DE102015122571A1

DE102015122571A1 - Magnetischer Halter

Info

Publication number: DE102015122571A1
Application number: DE102015122571.9A
Authority: DE
Inventors: Kouichirou Kanda; Tsuyoshi Sasaki; Hisashi Yajima
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2016-06-30
Also published as: JP6575842B2; KR102328169B1; TWI678257B; JP2016124044A; CN105736628A; TW201636151A; CN105736628B; KR20160079706A; US20160184981A1; US10195722B2

Abstract

Ein magnetischer Halter (10) umfasst einen Kolben (58), der in einer zweiten Gleitöffnung (38) eines Zylinderrohres (14) verschoben wird. Eine Endfläche des Kolbens (58) schlägt an einem Plattenelement (42) an, wenn der Kolben (58) einen Verschiebungsendpunkt erreicht, während eine andere Endfläche des Kolbens (58) an einem Eintrittselement (44) einer Kopfabdeckung (18) anschlägt, wenn der Kolben (58) einen anderen Verschiebungsendpunkt erreicht. Wenigstens ein und vorzugsweise beide eines ersten Dämpfers (84) an der einen Endfläche und des zweiten Dämpfers (94) an der anderen Endfläche sind an dem Plattenelement (42) vorgesehen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Halter, der ein Werkzeug durch die Magnetkraft eines Permanentmagneten anzieht und hält.
Ein magnetischer Halter weist entweder einen Elektromagneten oder einen Permanentmagneten auf. In dem Fall eines Elektromagneten wird eine Magnetkraft generiert, indem die Zufuhr von Strom zu dem Elektromagneten beginnt (Einschalten), und das Werkstück wird durch die Magnetkraft angezogen und gehalten. Wenn die Zufuhr des Stroms unterbrochen wird, verschwindet die Magnetkraft, so dass das Werkstück freigegeben wird.
In dem Fall eines Permanentmagneten, wie er beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 55-078505 A offenbart ist, liegt dagegen eine Anordnung vor, bei welcher das Anziehen und Halten sowie die Freigabe des Werkstücks durch Drehen des Permanentmagneten umgeschaltet werden kann. Allgemeiner gesagt ist eine Anordnung bekannt, bei welcher der Permanentmagnet mit einem Kolben verbunden ist und der Permanentmagnet zusammen mit dem Kolben verschoben wird (vgl. beispielsweise japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 51-102174 ). Bei dem in der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 51-102174 beschriebenen magnetischen Halter wird entsprechend der Verschiebung eines durch ein Druckfluid betriebenen Kolbens ein Permanentmagnet nahe zu einem Werkstück gebracht. Dann wird das Werkstück hierdurch angezogen und gehalten. Wenn der Permanentmagnet und der Kolben in einer Richtung verschoben werden, in welcher sie sich von dem Werkstück entfernen, wird das Werkstück freigegeben.
Diese Art von magnetischem Halter ist beispielsweise an einem distalen Ende eines Roboterarms vorgesehen. Wenn der Roboter einen festgelegten Vorgang durchführt, wird das angezogene und gehaltene Werkstück zu einer festgelegten Position transportiert.
Zusammenfassung der Erfindung
Wenn beispielsweise der Kolben und der Permanentmagnet gemeinsam miteinander verschoben werden, wird angenommen, dass der Kolben an der Kopfabdeckung anschlägt, wenn der Kolben einen oberen Totpunkt erreicht. In diesem Fall vibriert der magnetische Halter und es können unangenehme Geräusche erzeugt werden. Außerdem besteht die Befürchtung, dass die Haltbarkeit des Kolbens durch ein derartiges Anschlagen verringert werden kann.
Es ist eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen magnetischen Halter vorzuschlagen, bei welchem das Auftreten von Vibrationen vermieden werden kann, wenn der Kolben an einem Verschiebungsendpunkt ankommt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines magnetischen Halters, bei dem die Haltbarkeit des Kolbens oder dergleichen gewährleistet werden kann.
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein magnetischer Halter vorgesehen, der ein Werkstück durch die Magnetkraft eines Permanentmagneten anzieht und hält, wobei der magnetische Halter ein Gehäuse mit einem Zylinderrohr, in dem eine Gleitöffnung ausgebildet wird, durch welche ein Kolben verschoben wird, und einer an dem Zylinderrohr angebrachten Kopfabdeckung zum Verschließen eines Endes der Gleitöffnung, ein Halteelement, das mit dem Kolben verbunden ist und den Permanentmagneten hält, und ein Partitionierungselement, das im Inneren des Gehäuses positioniert und fixiert ist und zusammen mit dem Kolben eine innere Kammer im Inneren des Zylinderrohres ausbildet, aufweist. Der magnetische Halter umfasst außerdem wenigstens einen ersten Dämpfer und einen zweiten Dämpfer, wobei der erste Dämpfer an dem Partitionierungselement oder dem Kolben vorgesehen und dazu ausgestaltet ist, Vibrationen zu dämpfen, wenn der Kolben an dem Partitionierungselement anschlägt, und wobei der zweite Dämpfer an dem Kolben oder der Kopfabdeckung vorgesehen und dazu ausgestaltet ist, Vibrationen zu dämpfen, wenn der Kolben an der Kopfabdeckung anschlägt.
Bei einer Gestaltung, bei welcher der erste Dämpfer vorgesehen ist, wird der erste Dämpfer zwischen dem Kolben und dem Partitionierungselement angeordnet, wenn der Kolben einen Verschiebungsendpunkt (beispielsweise einen unteren Totpunkt) erreicht hat. Hierdurch werden Vibrationen oder Stöße, die beim Anschlagen des Kolbens an dem Partitionierungselement auftreten, gelindert. Bei einer Gestaltung, bei welcher der zweite Dämpfer vorgesehen ist, ist dagegen der zweite Dämpfer zwischen dem Kolben und der Kopfabdeckung vorgesehen, wenn der Kolben einen anderen Verschiebungsendpunkt (beispielsweise einen oberen Totpunkt) erreicht hat. Hierdurch werden Vibrationen oder Stöße, die beim Anschlagen des Kolbens an der Kopfabdeckung auftreten, gelindert. Aus den oben beschriebenen Gründen werden Vibrationen oder störende Geräusche, die auftreten, wenn der Kolben an den Verschiebungsendpunkten ankommt, vermieden. Dementsprechend wird es stark bevorzugt, sowohl den ersten Dämpfer als auch den zweiten Dämpfer vorzusehen.
Außerdem werden der Kolben, das Partitionierungselement und die Kopfabdeckdung vor Beschädigungen geschützt. Im Einzelnen wird die Haltbarkeit dieser Elemente verbessert. Dementsprechend ist es möglich, die Lebensdauer des magnetischen Halters zu verlängern.
Der Kolben und das Halteelement können durch einen Schaft verbunden werden, der einen kleineren Durchmesser hat, als der Kolben. In diesem Fall wird das Partitionierungselement zwischen dem Kolben und dem Halteelement positioniert und fixiert. Außerdem ist eine Einsetzöffnung, durch welche der Schaft eingesetzt wird, in dem Partitionierungselement ausgebildet. Bei der oben beschriebenen Gestaltung kann der Permanentmagnet so verschoben werden, dass er dem Kolben folgt, obwohl das Partitionierungselement zwischen dem Kolben und dem Halteelement vorgesehen ist.
