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Die Erfindung betrifft eine Vakuum-Haltevorrichtung zum Festhalten eines Gegenstandes, mit einer Saugleitung, die ein an einen Saughalter angeschlossenes erstes Leitungsende und ein an eine Vakuumquelle anschließbares oder angeschlossenes zweites Leitungsende aufweist, wobei der Saughalter mindestens eine mit der Saugleitung verbundene Saugkammer und eine von einem festzuhaltenden Gegenstand abdeckbare Saugkammeröffnung aufweist, mit einer an einer Druckerfassungsstelle an die Saugleitung angeschlossenen Drucksensoreinrichtung, die zur Erfassung eines in der Saugleitung herrschenden Luftdruckes dient, der zumindest während einer Detektionsphase zur Detektion eines durch einen Gegenstand abgedeckten Zustandes der Saugkammeröffnung verwendbar ist, und mit einer zumindest während der Detektionsphase in dem zwischen der Druckerfassungsstelle und dem zweiten Leitungsende verlaufenden Eingangs-Saugleitungsabschnitt der Saugleitung wirksamen Drosselstelle. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vakuum-Haltevorrichtung.
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Eine derart ausgebildete und betreibbare Vakuum-Haltevorrichtung ist aus der
DE 20 2005 013 790 U1 als Hubvorrichtung bekannt und verfügt dort über von Vakuumsaugnäpfen gebildete Saughalter, die sich an anzuhebende Gegenstände ansetzen und mittels einer Vakuumpumpe evakuieren lassen, sodass ein eine Haltekraft hervorrufender Unterdruck erzeugt wird. An eine die Saughalter mit der Vakuumpumpe verbindende Saugleitung ist ein Vakuumsensor angeschlossen, der genutzt wird, um abhängig vom gemessenen Druck ein in die Saugleitung eingeschaltetes Vakuumventil gesteuert zu betätigen. In dem sich zwischen dem Vakuumsensor und dem Vakuumventil erstreckenden Saugleitungsabschnitt ist ein eine Drossel bildender Filter angeordnet.
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Eine aus der
DE 10 2007 058 114 A1 bekannte Vakuum-Haltevorrichtung wird insbesondere zum Ergreifen und Umpositionieren von Gegenständen verwendet. Der festzuhaltende Gegenstand wird mit Hilfe eines Saughalters ergriffen und auf der Grundlage eines Unterdruckes, der in einer Saugkammer des Saughalters ausgebildet wird, lösbar festgehalten. Der Saughalter, beispielsweise ein Saugnapf, hat eine Saugkammeröffnung, die durch eine Saugleitung hindurch mittels einer Vakuumquelle abgesaugt wird und die eine Saugkammeröffnung aufweist, an die ein festzuhaltender Gegenstand ansetzbar ist, sodass die Saugkammeröffnung abgedeckt und die Saugkammer verschlossen wird. Bei fortgesetztem Betrieb der Vakuumquelle führt dies zu einem Unterdruck in der Saugkammer, sodass der Gegenstand fixiert bleibt, bis der Unterdruck durch beliebige Maßnahmen wieder aufgehoben wird.
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Ein in den Verlauf der Saugleitung eingeschalteter Drucksensor ermöglicht eine Drucküberwachung des in der Saugleitung herrschenden Luftdruckes, bei dem es sich um einen Unterdruck handelt, wenn die Vakuumquelle wirksam ist.
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Der mit Hilfe der Drucksensoreinrichtung erfassbare Luftdruck ermöglicht Rückschlüsse dahingehend, ob an dem Saughalter momentan ein Gegenstand angesaugt ist oder nicht. Ist die Saugkammeröffnung ganz oder teilweise offen, registriert die Drucksensoreinrichtung einen geringeren Unterdruck als im von einem Gegenstand abgedeckten Zustand der Saugkammeröffnung. Folglich kann mit Hilfe der Erfassung des in der Saugleitung herrschenden Luftdruckes, insbesondere des dort herrschenden Unterdruckes, eine Detektion dahingehend vorgenommen werden, ob momentan ein Gegenstand an dem Saughalter angesaugt ist oder nicht. Ein angesaugter und festgehaltener Gegenstand kann durch entsprechendes Bewegen des Saughalters nach Bedarf umpositioniert werden, was man sich beispielsweise in der Fertigungstechnik oder Verpackungstechnik zunutze macht. Wichtig sind dabei kurze Zykluszeiten, sodass angestrebt ist, die Detektion des angesaugten Zustandes eines Gegenstandes in möglichst kurzer Zeit abzuwickeln. Dies begegnet jedoch vor allem dann Problemen, wenn die die Vakuumquelle mit der Saugkammer verbindende Saugleitung relativ lang ist und die Druckerfassungsstelle einen relativ großen Abstand zur Saugkammer aufweist. Kurze Abstände zwischen der Druckerfassungsstelle und der Saugkammer sind aus produktionstechnischen und sicherheitstechnischen Gründen meist nicht realisierbar. Die Problematik besteht nun darin, dass bei einer solchen Konstellation bereits im nicht von einem Gegenstand abgedeckten Zustand der Saugkammer ein relativ hoher Unterdruck durch die Drucksensoreinrichtung detektiert wird und jedenfalls die seitens der Drucksensoreinrichtung detektierbare Druckdifferenz zwischen offener und verschlossener Saugkammeröffnung relativ gering ist. Exemplarische Messungen haben ergeben, dass der Druckunterschied zumindest anfänglich beispielsweise nur 0,036 bar beträgt und zu gering ist, um darauf eine sichere Identifikation des Festhaltens oder Nichtfesthaltens eines Gegenstandes aufzubauen. Auch ist die Auswertung relativ störanfällig. Ändert sich das Vakuumniveau, weil beispielsweise ein in die Saugleitung eingeschalteter Filter verstopft ist, wird der Schaltpunkt verschoben und kann nicht mehr korrekt detektiert werden. Insgesamt muss somit eine relativ lange Zeit abgewartet werden, um sicherzugehen, dass ein Gegenstand angesaugt ist. Dies wirkt sich nachteilig auf die Betriebsgeschwindigkeit der Vakuum-Haltevorrichtung aus.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, die es ermöglichen, das Ansaugen eines Gegenstandes kostengünstig innerhalb kurzer Zeit mit hoher Präzision zu detektieren.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Vakuum-Haltevorrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Drosselstelle Bestandteil einer in den Verlauf des Eingangs-Saugleitungsabschnittes eingeschalteten Drosselventileinrichtung ist.
