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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur veränderbaren Verformung von Handhabungsgeräten, Werkzeugen und anderen mechanischen Konstruktionen, um mit diesen insbesondere Greiffunktionen in der Automatisierungstechnik wahrzunehmen, um Matrizen für spanlose Formgebungsprozesse herzustellen und/oder um prothetische Funktionen zu erfüllen, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist. Mit der Erfindung können auch Verformungen und damit Funktionen im Bereich der Nanotechnologie realisiert werden.
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Aus der Automatisierungstechnik sind die verschiedensten Handhabungsgeräte bekannt, die über Elemente verfügen, die elektronisch, elektromagnetisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder mechanisch angetrieben, entsprechende Funktionen erfüllen können. Zu den elektromagnetischen Antriebsystemen gehören solche mit einem rotierenden Magnetfeld oder einem fortschreitenden Magnetfeld, bekannt als Rotationsmotor oder Linearmotor.
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Aus der
DE 23 45 856 A1 ist weiter ein Antrieb für einen Hantierautomaten bekannt, bei dem Glieder einer Gliederkette miteinander gelenkig verbunden sind. Zwischen den Gliedern sind Druckissen angeordnet, die mit einem Fluid befüllbar sind, mit der Folge, dass sich die Position der Gelenke zueinander verändert. Auf diese Weise können Bewegungen der Gliederkette im Raum und damit Hantierfunktionen mit anderen Gegenständen vollzogen werden.
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Nachteilig sind insbesondere die begrenzten Veränderungsmöglichkeiten infolge der eingesetzten Druckkissen und die zentrale Bereitstellung der Druckluft für die Druckluftkissen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Handhabungsgeräte, Werkzeuge oder andere mechanische Konstruktionen veränderbar verformbar auszubilden, wobei die Verformungskräfte vor Ort erzeugbar und bereitstellbar sind.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Vorrichtungsanspruches 1 und dem Verfahrensanspruch 18. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß eine Anordnung zur veränderbaren Verformung von Handhabungsgeräten, Werkzeugen oder anderen mechanischen Konstruktionen mindestens aufweisend einen mindestens gegenüber einer Ebene elastisch verformbaren Grundkörper oder gegenüber der mindestens einen Ebene verstellbare Glieder eines Grundkörpers und auf oder in dem Grundkörper oder den Gliedern zueinander beabstandet angeordnete Platten, Stifte und/oder Streifen, die den Grundkörper bzw. dessen Glieder mindestens in eine gemeinsame Richtung überragen, wobei es sich bei den Platten, Stiften und/oder Steifen um Elektromagnete handelt oder um Platten, Stifte und/oder Steifen aus magnetisierbaren oder elektrisch aufladbaren Materialen, deren Polung bzw. Kopfpolung jeweils steuerbar ist und mindestens deren Biegesteifigkeit und deren Befestigung auf und/oder in dem Grundkörper oder dessen Gliedern so aufeinander abgestimmt sind, dass eine Bewegung des vom Grundkörper entfernt befindlichen Kopfes der Platten, der Stifte und/oder der Streifen zu einer elastischen Verformung des Grundkörpers oder zu einer Verstellung der Glieder des Grundkörpers gegenüber der Ebene führen.
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Weist beispielsweise ein ebener Grundkörper senkrecht zur Grundkörperebene angeordnete parallele magnetisierte aufgeladene Platten auf, die im Kopfbereich die gleiche Polung aufweisen, werden sich diese abstoßen und aufgrund ihrer Einspannung in den Grundkörper jeweils ein Moment in den Grundkörper einleiten, das eine Verformung des Grundkörpers bewirkt. Bei ungleicher Polung werden sich die Platten anziehen und ebenfalls jeweils ein Moment in den Grundkörper einleiten, das eine Verformung in eine andere Richtung bewirkt. Analog verhält es sich bei elektrisch unterschiedlich oder gleich aufgeladenen Platten.