In diesem Fall sind das Halteelement und der Schaft vorzugsweise einstückig aus demselben Element geformt. Dadurch wird die Zahl der Teile verringert.
Ein Element, welches das Halteelement umfasst, kann durch ein Joch gebildet werden. Durch die Präsenz des Jochs wird in diesem Fall die Anziehungskraft noch verstärkt. Dementsprechend kann das Werkstück noch wirksamer angezogen und gehalten werden.
Außerdem ist vorzugsweise eine Gestaltung vorgesehen, bei der eine Kombination eines N-Pols und eines S-Pols als ein oder mehrere Paar(e) an einer magnetischen Werkstückanziehungsfläche des Permanentmagneten vorliegt, wobei die magnetische Werkstückanziehungsfläche dem Werkstück zugewandt ist.
Insbesondere können die verschiedenen magnetischen Pole vorzugsweise nebeneinander angeordnet sein.
Bei dieser Konfiguration ist ein magnetischer Fluss, der von dem freiliegenden N-Pol an der magnetischen Werkstückanziehungsfläche generiert wird, zu zwei benachbarten S-Polen an derselben magnetischen Werkstückanziehungsfläche gerichtet. Im Vergleich zu einer Situation, bei welcher die magnetische Polarität der magnetischen Werkstückanziehungsfläche entweder ein N-Pol oder ein S-Pol ist, das heißt im Vergleich zu dem magnetischen Halter gemäß dem Stand der Technik mit lediglich einem Pol, kann dementsprechend der magnetische Weg (Betrag des magnetischen Flusses) innerhalb des Werkstücks vergrößert werden. Hierdurch kann eine große Anziehungskraft auf das Werkstück aufgebracht werden. Auch in dem Fall, dass das Werkstück eine dünnwandige Stahlplatte ist, kann dementsprechend das Werkstück wirksam magnetisch angezogen werden.
Anders ausgedrückt kann bei einer solchen Konfiguration unter der Annahme, dass die Materialien und Eigenschaften des Permanentmagneten die gleichen sind wie bei dem Permanentmagneten des magnetischen Halters gemäß dem Stand der Technik und wenn ihre Abmessungen gleich sind, die Anziehungskraft für das Werkstück erhöht werden. Da die Dimensionen des Permanentmagneten in dem Fall, dass die Anziehungskraft genauso groß ist wie bei dem Permanentmagneten gemäß dem Stand der Technik, kleiner gemacht werden können, kann andererseits der magnetische Halter verkleinert werden (kompakte Bauform).
Wenn der Permanentmagnet gedreht wird, ändert sich außerdem die magnetische Flussdichte in der Nähe eines Autoschalters (Autoswitch). Als Folge wird angenommen, dass es möglich ist, dass ein Fehlverhalten des Autoschalters bewirkt werden kann. Durch das Verbindungselement, welches das Zylinderrohr mit der Kopfabdeckung verbindet, wird vorzugsweise ein Rotationsverhinderungselement zur Verhinderung einer Drehung der Permanentmagneten geschaffen. Hierdurch kann die Befürchtung, dass die oben beschriebene Situation bewirkt wird, ausgeräumt werden. In diesem Fall kann das Verbindungselement aus einem ferromagnetischen Metall hergestellt werden.
Da das zum Zusammenbau des Permanentmagneten verwendete Verbindungselement als das Rotationsverhinderungselement dient, ist es außerdem in diesem Fall nicht notwendig, ein separates Rotationsverhinderungselement vorzusehen, das sich von dem Verbindungselement unterscheidet. Da somit eine Erhöhung der Teilezahl vermieden wird, ist es möglich, den magnetischen Halter in kompakterer Form zu bauen. Eine solche Konfiguration ist auch kosteneffizient.
Wenn das Verbindungselement als ein Rotationsverhinderungselement vorgesehen ist, ist das Verbindungselement vorzugsweise an einem Grenzbereich zwischen dem N-Pol und dem S-Pol angeordnet, die nebeneinander an der magnetischen Werkstückanziehungsfläche vorgesehen sind. Anstatt das Rotationsverhinderungselement an einer anderen Position anzuordnen, wird es bei dieser Anordnung schwierig, den Permanentmagnet zu drehen.
Außerdem ist ein Dichtelement vorzugsweise an einer Seitenwand des Kolbens vorgesehen und eine Stelle zwischen dem Kolben und dem Zylinderrohr kann über das Dichtelement abgedichtet werden. In diesem Fall nimmt der Kolben dann, wenn der Permanentmagnet vorwärts oder rückwärts bewegt wird, eine Druckkraft von dem Druckfluid auf. Die Druckaufnahmefläche des Kolbens bei der Vorwärtsbewegung des Permanentmagneten und die Druckaufnahmefläche des Kolbens bei der Rückwärtsbewegung des Permanentmagneten sind etwa gleich. Daher sind die Schubkräfte während der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung ebenfalls im Wesentlichen gleich. Dementsprechend sind auch die Antwortgeschwindigkeiten beim magnetischen Anziehen des Werkstücks und bei der Freigabe des Werkstücks im Wesentlichen gleich.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht wesentlicher Komponenten eines magnetischen Halters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Draufsicht aus der Richtung des Pfeils A in 1;
3 ist ein Schnitt entlang der Linie III-III in 2;
4 ist ein vertikaler Schnitt, der einen Zustand zeigt, in dem ein Kolben, ein Joch und erste bis vierte Permanentmagneten gegenüber dem in 3 gezeigten Zustand nach unten verschoben sind;
5A und 5B sind jeweils schematische Seitenansichten eines magnetischen Flusses zu der Zeit, wenn die Zahl von Polen an der magnetischen Werkstückanziehungsfläche gleich eins ist, beziehungsweise eine schematische Draufsicht auf einen magnetischen Sättigungsbereich;
6A und 6B sind eine schematische Seitenansicht eines magnetischen Flusses zu der Zeit, wenn die Zahl der Pole gleich zwei ist (die Kombination eines N-Pols und eines S-Pols als ein Paar), beziehungsweise eine schematische Draufsicht, die einen magnetischen Sättigungsbereich zeigt;
7 ist eine schematische Draufsicht, die einen magnetischen Sättigungsbereich zu einer Zeit zeigt, zu welcher die Zahl von Polen an der magnetischen Anziehungsfläche gleich vier ist (Kombination eines N-Pols und eines S-Pols in zwei Paaren);
8 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Zahl der magnetischen Pole (Zahl von Kombinationen eines N-Pols und eines S-Pols) an der magnetischen Werkstückanziehungsfläche und der generierten Anziehungskraft zeigt;
9 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine magnetische Werkstückanziehungsfläche durch den Zusammenbau von drei U-förmigen Permanentmagneten gebildet wird;
10 ist eine Ansicht von unten, die einen Zustand zeigt, in dem eine magnetische Werkstückanziehungsfläche durch den Zusammenbau von zwei U-förmigen Permanentmagneten gebildet wird;
11 ist eine Vorderansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine Halbach-Reihe mit stangenförmigen Magneten gebildet wird und eine Kombination einer Gruppe von N-Polen und S-Polen an der magnetischen Werkstückanziehungsfläche vorgesehen ist;
12 ist eine perspektivische Ansicht eines Permanentmagneten, der durch Magnetisieren eines zylindrischen Körpers erhalten wird, wobei die Richtung der magnetischen Pole darin eine U-Form aufweist; und
13 ist eine perspektivische Ansicht eines Permanentmagneten, der durch Magnetisieren eines zylindrischen Körpers erhalten wird, wobei die magnetischen Pole darin in einer Richtung senkrecht zu der magnetischen Werkstückanziehungsfläche orientiert sind.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen eines magnetischen Halters gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung entsprechen die Begriffe "auf-" und "abwärts" den Auf- und Abwärtsrichtungen in den 1, 3 und 4. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist beispielhaft ein Fall beschrieben, bei dem Druckluft als ein Arbeitsfluid verwendet wird.