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In Verbindung mit einem Betriebsverfahren der eingangs genannten Art wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass mittels der Drucksensoreinrichtung während der Detektionsphase bei bezüglich der Saugkammer absaugend wirksamer Vakuumquelle ein an der Druckerfassungsstelle herrschender Ist-Luftdruck erfasst und mit einem Referenz-Luftdruck verglichen wird, wobei ein Bestätigungssignal generiert wird, wenn der Ist-Luftdruck eine vorbestimmte Differenz zu dem Referenz-Luftdruck aufweist.
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Wie man festgestellt hat, wirkt sich das Einschalten einer zu einer Drosselventileinrichtung gehörenden Drosselstelle in den zwischen der Druckerfassungsstelle und der Vakuumquelle verlaufenden Saugleitungsabschnitt der Saugleitung - zur besseren Unterscheidung als „Eingangs-Saugleitungsabschnitt“ bezeichnet - in einer Weise auf die Druckverhältnisse in der Saugleitung aus, dass der von der Druckerfassungseinrichtung im nicht abgedeckten Zustand der Saugkammeröffnung detektierte Luftdruck ein erheblich geringerer Unterdruck ist als im Falle des Standes der Technik. Mit einer vergleichbaren Ausstattung ausgeführte Messungen haben ergeben, dass der durch die Druckerfassungseinrichtung bei wirksamer Vakuumquelle und noch nicht verschlossener Saugkammeröffnung detektierte Unterdruck um einiges niedriger ist und der gemessene Absolutdruck mithin um einiges höher liegt als bei einer Vakuum-Haltevorrichtung ohne die Drosselventileinrichtung. Wird die Saugkammeröffnung von einem festzuhaltenden Gegenstand abgedeckt, steigt der durch die Drucksensoreinrichtung erfasste Unterdruck zudem in kurzer Zeit sehr stark an, sodass bereits kurz nach dem Verschließen der Saugkammeröffnung eine relativ hohe Druckdifferenz zum nicht verschlossenen Zustand der Saugkammeröffnung detektierbar ist, die laut Messungen sogar das vierzehnfache des bei einer konventionellen Ausgestaltung messbaren Druckdifferenzwertes der Vakuum-Haltevorrichtung betragen kann. Auf diese Weise kann in kurzer Zeit mit hoher Präzision verifiziert werden, ob an dem Saughalter ein Gegenstand angesaugt ist. Zurückzuführen ist der erfindungsgemäß feststellbare Effekt vermutlich darauf, dass der durch die Saugkammerleitung verursachte Strömungswiderstand bei geringerer Absaugintensität geringer ist als bei hoher Absaugintensität, wobei die vorgeschaltete Drosselstelle der Drosselventileinrichtung für die Verringerung der Absaugintensität verantwortlich ist. Insgesamt bietet die erfindungsgemäße Vakuum-Haltevorrichtung somit die Möglichkeit zu einer raschen und präzisen Detektion des Festhaltens oder Nichtfesthaltens eines Gegenstandes, verbunden mit einer kostengünstigen anlagentechnischen Ausstattung.
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Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Vakuum-Haltevorrichtung in einer Weise betrieben, dass der durch die Drucksensoreinrichtung erfasste Ist-Luftdruck mit einem Referenz-Luftdruck verglichen wird und ein Bestätigungssignal generiert wird, wenn eine vorbestimmte Druckdifferenz zwischen dem Ist-Luftdruck und dem Referenz-Luftdruck vorliegt. Dabei wird als Referenz-Luftdruck zweckmäßigerweise ein Luftdruck herangezogen, der durch die Drucksensoreinrichtung gemessen wird, wenn die Vakuumquelle hinsichtlich der Saugkammer ihre Saugwirkung entfaltet, die Saugkammeröffnung aber noch nicht von einem Gegenstand verschlossen ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Bevorzugt ist die Drosselstelle so ausgebildet, dass der von ihr vorgegebene freie Strömungsquerschnitt kleiner ist als der Strömungsquerschnitt des sich zwischen der Drosselstelle und der Saugkammer erstreckenden Saugleitungsabschnittes, dem die Druckerfassungsstelle zugeordnet ist.
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Vorzugsweise ist der freie Strömungsquerschnitt der Drosselstelle variabel einstellbar ausgebildet. Auf diese Weise kann ein und dieselbe Vakuum-Haltevorrichtung sehr einfach an unterschiedliche Betriebsparameter angepasst werden.
