesen ersten Längenabschnitt ein, so dass die Trennstellung erreicht ist. Unter Beibehaltung der Trennstellung, in der der Arbeitskolben dichtend an der Wandfläche des ersten Längenabschnittes des Hohlraumes anliegt, kann die Hubeinheit weiter in Richtung zu der Ansaugöffnung verschoben werden, so dass sich das Volumen der Antriebskammer verringert und der darin herrschende Druck bis auf das gewünschte Maß ansteigt.
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Vorzugsweise ist die Sauggreifvorrichtung mit Positioniermitteln ausgestattet, mittels denen diejenige Position des Arbeitskolbens variabel vorgebbar ist, in der der sich in der Trennstellung befindende Arbeitskolben ein minimales Volumen der Arbeitskammer definiert. Bei einem Arbeitszyklus aus Verschließen und Freigeben der absaugenden Fluidverbindung zwischen der Ansaugöffnung und der Ansaugöffnung ist diese Position die Richtungsumkehrposition der Arbeitsbewegung des Arbeitskolbens. Ist der Sauggreifer so ausgelegt, dass er durch eine entsprechende Volumenreduzierung der Arbeitskammer einen den festgehaltenen Gegenstand abstoßenden Überdruckimpuls erzeugen kann, entspricht die vorgenannte vorgebbare Position der weiter oben erwähnten Abstoßposition.
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Die Positioniermittel sind insbesondere derart konzipiert, dass sie eine veränderliche Hubbegrenzung der Hubeinheit und/oder eine variable Einstellung der Relativposition einer die Hubeinheit aufweisenden Antriebseinheit bezüglich des Gehäuses des Sauggreifers ermöglichen. Zur variablen Hubbegrenzung kann eine Hubeinheit beispielsweise mit Anschlägen ausgestattet sein, die in den Hubweg der Hubeinheit ragen, wobei sie sich am Gehäuse der Antriebseinheit abstützen und relativ zu dem Gehäuse in unterschiedlichen Anschlagpositionen positionierbar sind.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Sauggreifvorrichtung über Steuermittel zur Steuerung der Arbeitsbewegung des Arbeitskolbens verfügt. Diese Steuermittel sind insbesondere so ausgebildet, dass sie veranlassen können, den Arbeitskolben wahlweise in der Verbindungsstellung oder in der Trennstellung zu positionieren, wobei in der Trennstellung eine derartige Positionierung hervorrufbar ist, dass der in der Arbeitskammer herrschende Fluiddruck dem Atmosphärendruck entspricht oder bezüglich des Atmosphärendruckes ein Überdruck ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 eine bevorzugte Ausgestaltung der Sauggreifvorrichtung mit im Längsschnitt dargestelltem Sauggreifer, wobei ein Betriebszustand gezeigt ist, in dem der Arbeitskolben eine ein unterdruckbedingtes Festhalten eines Gegenstandes bewirkende Verbindungsstellung einnimmt,
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2 die gleiche Sauggreifvorrichtung in einer Betriebsphase, in der der Arbeitskolben eine das Lösen eines zuvor ergriffenen Gegenstandes hervorrufende Trennstellung einnimmt, und
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3 die gleiche Sauggreifvorrichtung in einer Übergangsposition des Arbeitskolbens unmittelbar beim Übergang aus der Verbindungsstellung in die Trennstellung.
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Aus der Zeichnung ist eine insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichnete erfindungsgemäße Sauggreifvorrichtung bevorzugter Bauart ersichtlich, die über einen Sauggreifer 2 verfügt, der ausgebildet ist, um einen beliebigen Gegenstand 3 mittels Unterdruck zu ergreifen und nach einer gewissen Greifdauer, die vorzugsweise frei wählbar ist, auch wieder loszulassen. Die Sauggreifvorrichtung 1 kann ohne Weiteres mit mehreren solcher Sauggreifer 2 ausgestattet sein, die in einer an den Anwendungsfall angepassten Verteilung nebeneinander angeordnet sind, vorzugsweise in einer matrixartigen Verteilung.