Die 1 bis 3 sind eine perspektivische Ansicht wesentlicher Komponenten eines magnetischen Halters 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine Draufsicht aus der Richtung des Pfeils A in 1 beziehungsweise ein Schnitt entlang der Linie III-III in 2. Der magnetische Halter 10 zieht ein in 3 gezeigtes Werkstück 12 an und hält dieses. Selbstverständlich ist das Werkstück 12 aus einem ferromagnetischen Material hergestellt. Als konkretes Beispiel kann man sich eine dünne Stahlplatte vorstellen. Eine Dicke T1 des Werkstücks 12 liegt in der Größenordnung von 0,5 bis 2 mm und beträgt typischerweise etwa 0,6 mm.
Der magnetische Halter 10 umfasst ein Gehäuse 20, das durch Anbringen einer Magnetabdeckung 16 und einer Kopfabdeckung 18 an einem Zylinderrohr 14 gebildet wird. Mit Bezug vor allem auf 3 besteht die Magnetabdeckung 16 aus einem hohlen Körper, in dem eine erste Gleitöffnung 22 entlang seiner Längsrichtung ausgebildet ist. In der ersten Gleitöffnung 22 werden durch einen Flansch 66 (Halteelement) eines später beschriebenen Joches 64 und ein Plattenelement 42 (Partitionierungselement) eine untere Kammer 23 und eine erste mittlere Kammer 24 ausgebildet. Im Einzelnen ist die untere Kammer 23 ein Raum zwischen einer Bodenwand der Magnetabdeckung 16 und einer unteren Endfläche des Flansches 66. Außerdem ist die erste mittlere Kammer 24 ein Raum zwischen einer oberen Endfläche des Flansches 66 und einer unteren Endfläche des Plattenelements 42.
Eine hohle zylindrische Säule 25 ist so ausgebildet, dass sie an der unteren Endfläche der Magnetabdeckung 16 vorsteht. In der hohlen zylindrischen Säule 25 ist eine erste Ringnut 26 ausgebildet, welche die erste Gleitöffnung 22 (untere Kammer 23) umgibt. Ein Abschnitt eines im Wesentlichen ringförmigen Dämpfungselements 28 aus Gummi ist in die erste Ringnut 26 eingepresst, während der verbleibende Abschnitt des Gummi-Dämpfungselements 28 ringförmig von der Magnetabdeckung 16 vorsteht. Mehrere einzelne Schlitze 29 (vgl. 2) sind in dem Dämpfungselement 28 aus Gummi ausgebildet.
Ein mittlerer Flankenabschnitt 30 (vgl. 3) der Magnetabdeckung 16 ist im Wesentlichen in Form eines rechteckigen Parallelepipeds (Quader) geformt, und ein oberer Endabschnitt 32 hat im Wesentlichen eine zylindrische Form. Auf der Basis dieser unterschiedlichen Formen wird ein abgestufter Teil 34 durch den mittleren Flankenabschnitt 30 und den oberen Endabschnitt 32 an der Magnetabdeckung 16 ausgebildet. Ein erstes Dichtelement 36 ist an einer Seitenwand des oberen Endabschnitts 32 vorgesehen.
Außerdem ist an einer Seitenfläche des mittleren Flankenabschnitts 30 eine erste Anschlussöffnung 37 ausgebildet. Die erste Anschlussöffnung 37 steht mit der unteren Kammer 23 in Verbindung.
Eine zweite Gleitöffnung 38, die sich entlang der Längsrichtung des Zylinderrohres 14 erstreckt, ist in diesem ausgebildet. Der Querschnitt der zweiten Gleitöffnung 38 senkrecht zu der Längsrichtung ist im Wesentlichen perfekt kreisförmig. Außerdem öffnet sich die zweite Gleitöffnung 38 an einem oberen Ende und einem unteren Ende des Zylinderrohres 14. Im Einzelnen ist das Zylinderrohr 14 ein hohler Körper, dessen Äußeres im Wesentlichen in der Form eines rechteckigen Parallelepipeds (Quader) geformt ist.
In der Nähe der Öffnung an der unteren Endseite der zweiten Gleitöffnung 38 ist ein dünnwandiger Abschnitt 40 ausgebildet, dessen Innenwand zu der Seite der Außenwand zurückgesetzt ist. Somit ist die Dicke des dünnwandigen Abschnitts 40 im Vergleich zu anderen Bereichen kleiner. Eine untere Endfläche des dünnwandigen Abschnitts 40 liegt an dem abgestuften Teil 34 der Magnetabdeckung 16 an. Außerdem ist der obere Endabschnitt 32 der Magnetabdeckung 16 durch die zweite Gleitöffnung 38 eingesetzt und gleichzeitig in den dünnwandigen Abschnitt 40 eingesetzt. Ein Bereich zwischen dem dünnwandigen Abschnitt 40 und dem oberen Abschnitt 32 der Magnetabdeckung 16 wird durch das erste Dichtelement 36 abgedichtet.
Eine äußere Kante des Plattenelements 42 wird zwischen einer oberen Endfläche der Magnetabdeckung 16 und einer Dachfläche des dünnwandigen Abschnitts 40 gehalten. Anders ausgedrückt wird das Plattenelement 42 durch die Magnetabdeckung 16 und das Zylinderrohr 14 geklemmt. Details des Plattenelements 42 werden später erläutert.
Die Öffnung an der oberen Endseite des Zylinderrohres 14 wird durch die Kopfabdeckung 18 geschlossen. Ein Eintrittselement 44 in der Form einer im Wesentlichen zylindrischen Säule ist so ausgebildet, dass es an der unteren Endfläche der Kopfabdeckung 16 vorsteht. Durch Eintreten des Eintrittselements 44 in das Innere des Zylinderrohres 14 wird die Kopfabdeckung 18 in das Zylinderrohr 14 eingesetzt. Ein zweites Dichtelement 46 ist an der Seitenwand des Eintrittselements 44 so angeordnet, dass ein Bereich zwischen dem Zylinderrohr 14 und der Kopfabdeckung 18 durch das zweite Dichtelement 46 abgedichtet wird.
Eine zweite Anschlussöffnung 50 ist in einer Seitenfläche der Kopfabdeckung 18 ausgebildet. Der zweite Anschluss 50 ist an der gleichen Seitenfläche positioniert, an welcher der erste Anschluss 37 ausgebildet ist. Ein nicht dargestellter Zufuhr- und Ablassmechanismus ist mit dem ersten Anschluss 37 und dem zweiten Anschluss 50 verbunden.
