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Die Erfindung betrifft den Bereich der Nadelgreifer zur Handhabung von Werkstücken mittels Greifnadeln, die zum Zwecke des Ergreifens des Werkstücks mit einem distalen Nadelende in dieses eindringen. Ein solcher Nadelgreifer verfügt hierfür über eine Basis und mindestens zwei Greifnadeln, die gegenüber der Basis zwischen einer zurückgezogenen Freigabeposition und einer exponierten Greifposition verfahrbar sind, wobei mindestens eine erste Greifnadel in einer ersten Ausrichtung angeordnet und verlagerbar ist und mindestens eine zweite Greifnadel in einer von der ersten Ausrichtung abweichenden zweiten Ausrichtung angeordnet und verlagerbar ist. Die Nadeln werden gemeinsam durch eine an der Basis vorgesehene Nadelführungsvorrichtung geführt, die Führungskanäle zur Führung der Greifnadeln aufweist.
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Bei einem solchen Nadelgreifer handelt es sich um einen Greifmechanismus, der beispielsweise in Form eines einzelnen Nadelgreifers an einem Roboterarm angebracht werden kann, damit dieser Werkstücke transportieren kann. Auch ist es möglich, eine Mehrzahl von Nadelgreifern in zueinander ortsfester Lage an einem Rahmen oder dergleichen anzubringen, damit diese mehreren Nadelgreifer gemeinsam ein Werkstück ergreifen können.
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Die charakteristische Greiftechnik eines Nadelgreifers sieht vor, dass die Nadeln in das Werkstück eindringen. Dadurch, dass die Greifnadeln in unterschiedlicher Richtung eindringen, wird verhindert, dass das Werkstück beim Anheben entlang der Greifnadeln vom Nadelgreifer abrutschen kann.
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Bei den genannten Nadelgreifern sind üblicherweise Aktoren an der Basis vorgesehen, die insbesondere pneumatisch betätigt werden und die eine translative Verlagerung der Greifnadeln entlang ihrer jeweiligen Ausrichtung gestatten. Der Nadelgreifer kann so an ein Werkstück herangefahren werden, um anschließend durch Überführung der unterschiedlich ausgerichteten Greifnadeln in ihre jeweilige Greifposition ergriffen zu werden.
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Die Verwendung von Nadelgreifern ist möglich, wenn das zu ergreifende Werkstück nicht über eine verletzliche Oberfläche verfügt. So ist insbesondere das Ergreifen textiler Gebilde ein übliches Anwendungsfeld gattungsgemäßer Nadelgreifer.
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Der Erfindung liegt insbesondere ein besonderes Anwendungsfeld zugrunde, nämlich das Handhaben von Halbzeugen für Faserverbund-Werkstücke. Faserverbundmaterialien bestehen üblicherweise aus einer Faserstruktur, beispielsweise aus Glas oder Kohlenstoff, die durch eine haltgebende und schützende Matrix umgeben sind. Die Matrix wird in der Regel durch ein thermisch während des Produktionsprozesses verflüssigtes Material gebildet, welches nach Abkühlen aushärtet und dann seine Funktionen als Matrix übernehmen kann.
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Es wurde festgestellt, dass das an den Nadeln abkühlende oder dort anhaftende Matrixmaterial nach Abschluss des Handhabungsvorgangs an der Nadel verbleibt und mit dieser zusammen in den Führungskanal der Greifnadel gelangt. Dies kann Störungen verursachen und eine vollständige Demontage des Nadelgreifers zum Zwecke der Reinigung erforderlich machen.
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Aus der
DE 87 17 528 U1 ist ein Nadelgreifer bekannt, bezüglich dessen vorgeschlagen ist, eine Reinigung über Druckluft oder ein flüssiges Reinigungs- oder Spülmittel zu bewirken.
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Aus der
WO 2007/ 046 715 A1 ist es bekannt, einen Nadelkanäle von Nadelgreifern zu spülen.
