DE102019219745A1

DE102019219745A1 - Vacuum gripper

Info

Publication number: DE102019219745A1
Application number: DE102019219745.0A
Authority: DE
Inventors: André Bitter; Frank Meier-Maletz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2021-06-17

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Unterdruckgreifer (10), umfassend
- eine in einem Stützgehäuse (12) angeordnete, volumenveränderliche Saugglocke (26) mit einem am offenen Boden (14) des Stützgehäuses (12) festgelegten Glockenfußring (28) und einem luftdicht mit dem Glockenfußring (28) verbundenen Glockendach (30) sowie
- einen in Axialrichtung gegen das Stützgehäuse (12) abgestützten und axialkraftübertragend mit dem Glockendach (30) verbundenen, motorischen Antrieb (22), wobei das Glockendach (30) mit von mittels des motorischen Antriebs (22) erzeugbare Axialkräften beaufschlagbar ist.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Saugglocke (26) ein sich vollumfänglich erstreckendes, erstes Membrangelenk (32) aufweist, mittels dessen das elastisch ausgebildete Glockendach (30) umstülpbar am Glockenfußring (28) angelenkt ist.

The invention relates to a vacuum gripper (10) comprising
- A variable-volume suction bell (26) arranged in a support housing (12) with a bell base ring (28) fixed on the open bottom (14) of the support housing (12) and a bell roof (30) connected airtight to the bell base ring (28) and
- A motor drive (22) supported in the axial direction against the support housing (12) and connected to the bell roof (30) in an axial force-transmitting manner, the bell roof (30) being able to be acted upon by axial forces that can be generated by means of the motor drive (22).
The invention is characterized in that the suction bell (26) has a fully extending, first membrane joint (32), by means of which the elastically designed bell roof (30) is hinged on the bell base ring (28) so that it can be turned over.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Unterdruckgreifer, umfassend

- eine in einem Stützgehäuse angeordnete, volumenveränderliche Saugglocke mit einem am offenen Boden des Stützgehäuses festgelegten Glockenfußring und einem luftdicht mit dem Glockenfußring verbundenen Glockendach sowie
- einen in Axialrichtung gegen das Stützgehäuse abgestützten und axialkraftübertragend mit dem Glockendach verbundenen, motorischen Antrieb,

wobei das Glockendach mit von mittels des motorischen Antriebs erzeugbare Axialkräften beaufschlagbar ist.The invention relates to a vacuum gripper comprising

a variable-volume suction bell which is arranged in a support housing and has a bell base ring fixed on the open bottom of the support housing and a bell roof connected to the bell base ring in an airtight manner
- a motorized drive supported in the axial direction against the support housing and connected to the bell roof in an axial force-transmitting manner,

wherein the bell roof can be acted upon by axial forces that can be generated by means of the motor drive.

Ein derartiger Unterdruckgreifer ist bekannt aus der DE 10 2013 008 843 A1 .Such a vacuum gripper is known from DE 10 2013 008 843 A1 .

Unterdruckgreifer, häufig auch als Vakuumgreifer bezeichnet, dienen dem Halten von Werkstücken mit vornehmlich glatter Oberfläche unter Einsatz von Unterdruck. Hierzu wird der Rand der Öffnung eines einseitig offenen Hohlraums dichtend auf die Oberfläche eines Werkstücks aufgesetzt und der Hohlraum sodann mit einem Unterdruck beaufschlagt. Der außerhalb des Hohlraums wirkende, relative Überdruck presst das Werkstück gegen den Rand der Hohlraumöffnung und fixiert beide so aneinander. Meist ist der Greifer mit einem Hebe- oder Tragwerkzeug verbunden, sodass das mittels des Greifers fixierte Werkstück angehoben und/oder transportiert werden kann. Derartige Greifer finden in der Industrie vielfache Anwendung, bspw. bei der Entnahme von Bauteilen aus Behältnissen und/oder ihrer Handhabung während eines Montageprozesses. Vielfach ist der Hohlraum saugnapfartig gestaltet und mit einem druckluftbetriebenen Unterdruckerzeuger versehen, mittels dessen Luft aus dem Inneren des Saugnapfes abgesaugt und so der erforderliche Unterdruck erzeugt wird.Vacuum grippers, often also referred to as vacuum grippers, are used to hold workpieces with primarily smooth surfaces using a vacuum. For this purpose, the edge of the opening of a cavity open on one side is placed sealingly on the surface of a workpiece and the cavity is then subjected to a negative pressure. The relative overpressure acting outside the cavity presses the workpiece against the edge of the cavity opening and thus fixes the two together. The gripper is usually connected to a lifting or carrying tool so that the workpiece fixed by means of the gripper can be lifted and / or transported. Such grippers are widely used in industry, for example when removing components from containers and / or handling them during an assembly process. In many cases, the cavity is designed like a suction cup and is provided with a compressed air-operated vacuum generator, by means of which air is sucked out of the interior of the suction cup and the required vacuum is thus generated.