In den vier Ecken des Gehäuses sind Stangenöffnungen 52 mit Boden ausgebildet, die sich jeweils von der Kopfabdeckung 18 durch das Zylinderrohr 14 und in die Nähe des unteren Endes des mittleren Flankenabschnitts 30 der Magnetabdeckung 16 erstrecken. Gewindeabschnitte von ersten bis vierten Zugstangen 54a bis 54d (Verbindungselemente), welche durch die jeweiligen Stangenöffnungen 52 eingesetzt sind, sind mit Gewindeabschnitten, die in der Nähe der Bodenabschnitte der Stangenöffnungen 52 eingeschnitten sind, verschraubt. Außerdem sind ihre Kopfabschnitte in ringförmig gestuften Abschnitten 55, die in der Kopfabdeckung 18 vorgesehen sind, gehalten. Durch das Verschrauben der ersten bis vierten Zugstangen 54a bis 54d werden die Kopfabdeckung 18, das Zylinderrohr 14 und die Magnetabdeckung 16 aneinander befestigt und verbunden und bilden dadurch das Gehäuse 20.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau bestehen die Kopfabdeckung 18, das Zylinderrohr 14 und die Magnetabdeckung 16 beispielsweise aus einem paramagnetischen Metall, wie einer Aluminium-Legierung oder dergleichen. Andererseits bestehen die ersten bis vierten Zugstangen 54a bis 54d aus einem ferromagnetischen Metall, wie Gusseisen (beispielsweise einem Material entsprechend SS400 gemäß der japanischen Industrienorm JIS). Wie später beschrieben wird, dienen sie als Rotationsverhinderungselemente, das heißt sogenannte Rotationsstopps, die verhindern, dass erste bis vierte Permanentmagneten 56a bis 56d, die als Anziehungs- und Halteelement dienen, rotieren.
Im Inneren des Gehäuses 20 werden die erste Gleitöffnung 22 und die zweite Gleitöffnung 38 durch das Plattenelement 42 abgeteilt. Außerdem ist die zweite Gleitöffnung 38 durch einen Kolben 58 und die Kopfabdeckung 18 in eine zweite mittlere Kammer 60 und eine obere Kammer 62 unterteilt.
Andererseits ist die obere Kammer 62 zwischen dem Kolben 58 und dem Eintrittselement 44 der Kopfabdeckung 18 ausgebildet. Der zweite Anschluss 50 steht mit der oberen Kammer 62 in Verbindung.
Der magnetische Halter 10 umfasst die ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d, um damit das Werkstück 12 anzuziehen und zu halten (vgl. 3). Alle der ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d werden in dem Joch 64 durch ihre eigene Magnetkraft oder durch ein Verbindungselement, wie einen Haltebolzen oder dergleichen, gehalten.
Wie in 2 gezeigt ist, haben die ersten bis vierten Permanentmagnete 56a bis 56d jeweils im Wesentlichen eine Fächerform, wobei ihr zentraler Winkel in der Draufsicht im Wesentlichen 90° beträgt. Durch kreisförmige Anordnung eines solchen säulenförmigen Körpers wird insgesamt ein Permanentmagnet mit einer zylindrischen Säulenform hergestellt. Im Einzelnen steht der erste Permanentmagnet 56a in Kontakt mit dem zweiten Permanentmagneten 56b und dem vierten Permanentmagneten 56d, die neben dem ersten Permanentmagneten 56a liegen, und ist so angeordnet, dass er dem dritten Permanentmagneten 56c zugewandt ist.
Die Radien der ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d können beispielsweise so gewählt sein, dass sie einen Wert in der Größenordnung von 10–30 mm annehmen. Ein typisches Beispiel für die Radien ist etwa 15 mm. In diesem Fall beträgt der Durchmesser der Permanentmagneten insgesamt etwa 30 mm.
Außerdem ist ein typisches Beispiel für die Höhe (Abstand von einer unteren Endfläche zu einer oberen Endfläche) der ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d etwa 10 mm.
Zum besseren Verständnis ist in 2 der Bodenwandabschnitt der Magnetabdeckung 16 nicht dargestellt. Tatsächlich werden aber die ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d durch den Bodenwandabschnitt der Magnetabdeckung 16 abgedeckt (vgl. 3).
Wenn die ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d so verschoben werden, dass sie sich gemeinsam zusammen mit dem Joch 64 und dem Kolben 58 dem Werkstück 12 annähern, wird das in 3 gezeigt Werkstück 12 angezogen. Im Einzelnen dient bei den ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d eine Sichtfläche, die dem Werkstück 12 zugewandt ist, als eine magnetische Werkstückanziehungsfläche (Anziehungs- und Haltefläche).
Die magnetische Polarität der magnetischen Werkstückanziehungsflächen sowohl des ersten Permanentmagneten 56a als auch des dritten Permanentmagneten 56c ist eine N-Polarität (Nordpol). Im Gegensatz dazu ist die magnetische Polarität der magnetischen Werkstückanziehungsflächen sowohl des zweiten Permanentmagneten 56b als auch des vierten Permanentmagneten 56d eine S-Polarität (Südpol). Dementsprechend bilden die Polaritäten der magnetischen Werkstückanziehungsflächen im Uhrzeigersinn einen N-Pol (erster Permanentmagnet 56a), einen S-Pol (zweiter Permanentmagnet 56b), einen N-Pol (dritter Permanentmagnet 56c) und einen S-Pol (vierter Permanentmagnet 56d). In diesem Fall sind Kombinationen des N-Pols und des S-Pols an den magnetischen Werkstückanziehungsflächen in zwei Paaren ausgebildet. Die magnetischen Polflächen sind so exponiert, dass der N-Pol und der S-Pol, die unterschiedliche Polaritäten aufweisen, nebeneinander liegen.
Auf der Seite der Halteflächen, die durch das Joch 64 gehalten werden, sind umgekehrt zu der obigen Gestaltung im Uhrzeigersinn ein S-Pol (erster Permanentmagnet 56a), ein N-Pol (zweiter Permanentmagnet 56b), ein S-Pol (dritter Permanentmagnet 56c) und ein N-Pol (vierter Permanentmagnet 56d) in dieser Reihenfolge nebeneinander aufgereiht.
Die erste Zugstange 54a ist an einer äußeren Umfangsseite eines Übergangsbereichs zwischen dem ersten Permanentmagneten 56a und dem zweiten Permanentmagneten 56b positioniert, oder anders ausgedrückt an einer äußeren Umfangsseite eines Übergangsbereichs zwischen dem N-Pol (erster Permanentmagnet 56a) und dem S-Pol (zweiter Permanentmagnet 56b) an der magnetischen Werkstückanziehungsfläche. In der gleichen Weise sind die zweite Zugstange 54b, die dritte Zugstange 54c und die vierte Zugstange 54d jeweils an äußeren Umfangsseiten eines Übergangsbereichs zwischen dem zweiten Permanentmagnet 56b und dem dritten Permanentmagnet 56c an einer äußeren Umfangsseite eines Übergangsbereichs zwischen dem dritten Permanentmagneten 56c und dem vierten Permanentmagneten 56d beziehungsweise an einer äußeren Umfangsseite eines Übergangsbereichs zwischen dem vierten Permanentmagneten 56d und dem ersten Permanentmagneten 56a angeordnet.
Schließlich sind die ersten bis vierten Zugstangen 54a bis 54d an Übergangsbereichen zwischen magnetischen Polen an der magnetischen Werkstückanziehungsfläche vorgesehen.
Weil die ersten bis vierten Zugstangen 54a bis 54d aus einem ferromagnetischem Material bestehen, werden die magnetischen Kräfte von den ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d auch auf die ersten bis vierten Zugstange 54a bis 54d ausgeübt. Im Einzelnen werden Anziehungskräfte zwischen den ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d und den ersten bis vierten Zugstangen 54a bis 54d generiert.