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Aus der
DE 10 2010 043 036 A1 ist ein Greifersystem bekannt, dessen Besonderheit im Vorliegen eines flexiblen Behälters liegt, der an eine Fläche angepresst wird, um eine angepasste Formgebung einzunehmen, die anschließen konserviert wird.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine vorteilhafte Reinigungsmöglichkeit für Nadelgreifer zur Verfügung zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird ein Set vorgeschlagen, welches einen üblichen Nadelgreifer mit einer Basis und mindestens zwei Greifnadeln umfasst, die gegenüber der Basis zwischen einer Freigabeposition und einer Greifposition verfahrbar sind, wobei mindestens eine erste Greifnadel in einer erste Ausrichtung angeordnet und verlagerbar ist und mindestens eine zweite Greifnadel in einer von der erste Ausrichtung abweichenden zweiten Ausrichtung angeordnet und verlagerbar ist.
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Das Set umfasst weiter eine Reinigungseinrichtung zur Reinigung der Greifnadeln. Dabei verfügt diese Reinigungsvorrichtung über einen textilen oder vliesartigen Reinigungsabschnitt, der zum teilweisen Eintauchen verschmutzter Greifnadeln vorgesehen ist. Weiterhin verfügt die Reinigungsvorrichtung über einen Transport- oder Wechselmechanismus, über den der Reinigungsabschnitt automatisch verfahrbar oder wechselbar ist.
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Die Reinigungsvorrichtung dient also dem Zweck einer externen Reinigung. Hierzu wird im Produktionsprozess der Nadelgreifer wiederholt an die Reinigungseinrichtung herangefahren, um durch Eintauchen der Greifnadeln in den Reinigungsabschnitt diese von Verschmutzungen zu befreien. Damit der Reinigungsabschnitt selbst nicht in zunehmend verunreinigtem Zustand Verwendung findet, umfasst die Reinigungsvorrichtung einen Mechanismus, der den Wechsel des Reinigungsabschnitts gestattet. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Reinigungseinrichtung über ein textiles oder vliesartiges Material verfügt, welches zunächst auf einer Rolle angeordnet wird und automatisiert stückweise einen Vorschub erfährt, wenn ein Reinigungsvorgang ansteht, so dass stets ein frischer oder zumindest noch nicht zu häufig verwendeter Reinigungsabschnitt verwendet werden kann. Hierdurch findet ein Wechsel des jeweils verwendeten Reinigungsabschnittes statt.
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Das korrespondierende Verfahren hierfür wird ebenfalls als von der Erfindung umfasst angesehen. Hierbei fährt der Nadelgreifer, beispielsweise angekoppelt an einen Roboterarm, den Reinigungsabschnitt an und bewegt dann die Greifnadeln, um diese vorzugsweise mehrfach in den Reinigungsabschnitt eintauchen zu lassen und hierbei die Verunreinigungen abzustreifen.
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Figurenliste
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Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, die anhand der Figuren nachfolgend erläutert werden. Hierbei zeigen:
- 1 und 2 einen Nadelgreifer in einer Perspektive von schräg oben,
- 3a und 3b den Nadelgreifer in einer Perspektive von unten mit eingefahrenen bzw. ausgefahrenen Nadeln,
- 4 eine Explosionsdarstellung des Nadelgreifers,
- 5a und 5b einen Nadelführungsblock des Nadelgreifers in einer Außendarstellung und einer Darstellung mit eingezeichneten Kanälen,
- 6a und 6b Schnittdarstellungen durch den Nadelführungsblock des Nadelgreifers,
- 7 einen Hauptkörper der Basis des Nadelgreifers,
- 8 einen Verbund aus mehreren Nadelführungsgreifern mit Versorgungseinrichtungen für Spülflüssigkeit und Kühlflüssigkeit und
- 9 ein erfindungsgemäßes Set aus einem Nadelgreifer und einer hierfür vorgesehene externe Reinigungseinrichtung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die 1 und 2 zeigen eine mögliche Ausgestaltung eines Nadelgreifers, der Teil eines erfindungsgemäßen Sets sein kann. Anhand dieser Figuren und der Explosionsdarstellung der 4 sollen zunächst die wesentlichen Komponenten erläutert werden.
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Der Nadelgreifer 10 verfügt über eine Basis 20, die zur Anbringung an einem Roboterarm oder zur gemeinsamen Anbringung mit weiteren Nadelgreifern an einem gemeinsamen Rahmen vorgesehen ist. An der Basis 20 sind Anschlüsse 22 für Pneumatikleitungen vorgesehen, mittels derer zwei Kolben 32, 42 in Richtung der Pfeile 3, 4 translativ verfahren werden können.