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Das Ergreifen des Gegenstandes 3 wird mit Unterdruck bewirkt, der durch eine Unterdruckquelle 4 der Sauggreifvorrichtung 1 bereitgestellt wird. Bei der Unterdruckquelle 4 handelt es sich beispielsweise um eine Vakuumpumpe oder um eine mit Druckluft betriebene, vergleichbar einer Strahlpumpe arbeitenden Ejektoreinrichtung, die mit Druckluft betrieben wird.
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Die Sauggreifvorrichtung 1 ist zweckmäßigerweise auch noch mit Steuermitteln 5 ausgestattet, durch die der Betrieb des mindestens einen Sauggreifers 2 steuerbar ist.
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Der Sauggreifer 2 verfügt über ein prinzipiell beliebig gestaltetes Gehäuse 6, das im Folgenden zur besseren Unterscheidung auch als Sauggreifergehäuse 6 bezeichnet wird. Dieses Sauggreifergehäuse 6 begrenzt einen bevorzugt länglichen Hohlraum 7, dessen Längsachse 8 strichpunktiert angedeutet ist.
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Der Hohlraum 7 ist an einer Vorderseite des Sauggreifergehäuses 6 offen, wobei die zugeordnete Öffnung aufgrund ihrer Nutzung als Ansaugöffnung 12 bezeichnet sei. Die Ansaugöffnung 12 ist von einer Abstützfläche 13 umrahmt, die sich an einer vorderen Stirnfläche des Sauggreifergehäuses 6 bildet, wobei sie unmittelbar von dieser vorderen Stirnfläche gebildet sein kann. Zweckmäßigerweise ist die Abstützfläche 13 von einem an dem Sauggreifergehäuse 6 angeordneten oder ausgebildeten elastischen Dichtungselement gebildet.
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Ein Gegenstand 3, der in 1 im ungegriffenen Zustand strichpunktiert angedeutet ist, liegt im vom Sauggreifer 2 ergriffenen Zustand an der Abstützfläche 13 an und deckt die Ansaugöffnung 12 fluiddicht ab. Dieser Zustand ist in 1 anhand eines in durchgezogenen Linien illustrieren Gegenstandes 3 angedeutet.
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Der Hohlraum 7 ist in zwei axial unmittelbar ineinander übergehende Längenabschnitte unterteilt. Ein erster Längenabschnitt 7a des Hohlraumes 7 endet mit der Ansaugöffnung 12 und erstreckt sich in Achsrichtung der Längsachse 8 in Richtung zu einer Rückseite des Sauggreifergehäuses 6, wobei er in einem Übergangsbereich 7c in den erwähnten zweiten Längenabschnitt 7b des Hohlraumes 7 übergeht, der auch eine gewisse Längserstreckung in Achsrichtung der Längsachse 8 aufweist.
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Der Hohlraum 7 hat zweckmäßigerweise einen runden und vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt. Des Weiteren sind die beiden Längenabschnitte 7a, 7b koaxial zueinander angeordnet. Und schließlich hat der erste Längenabschnitt 7a des Hohlraumes 7 aus noch zu erläuternden Gründen einen kleineren Querschnitt als der zweite Längenabschnitt 7b des Hohlraumes 7.
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Der Hohlraum 7 hat einen rückseitigen Endabschnitt 14, der entgegengesetzt zu dem vorderen Endabschnitt angeordnet ist, der mit der Ansaugöffnung 12 endet.
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An dem Sauggreifergehäuse 6 ist eine Antriebseinheit 15 angeordnet. Vorzugsweise ist diese Antriebseinheit 15 an einem der Ansaugöffnung 12 axial entgegengesetzten rückwärtigen Endabschnitt 16 des Sauggreifergehäuses 6 angebracht. Die Antriebseinheit 15 hat ein Antriebsgehäuse 17, das im Bereich des rückwärtigen Endabschnittes 16 an dem Sauggreifergehäuse 6 befestigt ist. Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel ist das Sauggreifergehäuse 6 so ausgebildet, dass es zugleich das Antriebsgehäuse 17 bildet.