Die eingangs genannte, gattungsbildende Druckschrift sieht hingegen eine Unterdruckerzeugung durch Volumenvergrößerung des Hohlraums vor. In einem als Stützgehäuse wirkenden Zylinder, dessen Boden eine von einem saugnapfartigen Gummielement umstandene Öffnung aufweist, ist ein axial beweglicher Kolben gelagert, der über einen Stößel mit einem auf dem Zylinder fixierten Linearmotor verbunden ist. Der Außenrand der Kolbenstirnfläche und der Außenrand des Zylinderbodens sind mittels eins luftdichten Balges verbunden. Der Balg und die Kolbenstirnfläche bilden gemeinsam eine volumenveränderliche Saugglocke, wobei der Balg einen flexiblen Glockenfußring und die Kolbenstirnfläche ein starres Glockendach bilden. Mit dem Kolben in seiner Vorschubstellung wird der Saugnapf dichtend auf das Werkstück aufgesetzt. Dadurch wird eine definierte Luftmenge in dem aus Saugglocke und Saugnapf gebildeten Hohlraum eingeschlossen. Ein Zurückziehen des Kolbens mittels des motorischen Antriebs führt zu einer Vergrößerung des Hohlraumes, wobei die eingeschlossene Luftmenge jedoch gleich bleibt. Dies entspricht einer Minderung des Drucks im Inneren des Hohlraums, d. h. der Erzeugung eines Unterdrucks. Dieser Unterdruck bleibt so lange erhalten, wie der Kolben in seiner Rückzugsstellung gehalten wird. Dies bedeutet jedoch, dass der motorische Antrieb dauerhaft maximal bestromt bleiben muss, solange die Fixierung des Werkstücks aufrecht erhalten werden soll. Dies ist energetisch nachteilig.The generic publication mentioned at the outset, on the other hand, provides for the generation of negative pressure by increasing the volume of the cavity. An axially movable piston is mounted in a cylinder acting as a support housing, the bottom of which has an opening surrounded by a suction cup-like rubber element, which piston is connected via a plunger to a linear motor fixed on the cylinder. The outer edge of the piston face and the outer edge of the cylinder base are connected by means of an airtight bellows. The bellows and the piston face together form a variable-volume suction bell, the bellows forming a flexible bell base ring and the piston face forming a rigid bell roof. With the piston in its advance position, the suction cup is placed onto the workpiece in a sealing manner. As a result, a defined amount of air is enclosed in the cavity formed by the suction cup and suction cup. Retraction of the piston by means of the motor drive leads to an enlargement of the cavity, but the amount of air enclosed remains the same. This corresponds to a reduction in the pressure inside the cavity, i. H. the creation of a negative pressure. This negative pressure is maintained as long as the piston is held in its retracted position. However, this means that the motorized drive must remain continuously supplied with maximum current as long as the fixation of the workpiece is to be maintained. This is energetically disadvantageous.

Zur Abhilfe kann der Kolben statt mittels eines rein linear bewegbaren Stößels über eine angetriebene Spindel mit einem rotatorisch arbeitenden Elektromotor verbunden sein. Bei Wahl einer selbsthemmenden Gewindesteigung der Spindel kann die Bestromung des motorischen Antriebs in der Rückzugsstellung des Kolbens abgeschaltet werden, ohne dass die Gefahr eines Kollabierens des Hohlraums und eines entsprechenden Abbaus des Unterdrucks bestünde. Allerdings wird hierdurch die Betätigungsgeschwindigkeit des Greifers stark beeinträchtigt.To remedy this, the piston can be connected to a rotary electric motor via a driven spindle instead of a purely linearly movable plunger. If a self-locking thread pitch of the spindle is selected, the power supply to the motor drive can be switched off in the retracted position of the piston without the risk of the cavity collapsing and a corresponding reduction in the negative pressure. However, this severely affects the operating speed of the gripper.