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Durch diese Kolben 32, 42 sind Schlitten 30, 40 in Richtung der Pfeile 3, 4 translativ verfahrbar. Diese Schlitten umfassen jeweils einen Nadelträger 34, 44, an welchem die Greifnadeln 36, 46 des Nadelgreifers 10 mit ihren proximalen Enden 36b, 46b befestigt sind. Die distalen Enden 36a, 46a der Greifnadeln 36, 46 ragen in Führungskanäle 53, 54 eines Nadelführungsblockes 51, welcher Hauptbestandteil einer Nadelführungsvorrichtung 50 ist.
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Bezug nehmend auf die 3a und 3b gestattet es der Nadelgreifer somit, durch pneumatische Bewegung der Schlitten 30, 40 die Greifnadeln 36, 46 aus ihrem jeweils eingefahrenen Zustand der 3a in ihren ausgefahrenen Zustand der 3b zu überführen. Aus dem Zustand der 3a, in welchem die Greifnadeln 36, 46 eine Anlagefläche 51b des Nadelführungsblocks 51 nicht überragen, können die Greifnadeln 36, 46 in die herausgefahrene Stellung der 3b überführt werden, in welcher sie in ihrer jeweiligen unterschiedlichen Ausrichtung in das Werkstück eindringen und dieses somit erfassen.
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Der dargestellte Nadelgreifer 10 weist eine Reihe von Besonderheiten auf, die im Zusammenhang mit seinem insbesondere vorgesehenen Anwendungsfeld stehen. Dieses Anwendungsfeld ist die Handhabung von Halbzeugen für Faserverbundwerkstoff-Werkstücke. Diese Halbzeuge bestehen aus einer Faserstruktur und einem Matrixwerkstoff, der erhitzt und noch nicht ausgehärtet ist. Die Handhabung dieser mattenartigen Halbzeuge ist mit traditionellen Nadelgreifern problematisch, da die vergleichsweise kühlen Nadeln den Matrixwerkstoff während des Transportes verfestigen und im Übrigen hierbei stark verunreinigt werden.
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Zur Nutzung mit solchen Halbzeugen und vergleichbaren Anwendungsfeldern verfügt der Nadelgreifer 10 über die folgenden Merkmale:
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Der Nadelgreifer 10 verfügt über eine integrierte Spülvorrichtung. Diese Spülvorrichtung umfasst einen Spülflüssigkeitsanschluss 52 sowie im Nadelführungsblock 51 vorgesehene Zuführkanäle. Bezug nehmend auf die 5a und 5b, die den Nadelführungsblock 51 zeigen, bilden zwei zueinander parallele Zuführkanäle 55, 56, die endseitig mit Stopfen verschlossen sind, gemeinsam mit einem hierzu quer ausgerichteten Verteilerkanal 57 und dem genannten Spülflüssigkeitsanschluss 52 die wesentlichen Komponenten der Spülvorrichtung. Die beiden parallelen Zuführkanäle 55, 56 schneiden die jeweils sechs Führungskanäle 53, 54 der Greifnadeln 36, 46, die jeweils eine übereinstimmende Ausrichtung aufweisen. Durch eine am Spülflüssigkeitsanschluss 52 angeschlossene Spülflüssigkeitsfördereinrichtung kann somit die Spülflüssigkeit bis zu den Führungskanälen 53, 54 gefördert werden. Hier wird sie dann in einen schmalen Zwischenraum zwischen den Greifnadeln 36, 46 und den jeweiligen Innenwandungen der Führungskanäle 53, 54 eingepresst. Sie strömt von dort dann entlang der Führungskanäle 53, 54 bis zu deren jeweiligen Enden, wo sie austritt.
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Mittels der Spülvorrichtung ist es somit möglich, Rückstände in den Führungskanälen 53, 54 zu beseitigen und gleichzeitig auch die Greifnadeln 36, 46 zu reinigen. Ein solcher Reinigungsvorgang findet vorzugsweise zwischen Transportvorgängen statt. Während der Reinigung können die Greifnadeln 36, 46 gegenüber den Führungskanälen 53, 54 bewegt werden, um die Reinigungswirkung noch zu verbessern.