Da, wie oben beschrieben wurde, gegenseitige Anziehungskräfte zwischen den ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d und den ersten bis vierten Zugstangen 54a bis 54d auftreten, werden die ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d an einer Rotation gehindert. Letztlich wirken die ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d dahingehend, dass sie eine Rotation des Kolbens 58 und des Jochs 64 stoppen. Auf diese Weise kann durch die ersten bis vierten Zugstangen 54a bis 54d, die der Ausbildung des Gehäuses 20 dienen, das Rotationsdrehmoment der ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d im Wesentlichen gleich Null gemacht werden.
Wenn die ersten bis vierten Zugstangen 54a bis 54d in der oben beschriebenen Weise positioniert sind, wird das Rotationsdrehmoment, das in dem ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d generiert wird auf ein Minimum reduziert. Anders ausgedrückt kann das Stoppen der Rotation noch effizienter umgesetzt werden.
Wie oben beschrieben wurde, werden die ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d in dem Joch 64 gehalten (vgl. 3). Im Einzelnen umfasst das Joch 64 den Flansch 66 mit großem Durchmesser und einen Schaft 68 mit kleinem Durchmesser. Die ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d werden an dem Flansch 66 durch ihre eigene Magnetkraft gehalten oder durch Verbindungselemente, wie Bolzen oder dergleichen. Der Flansch 66 und der Schaft 68 sind integral in dem Joch 64 ausgebildet (aus demselben Element). Da das Joch 64 aus einem ferromagnetischem Metall, wie Gusseisen (einem Material entsprechend SS400) besteht, ist es möglich, dass die ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d magnetisch zu dem Flansch 66 angezogen werden.
Die Dicke des Flansches 66 wird beispielsweise im Bereich von 10 mm eingestellt. Der Flansch 66 dient als ein Sicherheits- oder Backup-Joch. Außerdem ist an einer Seitenwand des Flansches 66 ein Verschleißring 70 vorgesehen. Durch den Verschleißring 70 wird das Auftreten eines Verschiebens oder Schlupfes des Zentrums des Flansches 66 relativ zu dem Zentrum der ersten Gleitöffnung 22 vermieden, und der Flansch 66 und durch dessen Verlängerung das Joch 64 werden entlang des Inneren der ersten Gleitöffnung 22 geführt.
Andererseits ist an der oberen Endfläche des Flansches 66 eine ringförmige Aussparung oder Vertiefung 72 ausgebildet, die zu der Seite der unteren Endfläche zurückgesetzt ist. Außerdem ist ein Bolzenloch 76, in welches ein Verbindungsbolzen 74 eingeschraubt wird, an dem oberen Ende des Schaftes 68 ausgebildet.
Das Plattenelement 42 ist zwischen dem Kolben 58 und den ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d (dem Flansch 66 des Joches 64) angeordnet. Zu diesem Zweck ist ein Einsetzloch 78 im Wesentlichen im Zentrum des Plattenelements 42 als Durchgangsöffnung ausgebildet, um dem Schaft 68 des Joches 64 einen Durchtritt zu ermöglichen. Selbstverständlich ist der Innendurchmesser des Einsetzloches 78 kleiner als der Außendurchmesser des Kolbens 58.
Außerdem ist an einer unteren Endfläche des Plattenelements 42 ein scheibenförmiger Vorsprung 80 ausgebildet, der zu dem Flansch 66 vorsteht. Wenn der Kolben 58, das Joch 64 und die ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d an dem oberen Totpunkt positioniert sind (vgl. 3), der einem Verschiebungsendpunkt entspricht, tritt der scheibenförmige Vorsprung 80 in die ringförmige Vertiefung 72, die in dem Flansch 66 des Joches 64 ausgebildet ist.
Eine breite zweite Ringnut 82 ist in einer oberen Endfläche des Plattenelements 42 ausgebildet. Ein ringförmiger erster Dämpfer 84 ist in der zweiten Ringnut 82 aufgenommen. Eine untere Endfläche des Kolbens 58 schlägt bei Erreichen des unteren Totpunktes, der einem anderen Verschiebungsendpunkt entspricht, an dem ersten Dämpfer 84 an (vgl. 4).
Außerdem ist an dem Plattenelement 42 in der Nähe des Einsetzloches 78 eine Verbindungsnut 85 ausgebildet, die eine Verbindung zwischen der ersten mittleren Kammer 24 und der zweiten mittleren Kammer 60 ermöglicht. Durch die Verbindungsnut 85 ist es möglich, dass sich Druckluft aus der ersten mittleren Kammer 24 in die zweite mittlere Kammer 60 bewegt, oder dass sich Druckluft aus der zweiten mittleren Kammer 60 in die erste mittlere Kammer 24 bewegt.
Eine obere Endfläche des Schafts 68, der durch das Einsetzloch 78 des Plattenelements 42 eingesetzt wurde, wird in ein Einsetzloch 86, das in einer unteren Endfläche des Kolbens 58 ausgebildet ist, eingesetzt. In dem Kolben 58 ist von dessen oberer Endfläche ein Bolzensackloch 88 zu dem Einsetzloch 86 hin ausgebildet. Der Verbindungsbolzen 74, der in dem Bolzensackloch gestoppt ist, wird in das Bolzenloch 76 eingeschraubt. Hierdurch werden der Kolben 58 und das Joch 64 miteinander verbunden, und die ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d werden durch das Joch 64 indirekt an dem Kolben 58 gehalten.
An einer Seitenwand des Kolbens 58 ist ein drittes Dichtelement 90 vorgesehen. Ein Bereich zwischen dem Kolben 58 und dem Zylinderrohr 14 wird durch das dritte Dichtelement 90 abgedichtet. Im Einzelnen wird Druckluft in der oberen Kammer 62 an einer Leckage zwischen der Seitenwand des Kolbens 58 und einer Innenwand der zweiten Gleitöffnung 38 des Zylinderrohres 14 in die zweite mittlere Kammer 60 gehindert. Aus dem gleichen Grund wird Luft in der zweiten mittleren Kammer 60 an einem Austritt (Leckage) in die obere Kammer 62 gehindert.
Eine breite dritte Ringnut 92 ist an einer oberen Endfläche des Kolbens 58 ausgebildet. Ein ringförmiger zweiter Dämpfer 94 ist in der dritten Ringnut 92 aufgenommen. Wenn der Kolben 58 einen oberen Totpunkt erreicht, schlägt der zweite Dämpfer 94 an der unteren Endfläche des Eintrittselements 44 der Kopfabdeckung 18 an (vgl. 3).
Der magnetische Halter 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist im Wesentlichen in der oben beschriebenen Weise aufgebaut. Als nächstes werden die Betriebsweise und vorteilhafte Wirkungen bei der Betätigung des magnetischen Halters 10 beschrieben.
Der magnetische Halter 10 wird beispielsweise an einem distalen Ende eines nicht dargestellten Roboterarms angebracht. Indem der Roboter bestimmte Operationen durchführt, werden außerdem wie in 3 gezeigt die magnetischen Werkstückanziehungsflächen der ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d so angeordnet, dass sie dem Werkstück 12 zugewandt sind. Zu dieser Zeit werden der Kolben 58, das Joch 64 und die ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d an einem oberen Totpunkt positioniert. Zu diesem Zeitpunkt werden dementsprechend die magnetischen Kräfte der ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d nicht auf das Werkstück 12 aufgebracht.