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Einspannung bedeutet, den Bedingungen eines mechanisch eingespannten Balkens im Wesentlichen zu genügen, nämlich dass Längs- und Querkräfte sowie Biegemomente übertragbar sind.
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Damit die Momente aus den abstoßenden oder anziehenden Kräften für die Verformung des Grundkörpers nutzbar sind, darf die Biegesteifigkeit der Platten, Stifte und/oder Streifen nicht so klein sein, dass sie die abstoßenden oder anziehenden Kräfte durch Eigenbiegung kompensieren. Die Platten, Stifte und/oder Streifen sollten somit gegenüber dem Grundkörper eine deutlich größere Biegesteifigkeit aufweisen, d. h., möglichst starr sein.
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Wesentlich sind auch die Längen (L) der Platte, der Stifte und/oder der Streifen, das Maß, mit dem diese den Grundkörper überragen. Je größer diese Länge (L) ist, je kleiner kann die abstoßende bzw. anziehende Kraft sein, um eine Verformung des Grundkörpers zu erreichen.
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Erfindungsgemäß sind auch unterschiedliche Längen (L) der Platten, der Stifte und/oder der Streifen vorgesehen.
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Platten oder Streifen haben gegenüber Stiften den Vorteil, dass sie eine sichere Momenteinleitung in den Grundkörper garantieren, während sich Stifte verdrehen können, was zu Veränderungen gegenüber den gewollten Verformungen führen kann.
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Platten schließen hier Scheiben mit ein.
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Bei den Grundkörpern handelt es sich bevorzugt um Stäbe, um band- oder streifenförmige Körper, um Platten und Scheiben, aber auch um durch Gelenke verbundene Glieder z. B. einer Kette.
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Die Grundkörper können eben sein oder auch eine Vorverformung aufweisen. Insoweit schließt der Begriff „Verformung oder Verstellung gegenüber der Ebene” sowohl Verformungen/Verstellungen aus einem ebenen Zustand als auch aus einem vorverformten Zustand ein.
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Die Platten, Stifte und/oder Streifen sind bevorzugt einreihig oder mehrreihig auf oder in dem Grundkörper angeordnet. Die Anordnung kann auch zugeschnitten auf das Erzielen spezieller Verformungen vorgenommen sein, z. B. eine wellenförmige Anordnung der Platten, Stifte und/oder Streifen.
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Die Bewegung der vom Grundkörper entfernt befindlichen Köpfe der Platten, Stifte und/oder Streifen in Form einer seitlichen Auslenkung ist das Resultat des gesteuerten Wechsels der Polung bzw. der Kopfpolung der einzelnen Platten, Stifte und/oder Streifen, indem bei gleicher Polung sich diese abstoßen und bei ungleicher Polung anziehen. Bei den Polungen kann es sich um magnetische (N, S) oder elektrische (+, –) handeln. Elektrische Aufladungen haben besondere Bedeutung im Bereich den Nanotechnologie.
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Da die magnetische und elektrische Feldstärke der Platten, Stifte oder Streifen bei einer bevorzugten Ausführung einstellbar ist, lassen sich auch Kombinationen zwischen anziehenden und abstoßenden Kräften herstellen.
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Ein gewollter Verformungsradius (R) ist auch erreichbar durch die Einstellbarkeit der Länge (L) und/oder des Abstandes (A) der Platten, Stifte oder Streifen zueinander, nämlich dann, wenn die Platten, Stifte oder Streifen sich infolge der Anziehung berühren.
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Der Abstand (A) benachbarter Platten, Stifte oder Streifen kann gleich oder auch unterschiedlich groß sein.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass die Platten, Stifte und/oder die Streifen den Grundkörper bzw. dessen Glieder in zwei gegenüberliegende Richtungen überragen. Verformungskräfte können so beidseitig auf den Grundkörper oder dessen Glieder einwirken und sich verstärken oder reduzieren.