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Wenn in den Verlauf des Eingangs-Saugleitungsabschnittes eine Steuerventileinrichtung eingeschaltet ist, durch die der freie Strömungsquerschnitt des Eingangs-Saugleitungsabschnittes veränderbar einstellbar ist, lässt sich je nach Ausgestaltung der Steuerventileinrichtung beispielsweise die Drosselungsintensität variieren oder auch die Absaugwirkung der Vakuumquelle in Bezug auf die Saugkammer gänzlich unterbinden. Eine entsprechend ausgebildete Steuerventileinrichtung kann zweckmäßigerweise eine Absperrstellung einnehmen, in der sie das der Vakuumquelle zugeordnete zweite Leitungsende der Saugleitung von dem der Saugkammer zugeordneten ersten Leitungsende der Saugleitung fluiddicht abtrennt. Diese Maßnahme ist vorteilhaft, um eine Lufteinsparung zu bewirken. Beispielsweise kann die Vakuumquelle auf diese Weise in Bezug auf die Saugkammer stets umgehend deaktiviert werden, wenn kein Gegenstand angesaugt werden soll. Außerdem besteht die Möglichkeit, die Saugwirkung bezüglich der Saugkammer auch bei angesaugtem Gegenstand zeitweilig abzuschalten, bis sich aufgrund von Leckage ein neuerliches Zuschalten der Vakuumquelle empfiehlt.
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Die Drosselventileinrichtung ist bevorzugt so ausgebildet, dass sie sowohl mindestens eine Drosselstellung mit wirksamer Drosselstelle als auch alternativ eine Voll-Offenstellung mit unwirksamer Drosselstelle einnehmen kann. In der Voll-Offenstellung bietet die Drosselventileinrichtung einen freien Strömungsquerschnitt, der größer ist als der durch die Drosselstelle zur Verfügung gestellte freie Strömungsquerschnitt. Folglich besteht die Möglichkeit, die Intensität der Absaugwirkung durch entsprechendes Umschalten der Drosselventileinrichtung zu variieren. Die Vakuum-Haltevorrichtung kann dann insbesondere derart betrieben werden, dass die Drosselventileinrichtung aus der Drosselstellung in die Voll-Offenstellung umgeschaltet wird, nachdem mit Hilfe der Drucksensoreinrichtung der angesaugte Zustand eines die Saugkammeröffnung verschließenden Gegenstandes detektiert wurde. Man kann also den Ansaugvorgang eines Gegenstandes zweistufig abwickeln, wobei die erste Stufe zur sicheren Detektion des Festhaltens des Gegenstandes genutzt wird und die zweite Stufe verwendet wird, um anschließend mit höherer Absaugintensität in kurzer Zeit ein hohes Vakuum zu generieren, das die notwendige Sicherheit zum Festhalten eines Gegenstandes bietet.
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Es besteht die Möglichkeit, eine Steuerventileinrichtung der erwähnten Art mit einer separaten Drosselventileinrichtung zu kombinieren. Als vorteilhafter wird es jedoch angesehen, wenn die Drosselventileinrichtung in die Steuerventileinrichtung integriert und mithin ein Bestandteil der Steuerventileinrichtung ist. Eine solche Steuerventileinrichtung kann beispielsweise drei Schaltstellungen zulassen, bei denen es sich um eine Absperrstellung, um eine Drosselstellung und um eine Voll-Offenstellung handelt, wobei hinsichtlich der Wirkungen der einzelnen Stellungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
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Eine Drosselventileinrichtung oder Steuerventileinrichtung kann beispielsweise von einem Proportionalventil gebildet sein, das stufenlos verschiedene Schaltstellungen ermöglicht, die den vorgenannten Schaltstellungen entsprechen.
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Vorzugsweise ist die Vakuum-Haltevorrichtung mit einer elektronischen Steuereinrichtung ausgestattet, an die die Drucksensoreinrichtung signaltechnisch und insbesondere elektrisch angeschlossen ist und die in der Lage ist, die von der Drucksensoreinrichtung ermittelten Messwerte zu verarbeiten. Die Steuereinrichtung ist insbesondere in der Lage, während der Detektionsphase den von der Drucksensoreinrichtung gemessenen Ist-Luftdruck mit einem Referenz-Luftdruck zu vergleichen, der von der Drucksensoreinrichtung gemessen wird, wenn die Vakuumquelle an der Saugkammer wirksam ist, die Saugkammeröffnung aber von einem Gegenstand noch nicht verschlossen ist. Die Steuereinrichtung generiert ein Bestätigungssignal, wenn eine gewisse Druckdifferenz zwischen dem Ist-Luftdruck und dem Referenz-Luftdruck vorliegt.
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Das Bestätigungssignal kann beispielsweise genutzt werden, um zu signalisieren, dass der Saughalter einen die Saugkammeröffnung verschließenden Gegenstand festhält. Auf der Grundlage dieses Signals kann dann beispielsweise eine Bewegungsaktion in Bezug auf den Saughalter hervorgerufen werden, sodass der Saughalter gemeinsam mit dem daran unterdruckbedingt fixierten Gegenstand bewegt wird, um den fixierten Gegenstand umzupositionieren.