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Zu den spezifischen Besonderheiten des hier dargestellten Nadelgreifers gehört darüber hinaus das Vorhandensein einer Heizeinrichtung 60. Diese Heizeinrichtung besteht aus zwei Heizstäben 62, die in Bohrungen 59 des Nadelführungsblocks 51 eingesetzt sind. Diese elektrische Heizeinrichtung 60 ist in der Lage, den Nadelführungsblock 51 und somit die darin vorgesehenen Führungskanäle 53, 54 zu erwärmen. Hierdurch werden auch die Nadeln 36, 46 erwärmt. Die Heizeinrichtung, die in der Schnittdarstellungen der 6b schematisch dargestellt ist, gestattet ein Erhitzen der Greifnadeln 36, 46 auf mindestens 180°. Durch die Erwärmung der Nadeln auf diese Temperatur oder gar auf höhere Temperaturen wird ein lokales Abkühlen des Halbzeugs während des Transportes wirksam vermieden. Die Heizeinrichtung kann dauerhaft aktiviert sein oder phasenweise aktiviert werden, gegebenenfalls auch in Reaktion auf eine per Temperatursensor gemessene Temperatur. Es können auch Heizstäbe Verwendung finden, in die ein Thermostat bereits eingebaut ist, so dass dieser eine vorgegebene Temperatur hält.
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Das Erhitzen des Nadelführungsblocks 51 und der Führungskanäle 53, 54 sowie der Greifnadeln 36, 46 ist nicht nur der Vermeidung einer Schädigung des Halbzeugs dienlich, sondern hilft auch bei der Reinigung des Nadelgreifers mittels Spülung. Durch die hohe Temperatur verfestigt der Matrixwerkstoff, der an den Greifnadeln 36, 46 haften bleibt, und gegebenenfalls in die Führungskanäle 53, 54 gelangt, in geringerem Maße, so dass die Entfernung desselben entsprechend erleichtert ist.
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Die Erhitzung des Nadelführungsblocks 51 kann auch zu einer Erhitzung der Basis 20 des Nadelgreifers führen, wobei diese nicht gewünscht ist. Um diese Erhitzung gering zu halten, sind verschiedene Maßnahmen vorgesehen.
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Insbesondere der 4 ist zu entnehmen, dass zwischen einem Hauptblock 24 der Basis 20 und dem Nadelführungsblock 51 ein Isolatorkörper 23 vorgesehen ist. Dieser kann beispielsweise aus keramischem Material bestehen. Er hemmt den Wärmeübertrag vom erhitzten Nadelführungsblock 51 auf den Hauptkörper 24. Diese Wirkung wird noch dadurch unterstützt, dass der Isolator 23 in zwei gegenüberliegenden Anlagebereichen 23a, 23b jeweils mit alternierenden Rippen und Nuten versehen ist, um die effektive Anlagefläche an die benachbarten Baugruppen zu verringern. In ähnlicher Weise ist auch die Anlagefläche 51a des Nadelführungsblocks 51 mit alternierenden Nuten und Rippen versehen. Der Wärmeübertrag vom Nadelführungsblock 51 auf den Isolator 23 erfolgt aufgrund der versetzten Anordnung nur in sehr kleinen Flächenbereichen.
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Ein ähnlicher Mechanismus ist an den Schlitten 30, 40 vorgesehen. Die hier zum Halten der Nadeln vorgesehenen Nadelträger 34, 44 sind gegenüber den Kolben 32, 42 ebenfalls durch thermisch wirksame Isolatorkörper 33, 43 isoliert, die ebenfalls im Bereich einer Anlagefläche 43a, 33a alternierende Rippen und Nuten aufweist, um die zum Wärmeübertrag wirksame Anlagefläche zu reduzieren.
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Zur weiteren Reduktion des Wärmeeintrags in den Grundkörper 24 ist ein aus Edelstahl gefertigtes Abschirmblech 26 vorgesehen, welches zwischen dem Nadelführungsblock 51 und dem Grundkörper 24 angeordnet ist. Es dient insbesondere der Abschirmung des Grundkörpers 24 gegen Wärmestrahlung.