Aus der DE 103 21 874 A1 ist ein Unterdruckgreifer bekannt, bei dem der an seinem Rand gegen den Zylinder abdichtend geführte Kolben über einen linearbeweglichen Stößel mit dem Motor verbunden und mittels einer Druckfeder in Richtung seiner Rückzugsstellung vorgespannt ist. Der Kolben wird also mittels des motorischen Antriebs entgegen der Federkraft in seine Vorschubstellung, die einem minimalen Hohlraumvolumen entspricht, gefahren. Beim Abschalten des motorischen Antriebs wird der Kolben, der Federkraft folgend, in seine Rückzugsstellung verfahren und dadurch der Unterdruck aufgebaut. Ein solcher Greifer ist zwar energetisch günstig und hinsichtlich der Betätigungsgeschwindigkeit nicht zu beanstanden. Sein Aufbau ist aber vergleichsweise komplex und bauraumintensiv.From the DE 103 21 874 A1 a vacuum gripper is known in which the piston, which is guided in a sealing manner against the cylinder at its edge, is connected to the motor via a linearly movable plunger and is biased in the direction of its retracted position by means of a compression spring. The piston is therefore moved into its advance position, which corresponds to a minimal cavity volume, against the spring force by means of the motor drive. When the motor drive is switched off, the piston is moved into its retracted position, following the spring force, and the negative pressure is built up as a result. Such a gripper is energetically favorable and there is no objection to the operating speed. However, its structure is comparatively complex and requires a lot of space.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungsgemäßen Unterdruckgreifer ohne Einbußen in der Betätigungsgeschwindigkeit energetisch günstiger zu gestalten.It is the object of the present invention to make a vacuum gripper of the generic type more favorable in terms of energy without sacrificing the operating speed.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Saugglocke ein sich vollumfänglich erstreckendes, erstes Membrangelenk aufweist, mittels dessen das elastisch ausgebildete Glockendach umstülpbar am Glockenfußring angelenkt ist.This object is achieved in connection with the features of the preamble of claim 1 in that the suction bell has a fully extending, first membrane joint, by means of which the elastic bell roof is hinged to the bell base ring so that it can be turned over.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es, das Glockendach als eine wenigstens teilweise elastische, insbesondere biegeelastische Struktur auszubilden, die sich zwischen mindestens zwei, vorzugsweise genau zwei, formstabilen Stülpstellungen umstülpen lässt. Diese Umstülpung des Glockendaches erfolgt weitgehend unabhängig vom Glockenfußrings, der daher durchaus steif ausgebildet sein kann. Die Bewegungsentkopplung zwischen Glockendach und Glockenfußring erfolgt mittels des erfindungsgemäßen, den Umfang der Saugglocke umlaufenden Membrangelenks. Der Begriff des Membrangelenks ist hier weit zu verstehen und umfasst alle Formen von reversiblen Sollknickstrukturen in flächigen Bauelementen. Die Umstülpung des Glockendachs wird durch dessen Axialkraftbeaufschlagung mittels des motorischen Antriebs initiiert. Insbesondere kann das Glockendach in seinem Zentralbereich mittels eines in Axialrichtung linearbeweglichen Stößels mit dem motorischen Antrieb verbunden sein. Der Stößel kann sich als Anker eines Elektromagneten, der den motorischen Antrieb darstellt, fortsetzen. Denkbar ist selbstverständlich auch die Ausgestaltung des motorischen Antriebs als Elektromotor, sei es ein rotierender Rotor oder ein Linearmotor.The basic idea of the present invention is to design the bell roof as an at least partially elastic, in particular flexurally elastic structure that can be turned inside out between at least two, preferably exactly two, dimensionally stable inverted positions. This eversion of the bell roof takes place largely independently of the bell foot ring, which can therefore be made quite rigid. The decoupling of movement between the bell roof and the bell foot ring takes place by means of the membrane joint according to the invention that encircles the circumference of the suction bell. The term diaphragm joint is to be understood broadly here and includes all forms of reversible predetermined buckling structures in flat components. The everting of the bell roof is initiated by its application of axial force by means of the motor drive. In particular, the bell roof can be connected to the motor drive in its central area by means of a tappet that can be moved linearly in the axial direction. The plunger can continue as the armature of an electromagnet, which represents the motor drive. It is of course also conceivable to design the motor drive as an electric motor, be it a rotating rotor or a linear motor.

Die beiden formstabilen Stülpstellungen, zwischen denen die Saugglocke durch besagte Axialkraftbeaufschlagung ihres Glockendaches transferierbar ist, unterscheiden sich im Wesentlichen in dem von der Saugglocke umschlossenen Glockenvolumen. Als erste Stülpstellung wird hier diejenige der beiden Stülpstellungen, in der das Glockenvolumen kleiner als in der anderen, zweiten Stülpstellung ist. Die erste Stülpstellung wird also durch axiale Druckkraftbeaufschlagung des Glockendaches, d. h. durch eine Überführung des Stößels in seine Vorschubstellung, erreicht. Die zweite Stülpstellung wird durch Zugkraftbeaufschlagung des Glockendaches, d. h. durch eine Überführung des Stößels in seines Rückzugsstellung verursacht. Da beide Stülpstellungen, insbesondere auch die zweite Stülpstellung, formstabil sind, führt ein Ausschalten des motorischen Antriebs, d. h. eine Beendigung der axialen Zugkraftbeaufschlagung des Glockendachs in der zweiten Stülpstellung nicht zu einem Kollabieren der Saugglocke. Vielmehr bedarf es hierzu einer aktiven axialen Druckkraftbeaufschlagung des Glockendachs.The two dimensionally stable inverted positions, between which the suction bell can be transferred by the said axial force being applied to its bell roof, differ essentially in the bell volume enclosed by the suction bell. The first inverted position here is that of the two inverted positions in which the bell volume is smaller than in the other, second inverted position. The first inverted position is thus achieved by applying axial pressure force to the bell roof, i. H. by moving the ram into its advance position. The second inverted position is achieved by applying tensile force to the bell roof, i. H. caused by a transfer of the plunger into its retracted position. Since both inverted positions, in particular also the second inverted position, are dimensionally stable, switching off the motor drive, ie. H. a termination of the axial tensile force application of the bell roof in the second inverted position does not lead to a collapse of the suction bell. Rather, this requires an active axial application of pressure force to the bell roof.

Die Saugglocke, insbesondere ihr Glockendach, stellt ein bistabiles System dar. Ausgehend von jeder der beiden formstabilen Stülpstellungen führen kleine Auslenkungen stets zu eine elastischen Rückführung des Systems in die Ausgangs-Stülpstellung. Erst wenn das Ausmaß der Auslenkung einen durch die Form und Elastizität des Glockendaches vorgegebenen Umschlagpunkt erreicht, erfolgt eine elastizitätsgetriebene Umstülpung in die jeweils andere Stülpstellung.The suction bell, in particular its bell roof, represents a bistable system. Starting from each of the two dimensionally stable inverted positions, small deflections always lead to an elastic return of the system to the initial inverted position. Only when the extent of the deflection reaches a transition point given by the shape and elasticity of the bell roof does an elasticity-driven eversion into the respective other everted position take place.