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Die Platten, Stifte oder Streifen sind in den Grundkörper oder in die Glieder des Grundkörpers mit ihrem dem Kopf gegenüberliegenden Ende fest eingelassen, im mechanischen Sinn eingespannt, oder werden von Aufnahmen des Grundkörpers aufgenommen.
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Die Stifte können in den Grundkörper oder in die Glieder des Grundkörpers auch einschraubbar angeordnet sein. Bei einer bevorzugten Ausführung ist pro Glied des Grundkörpers eine Platte, ein Stift oder ein Streifen angeordnet.
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Die Platten oder Streifen können auch U-förmig und/oder V-förmig ausgebildet sein.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Grundkörper oder der Grundkörper und die Platten, Stifte oder Streifen ein Hüllmaterial aufweisen. Durch dessen Oberfläche lassen sich z. B. nach außen wirkende haptische Empfindungen oder andere Eigenschaften erzielen, die der Grundkörper sonst nicht hergibt.
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Die Steuerung der Polung und/oder der Feldstärken erfolgt bevorzugt programmgesteuert. Von Vorteil ist es dabei, wenn die Verformungen oder auch andere Parameter wie z. B. Verformungskräfte/-momente durch Sensoren erfasst und dahingehend analysiert werden, ob die gewünschte programmierte Verformung auch tatsächlich vollzogen wird. Abweichungen von einem Sollzustand lassen sich so korrigieren oder Sollzustände optimieren.
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Desweiteren sieht eine Ausgestaltung vor, dass am Grundkörper Drucksensoren angeordnet sind zur Erfassung des vom Grundkörper infolge seiner Verformung auf einen dritten Körper ausgeübten Druckes. In Auswertung dieser Druckmessung kann die Verformung des Grundkörpers erhöht oder begrenzt werden, um z. B. ein sicheres und zerstörungsfreies Greifen des dritten Körpers zu gewährleisten.
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Das Verfahren zur veränderbaren Verformung von Handhabungsgeräten, Werkzeugen oder anderen mechanischen Konstruktionen mindestens aufweisend einen mindestens gegenüber einer Ebene elastisch verformbaren Grundkörper oder gegenüber der mindestens einen Ebene verstellbare Glieder eines Grundkörpers und auf oder in dem Grundkörper oder den Gliedern zueinander beabstandet angeordnete Platten, Stifte und/oder Streifen, die den Grundkörper bzw. dessen Glieder mindestens in eine gemeinsame Richtung überragen, wobei es sich bei den Platten, Stiften und/oder Steifen um Elektromagnete handelt oder um Platten, Stifte und/oder Steifen aus magnetisierbaren oder elektrisch aufladbaren Materialien, sieht vor, dass durch eine Steuerung der Polung bzw. der Kopfpolung der Platten, Stifte und/oder Steifen abstoßende oder anziehende Kräfte zwischen benachbarten Platten, Stiften und/oder Streifen generiert werden, die als Momente in oder auf den Grundkörper oder die Glieder des Grundkörpers übertragen werden und den Grundkörper verformen oder die Glieder verstellen jeweils gegenüber der Ebene.
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Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:
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1 das Verformungsprinzip,
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2 einen verformten Grundkörper,
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3 verformte Grundkörper
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4 einen Grundkörper mit gegenüberliegenden Platten,
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5 eine eingehüllte Anordnung und
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6 einen Grundkörper aus Gliedern.
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1 zeigt das Verformungsprinzip der Anordnung für veränderbar verformbare Handhabungsgeräte, Werkzeuge oder andere mechanische Konstruktionen.
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Die Anordnung besteht aus einem gegenüber der Ebene 3 elastisch verformbaren Grundkörper 1 und aus auf oder in dem Grundkörper 1 zueinander beabstandet angeordneten Platten, Stiften oder Streifen 4, die den Grundkörper 1 in die gemeinsame Richtung nach oben überragen, wobei es sich bei den Platten, Stiften oder Steifen 4 hier um Elektromagnete handelt, deren Kopfpolung (N, S) jeweils steuerbar ist.