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Die beschriebenen passiven Maßnahmen zur Verhinderung des Wärmeübertrags vom Nadelführungsblock 51 auf den Grundkörper 24 können im Einzelfall bereits ausreichen. Von Vorteil kann es jedoch sein, zusätzlich im Grundkörper 24 eine Kühleinrichtung zur aktiven Kühlung vorzusehen. Diese Kühleinrichtung besteht aus einem Kühlmittelzulaufanschluss 74, einem Kühlmittelablaufanschluss 76 sowie den Grundkörper 24 durchdringenden Kühlkanälen 72, die als Wärmetauscher geeignet sind, die Wärme des erhitzten Grundkörpers 24 an die Kühlflüssigkeit abzugeben und hierdurch abzutransportieren.
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Ein Teil der Kühleinrichtung kann darüber hinaus ein Temperatursensor 77 sein, der erfasst, ob eine aktive Kühlung bereits erforderlich ist und es gestattet, nur in diesem Falle die aktive Kühlung zu initiieren.
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8 zeigt die Verwendung eines beschriebenen Nadelgreifers 10 im Verbund mit weiteren Nadelgreifern. Die im Beispiel drei Nadelgreifer 10 sind gemeinsam an einem Rahmen 110 angebracht und werden somit jeweils gemeinsam bewegt. Dieser Rahmen 110 ist mit Verteilern 112 für Spülflüssigkeit und Kühlflüssigkeit versehen. Weiterhin ist eine Fördereinrichtung 88 für die Spülflüssigkeit vorgesehen, die über eine Leitung 89 mit dem Rahmen 110 und den dortigen Verteilern 112 verbunden ist. Für die Kühlflüssigkeit ist eine weitere Fördereinrichtung 78 vorgesehen, welche über Leitungen 79 in ähnlicher Weise mit dem Rahmen 110, den Verteilern 112 und somit den Nadelgreifern 10 verbunden ist.
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Die 9 zeigt ein Set, bestehend aus einem Nadelgreifer 10, der abweichend von dem dargestellten Nadelgreifer auch ohne eigene Spüleinrichtung ausgebildet sein könnte, da eine zusätzliche externe Reinigungseinrichtung 200 vorgesehen ist. Diese externe Reinigungseinrichtung verfügt über einen Quellwickel 202, aus flächigem textilen oder vliesartigen Material, welches über Umlenkrollen 203, 204 zu einem Zielwickel 205 geführt ist. Dem Zielwickel 205 ist ein Motor 206 zugeordnet, über den die Materialbahn 210 des textilen oder vliesartigen Materials vom Wickel 202 abgewickelt und auf den Wickel 205 aufgewickelt werden kann.
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Die textile oder vliesartige Materialbahn 210 stellt ein Reinigungsmittel dar, mittels dessen die Greifernadeln 36, 46 gereinigt werden können. In der in 9 dargestellten Weise kann der Nadelgreifer 10 an die Materialbahn 210 herangefahren werden und diese dann durch Bewegen der Nadeln durch die Materialbahn 210 hindurchstechen, wobei Rückstände von den Greifnadeln abgestreift werden. Um diesen Vorgang zu erleichtern, ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein Stützblock 220 unterhalb der Materialbahn 210 angeordnet, in welchem eine oder mehrere Ausnehmungen 222 vorgesehen sind, in die die Nadeln einfahren können.
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Die Reinigungsvorrichtung 200 gestattet es im Zusammenspiel mit einem konventionellen Nadelgreifer, die spezifischen Verunreinigungen, die beim Transport der Verbundwerkstoff-Halbzeuge entstehen, zu entfernen, ohne hierfür einen besonderen Nadelgreifer nutzen zu müssen.
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Die Reinigungsvorrichtung 200 kann weiterhin auch dafür genutzt werden, die Anlagefläche 51 b zu reinigen, indem bei eingefahrenen Nadeln die an der Materialbahn 210 anliegende Anlagefläche 51b relativ zur Materialbahn 210 verlagert wird. Dies kann durch eine Bewegung des Nadelgreifers erfolgen. Vorzugsweise erfolgt es jedoch bei stillstehendem Nadelgreifer über die Bewegung der Materialbahn 210, angetrieben durch den Motor 206.