Eine energetisch ungünstige Dauerbestromung des motorischen Antriebs ist also selbst bei rein linearer Bewegung des Stößels nicht erforderlich. Andererseits kann die Betätigung des erfindungsgemäßen Unterdruckgreifers besonders schnell erfolgen und zwar sowohl hinsichtlich des Auf- als auch des Abbaus des Unterdrucks. Nach Überwindung des Umschlagpunktes nämlich vollzieht sich der Umstülpprozess durch die Form- und Materialfederkräfte im elastischen Glockendach weitgehend selbstständig. Es genügt daher, mit dem motorischen Antrieb einen entsprechenden Impuls über den Umschlagpunkt hinaus zu geben, um den sich dann selbstständig mit maximaler Geschwindigkeit vollziehenden Umstülpprozess zu initiieren. Insbesondere beim Abbau des Unterdrucks führt dies zu einem regelrechten Abblasen des Werkstücks, welches einem eventuellen Kleben des Glockenfußring-Randes am Werkstück entgegenwirkt.An energetically unfavorable continuous current supply of the motor drive is therefore not necessary even with a purely linear movement of the plunger. On the other hand, the actuation of the vacuum gripper according to the invention can take place particularly quickly, both with regard to the build-up and reduction of the vacuum. After the transition point has been overcome, the eversion process takes place largely independently due to the form and material spring forces in the elastic bell roof. It is therefore sufficient to use the motor drive to give a corresponding impulse beyond the point of transition in order to initiate the everting process, which then takes place independently at maximum speed. In particular, when the vacuum is reduced, this leads to the workpiece being properly blown off, which counteracts any sticking of the bell foot ring edge to the workpiece.

Das erste Membrangelenk verläuft vorzugsweise entlang einer Linie des größten Umfangs der Saugglocke. Die für den Umstülpprozess erforderliche Gesamtbiegung des Glockendaches verteilt sich dadurch auf eine besonders große Fläche, sodass die lokalen Verbiegungen vergleichsweise klein gehalten werden können. Dies erlaubt die Auswahl steiferer, stabilerer Materialien für das Glockendach.The first diaphragm joint preferably runs along a line of the greatest circumference of the suction cup. The total bending of the bell roof required for the eversion process is distributed over a particularly large area, so that the local bending can be kept comparatively small. This allows the choice of stiffer, more stable materials for the bell roof.

Der Glockenfußring weist bevorzugt einen sich zum Glockendach hin erweiternden, ersten konischen Abschnitt auf, an dessen glockendachseitigem Rand das erste Membrangelenk ansetzt. Die Ausbildung eines konischen Abschnitts mit gerade erstreckten, schräg orientierten Wänden reduziert gegenüber einer geschwungenen Formgebung die Biegsamkeit des Glockenfußrings. Dieser ist nämlich am Umstülpprozess nicht oder nur geringfügig beteiligt. Je formstabiler der Glockenfußring zumindest im Bereich des Membrangelenkansatzes ist, desto präziser kann der bistabile Umstülpprozess des Glockendaches vollzogen und die konkrete Ausgestaltung des Glockendaches bzw. die Ansteuerung des motorischen Antriebs definiert werden.The bell base ring preferably has a first conical section which widens towards the bell roof and on whose bell roof-side edge the first membrane joint is attached. The formation of a conical section with straight, obliquely oriented walls reduces the flexibility of the bell foot ring compared to a curved shape. This is because this is not or only slightly involved in the eversion process. The more dimensionally stable the bell base ring, at least in the area of the membrane joint attachment, the more precisely the bistable everting process of the bell roof can be carried out and the specific design of the bell roof or the control of the motor drive can be defined.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Glockendaches sieht vor, dass dieses einen ebenen, kreisscheibenförmigen Zentralbereich und einen elastisch biegbaren, ringscheibenförmigen Außenbereich aufweist, die mittels eines sich vollumfänglich erstreckenden, zweiten Membrangelenks aneinander angelenkt sind. Der kreisscheibenförmige Zentralbereich kann insbesondere steif ausgebildet sein. Er weist günstigerweise eine mit einem in axialer Richtung linear bewegbaren Stößel des motorischen Antriebs axialkräfteübertragend verbundene Stößelaufnahme auf. Mit anderen Worten setzt die für den Umstülpprozess erforderliche Axialkraft an dem vorzugsweise steifen Zentralbereich an. Die während des Umstülpprozesses erforderliche, elastische Verbiegung des Glockendaches spielt sich bei dieser Ausführungsform ausschließlich in dem Zwischenbereich zwischen den beiden Membrangelenken ab. Dadurch wird verhindert, dass der Stößel beim Vorschub lokal in das Glockendach einsticht, anstatt es zu dem gewünschten Umstülpprozess zu zwingen.A particularly preferred embodiment of the bell roof provides that it has a flat, circular disk-shaped central region and an elastically bendable, annular disk-shaped outer region, which are articulated to one another by means of a second membrane joint extending over the entire circumference. The circular disk-shaped central area can in particular be designed to be rigid. It advantageously has a tappet receptacle connected to a tappet of the motorized drive that can be moved linearly in the axial direction in a manner that transmits axial forces. In other words, the axial force required for the eversion process is applied to the preferably rigid central area. The elastic one required during the eversion process In this embodiment, bending of the bell roof takes place exclusively in the intermediate area between the two membrane joints. This prevents the ram from puncturing the bell roof locally when it is being advanced instead of forcing it to go into the desired everting process.