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Dargestellt sind hier zwei Platten, Stifte oder Streifen 4, die mindestens erforderlich sind, um abstoßende oder anziehende Kräfte zu realisieren.
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Die Biegesteifigkeit und die Befestigung der Platten, Stifte oder Streifen 4, die den Grundkörper 1 in die gemeinsame Richtung nach oben überragen, sind so ausgewählt, dass eine Bewegung des vom Grundkörper 1 entfernt befindlichen Kopfes 5 der Platten, der Stifte oder der Streifen 4 zu einer elastischen Verformung des Grundkörpers 1 gegenüber der Ebene 3 führt.
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Die Bewegung der vom Grundkörpers 1 entfernt befindlichen Köpfe 5 der Platten, Stifte oder Streifen 4 ist Resultat des gesteuerten Wechsels der Kopfpolung (N, S) der einzelnen Platten, Stifte oder Streifen 4, indem bei gleicher Kopfpolung (N-N) sich diese abstoßen und bei ungleicher Polung (N-S) sich diese anziehen.
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In beiden Fällen erfolgt eine Verformung mit einem Radius (R), allerdings in entgegengesetzte Richtung. Die Länge (L) und der Abstand (A) der Platten, Stifte oder Streifen (4) sind so einstellbar, dass der gewollte Verformungsradius (R) erreichbar ist.
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Ferner wird gezeigt, dass die Platten, Stifte oder Streifen 4 in den Grundkörper 1 mit ihrem dem Kopf 5 gegenüberliegenden Ende fest eingelassen sind. Stifte 4 können in den Grundkörper 1 auch einschraubbar angeordnet sein.
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Bevorzugt stehen die Platten, Stifte oder Streifen 4 im entmagnetisierten Zustand in einem Winkel α von 90° ± 10° zur Oberfläche des Grundkörpers 1 und zur Ebene 3.
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2 zeigt einen verformten Grundkörper in vier Positionen a)–d). Während in den Darstellungen a) und c) anziehende Kräfte – angedeutet durch die Pfeile – wirksam sind und zu einer Außenwölbung der glatten Seite des Grundkörpers 1 führen, sind es in der Darstellung b) abstoßende Kräfte, die zu einer Innenwölbung der glatten Seite des Grundkörpers 1 führen.
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Die Darstellung d) zeigt die Wirksamkeit von anziehenden und abstoßenden Kräften, was zu einer Innen- und einer Außenwölbung des Grundkörpers 1 führt.
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In der Darstellung c) ist auch erkennbar, dass die Länge (L) und der Abstand (A) zwischen benachbarten Platten, Stiften und/oder Streifen 4 über das Erreichen des Wölbungsradius (R) des Grundkörpers 1 entscheiden kann.
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Kommen benachbarte Platten, Stifte und/oder Streifen 4 in eine Position des Aneinanderliegens, d. h. der Berührung der Köpfe 5, ist der maximal realisierbare Wölbungsradius (R) erreicht.
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Ferner ist aus den Darstellungen c) und d) ersichtlich, dass nicht alle Platten, Stifte oder Streifen 4 des Grundkörpers 1 für die Verformung aktiviert werden müssen.
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Dies trifft hier auf die Platten, Stifte oder Streifen 4 in den Randbereichen der Grundkörper 1 zu, die nicht magnetisiert sind und zwischen denen dann auch keine anziehenden oder abstoßenden Kräfte bestehen. Der ebene Verlauf des Grundkörpers 1 bleibt erhalten.
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In 3 ist ein Grundkörper 1 mit in Reihe und parallel zueinander angeordneten Platten 4 mit u-förmigen Querschnitten in vier Ansichten dargestellt.