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Zusätzlich oder alternativ kann das Bestätigungssignal auch dazu genutzt werden, die Drosselstelle zu deaktivieren und stattdessen einen im Vergleich zur wirksamen Drosselstelle größeren Strömungsquerschnitt des Eingangs-Saugleitungsabschnittes freizugeben. Hierzu kann eine gegebenenfalls vorhandene Steuerventileinrichtung oder Drosselventileinrichtung in die oben beschriebene Voll-Offenstellung umgeschaltet werden. Somit erreicht man in kurzer Zeit ein hohes Vakuum zum sicheren Festhalten eines Gegenstandes, wobei zudem in wesentlich kürzerer Zeit und schon vor Generierung des maximalen Unterdruckes eine sichere Detektion dahingehend möglich ist, dass ein Gegenstand festgehalten ist. Letzteres erlaubt sehr kurze Zykluszeiten, wenn die Vakuum-Haltevorrichtung beispielsweise als Handhabungsvorrichtung zur Umpositionierung von Gegenständen eingesetzt wird. Der Befehl zur Ausführung einer Bewegungsaktion des Saughalters kann mit hoher Präzision wesentlich kurzfristiger generiert werden als beim Stand der Technik.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur (1) zeigt ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuum-Haltevorrichtung, die sich zur Ausführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens eignet.
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Die insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Vakuum-Haltevorrichtung ist dafür geeignet, einen schematisch angedeuteten Gegenstand 2 auf der Basis eines Vakuums beziehungsweise Unterdrucks lösbar festzuhalten. Beispielsweise kann die Vakuum-Haltevorrichtung 1 genutzt werden, um einen Gegenstand 2 während einer Bearbeitung zu fixieren. Eine häufigere Anwendung der Vakuum-Haltevorrichtung 1 ist diejenige als Vakuum-Greifvorrichtung, mit deren Hilfe sich ein zu fixierender Gegenstand 2 mittels Vakuum beziehungsweise Unterdruck ergreifen und festhalten lässt, um ihn anschließend zu beliebigen Zwecken umzupositionieren. Eine derartige Anwendung ergibt sich beispielsweise in der Montagetechnik oder in der Verpackungstechnik.
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In der Zeichnung ist ein noch nicht mittels Unterdruck fixierter Gegenstand 2 in durchgezogenen Linien und ein mittels Unterdruck festgehaltener Gegenstand 2 strichpunktiert angedeutet.
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Als unmittelbar mit dem festzuhaltenden Gegenstand 2 kooperierender Endeffektor enthält die Vakuum-Haltevorrichtung 1 einen Saughalter 3, der bei entsprechender Nutzung auch als Sauggreifer bezeichnet werden kann. Der Saughalter 3 hat eine Saughalterwand 4, die zweckmäßigerweise zumindest partiell flexibel ausgebildet ist und die eine Saugkammer 5 begrenzt.
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An einer Arbeitsseite des Saughalters 3 befindet sich eine Saugkammeröffnung 6 der Saugkammer 5. Sie ist insbesondere von einem Randabschnitt der Saughalterwand 4 umrahmt, der eine elastische Dichtung aufweisen kann.
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Ein mittels Unterdruck festzuhaltender Gegenstand 2 kann gemäß Pfeil 7 an die Arbeitsseite des Saughalters 3 angesetzt werden, sodass er an der Saughalterwand 4 unter Abdichtung anliegt und die Saugkammeröffnung 6 luftdicht verschließt. Bevorzugt ist der Gegenstand 2 zumindest in dem die Saugkammeröffnung 6 abdeckenden Abschnitt luftdicht ausgebildet.
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Das Ansetzen des Gegenstandes 2 an die Saugkammeröffnung 6 wird meist mit umgekehrter Bewegungsabfolge als der abgebildeten realisiert, nämlich dahingehend, dass der Saughalter 3 mit seiner Saugkammeröffnung 6 voraus an den bereitgestellten Gegenstand 2 angesetzt wird.
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Wenn im Folgenden von einer unabgedeckten Saugkammeröffnung 6 die Rede ist, ist damit ein Zustand gemeint, in dem die Saugkammeröffnung 6 noch nicht vollständig durch einen festzuhaltenden Gegenstand 2 abgedeckt und verschlossen ist. Von einer abgedeckten Saugkammeröffnung wird gesprochen, wenn die Saugkammeröffnung 6 von einem an den Saughalter 3 angesetzten Gegenstand 2 entsprechend der in 1 gestrichelten Darstellung vollständig abgedeckt und verschlossen ist, sodass die Saugkammer 5 von der unmittelbaren Umgebung abgeschottet ist.
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Zu der Vakuum-Haltevorrichtung 1 gehört des Weiteren eine Saugleitung 7, die zu einer Vakuumquelle „V“ führt. Ein erstes Leitungsende 8 der Saugleitung 7 ist an den Saughalter 3 angeschlossen, sodass die Saugleitung 7 mit der Saugkammer 5 in Fluidverbindung steht. Ein entgegengesetztes zweites Leitungsende 9 der Saugleitung 7 ist an die Vakuumquelle „V“ angeschlossen, die zweckmäßigerweise auch ein Bestandteil der Vakuum-Haltevorrichtung 1 ist.
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Die Vakuumquelle „V“ ist in der Lage, ein Vakuum beziehungsweise einen Unterdruck bereitzustellen. Bei der Vakuumquelle „V“ kann es sich beispielsweise um eine Vakuumpumpe handeln oder auch um eine nach dem Strahldüsenprinzip arbeitende Ejektoreinrichtung. Die Vakuumquelle „V“ kann auch einen Druckluftspeicher enthalten.