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Die Antriebseinheit 15 verfügt über eine Hubeinheit 18, die unter Ausführung einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten linearen Hubbewegung 22 relativ zum Antriebsgehäuse 17 und folglich auch relativ zum Sauggreifergehäuse 6 hin und her bewegbar ist. Die Bewegungsrichtung fällt mit der Achsrichtung der Längsachse 8 des Hohlraumes 7 zusammen. Die Hubeinheit 18 hat eine Längsachse 23, die bevorzugt koaxial zur Längsachse 8 des Hohlraumes 7 verläuft und bei der es sich vorzugsweise auch um die Längsachse der gesamten Antriebseinheit 15 handelt.
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Die Hubeinheit 18 ragt von der der Ansaugöffnung 12 entgegengesetzten Rückseite her koaxial in den Hohlraum 7 hinein, wobei sie innerhalb des Hohlraumes 7 mit einem vorderen Endabschnitt 24 frei endet. Dieser vordere Endabschnitt 24 weist auf oder bildet einen Arbeitskolben 25, dessen Querschnitt dem Querschnitt des ersten Längenabschnittes 7a des Hohlraumes 7 entspricht, so dass er entsprechend 2 in den ersten Längenabschnitt 7a eintauchen kann, wobei er mit einer radialen Außenumfangsfläche 26 unter Abdichtung an der von dem Sauggreifergehäuse 6 gebildeten peripheren Wandfläche 9 des ersten Längenabschnittes 7a des Hohlraumes 7 unter Abdichtung anliegt. Vorzugsweise verfügt der Arbeitskolben 25 über ein zweckmäßigerweise ringförmiges Dichtungselement 29, das die besagte radiale Außenumfangsfläche 26 aufweist.
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Der Arbeitskolben 25 macht die lineare Hubbewegung 22 mit, wobei seine Linearbewegung als Arbeitsbewegung 27 bezeichnet sei, die in der Zeichnung ebenfalls durch einen Doppelpfeil illustriert ist.
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Bevorzugt ist die Antriebseinheit 15 vom mittels Fluidkraft betätigbaren Typ. Dies trifft auf das Ausführungsbeispiel zu, wo sie von einem fluidbetätigten Arbeitszylinder 15a repräsentiert wird. Bei einer fluidbetätigten Antriebseinheit 15 enthält die Hubeinheit 18 zweckmäßigerweise einen als ein Betätigungsmittel 28 fungierenden Betätigungskolben 28a, der im Innern des Antriebsgehäuses 17 angeordnet ist und von dem zur Vorderseite hin eine Kolbenstange 32 wegragt, deren außerhalb des Antriebsgehäuses 17 befindlicher Endabschnitt den Arbeitskolben 25 aufweist oder bildet.
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Der Betätigungskolben 28a unterteilt den Innenraum des Antriebsgehäuses 17 unter Abdichtung in eine vordere Antriebskammer 33a und eine hintere Antriebskammer 33b. Die vordere Antriebskammer 33a ist dem Hohlraum 7 zugewandt und von einer vorderen Abschlusswand 34a des Antriebsgehäuses 17 begrenzt, die von der Kolbenstange 32 unter Abdichtung gleitverschieblich durchsetzt ist. Die hintere Antriebskammer 33b ist rückseitig von einer hinteren Abstützwand 34b des Antriebsgehäuses 17 begrenzt, wobei sich zwischen den beiden Abschlusswänden 34a, 34b ein Rohrabschnitt 35 des Antriebsgehäuses 17 erstreckt, an dessen Innenumfang der Betätigungskolben 28 unter Abdichtung gleitverschieblich anliegt.
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In die beiden Antriebskammern 33a, 33b mündet jeweils ein eigener Fluidkanal, der als Antriebskanal 36a, 36b bezeichnet sei. Durch diese beiden Antriebskanäle 36a, 36b hindurch können die beiden Antriebskammern 33a, 33b in aufeinander abgestimmter Weise gesteuert mit einem Antriebsfluid beaufschlagt werden, um in der bei fluidbetätigten Antriebseinheiten 15 üblichen Weise die Hubbewegung 22 und dementsprechend auch die Arbeitsbewegung 27 des Arbeitskolbens 25 hervorzurufen.