Als nächstes wird von dem Zufuhr- und Ablassmechanismus durch den zweiten Anschluss 50 Druckluft der oberen Kammer 62 zugeführt. Die Druckluft presst den Kolben 58 von dessen oberer Endfläche her. Gleichzeitig wird durch die Wirkung des Zufuhr- und Ablassmechanismus Druckluft durch den ersten Anschluss 37 aus der unteren Kammer 23 abgelassen. Die Druckluft verschiebt sich durch die Verbindungsnut 85 aus der zweiten mittleren Kammer 60 in die erste mittlere Kammer 24. Außerdem tritt die Druckluft aus der ersten mittleren Kammer 24 zwischen der Seitenwand des Flansches 66 und der Innenwand der ersten Gleitöffnung 22 hindurch und verschiebt sich in die untere Kammer 23. Anschließend wird die oben genannte Druckluft ebenfalls durch den ersten Anschluss 37 abgelassen.
Der Kolben 58, welcher den Druck von der Druckluft in der oberen Kammer 62 aufgenommen hat, wird in einer Richtung verschoben, in welcher er sich dem Plattenelement 42 annähert (er sinkt ab). Da die untere Kammer 23, die erste mittlere Kammer 24 und die zweite mittlere Kammer 60 unter Unterdruck stehen, lässt sich der Kolben 58 leicht verschieben.
Gleichzeitig mit dem Absinken des Kolben 58 werden auch das Joch 64, das mit dem Kolben 58 verbunden ist, und die ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d, die mit dem Joch 64 verbunden sind, abgesenkt. Hierdurch nähern sich die ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d dem Werkstück 12 an. Schließlich erreichen der Kolben 58, das Joch 64 und die ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d einen unteren Totpunkt, so dass der in 4 gezeigte Zustand hergestellt wird.
Wenn der Kolben 58 den unteren Totpunkt erreicht, tritt der Kolben 58 in Anlage gegen den ersten Dämpfer 84, der an dem Plattenelement 42 vorgesehen ist. Vibrationen oder Kollisionen, die zum Zeitpunkt des Anschlags auftreten, werden durch den ersten Dämpfer 84 gedämpft oder gepuffert, so dass eine Vibration des magnetischen Halters 10 ausreichend vermieden werden kann. Da eine Beschädigung des Kolbens 58 oder des Plattenelements 42 vermieden wird, lässt sich außerdem die Haltbarkeit des magnetischen Halters 10 verbessern.
Wenn die ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d den unteren Totpunkt erreichen, werden ihre magnetischen Kräfte auf das Werkstück 12 ausgeübt, weil ihre jeweiligen magnetischen Werkstückanziehungsflächen ausreichend nah an dem Werkstück 12 positioniert werden. Im Einzelnen wird das Werkstück 12 durch die magnetischen Kräfte der ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d angezogen und das Werkstück 12 wird durch den Bodenwandabschnitt der Magnetabdeckung 16 zu den ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d angezogen und durch diese gehalten. Weil der Flansch 66 des Jochs 64 als ein Backup-Joch dient, wird das Werkstück 12 außerdem noch besser angezogen und gehalten.
Da die magnetische Abdeckung 16 aus einem paramagnetischem Metall besteht, kann die Magnetabdeckung 16 nicht als ein Joch dienen. Im Einzelnen tritt das Joch nicht zwischen die ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d und das Werkstück 12. Dadurch wird das Ausüben eines Einflusses auf die Bildung des magnetischen Weges zwischen den ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d und dem Werkstück 12 vermieden.
Da das Dämpfungselement 28 aus Gummi an der unteren Endfläche der Magnetabdeckung 16 vorgesehen ist, werden bei der magnetischen Anziehung des Werkstücks 12 zu der Bodenwand der Magnetabdeckung 16 Belastungen, die auf die Magnetabdeckung 16 und über dieses auf den magnetischen Halter 10 wirken, gelindert. Dementsprechend kann ein Vibrieren des magnetischen Halters 10 ausreichend vermieden werden, wobei gleichzeitig eine Beschädigung der Magnetabdeckung 16 oder der ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d vermieden wird.
In den 5A und 5B sind ein magnetischer Fluss, der beim Stand der Technik auftritt, bei dem die magnetische Werkstückanziehungsfläche lediglich ein Pol eines N-Pols ist, und ein Bereich, in dem eine magnetische Sättigung auftritt, schematisch dargestellt. In diesem Fall tritt der magnetische Fluss, der von dem N-Pol der magnetischen Werkstückanziehungsfläche beginnt, durch das Innere des Werkstücks 12 und wird zu dem S-Pol an der hinteren Fläche gerichtet. Der Bereich, in dem magnetische Sättigung aufgetreten ist, hat eine im Wesentlichen kreisförmige Gestalt.
Andererseits sind die 6A und 6B schematische Ansichten, die einen magnetischen Fluss zeigen, der auftritt, wenn eine Kombination eines N-Pols und eines S-Pols als ein Paar an der magnetischen Werkstückanziehungsfläche ausgebildet ist, und einen Bereich, in dem magnetische Sättigung auftritt, zeigen. Bei dieser Konfiguration tritt der magnetische Fluss, der von dem N-Pol einer magnetischen Werkstückanziehungsfläche ausgeht, durch das Innere des Werkstücks 12 und wird zu einem S-Pol neben der Werkstückanziehungsfläche gerichtet und zu einem S-Pol an dessen hinteren Außenfläche. Außerdem tritt der magnetische Fluss, der von dem N-Pol ausgeht, welcher an der hinteren Fläche der magnetischen Anziehungsfläche positioniert ist, durch das Innere des Werkstücks 12 hindurch und wird zu einem S-Pol der Werkstückanziehungsfläche gerichtet, wobei er gleichzeitig durch das Innere des Joches 64 hindurchtritt und zu dem S-Pol an der hinteren Fläche der magnetischen Werkstückanziehungsfläche gerichtet wird. Dementsprechend tritt die magnetische Sättigung abgesehen davon, dass sie kreisförmig ist, auch an einer Position entlang des Durchmessers auf.
7 ist eine schematische Ansicht, die einen magnetischen Fluss zeigt, der auftritt, wenn eine Kombination eines N-Pols und eines S-Pols als zwei Paare an der magnetischen Werkstückanziehungsfläche ausgebildet ist, und einen Bereich, in welchem magnetische Sättigung auftritt. In diesem Fall tritt die magnetische Sättigung abgesehen von ihrer kreisförmigen Gestalt auch an Positionen entlang zweier Durchmesser auf. Im Vergleich zu der oben beschriebenen Konfiguration, wenn eine Kombination von N-Polen und S-Polen gebildet wird, versteht es sich, dass die Menge des magnetischen Flusses, der durch das Innere des Werkstücks 12 hindurchtritt, größer wird.
8 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Außendurchmessern der Permanentmagneten und den dadurch generierten Anziehungskräften zeigt, wobei ein magnetischer Halter, bei dem ein einzelner Permanentmagnet verwendet wird und die magnetische Werkstückanziehungsfläche einen einzelnen darauf ausgebildeten N-Pol aufweist (
-Linie (schwarzes Viereck)), ein magnetischer Halter, bei dem zwei Permanentmagneten verwendet werden und die magnetische Werkstückanziehungsfläche einen N-Pol und einen S-Pol aufweist, wobei eine Kombination eines N-Pols und eines S-Pols als ein Paar darauf ausgebildet ist (
-Linie (schwarze Raute)), und ein magnetischer Halter 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, bei dem vier Permanentmagneten der ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d verwendet werden und die magnetische Werkstückanziehungsfläche eine Kombination von N-Polen und S-Polen aufweist, die darauf als zwei Paare ausgebildet sind (
-Linie (schwarzes Dreieck)), gezeigt werden. Es versteht sich, dass die Materialien und Haltekräfte der Permanentmagneten bei jedem der magnetischen Halter und die Gesamtdimensionen der Permanentmagneten jeweils gleich sind.