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Im Gegensatz zu den vorangegangenen Figuren sind die Platten 4 hier nicht in den Grundkörper 1 eingelassen, sondern dieser besitzt außen in Reihe angeordnete Aufnahmen für die Platten 4. Die Platten 4 werden in diese Aufnahmen eingesteckt.
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4 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung, bei der die Platten, Stifte und/oder Streifen 4 den Grundkörper 1 in zwei gegenüberliegende Richtungen überragen.
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Die Platten, Stifte und/oder Streifen 4 können dabei den Grundkörper 1 durchdringen und/oder auf jeder Seite des Grundkörpers 1 sind gesonderte Platten, Stifte und/oder Streifen 4 angeordnet.
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Der Vorteil einer solchen Lösung mit Platten, Stiften und/oder Streifen 4 auf gegenüberliegenden Seiten des Grundkörpers 1 besteht darin, dass beidseitig in den Grundkörper 1 Verformungskräfte einleitbar sind und die Verformung letztlich durch die Differenz/Addition der Verformkräfte bewirkt wird. So lassen sich feinere Abstimmungen aber auch schnell Verformungen realisieren sowie die Verformungskräfte erhöhen.
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5 zeigt einen Grundkörper 1 mit Platten, Stiften und/oder Streifen 4, wobei der Grundkörper 1 und die Platten, Stifte und/oder Streifen 4 eine gemeinsame Umhüllung aus einem Hüllmaterial 6 aufweisen.
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Durch das Hüllmaterial 6 lassen sich spezielle haptische Eigenschaften realisieren.
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Das Hüllmaterial 6 kann die Anordnung auch gegen aggressive Gase/Flüssigkeiten schützen, d. h. Schutz gegen äußere Einflüsse, oder auch nach außen isolieren z. B. zur Desinfektion im medizinischen Bereich. Dies sollen nur einige Beispiele sein.
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6 zeigt eine Ausführung des Grundkörpers 1 zusammengesetzt aus Gliedern 2, vergleichbar mit einer Fahrrad- oder Panzerkette. Die Glieder 2 sind durch Gelenke 7 miteinander verbunden.
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Jedes Glied 2 weist eine Platte, einen Stift oder einen Streifen 4 auf, die im Wesentlichen senkrecht zur Gliedoberfläche und zur Ebene 3 steht.
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Bei entsprechender Polung (N, S oder +, –) der Platten, Stifte und/oder Streifen 4 oder deren Köpfe 5 ziehen sich diese an oder stoßen sich ab, was in jedem Fall zu einer Verstellung der Glieder 2 zueinander und damit zur Ebene 3 führt.
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Es entsteht hier keine gleichmäßige Krümmung wie beim elastisch verformbaren Grundkörper 1, sondern eine getaktete – gebildet durch die einzelnen sich um die sie verbindenden Gelenke 7 verschwenkenden Glieder 2.
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Natürlich wäre es auch möglich, die Glieder 2 selbst elastisch auszubilden, wodurch sich die Krümmung verfeinern ließe.
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Die erfindungsgemäße Anordnung lässt Verformungen zu, die durch Vorort erzeugte Kräfte bewirkbar sind. Die Verformungen sind optimal steuerbar und durch die Auswahl der Grundkörper 1 und der Platten, Stifte und/oder Streifen 4 an unterschiedlichste Einsatzfälle anpassbar. Die Verformung lässt sich programmgesteuert realisieren und einfach verändern, so dass Bewegungszyklen realisierbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Grundkörper
- 2
- Glieder
- 3
- Ebene
- 4
- Platten, Stifte oder Streifen
- 5
- Kopf
- 6
- Hüllmaterial
- 7
- Gelenke
- L
- Länge der Stifte/Streifen
- A
- Abstand der Platten, Stifte, Streifen
- R
- Verformungsradius
- N
- Nordpol
- S
- Südpol
- +/–
- elektrische Polung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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