Wie erwähnt, kann der Glockenfußring weitgehend steif ausgebildet sein. Es ist jedoch, wie oben erläutert, lediglich im Ansatzbereich des ersten Membrangelenks besonders vorteilhaft. Gehäusebodenseitig ist es hingegen eher günstig, eine gewisse Axialelastizität des Glockenfußringes zu etablieren. Hierdurch kann das abdichtende Aufsetzen des Bodens des Stützgehäuses bzw. des gehäusebodenseitigen Randes des Glockenfußringes unterstützt werden. Insbesondere können Unebenheiten der Werkstückoberfläche und/oder störende Bewegungen durch eine solche Axialelastizität kompensiert werden. Zur Umsetzung dieses Gedankens ist bevorzugt vorgesehen, dass am gehäusebodenseitigen Rand des ersten konischen Abschnitts des Glockenfußrings ein sich vollumfänglich erstreckendes, drittes Membrangelenk angeordnet ist, mittels dessen ein sich zum Boden des Stützgehäuses hin erweiternder, zweiter konischer Abschnitt angelenkt ist. Dies entspricht im Wesentlichen der Anordnung eines gelenkig angekoppelten Saugnapfes am offenen Ende des Saugglocke.As mentioned, the bell foot ring can be made largely stiff. However, as explained above, it is only particularly advantageous in the attachment region of the first diaphragm joint. On the housing bottom side, however, it is more favorable to establish a certain axial elasticity of the bell base ring. In this way, the sealing placement of the base of the support housing or the edge of the bell base ring on the housing-bottom side can be supported. In particular, unevenness in the workpiece surface and / or disruptive movements can be compensated for by such an axial elasticity. To implement this idea, it is preferably provided that a fully extending, third diaphragm joint is arranged on the edge of the first conical section of the bell base on the housing bottom, by means of which a second conical section that widens towards the bottom of the support housing is articulated. This essentially corresponds to the arrangement of an articulated suction cup at the open end of the suction cup.

Ganz besonders bevorzugt ist dieser Saugnapf nochmals in sich axialelastisch gestaltet. Hierzu kann vorgesehen sein, dass am gehäusebodenseitigen Rand des zweiten konischen Abschnitts, d. h. besagten Saugnapfes, ein sich vollumfänglich erstreckendes, viertes Membrangelenk angeordnet ist, mittels dessen ein sich zum Boden des Stützgehäuses verjüngender, in den Boden des Stützgehäuses übergehender, dritter konischer Abschnitt, angelenkt ist. Hierdurch wird im Wesentlichen eine vollständige Abkopplung der an der unmittelbaren Schnittstelle zum Werkstück wirkenden Kräfte und Bewegungen von der den Unterdruck auf- bzw. abbauenden Umstülpbewegung des Glockendaches erreicht. Insbesondere wird das sich bei abgeschaltetem motorischen Antrieb vorwiegend durch seine eigene Formstabilität in der zweiten Stülpstellung befindliche Glockendach von jeglichen werkstückseitig eingetragenen Störkräften entlastet.This suction cup is very particularly preferably designed to be axially elastic again. To this end, it can be provided that on the edge of the second conical section on the housing bottom side, i. H. said suction cup, a fully extending, fourth membrane joint is arranged, by means of which a tapering to the bottom of the support housing, merging into the bottom of the support housing, third conical section is articulated. In this way, a complete decoupling of the forces and movements acting at the direct interface to the workpiece from the upturning movement of the bell roof that builds up or relieves the negative pressure is achieved. In particular, when the motor drive is switched off, the bell roof, which is located in the second inverted position, mainly due to its own dimensional stability, is relieved of any disruptive forces introduced on the workpiece side.

Die Saugglocke ist bevorzugt einstückig und materialeinheitlich ausgebildet. Dies widerspricht nicht der oben als bevorzugt beschriebenen Differenzierung unterschiedlicher Saugglockenbereiche hinsichtlich ihrer Elastizitäts- bzw. Steifigkeitseigenschaften. Derartige Unterschiede können durch unterschiedliche Materialdicken und/oder, wie beschrieben, unterschiedliche Formgebungen einzelner Bereiche erzielt werden. Weiter ist der Glockenfußring mit dem Boden des Stützgehäuses bevorzugt einstückig und materialeinheitlich ausgebildet. Insbesondere in Kombination mit der zuvor beschriebenen Ausführungsform bedeutet dies eine einstückige und materialeinheitliche Ausbildung der gesamte Saugglocke mit dem Stützgehäuseboden. Insbesondere kann hierfür ein gummielastisches Material Einsatz finden, welches zum einen die für die erfindungsgemäße Funktionalität erforderliche Elastizität und andererseits die für die abdichtende Kontaktierung des Werkstücks erforderliche Anschmiegsamkeit liefert.The suction bell is preferably made in one piece and made of the same material. This does not contradict the differentiation of different suction bell areas with regard to their elasticity or rigidity properties, described above as being preferred. Such differences can be achieved through different material thicknesses and / or, as described, different shapes of individual areas. Furthermore, the bell foot ring is preferably designed in one piece with the base of the support housing and of the same material. In particular in combination with the embodiment described above, this means a one-piece and materially uniform design of the entire suction bell with the support housing base. In particular, a rubber-elastic material can be used for this purpose, which on the one hand provides the elasticity required for the functionality according to the invention and on the other hand the conformability required for the sealing contacting of the workpiece.