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Die Steuerung der Fluidbeaufschlagung übernehmen die Steuermittel 5, die zweckmäßigerweise eine dafür geeignete, elektrisch betätigbare Steuerventileinrichtung enthalten, an die eine nicht weiter gezeigte Druckquelle angeschlossen ist. Vorzugsweise wird als Antriebsfluid Druckluft verwendet, so dass die Druckquelle eine Druckluftquelle ist. Diese Druckluftquelle kann auch zur Erzeugung des Vakuums der Unterdruckquelle 4 genutzt werden, wenn letztere von einer Strahlpumpe gebildet ist.
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Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Antriebseinheit 15 vom elektrisch betreibbaren Typ. Sie kann dann beispielsweise ein mit einem Elektromotor ausgestatteter Spindelantrieb sein oder eine elektromagnetischer Antrieb.
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Bei einer ganz einfachen Ausführungsform ist der Hubeinheit 18 keine spezielle Antriebseinheit 15 zugeordnet, sondern sie verfügt über ein Betätigungsmittel 28, das als ein Handbetätigungsmittel konzipiert ist, so dass sie unmittelbar manuell betätigbar ist. In diesem Fall ist der Sauggreifer 2 ein Handgerät.
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Im Rahmen der Antriebsbewegung 22 ist die Hubeinheit 18 zwischen einer aus 1 ersichtlichen ersten Betriebsposition und einer aus 2 ersichtlichen zweiten Betriebsposition verfahrbar. In der ersten Betriebsposition ist sie weiter in den Innenraum des Antriebsgehäuses 17 eingefahren als in der zweiten Betriebsposition. Beim Ausführungsbeispiel sind die beiden Betriebspositionen durch die Hubendlagen der Hubeinheit 18 vorgegeben, die sich daraus ableiten, dass der Arbeitskolben 25 in der ersten Betriebsposition an der hinteren Abschlusswand 34b und in der zweiten Betriebsposition an der vorderen Abschlusswand 34a des Antriebsgehäuses 17 anliegt. Alternativ können eine oder beide Betriebspositionen auch durch am Antriebsgehäuse 17 angeordnete und vorzugsweise variabel einstellbare Anschlagmittel vorgegeben sein.
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Der Arbeitskolben 25 nimmt in der ersten Betriebsposition der Hubeinheit 18 einen größeren Abstand zu der Ansaugöffnung 12 ein als in der zweiten Betriebsposition der Hubeinheit 18.
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Nimmt die Hubeinheit 18 die erste Betriebsposition gemäß 1 ein, befindet sich der Arbeitskolben 25 innerhalb des zweiten Längenabschnittes 7b des Hohlraumes 7, so dass die beiden Längenabschnitte 7a, 7b des Hohlraumes 7 in dem Übergangsbereich 7c miteinander in Fluidverbindung stehen. Die dabei von dem Arbeitskolben 25 eingenommene Stellung sei daher als Verbindungsstellung bezeichnet.
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Nimmt die Hubeinheit 18 die zweite Betriebsposition ein, befindet sich der Arbeitskolben 25 innerhalb des ersten Längenabschnittes 7a des Hohlraumes 7 und trennt dadurch den sich zwischen ihm und der Ansaugöffnung 12 erstreckenden, im Folgenden als Arbeitskammer 37 bezeichneten Abschnitt des ersten Längenabschnittes 7a des Hohlraumes 7 von dem darauffolgenden Abschnitt dieses ersten Längenabschnittes 7a und folglich auch von dem zweiten Längenabschnitt 7b des Hohlraumes 7 fluiddicht ab. Aufgrund dieser Trennfunktion sei die entsprechende Stellung des Arbeitskolbens 25 als Trennstellung bezeichnet.