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Die Vakuumquelle „V“ kann für Dauerbetrieb oder auch für intermittierenden Betrieb ausgelegt sein. Ermöglicht die Vakuumquelle „V“ einen intermittierenden Betrieb, kann durch ihr wahlweises Einschalten oder Abschalten bewirkt werden, dass in der Saugleitung 7 eine Saugwirkung hervorgerufen wird oder nicht. Zusätzlich oder alternativ besteht aber auch die vorteilhafte Möglichkeit, in den Verlauf der Saugleitung 7 eine Steuerventileinrichtung 12 einzuschalten, mit der sich die hinsichtlich der Saugkammer 5 ausgeübte Absaugwirkung der Vakuumquelle „V“ variabel vorgeben lässt. Die Steuerventileinrichtung 12 kann insbesondere eine mit dem Buchstaben „A“ kenntlich gemachte Absperrstellung einnehmen, in der die Vakuumquelle „V“ beziehungsweise das mit der Vakuumquelle „V“ verbundene zweite Leitungsende 9 der Saugleitung 7 von dem der Saugkammer 5 zugeordneten ersten Leitungsende 8 und mithin von der Saugkammer 5 fluiddicht abgetrennt ist.
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Alternativ zu der Absperrstellung „A“ kann die Steuerventileinrichtung 12 beim Ausführungsbeispiel wahlweise auch noch in einer von zwei Offenstellungen „B“ und „C“ positioniert werden, wobei die eine Offenstellung „B“ eine Drosselstellung ist und die andere Offenstellung „C“ eine Voll-Offenstellung ist. Sowohl in der Drosselstellung „B“ als auch in der Voll-Offenstellung „C“ ermöglicht die Steuerventileinrichtung 12 eine Luftströmung durch die Saugleitung 7 hindurch, wobei es sich bei aktiver Vakuumquelle „V“ um eine Absaug-Luftströmung handelt. Hierbei wird in der Saugkammer 5 enthaltene Luft durch die Saugleitung 7 zur Vakuumquelle „V“ abgesaugt. Der Unterschied zwischen der Drosselstellung „B“ und der Voll-Offenstellung „C“ besteht darin, dass die Strömungsrate in der Drosselstellung „B“ kleiner ist als in der Voll-Offenstellung „C“. Der durch die Steuerventileinrichtung 12 freigegebene Strömungsquerschnitt ist in der Drosselstellung „B“ wesentlich kleiner als in der Voll-Offenstellung „C“, die zweckmäßigerweise den maximalen freien Strömungsquerschnitt der Steuerventileinrichtung 12 definiert.
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Die Drosselstellung „B“ resultiert aus einer zweckmäßigerweise in die Steuerventileinrichtung 12 integrierten Drosselstelle 13. Bei ihr kann es sich beispielsweise um eine Blende oder um eine sonstige Kanalverengung handeln. In der Drosselstellung „B“ ist die Steuerventileinrichtung 12 derart positioniert, dass die Drosselstelle 13 wirksam ist und in den Verlauf der Saugleitung 7 eingeschaltet ist.
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Die zum Verändern der Schaltstellung der Steuerventileinrichtung 12 stattfindende Umschaltbewegung 14 ist in 1 durch einen Doppelpfeil angedeutet.
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Dadurch, dass die Steuerventileinrichtung 12 mit der Drosselstelle 13 ausgestattet ist, enthält sie eine Drosselventileinrichtung 15. Folglich ist hier eine Drosselventileinrichtung 15 als Bestandteil der Steuerventileinrichtung 12 ausgebildet.
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Es besteht ohne weiteres die Möglichkeit, eine Drosselventileinrichtung 15 gesondert von einer Steuerventileinrichtung 12 auszubilden. Es besteht auch die Möglichkeit, zur Realisierung der Absperrstellung „A“, der Drosselstellung „B“ und der Voll-Offenstellung „C“ auf unterschiedliche Ventile zurückzugreifen, die gleichzeitig in den Verlauf der Saugleitung 7 eingeschaltet sind.
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Ist die Vakuumquelle „V“ für intermittierenden Betrieb ausgelegt und in der Lage, je nach Betriebszustand einen Unterdruck zur Verfügung zu stellen oder auch nicht, kann auf eine mit einer Absperrfunktion ausgeführte Steuerventileinrichtung 12 verzichtet werden. Es ist dann gleichwohl vorteilhaft, eine Drosselventileinrichtung 15 im Verlauf der Saugleitung 7 zur Verfügung zu haben, die wahlweise in einer Drosselstellung „B“ oder in einer Voll-Offenstellung „C“ positionierbar ist, um bei aktiver Vakuumquelle den Absaugdurchsatz variieren zu können.
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Im Verlauf der Saugleitung 7 befindet sich eine Druckerfassungsstelle 16, an der eine Drucksensoreinrichtung 17 an die Saugleitung 7 angeschlossen ist. Die Drucksensoreinrichtung ist in der Lage, den in der Saugleitung 7 herrschenden Luftdruck zu erfassen, wobei es letztlich um eine Unterdruckerfassung geht. Wenn die Vakuumquelle „V“ bezüglich der Saugkammer 5 absaugend wirksam ist, stellt sich in der Saugleitung 7 ein Unterdruck ein, der durch die Drucksensoreinrichtung 17 erfassbar ist. Dies kann in vorteilhafter Weise dazu verwendet werden, während einer Detektionsphase des Betriebs der Vakuum-Haltevorrichtung 1 den Zustand einer abgedeckten Saugkammeröffnung 6 zu detektieren. Mit anderen Worten kann detektiert werden, ob durch den Saughalter 3 ein Gegenstand 2 angesaugt ist oder nicht.
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Die Detektion des angesaugten Zustandes eines Gegenstandes 2 basiert zweckmäßigerweise auf einem Vergleich zwischen dem durch die Drucksensoreinrichtung 17 an der Druckerfassungsstelle 16 gemessenen Ist-Luftdruck mit einem Referenz-Luftdruck.