Das Stützgehäuse insgesamt ist ebenfalls bevorzugt einstückig und materialeinheitlich ausgebildet. In Kombination mit den vorgenannten Ausführungsformen bedeutet dies, dass die gesamte Einheit aus Stützgehäuse und Saugglocke als ein einstückiges, materialeinheitliches Bauteil ausgebildet ist, wobei die unterschiedlichen Elastizitätseigenschaften der unterschiedlichen Bereiche - z. B. hohe Axialsteifigkeit des Stützgehäuse vs. axiale Elastizität bzw. Biegeelastizität unterschiedlicher Sauglockenbereiche - durch unterschiedliche Wahl von Materialdicken und Formgebungen realisiert werden können. Der Fachmann wird vor dem Hintergrund der hier offenbarten Lehre und in Ansehung der Erfordernisse des Einzelfalls ohne Schwierigkeiten geeignete Designs finden.The support housing as a whole is also preferably designed in one piece and made of the same material. In combination with the aforementioned embodiments, this means that the entire unit of support housing and suction bell is designed as a one-piece, material-uniform component, the different elasticity properties of the different areas - z. B. high axial rigidity of the support housing vs. axial elasticity or flexural elasticity of different suction cup areas - can be realized by different choice of material thicknesses and shapes. Against the background of the teaching disclosed here and in consideration of the requirements of the individual case, the person skilled in the art will find suitable designs without difficulty.

Insbesondere im Fall einer einheitlichen Ausgestaltung von Saugglocke und Stützgehäuse ist bevorzugt vorgesehen, dass diese gemeinsam mittels eines 3D-Druckverfahrens geschaffen sind. Es ist dies eine besonders günstige Art der Herstellung derart komplex geformter Bauteile. Grundsätzlich ist es selbstverständlich auch möglich, andere Verfahren, beispielsweise ein Kunststoffspritzgussverfahren, anzuwenden. Diese können jedoch im Hinblick auf die Komplexität der Formgebung an Realisierungsgrenzen stoßen. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.Particularly in the case of a uniform design of the suction bell and support housing, it is preferably provided that these are created together by means of a 3D printing process. This is a particularly favorable way of manufacturing components with such complex shapes. In principle, it is of course also possible to use other methods, for example a plastic injection molding method. However, with regard to the complexity of the design, these can reach their limits. Further details and advantages of the invention emerge from the following specific description and the drawings.

Es zeigen:

1 eine perspektivische Außenansicht eines erfindungsgemäßen Unterdruckgreifers,
2 eine Schnittdarstellung durch den Unterdruckgreifer von 1 in Ruhestellung sowie
3 eine Schnittdarstellung des Unterdruckgreifers der 1 und 2 in Aktionsstellung.

Show it:

1 a perspective external view of a vacuum gripper according to the invention,
2 a sectional view through the vacuum gripper of 1 at rest as well
3 a sectional view of the vacuum gripper of 1 and 2 in action position.

Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.Identical reference symbols in the figures indicate identical or analogous elements.

Die 1 bis 3 zeigen einen erfindungsgemäßen Unterdruckgreifer 10 in unterschiedlichen Darstellungen und Aktivitätsstellungen. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung und dient lediglich der Illustration der Gesamtbauteilform, die sich jedoch nicht wesentlich von den Außenformen bekannter Unterdruckgreifer mit nicht-erfindungsgemäßem Mechanismus unterscheidet. Nachfolgend soll daher im Wesentlichen auf die 2 und 3 eingegangen werden, von denen 2 den erfindungsgemäßen Unterdruckgreifer 10 in seiner Ruhestellung, d.h. ohne aufgebauten Unterdruck, und von denen 3 den Unterdruckgreifer 10 in seiner Greifstellung, d.h. mit aufgebautem Unterdruck, zeigt.The 1 to 3 show a vacuum gripper according to the invention 10 in different representations and activity positions. 1 shows a perspective view and serves only to illustrate the overall component shape, which, however, does not differ significantly from the external shapes known vacuum gripper with a mechanism not according to the invention differs. The following is therefore essentially based on the 2 and 3 to be received from those 2 the vacuum gripper according to the invention 10 in its rest position, ie without built-up negative pressure, and from which 3 the vacuum gripper 10 in its gripping position, ie with a built-up vacuum, shows.

Der Unterdruckgreifer 10 umfasst ein Stützgehäuse 12 mit einem Gehäuseboden 14, der eine zentrale Öffnung 16 aufweist. Der Gehäuseboden 14 umsteht die Öffnung 16 ringscheibenförmig und ist aus einem elastisch anschmiegsamen Material gefertigt. Er dient insbesondere der abdichtenden Kontaktierung eines Werkstücks 18 mit vorzugsweise glatter Oberfläche.The vacuum gripper 10 includes a support housing 12th with a case back 14th having a central opening 16 having. The case back 14th surrounds the opening 16 ring disk-shaped and is made of an elastically supple material. In particular, it is used for sealing contact with a workpiece 18th preferably with a smooth surface.

An seinem werkstückabgewandten Ende weist das Stützgehäuse 12 eine Motoraufnahme 20 auf, in welcher ein motorischer Antrieb 22 fixiert ist. Es kann sich hierbei z.B. um einen Elektromagneten oder einen Linearmotor handeln. Die sich im Wesentlichen vertikal zwischen dem Gehäuseboden 14 und der Motoraufnahme 20 erstreckende Gehäusewand 24 ist weitgehend axial steif und geeignet, Axialkräfte zwischen dem Gehäuseboden 14 und der Motoraufnahme 20 abzustützen.At its end remote from the workpiece, the support housing 12th a motor mount 20th on, in which a motor drive 22nd is fixed. It can be an electromagnet or a linear motor, for example. Which is essentially vertical between the housing base 14th and the motor mount 20th extending housing wall 24 is largely axially stiff and suitable for axial forces between the housing base 14th and the motor mount 20th to support.