Es ergibt sich auch aus 8, dass dann, wenn die Zahl der magnetischen Pole an den magnetischen Werkstückanziehungsflächen zunimmt, die Anziehungskraft größer wird. Insbesondere wenn der Außendurchmesser der Permanentmagnete insgesamt 20 mm übersteigt, oder wenn die Dicke des Werkstücks 12 klein wird, wird der Unterschied der Anziehungskräfte betont. Aus dieser Tatsache wird deutlich, dass durch Ausbilden der Kombination der N-Pole und der S-Pole an der magnetischen Werkstückanziehungsfläche als ein Paar oder mehr und insbesondere zwei Paare oder mehr eine ausreichende Anziehungskraft erreicht wird, so dass selbst dann, wenn das Werkstück 12 aus einer dünnen Stahlplatte besteht und ein schweres Objekt ist, dieses angezogen und gehalten werden kann. Wie oben beschrieben wurde, kommt dies daher, dass durch die Kombination von N-Polen und S-Polen, die auf der magnetischen Werkstückanziehungsfläche ausgebildet sind, die Größe des magnetischen Flusses, der durch das Innere des Werkstücks 12 hindurchtritt, größer wird.
Wie oben angemerkt wurde, wird durch die Kombination von N-Polen und S-Polen, die auf der magnetischen Werkstückanziehungsfläche ausgebildet sind, die Anziehungskraft auf das Werkstück 12 größer. Insbesondere ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Kombination von N-Polen und S-Polen in zwei Paaren auf der magnetischen Werkstückanziehungsfläche ausgebildet. Dadurch wird eine ausreichende Anziehungskraft erreicht.
Wird angenommen, dass die Materialien und Eigenschaften der Permanentmagnete gleich sind, kann dementsprechend bei der vorliegenden Ausführungsform und bei gleichen Außendurchmessern die Anziehungskraft auf das Werkstück 12 erhöht werden. Dies bringt mit sich, dass Werkstücke 12 mit deutlich größerem Gewicht angezogen und gehalten werden können.
Wenn alternativ die Anziehungskraft gleich bleiben soll, können die Permanentmagneten insgesamt mit kleinerem Durchmesser gestaltet werden. Anders ausgedrückt kann der magnetische Halter 10 kompakt und in geringerer Größe ausgestaltet werden.
Anschließend werden das distale Armende und der magnetische Halter 10 zu geeigneten Positionen bewegt, indem der Roboter vorbestimmte Operationen durchführt. Hierbei wird auch das Werkstück 12 bewegt.
Als nächstes wird durch den Zufuhr- und Ablassmechanismus die Druckluft von der oberen Kammer 62 durch den zweiten Anschluss 50 abgelassen. Gleichzeitig wird Druckluft von den Zufuhr- und Ablassmechanismus durch den ersten Anschluss 37 in die untere Kammer 23 eingeführt. Ein Teil der Druckluft tritt zwischen dem Flansch 66 und der Seitenwand der ersten Gleitöffnung 22 in die erste Zwischenkammer 24 ein und tritt außerdem durch die Verbindungsnut 85 hindurch und in die zweite Zwischenkammer 60 ein. Wenn der Flansch 66 des Joches 64 den Druck von der Druckluft in der unteren Kammer 23 aufnimmt, nimmt dementsprechend auch gleichzeitig der Kolben 58 ebenfalls den Druck von der Druckluft in der ersten mittleren Kammer 24 auf. Da die obere Kammer 62 unter Unterdruck gesetzt ist, wird der Kolben 58 in einer Richtung verschoben, in der er sich von dem Plattenelement 42 entfernt (er steigt an).
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das dritte Dichtelement 90 an der Seitenwand des Kolbens 58 vorgesehen. Im Einzelnen ist kein Dichtelement zwischen dem Joch 64 und der Innenwand der zweiten mittleren Kammer 60 vorgesehen. Bei dem oben beschriebenen Prozess ist daher das Element, welches die Druckkraft der der oberen Kammer 62 zugeführten Druckluft und die Druckkraft des Gases, das sich in die zweite mittlere Kammer 60 bewegt hat, aufnimmt, in beiden dieser Fälle der Kolben 58. Obwohl ein Bereich, der durch den Schaft 68 abgedeckt wird, an der unteren Endfläche des Kolbens 58 existiert, nimmt außerdem auch der Flansch 66 den Druck der Druckluft auf. Im Einzelnen sind die Druckaufnahmefläche beim Absinken des Kolbens 58 und die Druckaufnahmefläche beim Ansteigen des Kolbens 58 im Wesentlichen gleich. Dementsprechend kann eine Verringerung des Schubes, der zum Anheben des Kolbens benötigt wird, vermieden werden.
Dem angehobenen Kolben 58 folgend werden auch das Joch 64 und die ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d integral mit diesem angehoben. Im Einzelnen werden die ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d physisch von dem Werkstück 12 getrennt, und als Folge hieraus können die magnetischen Kräfte der ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d nicht mehr auf das Werkstück 12 ausgeübt werden. Dementsprechend wird das Werkstück 12 von der Belastung durch die Magnetkraft der ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d freigegeben.
Der Kolben 58, das Joch 64 und die ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d kommen schließlich an dem oberen Totpunkt an. Mit anderen Worten wird der in 3 gezeigt Zustand wieder hergestellt.
Wenn der Kolben 58 den oberen Totpunkt erreicht, tritt der scheibenförmige Vorsprung 80 des Plattenelements 42 in die in dem Flansch 66 des Jochs 64 ausgebildete ringförmige Vertiefung 72 ein. Außerdem schlägt der zweite Dämpfer 94, der an dem Kolben 58 vorgesehen ist, an dem Eintrittselement 44 der Kopfabdeckung 18 an. Vibrationen oder Kollisionen, die beim Anschlagen auftreten, werden durch den zweiten Dämpfer 94 gedämpft und gepuffert. Daher werden Vibrationen des magnetischen Halters ausreichend verringert. Da eine Beschädigung des Kolbens 58 oder der Kopfabdeckung 18 vermieden wird, kann außerdem die Haltbarkeit des magnetischen Halters 10 verbessert werden.
Während des Ablaufs des oben beschriebenen Prozesses wird außerdem eine Rotation der ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d verhindert. Wie oben angemerkt wurde, liegt dies daran, dass die ersten bis vierten Zugstangen 54a bis 54d in der Nähe der ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d angeordnet sind. Da die Rotation der ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d auf diese Weise eingeschränkt wird, kann beispielsweise eine Änderung der magnetischen Flussdichte in der Nähe des Autoschalters vermieden werden. Dementsprechend kann auch das Auftreten von Fehlfunktionen des Autoschalters, die durch eine Änderung der magnetischen Flussdichte bewirkt würden, ebenfalls vermieden werden.