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Im Zusammenhang mit der geschilderten Positioniermöglichkeit des Arbeitskolbens 25 ist relevant, dass der zweite Längenabschnitt 7b des Hohlraumes 7 ständig mit einer Absaugöffnung 38 in Fluidverbindung steht, die mit der Unterdruckquelle 4 verbunden ist. Die folglich an den zweiten Längenabschnitt 7b angeschlossene Unterdruckquelle 4 ruft in diesem zweiten Längenabschnitt 7b eine Absaugwirkung hervor, die sich bei in der Verbindungsstellung befindlichem Arbeitskolben 25 bis in den ersten Längenabschnitt 7a hinein und letztlich bis hin zu der Ansaugöffnung 12 fortsetzt. Mit anderen Worten ist der gesamte Hohlraum 7 einer Absaugwirkung durch die Unterdruckquelle 4 ausgesetzt, wenn der Arbeitskolben 25 die Verbindungsstellung einnimmt. Aufgrund dieser Absaugwirkung wird der gesamte Hohlraum 7 evakuiert und es bildet sich in diesem Hohlraum 7 ein Unterdruck aus, wenn ein festzuhaltender Gegenstand 3 so an dem Sauggreifergehäuse 6 platziert ist, dass er die Ansaugöffnung 12 verschießt. Der Gegenstand 3 wird dann mittels des im Hohlraum 7 erzeugten Unterdruckes festgehalten und an die Abstützfläche 13 herangezogen. Die Unterdruckquelle 4 ist dabei zweckmäßigerweise kontinuierlich in Betrieb, könnte jedoch aus Energiespargründen zeitweilig auch abgeschaltet werden, wenn und solange ein ausreichend hohes Vakuum in dem Hohlraum 7 ansteht, was durch Sensormittel überwacht werden kann.
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Die Absaugöffnung 38 ist zweckmäßigerweise in einem axialen Abstand zu dem ersten Längenabschnitt 7a in dem den zweiten Längenabschnitt 7b des Hohlraumes 7 begrenzenden Wandabschnitt 42 des Sauggreifergehäuses 6 ausgebildet, wobei dieser Wandabschnitt 42 den zweiten Längenabschnitt 7b zweckmäßigerweise radial außen begrenzt.
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Dadurch, dass der erste Längenabschnitt 7a des Hohlraumes 7 eine gewisse Länge hat und der Arbeitskolben 25 hinsichtlich seiner Arbeitsbewegung 27 entlang einer entsprechenden Wegstrecke verfahrbar ist, kann der Arbeitskolben 25 unter Beibehaltung der Trennstellung relativ zum Sauggreifergehäuse 6 bewegt werden, wobei er lediglich seinen Abstand zur Ansaugöffnung 12 verändert. Jede von dem Arbeitskolben 25 innerhalb des ersten Längenabschnittes 7a des Hohlraumes 7 eingenommene Axialposition ist eine Trennstellung wie sie oben beschrieben wurde, wobei sich die diversen Positionen nur in der Größe des Abstandes zwischen dem Arbeitskolben 25 und der Ansaugöffnung 12 und mithin in der Länge der Arbeitskammer 37 unterscheiden. Wird also der Arbeitskolben 25 unter Beibehaltung der Trennstellung relativ zum Sauggreifergehäuse 6 verfahren, verändert sich die Länge der von der Ansaugöffnung 38 abgetrennten Arbeitskammer 37 und folglich auch das Volumen dieser Arbeitskammer 37.
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Beim Ausführungsbeispiel haben Länge und Volumen der Arbeitskammer 27 ein Minimum, wenn die Hubeinheit 18 die zweite Betriebsposition einnimmt.
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Die Ansaugöffnung 12 steht unabhängig von der momentanen Position des Arbeitskolbens 25 mit der Arbeitskammer 37 in Fluidverbindung, wobei die Arbeitskammer 37 von der Absaugöffnung 38 und folglich von der Unterdruckquelle 4 abgetrennt ist, solange sich der Arbeitskolben 25 in der Trennstellung, d. h. innerhalb des ersten Längenabschnittes 7a des Hohlraumes 7 befindet.
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Der Arbeitskolben 25 ist im Rahmen der Arbeitsbewegung 27, die beim Ausführungsbeispiel durch die Hubbewegung 22 hervorrufbar ist, zwischen der Verbindungsstellung gemäß 1 und der in 2 exemplarisch angedeuteten Trennstellung hin und her verfahrbar. Die 3 illustriert eine Übergangsposition des Arbeitskolbens 25 beim Übergang zwischen der Verbindungsstellung und der Trennstellung, wobei es sich hier um die erstmögliche Position der Trennstellung handelt, wenn der Arbeitskolben 25 in einer ersten Bewegungsrichtung 27a der Arbeitsbewegung 27 aus der Verbindungsstellung in Richtung der Trennstellung bewegt wird.