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Zweckmäßigerweise ist die Vakuum-Haltevorrichtung 1 mit einer elektronischen Steuereinrichtung 18 ausgestattet, die die Betriebsabläufe der Vakuum-Haltevorrichtung 1 steuert. Diese elektronische Steuereinrichtung 18 verfügt zweckmäßigerweise über Speichermittel 22, in denen der Referenz-Luftdruck abspeicherbar oder abgespeichert ist. Bei entsprechender Ausgestaltung der Drucksensoreinrichtung 17 kann der Referenz-Luftdruck aber auch unmittelbar durch die der Drucksensoreinrichtung 17 vorgegeben sein. Dies beispielsweise bei einer Ausgestaltung der Drucksensoreinrichtung 17 als Druckschalter.
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Als Referenz-Luftdruck wird zweckmäßigerweise derjenige Luftdruck herangezogen, den die Drucksensoreinrichtung 17 an der Druckerfassungsstelle 16 misst, wenn die Vakuumquelle „V“ über die Saugleitung 7 absaugend mit der Saugkammer 5 kommuniziert, wobei die Saugkammeröffnung 6 noch unabgedeckt ist. Als Referenz-Luftdruck fungiert also derjenige Unterdruck, der an der Druckerfassungsstelle 16 bei wirksamer Vakuumquelle „V“ gemessen wird, wenn noch kein Gegenstand 2 an den Saughalter 3 angesaugt ist.
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Die elektronische Steuereinrichtung 18 ist zweckmäßigerweise auch mit Vergleichermitteln 23 ausgestattet, in denen ein Vergleich zwischen dem aktuell gemessenen Ist-Luftdruck und dem Referenz-Druckluft stattfindet. Wird bei diesem Vergleich eine vorbestimmte, zweckmäßigerweise auch in den Speichermitteln 22 abgelegte Druckdifferenz festgestellt, generiert die elektronische Steuereinrichtung 18 ein in noch zu erläuternder Weise verwertbares elektrisches Bestätigungssignal.
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Eine Druckdifferenz wird unter Mitwirkung der Drucksensoreinrichtung 17 stets dann festgestellt, wenn die Saugkammeröffnung 6 durch einen Gegenstand 2 abgedeckt ist und folglich keine Umgebungsluft mehr in die Saugkammer 5 nachströmen kann. Die Saugleitung 7 wird dann zunehmend evakuiert, was einen Anstieg des Unterdruckes beziehungsweise ein Absinken des absoluten Druckes in der Saugleitung 7 zur Folge hat. Dieser Anstieg des Unterdruckes wird durch die Drucksensoreinrichtung 17 detektiert. Liegt eine gewisse Druckdifferenz zu dem Unterdruck vor, der bei unabgedeckter Saugkammeröffnung 6 gemessen wurde, ist dies ein Anzeichen dafür, dass die Saugkammeröffnung 6 durch einen Gegenstand 2 abgedeckt und dieser Gegenstand 2 aufgrund des daraus resultierenden Unterdruckanstieges festgehalten wird.
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Es versteht sich, dass die zur Detektion des angesaugten Zustandes eines Gegenstandes 2 verwendete Druckdifferenz auch auf andere Art und Weise ermittelbar und/oder auswertbar ist als oben beschrieben. Insbesondere kann auf spezielle Speichermittel 22 und Vergleichermittel 23 in einer elektronischen Steuereinrichtung 18 verzichtet werden. So könnte beispielsweise die Drucksensoreinrichtung 17 als Druckschalter konzipiert sein, der so ausgelegt ist, dass er eine unbetätigte Stellung einnimmt, solange der von ihm detektierte Unterdruck nicht größer ist als der Unterdruck, der in der Saugleitung 7 herrscht, wenn die Saugkammeröffnung 6 unabgedeckt ist. Erreicht das Vakuum in der Saugleitung 7 jedoch einen vorbestimmten Wert, auf den der von der Drucksensoreinrichtung 17 gebildete Druckschalter eingestellt ist, wird der Druckschalter betätigt und signalisiert dadurch den Zustand der abgedeckten Saugkammeröffnung 6.
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Ein wesentlicher Aspekt der Vakuum-Haltevorrichtung 1 besteht in der weiter oben bereits erwähnten Drosselstelle 13 und in dem Umstand, dass diese Drosselstelle 13 zumindest während der zur Erfassung der abgedeckten Saugkammeröffnung 6 dienenden Detektionsphase in einem als Eingangs-Saugleitungsabschnitt 24 bezeichneten Saugleitungsabschnitt der Saugleitung 7 wirksam ist, der sich zwischen der Druckerfassungsstelle 16 und dem zweiten Leitungsende 9 beziehungsweise der an das zweite Leitungsende 9 angeschlossenen Vakuumquelle „V“ erstreckt.
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Bei einer besonders einfachen, in der Zeichnung nicht illustrierten Ausführungsform ist die Drosselstelle 13 dauerhaft in den Eingangs-Saugleitungsabschnitt 24 eingeschaltet, sodass die bei angelegter Vakuumquelle „V“ auftretende Luftabsaugströmung stets die Drosselstelle 13 passieren muss. Die Drosselstelle 13 kann hierbei Bestandteil einer Drosselventileinrichtung sein, die nur eine mit der Drosselungswirkung verbundene Drosselstellung kennt.