Im Inneren des Stützgehäuses 12 erhebt sich vom Gehäuseboden 14 eine Saugglocke 26, die sich, wie insbesondere in 3 erkennbar, im Wesentlichen aus einem Glockenfußring 28 und einem Glockendach 30 aufbaut. Der Glockenfußring 28 und das Glockendach 30 sind über ein Membrangelenk 32 miteinander verbunden. Das Membrangelenk 32 umläuft die Saugglocke 26 entlang einer Linie ihres größten Umfangs.Inside the support housing 12th rises from the case back 14th a suction bell 26th which, as in particular in 3 recognizable, essentially from a bell foot ring 28 and a bell roof 30th builds up. The bell foot ring 28 and the bell roof 30th are via a membrane joint 32 connected with each other. The membrane joint 32 the suction bell rotates 26th along a line of its greatest circumference.

Das Glockendach 30 besteht bei der dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen aus einer weitgehend steifen Zentralscheibe 34, die über ein vollumfänglich umlaufendes, zweites Membrangelenk 36 mit einem biegeelastischen, ringscheibenförmigen Abschnitt 38 gekoppelt ist. Auf seiner Zentralscheibe 36 trägt das Glockendach 30 eine Stößelaufnahme 40, in welcher die Spitze eines Stößels 42 des motorischen Antriebs 22 fixiert ist. Eine Betätigung des motorischen Antriebs 22 führt zu einer Überführung des Stößels zwischen seiner Vorschubstellung (2) und seiner Rückzugstellung (3).The bell roof 30th In the embodiment shown, it consists essentially of a largely rigid central disk 34 , which have a fully circumferential, second membrane joint 36 with a flexurally elastic, annular disk-shaped section 38 is coupled. On its central disk 36 carries the bell roof 30th a tappet mount 40 in which the tip of a pestle 42 of the motor drive 22nd is fixed. An actuation of the motor drive 22nd leads to a transfer of the ram between its advance position ( 2 ) and its withdrawal position ( 3 ).

Bei Betrieb wird der Unterdruckgreifer 10 mit seinem Gehäuseboden 14 auf die Oberfläche des Werkstücks 18 aufgesetzt, sodass der Innenraum der Saugglocke 26 gegen die Umgebung luftdicht abgedichtet ist. Der Stößel 42 des motorischen Antriebs 22 befindet sich dabei in seiner Vorschubstellung. Es resultiert die in 2 dargestellte Situation. Bei der nachfolgenden Überführung des Stößels 42 von seiner Vorschubstellung in seine Rückzugstellung wird die Zentralscheibe 34 des Glockendaches 30 mit einer axialen Zugkraft beaufschlagt. Dies führt zu einer elastischen Verbiegung des an die Zentralscheibe 34 angelenkten, ringscheibenförmigen Bereichs 38, was nach Überschreitung eines axialen Umschlagpunktes zu einem Umstülpen des Glockendaches 30 und Umschlagen des ersten Membrangelenks 32 von der in 2 gezeigten Ruhestellung mit minimiertem Hohlraumvolumen der Saugglocke 26 in die in 3 gezeigte Greifstellung mit maximiertem Hohlraumvolumen der Saugglocke 26 führt. Aufgrund der luftdichten Abdichtung des Saugglocken-Hohlraumes entsteht über dem Werkstück 18 ein Unterdruck, mit welchem es am Gehäuseboden 14 fixiert wird. Die dabei auf das Gehäuse wirkenden Axialkräfte werden von der Gehäusewand 24 abgestützt.During operation, the vacuum gripper 10 with its case back 14th on the surface of the workpiece 18th placed so that the interior of the suction bell 26th is sealed airtight from the environment. The plunger 42 of the motor drive 22nd is in its advance position. It results in 2 depicted situation. During the subsequent transfer of the ram 42 from its advanced position to its retracted position is the central disk 34 of the bell roof 30th applied with an axial tensile force. This leads to an elastic bending of the on the central disk 34 hinged, annular disk-shaped area 38 which, after crossing an axial point of transition, causes the bell roof to turn inside out 30th and folding over the first diaphragm hinge 32 from the in 2 shown rest position with minimized cavity volume of the suction bell 26th in the in 3 Gripping position shown with maximized cavity volume of the suction bell 26th leads. Due to the airtight sealing of the suction bell cavity, it is created above the workpiece 18th a negative pressure with which there is at the bottom of the case 14th is fixed. The axial forces acting on the housing are taken from the housing wall 24 supported.

Wie anhand eines Vergleichs der 2 und 3 erkennbar, bleibt die Form des Glockenfußrings 28 im Gegensatz zur Form des Glockendaches 30 während dieses Übergangs im Wesentlichen unverändert. Gleichwohl ist durch das Vorsehen eines dritten Membrangelenks 44 und eines vierten Membrangelenks 46 im Bereich des Glockenfußrings 28 eine gewisse Axialelastizität des Glockenfußrings realisiert, die eine bessere Entkopplung des vorbeschriebenen Umstülpprozesses des Glockendaches 30 von gehäusebodenseitigen Störkräften bzw. Störbewegungen erlaubt.How based on a comparison of the 2 and 3 recognizable, the shape of the bell foot ring remains 28 in contrast to the shape of the bell roof 30th essentially unchanged during this transition. Nevertheless, by providing a third diaphragm joint 44 and a fourth diaphragm joint 46 in the area of the bell foot ring 28 realized a certain axial elasticity of the bell base ring, which better decoupling of the above-described everting process of the bell roof 30th Allowed by disruptive forces or disruptive movements on the bottom of the housing.