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Die in 3 illustrierte Position stellt in einem Fall, in dem sich der Arbeitskolben 25 ausgehend von der Trennstellung in einer zu der ersten Bewegungsrichtung 27a entgegengesetzten zweiten Bewegungsrichtung 27b der Arbeitsbewegung 27 bewegt, die letztmögliche Position der Trennstellung dar, unmittelbar bevor der Arbeitskolben 25 in den zweiten Längenabschnitt 7b größeren Querschnittes des Hohlraumes 7 übertritt und dadurch seine Trennfunktion aufgibt.
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Zweckmäßigerweise ist die periphere Wandfläche 9 des Hohlraumes 7 in dem Übergangsbereich 7c mit einem abgerundeten Verlauf versehen, so dass der Arbeitskolben 25 verschleißarm aus dem zweiten Längenabschnitt 7b in den ersten Längenabschnitt 7a einfahren kann.
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Eine bevorzugte Betriebsweise der Sauggreifvorrichtung wird nachstehend erläutert.
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Um einen Gegenstand 3 mittels Unterdruck zu ergreifen und anschließend dann beispielsweise anzuheben und/oder umzupositionieren, wird der Arbeitskolben 25 in der aus 1 ersichtlichen Verbindungsstellung positioniert. Beim Ausführungsbeispiel geschieht dies dadurch, dass die Hubeinheit 18 in die erste Betriebsposition bewegt wird. Auf diese Weise ist in dem Hohlraum 7 eine Fluidverbindung zwischen der Ansaugöffnung 12 und der Absaugöffnung 38 freigegeben, so dass sich bei im Betrieb befindlicher Unterdruckquelle 4 eine gepunktet angedeutete Absaugströmung 43 in Richtung zur Unterdruckquelle 4 ausbildet. In diesem Betriebszustand, also bevorzugt mit aktivierter Unterdruckquelle 4, wird der Sauggreifer 2 mit der Ansaugöffnung 12 voraus an den anzuhebenden Gegenstand 3 angesetzt, so dass der Hohlraum 7 an der Ansaugöffnung 12 durch den Gegenstand 3 verschlossen wird und er durch die aktive Unterdruckquelle 4 evakuiert wird. Somit bildet sich in dem Hohlraum 7 ein Unterdruck aus, aufgrund dessen der Gegenstand 3 festgehalten wird.
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Zweckmäßigerweise wird der Sauggreifer 2 bei in Betrieb befindlicher Unterdruckquelle 4 an den Gegenstand 3 angesetzt, um ein besonders reaktionsschnelles Festhalten eines Gegenstandes 3 zu ermöglichen. Alternativ besteht aber auch die Möglichkeit, die Unterdruckquelle 4 erst zu aktivieren, nachdem der Sauggreifer 2 mit seiner Ansaugöffnung 12 bzw. Abstützfläche 13 an den zu ergreifenden Gegenstand 3 angesetzt worden ist.
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Nachdem der Gegenstand 3 ergriffen ist, kann der Sauggreifer 2 in beliebiger Weise bewegt werden, um den an ihm haftenden Gegenstand 3 wunschgemäß zu verlagern. Solange ein Festhalten des Gegenstandes 3 gewünscht ist, verbleibt der Arbeitskolben 25 in der Verbindungsstellung. Auch die Unterdruckquelle 4 bleibt zweckmäßigerweise während des Zeitraums des gewünschten Festhaltens des Gegenstandes 3 ununterbrochen in Betrieb. Vor allem bei kurzen Arbeitszyklen zwischen einem Ergreifen und Ablegen eines Gegenstandes 3 lohnt sich aus Energiespargründen ein zeitweiliges Deaktivieren der Unterdruckquelle 4 kaum. Grundsätzlich besteht allerdings die Möglichkeit, beispielsweise zeitabhängig oder unterdruckgesteuert die Unterdruckquelle 4, was ihre Absaugwirkung bezüglich des Hohlraumes 7 anbelangt, zeitweilig zu deaktivieren, wobei selbstverständlich gewährleistet sein muss, dass der im Hohlraum 7 herrschende Unterdruck in ausreichender Höhe verbleibt, um ein sicheres Festhalten des Gegenstandes 3 zu gewährleisten.