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Als vorteilhafter wird allerdings eine Ausführungsform angesehen, bei der die Drosselstelle 13 Bestandteil einer Drosselventileinrichtung 15 ist, die die Möglichkeit bietet, unterschiedliche Schaltstellungen vorzugeben, sodass die Drosselstelle 13 entweder wirksam ist oder unwirksam ist. In diesem Zusammenhang wird auf die weiter oben bereits erfolgten Erläuterungen verwiesen, in denen auf eine Drosselventileinrichtung 15 eingegangen wurde, die außer einer Drosselstellung „B“ auch noch eine Voll-Offenstellung „C“ bietet.
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Der Vorteil einer während der Detektionsphase in dem Eingangs-Saugleitungsabschnitt 24 wirksamen Drosselstelle 13 besteht insbesondere darin, dass die Druckdifferenz, die die Drucksensoreinrichtung 17 an der Druckerfassungsstelle 16 ermittelt, wenn sich der Betriebszustand des Saughalters 3 vom Betriebszustand der unabgedeckten Saugkammeröffnung 6 in den Betriebszustand der abgedeckten Saugkammeröffnung 6 verändert, signifikant groß ist. Die detektierbare Druckdifferenz ist insbesondere erheblich größer, als wenn in dem Eingangs-Saugleitungsabschnitt 24 keine Drosselstelle 13 eingeschaltet wäre. Ein Vorteil dabei ist, dass diese signifikante Druckdifferenz relativ schnell ansteht, auch wenn die Saugkammer 5 bei weitem noch nicht mit der maximal möglichen Intensität evakuiert wurde.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vakuum-Haltevorrichtung 1 kann folglich der Betriebszustand einer abgedeckten Saugkammeröffnung 6 sehr frühzeitig präzise ermittelt werden und ohne eine lange Zeitdauer bis zum annähernden vollständigen Evakuieren der Saugkammer 5 abwarten zu müssen.
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Weiter oben wurde erläutert, dass bevorzugt ein Bestätigungssignal generiert wird, wenn mittels der Drucksensoreinrichtung 17 eine vorbestimmte Druckdifferenz ermittelt wurde, die auf eine abgedeckte Saugkammeröffnung 6 schließen lässt. Diese vorbestimmte Druckdifferenz sei im Folgenden zur Vereinfachung als „Detektions-Druckdifferenz“ bezeichnet. Das Bestätigungssignal kann gemäß strichpunktiertem Pfeil 25 herangezogen werden, um eine Bewegungsaktion in Bezug auf den Saughalter 3 hervorzurufen. Die Vakuum-Haltevorrichtung 1 ist bevorzugt mit Positioniermitteln ausgestattet, die auf den Saughalter 3 einwirken und die mit Hilfe des Bestätigungssignals veranlasst werden können, den Saughalter 3 in einer vorbestimmten Weise zu bewegen, um einen von ihm mittels Unterdruck festgehaltenen Gegenstand 2 umzupositionieren.
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Alternativ oder zusätzlich kann ein durch die Erfassung der Detektions-Druckdifferenz ausgelöstes Bestätigungssignal dazu verwendet werden, die Drosselstelle 13 hinsichtlich ihrer Wirkung auf die Luftabsaugströmung in der Saugleitung 7 zu deaktivieren und stattdessen einen im Vergleich zum freien Strömungsquerschnitt der Drosselstelle 13 größeren Strömungsquerschnitt des Eingangs-Saugleitungsabschnittes 24 freizugeben. Beim Ausführungsbeispiel geschieht dies durch ein Umschalten der Drosselventileinrichtung 15 beziehungsweise der Steuerventileinrichtung 12 aus der Drosselstellung „B“ in die Voll-Offenstellung „C“. Daraus resultiert der Effekt, dass die Saugkammer 5, nachdem das Festhalten eines Gegenstandes 2 detektiert wurde, in kurzer Zeit mit wesentlich höherer Absaugströmungsrate auf das gewünschte Maximum evakuiert wird und der am Saughalter 3 haftende Gegenstand 2 mit hoher Kraft und somit mit hoher Sicherheit festgehalten wird.
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Auf diese Weise ergibt sich ein bevorzugtes zweistufiges Evakuieren der Saugkammer 5, wobei in einer ersten Stufe mit einer geringeren Strömungsrate abgesaugt wird als in einer sich daran anschließenden zweiten Stufe. In der ersten Stufe ist die Drosselstelle 13 wirksam, die die Ursache dafür ist, dass beim Evakuierungsprozess bereits nach kurzer Zeit eine relativ hohe Druckdifferenz detektierbar ist, die eine präzise Aussage hinsichtlich des angesaugten Zustandes eines Gegenstandes 2 ermöglicht.
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Beim Ausführungsbeispiel kann die mit einer Drosselventileinrichtung 15 ausgestattete Steuerventileinrichtung 12 wahlweise in einer der drei oben bereits erwähnten Schaltstellungen positioniert werden. Um einen Gegenstand 2 anzusaugen, wird die Steuerventileinrichtung 12 in die Drosselstellung „B“ geschaltet, sodass die Drosselstelle 13 in dem Verlauf des Eingangs-Saugleitungsabschnittes 24 liegt. Diese Drosselstellung „B“ wird während einer Detektionsphase des Betriebes der Vakuum-Haltevorrichtung 1 beibehalten.
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Sobald der Unterdruck an der Druckerfassungsstelle 16 so weit angestiegen ist, dass die Detektions-Druckdifferenz vorliegt, wird die Steuerventileinrichtung 12, insbesondere unter Mitwirkung der elektronischen Steuereinrichtung 18, in die Voll-Offenstellung „C“ umgeschaltet, sodass ein freier, ungedrosselter Fluiddurchgang durch die Steuerventileinrichtung 12 möglich ist. In dieser Betriebsphase wird die Saugkammer 5 mit maximaler Strömungsrate evakuiert.