Die ersten bis vierten Zugstangen 54a bis 54d dienen als Elemente, welche die Kopfabdeckung 18, das Zylinderrohr 12 und die Magnetabdeckung 16 fest aneinander befestigen, um dadurch das Gehäuse 20 zu bilden. Da die Rotation der ersten bis vierten Permanentmagneten 56a bis 56d verhindert wird, besteht außerdem keine Notwendigkeit, andere Elemente zu diesem Zweck vorzusehen. Dementsprechend wird eine Erhöhung der Teilezahl vermieden. Gleichzeitig kann der magnetische Halter 10 kompakt gebaut werden, wobei er außerdem Kostenvorteile aufweist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht besonders auf die oben beschriebene Ausführungsform eingeschränkt und verschiedene Modifikationen können an ihr vorgenommen werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Wie in 9 gezeigt ist, können beispielsweise zwei oder mehr U-förmige Permanentmagneten 100 kombiniert werden (in 9 sind drei gezeigt), und zwei oder mehr der N-Pole und zwei oder mehr der S-Pole können an der magnetischen Werkstückanziehungsfläche vorgesehen sein. Abgesehen von einer solchen Kombination können die U-förmigen Permanentmagneten 100 (in 10 sind zwei dargestellt) so kombiniert werden, dass ihre magnetischen Polflächen so aufgereiht sind, wie es in 10 gezeigt und von unten gesehen ist.
Außerdem kann, wie in 11 gezeigt ist, eine Kombination von drei oder mehr stangenförmigen Magneten 102 (in 11 sind drei gezeigt) in einer sogenannten Halbach-Reihe (Halbach Array) ausgebildet sein, und eine Kombination einer Gruppe von N-Polen und S-Polen kann an der Werkstückanziehungsfläche vorgesehen sein.
Obwohl bei der oben beschriebenen Ausführungsform mehrere Permanentmagneten verwendet werden, kann auch ein einzelner Permanentmagnet eingesetzt werden, der hergestellt wird, indem er so magnetisiert wird, dass eine Anordnung von N-Polen und S-Polen in zwei oder mehr Paaren an der magnetischen Werkstückanziehungsfläche vorliegt.
Als ein Beispiel eines solchen Permanentmagneten wird, wie in 12 gezeigt ist, die Magnetisierung eines bestimmten Objektes, beispielsweise eines zylindrischen Körpers 98, so durchgeführt, dass die Orientierung der magnetischen Pole U-förmig ausgestaltet wird. Ein solcher Permanentmagnet kann dadurch hergestellt werden, dass ein U-förmiger Magnet sehr nahe an eine Bodenfläche des zylindrischen Körpers 98 gebracht wird. Dadurch werden ein N-Pol und ein S-Pol an der Bodenfläche ausgebildet. Im Einzelnen wird die eine Bodenfläche die magnetische Werkstückanziehungsfläche, während in dem Rest der anderen Bodenfläche keine magnetischen Pole ausgebildet werden.
Abgesehen von der Anordnung eines U-förmigen Permanentmagneten sehr nahe an einer Bodenfläche des zylindrischen Körpers 98 oder dergleichen kann außerdem dadurch, dass ein anderer U-förmiger Permanentmagnet sehr nahe zu der anderen Bodenfläche gebracht wird, wie es in 13 gezeigt ist, ein Permanentmagnet hergestellt werden, bei dem ein N-Pol und ein S-Pol an einer Bodenfläche, die als die magnetische Werkstückanziehungsfläche dient, und ein S-Pol und ein N-Pol an der rückseitigen Oberfläche ausgebildet werden. Im Einzelnen wird in diesem Fall die Magnetisierung so durchgeführt, dass die magnetischen Pole senkrecht zu der Werkstückanziehungsfläche gerichtet sind.
Außerdem ist es möglich, den ersten Dämpfer 84 an der unteren Endfläche des Kolbens 58 anzuordnen. Andererseits kann der zweite Dämpfer 94 an der unteren Endfläche des Eintrittselements 44 der Kopfabdeckung 18 angeordnet werden.
Außerdem kann der erste Dämpfer 84 oder der zweite Dämpfer 94 weggelassen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 55-078505 A [0003]
JP 51-102174 [0003]

Claims

Ein magnetischer Halter (10), welcher ein Werkstück (12) mit einer Magnetkraft eines Permanentmagneten (56a bis 56d) anzieht und hält, umfassend: ein Gehäuse (20) mit einem Zylinderrohr (14), in dem eine Gleitöffnung (38) ausgebildet ist, durch welche ein Kolben (58) verschoben wird, und einer Kopfabdeckung (18) die an dem Zylinderrohr (14) angebracht ist und ein Ende der Gleitöffnung (38) verschließt; einem Halteelement (66), das mit dem Kolben (58) verbunden ist und dazu ausgestaltet ist, den Permanentmagneten (56a bis 56d) zu halten; und ein Partitionierungselement (42), das im Inneren des Gehäuses (20) positioniert und fixiert und dazu ausgestaltet ist, im Inneren des Zylinderrohres (14) zusammen mit dem Kolben (58) eine innere Kammer auszubilden; wobei der magnetische Halter (10) außerdem wenigstens einen ersten Dämpfer (84) und einen zweiten Dämpfer (94) aufweist, wobei der erste Dämpfer (84) an dem Partitionierungselement (42) oder dem Kolben (58) angeordnet und dazu ausgestaltet ist, Vibrationen zu dämpfen, wenn der Kolben (58) an dem Partitionierungselement (42) anschlägt, und wobei der zweite Dämpfer (94) an dem Kolben (58) oder der Kopfabdeckung (18) vorgesehen und dazu ausgestaltet ist, Vibrationen zu dämpfen, wenn der Kolben (58) an der Kopfabdeckung (18) anschlägt.
Der magnetische Halter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (58) und das Halteelement (66) über einen Schaft (68) verbunden sind, der einen kleineren Durchmesser hat als der Kolben (58), wobei das Partitionierungselement (42) zwischen dem Kolben (58) und dem Halteelement (66) positioniert und fixiert ist, und wobei eine Einsetzöffnung (78), durch welche der Schaft (68) eingesetzt ist, in dem Partitionierungselement (42) ausgebildet ist.
Der magnetische Halter (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltelement (66) und der Schaft (68) einstückig aus demselben Element (64) geformt sind.
Der magnetische Halter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (64) mit dem Halteelement (66) ein Joch (64) ist.
Der magnetische Halter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kombination eines N-Pols und eines S-Pols als ein Paar oder mehrere Paare an einer magnetischen Werkstückanziehungsfläche des Permanentmagneten (56a bis 56d) vorgesehen ist, wobei die magnetische Werkstückanziehungsfläche dem Werkstück (12) zugewandt ist.
Der magnetische Halter (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderrohr (14) und die Kopfabdeckung (18) durch ein Verbindungselement (54a bis 54d) aus einem ferromagnetischen Metall verbunden werden, und dass das Verbindungselement (54a bis 54d) dazu ausgestaltet ist, als ein Rotationsverhinderungselement zu dienen, welches eine Rotation des Permanentmagneten (56a bis 56d) verhindert.
Der magnetische Halter (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (54a bis 54d) an einem Übergangsbereich zwischen dem N-Pol und dem S-Pol vorgesehen ist, die nebeneinander auf der magnetischen Werkstückanziehungsfläche angeordnet sind.
Der magnetische Halter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Seitenwand des Kolbens (58) ein Dichtelement (90) vorgesehen ist und dass ein Bereich zwischen dem Kolben (58) und dem Zylinderrohr (14) durch das Dichtelement (90) abgedichtet wird.