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Um einen ergriffenen Gegenstand 3 wieder zu lösen, wird der Arbeitskolben 25 in der ersten Bewegungsrichtung 27a in Richtung der Trennstellung verfahren. Dabei taucht er nach einer kurzen Wegstrecke an der in 3 illustrierten Übergangsposition in den ersten Hohlraum 7a ein, so dass er sich in der Trennstellung befindet. Dabei ist anfänglich die Länge und mithin das Volumen der axial einerseits vom Gegenstand 3 und andererseits von dem Arbeitskolben 25 begrenzten Arbeitskammer 37 noch relativ groß, verringert sich aber mit zunehmender Annäherung des Arbeitskolbens 25 an die Ansaugöffnung 12.
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Sobald der Arbeitskolben 25 die Trennstellung in der Übergangsposition gemäß 3 erreicht hat, ist der verbleibende, die Arbeitskammer 37 bildende Abschnitt des ersten Längenabschnittes 7a des Hohlraumes 7 von dem zweiten Längenabschnitt 7b und folglich auch von der Absaugöffnung 38 und der daran angeschlossenen Unterdruckquelle 4 abgetrennt. Auf diese Weise ist die Absaugwirkung der Unterdruckquelle 4 bezüglich der Ansaugöffnung 12 unterbrochen, auch wenn die Unterdruckquelle 4 weiterhin aktiv ist und an der Absaugöffnung 38 eine Absaugwirkung entfaltet. Es ist ein Vorteil der Sauggreifvorrichtung 1, dass die Unterdruckquelle 4 als solches nicht abgeschaltet werden muss, um die Evakuierung an der Ansaugöffnung 12 zu unterbrechen bzw. einzustellen. Es genügt hierzu ein Verfahren des Arbeitskolbens 25 in die Trennstellung, so dass der Arbeitskolben 25 die Funktion eines Ventilgliedes übernimmt. Der Arbeitskolben 25 und die Wandung des Hohlraumes 7 definieren quasi ein Absperrventil.
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Wenn der Arbeitskolben 25 die Trennstellung in der Übergangsposition erreicht hat, ist in der Arbeitskammer 37 ein den Gegenstand 3 nach wie vor festhaltender Unterdruck eingeschlossen. Der Arbeitskolben 25 wird dann in der ersten Bewegungsrichtung 27a weiterbewegt, so dass er axial tiefer in den ersten Längenabschnitt 7a eintaucht, wodurch das Volumen der Arbeitskammer 37 zunehmend verringert wird. Diese Volumenverringerung hat eine Druckerhöhung des in der Arbeitskammer 37 herrschenden Druckes zur Folge, so dass sich das darin herrschende Vakuum allmählich abbaut.
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Der Arbeitskolben 25 wird zumindest so weit in den ersten Längenabschnitt 7a des Hohlraumes 7 eingefahren, bis in der zwischen ihm und der Ansaugöffnung 12 definierten Arbeitskammer 37 Atmosphärendruck herrscht. Dann löst sich der zuvor festgehaltene Gegenstand 3 von alleine bzw. allein aufgrund seines Gewichts ab, weil er nicht mehr von einer Druckdifferenz beaufschlagt ist.
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Vorzugsweise wird der Arbeitskolben 25 allerdings zum Lösen eines Gegenstandes 3 noch weiter als die vorgenannte Position in der ersten Bewegungsrichtung 27a verfahren, um in der Arbeitskammer 37 kurzzeitig einen Überdruck hervorzurufen. Auf diese Weise wird der zuvor ergriffene Gegenstand 3 aktiv abgestoßen. Mit dieser Maßnahme können die Zykluszeiten zum aufeinanderfolgenden Umsetzen einer Vielzahl von Gegenständen 3 beträchtlich reduziert werden.
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Die Sauggreifvorrichtung 1 des Ausführungsbeispiels ist zur Erzeugung des vorgenannten Überdruckes und mithin eines entsprechenden pneumatischen Abwurfimpulses ausgelegt. Dies geschieht dadurch, dass der Arbeitskolben 25 in der zweiten Betriebsposition der Hubeinheit 18 eine als Abstoßposition bezeichenbare Position innerhalb des ersten Längenabschnittes 7a einnimmt, deren Abstand zur Ansaugöffnung 12 unter Berücksichtigung des zuvor mittels der Unterdruckwelle 4 erzeugten Vakuums klein genug ist, um einen höheren Druck als den Atmosphärendruck darin zu erzeugen.