Die beiden in 2 und 3 gezeigten Stülpstellungen sind jeweils formstabil. Insbesondere entspricht die beschriebene Funktion einem bistabilen Prozess, sodass kleine Auslenkungen aus den gezeigten, formstabilen Stülpstellungen stets zu einer elastischen Rückführung in diese stabilen Stellungen führen, und erst bei Überschreiten eines Umschlagpunktes überführt sich das System selbsttätig in die jeweils andere formstabile Stülpstellung. Auf diese Weise wird die erforderliche Energiezufuhr zum motorischen Antrieb 22 minimiert.The two in 2 and 3 The inverted positions shown are each dimensionally stable. In particular, the function described corresponds to a bistable process, so that small deflections from the shown, dimensionally stable inverted positions always lead to an elastic return to these stable positions, and only when a transition point is exceeded does the system automatically switch to the other dimensionally stable inverted position. In this way, the required energy supply to the motorized drive 22nd minimized.

Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.Of course, the embodiments discussed in the specific description and shown in the figures are only illustrative embodiments of the present invention. In the light of the disclosure here, a person skilled in the art is provided with a broad spectrum of possible variations.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: UnterdruckgreiferVacuum gripper
1212th: StützgehäuseSupport housing
1414th: Boden von 12 Bottom of 12th
1616: Öffnung in 14 Opening in 14th
1818th: Werkstückworkpiece
2020th: MotoraufnahmeMotor mount
2222nd: motorischer Antriebmotor drive
2424: GehäusewandHousing wall
2626th: SaugglockeSuction bell
2828: GlockenfußringBell foot ring
3030th: GlockendachBell roof
3232: erstes Membrangelenkfirst membrane joint
3434: ZentralplatteCentral plate
3636: zweites Membrangelenksecond diaphragm joint
3838: ringscheibenförmiger Bereich von 30 annular disk-shaped area of 30th
4040: StößelaufnahmeTappet seat
4242: StößelPlunger
4444: drittes Membrangelenkthird membrane joint
4646: viertes Membrangelenkfourth membrane joint

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102013008843 A1 [0002]
DE 10321874 A1 [0006]

Claims

Vacuum gripper (10), comprising - a variable-volume suction bell (26) arranged in a support housing (12) with a bell base ring (28) fixed to the open bottom (14) of the support housing (12) and a bell roof connected to the bell base ring (28) in an airtight manner (30) and - a motorized drive (22) supported in the axial direction against the support housing (12) and connected to the bell roof (30) in an axial force-transmitting manner, the bell roof (30) being able to be acted upon by axial forces that can be generated by means of the motorized drive (22) characterized in that the suction bell (26) has a fully extending, first membrane joint (32), by means of which the elastic bell roof (30) is hinged to the bell base ring (28) so that it can be turned over.

Vacuum gripper (10) Claim 1 , characterized in that the suction bell (26) can be transferred between exactly two dimensionally stable inverted positions by applying axial force to its bell roof (30), the bell volume in a first of the two inverted positions being smaller than in the other, second of the two inverted positions.

Vacuum gripper (10) Claim 2 , characterized in that the first diaphragm joint (32) runs along a line of the greatest circumference of the suction bell (26).

Vacuum gripper (10) Claim 3 , characterized in that the bell base ring (28) has a first conical section which widens towards the bell roof (30) and on whose bell roof-side edge the first membrane joint (32) attaches.

Vacuum gripper (10) Claim 4 , characterized in that the bell roof (30) has a flat, circular disk-shaped central area (34) and an elastically bendable, annular disk-shaped outer area (38), which are articulated to one another by means of a fully extending, second membrane joint (36).

Vacuum gripper (10) Claim 5 , characterized in that the central area (34) of the bell roof (30) has a tappet receptacle (40) connected to a tappet (42) of the motor drive (22) which is linearly movable in the axial direction.

Vacuum gripper (10) according to one of the Claims 4 to 6th , characterized in that a fully extending, third diaphragm joint (44) is arranged on the edge of the first conical section of the bell base ring (28) at the bottom of the housing, by means of which a second conical section widening towards the bottom (14) of the support housing (12) is hinged.

Vacuum gripper (10) Claim 7 , characterized in that a fully extending fourth diaphragm joint (46) is arranged on the edge of the second conical section at the bottom of the housing, by means of which a tapering towards the bottom (14) of the support housing (12) into the bottom (14) of the support housing (14) passing, third conical section is articulated.

Vacuum gripper (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the suction bell (26) is constructed in one piece and of the same material.

Vacuum gripper (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the bell base ring (28) is formed in one piece with the base (14) of the support housing (12) and is made of the same material.

Vacuum gripper (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the support housing (12) is constructed in one piece and of the same material.

Vacuum gripper (10) according to the Claims 9 to 11 , characterized in that the suction bell (26) and the support housing (12) are created together by means of a 3D printing process.