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Vorzugsweise kann mit Hilfe der Drucksensoreinrichtung 17 auch in der Voll-Offenstellung „C“ weiterhin der an der Druckerfassungsstelle 16 in der Saugleitung 7 herrschende Luftdruck erfasst werden. Die Steuereinrichtung 18 ist bevorzugt so ausgelegt, dass sie die Saugwirkung der Vakuumquelle „V“ in Bezug auf die Saugkammer 5 zur Energieeinsparung unterbricht, wenn der Ist-Luftdruck an der Druckerfassungsstelle 16 einen vorbestimmten maximalen Unterdruck erreicht hat. Zum Unterbrechen der Absaugwirkung wird die Steuerventileinrichtung 12 mittels der elektronischen Steuereinrichtung 18 in die Absperrstellung „A“ umgeschaltet.
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Während dieser Betriebsphase kann mittels der Drucksensoreinrichtung 17 eine ständige Sicherheitsüberwachung des Ist-Luftdruckes in der Saugleitung 7 stattfinden. Sinkt der Ist-Luftdruck unter eine vorbestimmte Schwelle ab, veranlasst die Steuereinrichtung 18 ein erneutes Umschalten der Steuerventileinrichtung 12 in die Voll-Offenstellung „C“.
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Die Drosselstelle 13 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass ihr freier Strömungsquerschnitt kleiner ist als der freie Strömungsquerschnitt des sich zwischen der Drosselstelle 13 und der Saugkammer 5 erstreckenden Saugleitungsabschnittes.
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Zweckmäßigerweise ist in dem zwischen der Druckerfassungsstelle 16 und der Saugkammer 5 verlaufenden Saugleitungsabschnitt der Saugleitung 7 eine Luftfiltereinrichtung 26 eingeschaltet, die beim Evakuierungsprozess eingesaugte Verunreinigungen herausfiltert und an einem Eintritt in die Drucksensoreinrichtung 17 hindert.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht darin, dass eine zuverlässige und kurzfristige Detektion der abgedeckten Saugkammeröffnung 6 auch dann möglich ist, wenn die Druckerfassungsstelle 16 - was beim Ausführungsbeispiel der Fall ist - mit relativ großem Abstand zu der Saugkammer 5 platziert ist. Dies bietet die Möglichkeit, die Druckerfassungsstelle 16 in einem stationären Leitungsabschnitt der Saugleitung 7 zu platzieren und den Saughalter 3 bzw. die Saugkammer 5 diesbezüglich beweglich auszubilden und an einen flexiblen Längenabschnitt der Saugleitung 7 anzubringen. Dabei kann der flexible Längenabschnitt der Saugleitung 7 eine große Länge haben, ohne das Detektionsverhalten zu beeinträchtigen.
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Die beim Ausführungsbeispiel illustrierte Ausführungsform einer Steuerventileinrichtung 12 ist als ein Mehrstellungsventil konzipiert. Selbstverständlich kann hier auch ein anderes Ventilkonzept eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Steuerventileinrichtung 12 ein Proportionalventil sein, das einen variablen Strömungsquerschnitt zur Verfügung stellt. Während der Detektionsphase wird das Proportionalventil hinsichtlich des freien Strömungsquerschnittes verkleinert, sodass es eine Drosselstelle 13 vorgibt und sich ein relativ großer Druckabfall einstellt. Die Steuerventileinrichtung 12 und/oder Drosselventileinrichtung 15 kann auch mittels mehrerer singulärer Schaltventile realisiert werden, beispielsweise mittels zweier parallelgeschalteter Schaltventile, von denen das eine einen freien Durchgang bietet und das andere mit der Drosselstelle 13 ausgestattet ist.
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Die Steuerventileinrichtung 12 und/oder Drosselventileinrichtung 15 ist bevorzugt von elektrisch betätigbarer Bauart. Beispielsweise kommt dabei eine Magnetventiltechnik und/oder eine Piezoventiltechnik zum Einsatz.
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Vorzugsweise ermöglicht die Vakuum-Haltevorrichtung 1 ein bedarfsgemäßes Aufheben des in der Saugkammer 5 anstehenden Unterdruckes zum Ablegen des bis dahin angesaugten Gegenstandes 2. Hierzu ist beim Ausführungsbeispiel an die Saugleitung 7 eine Unterdruckaufhebungs-Ventileinrichtung 27 angeschlossen, durch die die Saugleitung 7 zur Aufhebung des in der Saugkammer 5 herrschenden Unterdruckes mit einer Druckluftquelle P verbindbar ist. Gesteuert wird die Unterdruckaufhebungs-Ventileinrichtung 27 zweckmäßigerweise durch die elektronische Steuereinrichtung 18, was durch den gestrichelten Pfeil 28 angedeutet ist.
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Die Unterdruckaufhebungs-Ventileinrichtung 27 kann wahlweise in einer Schließstellung oder in einer Offenstellung positioniert sein. In der Offenstellung sorgt sie dafür, dass von der Druckluftquelle P ein Überdruckimpuls in die Saugleitung 7 eingespeist wird, der das in der Saugkammer 5 herrschende Vakuum schlagartig aufhebt und den festgehaltenen Gegenstand 2 abwirft.
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Es versteht sich, dass die Unterdruckaufhebungs-Ventileinrichtung 27 erst dann in die Offenstellung umgeschaltet wird, nachdem zuvor die Steuerventileinrichtung 12 in die Absperrstellung „A“ geschaltet wurde.