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Beim Ausführungsbeispiel ist die Abstoßposition mit der zweiten Betriebsposition der Hubeinheit 18 identisch. Im Betrieb der Sauggreifeinrichtung 1 wird also der Arbeitskolben 15 beim Lösevorgang stets in die Abstoßposition bewegt, um den zuvor festgehaltenen Gegenstand 3 aktiv abzustoßen.
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Die Arbeitsbewegung 27 und die beim Ausführungsbeispiel dazugehörende Hubbewegung 22 werden durch die Steuermittel 5 bewirkt. Diese Steuermittel 5 enthalten zweckmäßigerweise eine elektronische Steuereinrichtung 44 und an diese elektronische Steuereinrichtung 44 angeschlossene, zur Positionserfassung der Hubeinheit 18 dienende Positionserfassungsmittel 45. Somit kann die Arbeitsbewegung 27 des Arbeitskolbens 25 positionsabhängig gesteuert werden.
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Der Vorgang des Ablösens eines festgehaltenen Gegenstandes 3 kann auch über die Verfahrgeschwindigkeit des Arbeitskolbens 25 beeinflusst werden. Je schneller der Arbeitskolben 25 in der ersten Bewegungsrichtung 27a verfahren wird, desto dynamischer ist das Lösen bzw. Abstoßen des Gegenstandes 3.
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Zweckmäßigerweise ist der Sauggreifer 2 mit Positioniermitteln 46 ausgestattet, die eine variable Vorgabe der zweiten Betriebsposition des Arbeitskolbens 25 ermöglichen. Diese zweite Betriebsposition entspricht beim Ausführungsbeispiel wie erwähnt der Abstoßposition und sie zeichnet sich dadurch aus, dass das Volumen der Arbeitskammer 37 ein Minimum aufweist.
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Die Positioniermittel 46 können von den Steuermitteln 5 gebildet sein, was eine besonders gute Variabilität hinsichtlich der Veränderung der fraglichen Position ermöglicht, ohne auf Anschlagmittel angewiesen zu sein. Eine einfachere und kostengünstigere Variante der Positioniermittel 46 ist beim Ausführungsbeispiel verwirklicht, wobei hier die Positioniermittel 46 eine variable Einstellung der Relativposition der die Hubeinheit 18 aufweisenden Antriebseinheit 15 bezüglich des Sauggreifergehäuses 6 ermöglichen. Hierzu kann beispielsweise eine Schraubverbindung 47 zwischen dem Antriebsgehäuse 17 und dem Sauggreifergehäuse 6 vorliegen, die so ausgebildet ist, dass durch ein Verdrehen des Antriebsgehäuses 17 dessen Axialposition bezüglich des Sauggreifergehäuses 6 in Achsrichtung der Längsachsen 8, 23 verändert wird. Die daraus resultierende axiale Relativbewegung zwischen dem Antriebsgehäuse 17 und dem Sauggreifergehäuse 6 ist bei 48 durch einen Doppelpfeil angedeutet. Ein Kontermittel 52 erlaubt die lösbare Fixierung der jeweiligen Einstellung.
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Es versteht sich, dass alternativ auch andere Verstellmechanismen implementiert werden können. Wird das Antriebsgehäuse 17 im Rahmen der Relativbewegung 48 verstellt, ändert sich die von dem Arbeitskolben 25 in der zweiten Betriebsposition der Hubeinheit 18 eingenommene Position, sei dies nun wie beim Ausführungsbeispiel die Abstoßposition oder eine Position, in der im verbleibenden Volumen der Antriebskammer 37 Atmosphärendruck herrscht.
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Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel enthalten die Positioniermittel 46 Hubbegrenzungsmittel, die mit der Hubeinheit 18 zusammenwirken. Solche Hubbegrenzungsmittel sind beispielsweise am Antriebsgehäuse 17 angeordnete Anschlagmittel, die variabel einstellbar sind, um insbesondere die zweite Betriebsposition variabel vorgeben zu können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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