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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Saugnapfanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Anheben von Gegenständen und ein Verfahren zum Anheben von Gegenständen unter Verwendung der Saugnapfanordnung.
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Eine gattungsgemäße Saugnapfanordnung geht der Art nach im Wesentlichen aus der
US 4 294 424 A hervor. Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die Druckschriften
US 2019 / 0 217 484 A1 ,
US 2019 / 0 217 482 A1 ,
DE 41 28 659 A1 ,
DE 103 04 169 A1 und
DE 195 48 879 A1 verwiesen.
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Saugnäpfe können zum Anheben von Gegenständen in Automobilfertigungsanlagen verwendet werden. Typische Ausführungen umfassen einen flachen Saugnapf aus einem starren Material und einen Balgsaugnapf, der ein flexibles, ziehharmonikaartiges Ende umfasst.
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Aufgrund ihrer Steifigkeit funktionieren flache Saugnäpfe nur mit flachen Gegenständen, mit denen sie eine Dichtung bilden können, um den Vakuumdruck auszuüben. Darüber hinaus können aufgrund ihrer Steifigkeit für verschiedene Gegenstände unterschiedliche flache Saugnäpfe erforderlich sein. Bei anderen Anwendungen muss ein Handlingsystem für Automobilteile für eine andere Teilehandhabung durch Einstellen des Winkels des Saugnapfverbinders umgestaltet werden. Somit müssen zumindest Teile des Hubsystems umgestaltet werden, damit diese zu Gegenständen mit unterschiedlichen Geometrien passen.
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Balgsaugnäpfe weisen eine größere Flexibilität als flache Saugnäpfe auf. Die inneren Komponenten der Balgsaugnäpfe können jedoch den zu hebenden Gegenstand beschädigen, weil der Balg flexibel ist, und starre Innenteile des Balgsaugnapfes können in den Gegenstand gepresst werden, ohne dass der Balgabschnitt einen Schutz bietet.
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Aufgrund der Nachteile bestehender Saugnäpfe können andere Systeme zum Anheben von Gegenständen anstelle von Saugnäpfen verwendet werden, was die Kosten und den Aufwand erhöht. Dementsprechend besteht ein Bedarf an verbesserten Hubsystemen ohne zusätzlichen erheblichen Kosten- und Arbeitsaufwand.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diesem Bedarf zu entsprechen.
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Diese Aufgabe wird mit einer Saugnapfanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung sieht einen intelligenten universellen Saugnapf vor, der ein Schichtklemmkonzept verwendet, um die Steifigkeit des Saugers zu verändern. Innere Strukturen sind in einem oder mehreren Hohlräumen im Inneren des Saugnapfes angeordnet, wobei, wenn der Unterdruck auf den Hohlraum oder die Hohlräume ausgeübt wird, die inneren Strukturen zusammengepresst werden, was die Steifigkeit des Vakuums und seine Fähigkeit, einen Gegenstand zu greifen, erhöht und/oder die Kraft zum Arretieren der Position des Napfes erhöht. Daher sind die inneren Strukturen in einer Ausgangsposition, in der kein Unterdruck ausgeübt wird, flexibel, und die Saugnapfanordnung, welche die inneren Strukturen umfasst, wird steifer und passt sich dem anzuhebenden Gegenstand an, wenn Unterdruck ausgeübt wird.
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Bei einer anderen Ausgestaltung, die mit den anderen hier offenbarten Ausgestaltungen kombiniert oder von ihnen getrennt sein kann, ist ein Verfahren zum Anheben eines Gegenstandes vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Saugnapfanordnung, wobei die Saugnapfanordnung eine Napfstruktur umfasst, die eine Öffnung an einem nahe gelegenen Ende und eine Ausnehmung an einem entfernt gelegenen Ende definiert. Die Napfstruktur definiert einen Hohlraumbereich zwischen dem nahe und dem entfernt gelegenen Ende, wobei der Hohlraumbereich mindestens einen Hohlraum definiert. Die Öffnung steht in fluidischer Verbindung mit der Ausnehmung und mit dem Hohlraumbereich. In dem Hohlraumbereich ist eine Vielzahl von inneren Strukturen angeordnet. Das Verfahren umfasst ferner das Anordnen des entfernt gelegenen Endes der Saugnapfanordnung in Kontakt mit dem Gegenstand, um die Ausnehmung zwischen der Saugnapfanordnung und dem Gegenstand in einer Ausgangsposition der Saugnapfanordnung zumindest teilweise zu schließen. Das Verfahren umfasst das Ausüben eines vorgegebenen Unterdrucks durch die Öffnung, in den Hohlraumbereich und in die Ausnehmung, um die Saugnapfanordnung an den Gegenstand anzupassen und den Gegenstand in einer Greifposition der Saugnapfanordnung zu halten.
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Es können zusätzliche Funktionen vorgesehen sein, die unter anderen die folgenden umfassen: wobei die Vielzahl der inneren Strukturen eine erste Schicht und eine zweite Schicht umfasst, wobei die Napfstruktur aus einem ersten Material gebildet ist und das erste Material flexibel ist, wobei die erste und die zweite Schicht aus einem zweiten Material gebildet sind und das zweite Material steifer als das erste Material ist, wobei die Saugnapfanordnung in der Ruheposition eine erste Steifigkeit und in der Greifposition eine zweite Steifigkeit aufweist und die zweite Steifigkeit größer als die erste Steifigkeit ist, wobei die Saugnapfanordnung ferner eine flexible Schicht umfasst, die aus dem ersten Material gebildet ist, wobei die flexible Schicht zwischen der ersten und der zweiten Schicht in dem Hohlraumbereich angeordnet ist, wobei die flexible Schicht den Hohlraumbereich in einen ersten Hohlraum, in dem die erste Schicht angeordnet ist, und einen zweiten Hohlraum, in dem die zweite Schicht angeordnet ist, unterteilt, wobei die erste Schicht eine erste Öffnung durch eine Mitte der ersten Schicht definiert, wobei die zweite Schicht eine zweite Öffnung durch eine Mitte der zweiten Schicht definiert, wobei die flexible Schicht eine dritte Öffnung durch eine Mitte der flexiblen Schicht definiert, wobei die erste, die zweite und die dritte Öffnung zusammenwirken, um einen Kanal zu bilden, der die Öffnung mit der Ausnehmung verbindet, wobei die flexible Schicht und mindestens eine der ersten und zweiten Schicht in der Ruhestellung einen Luftspalt zwischen denselben definieren, wobei der Luftspalt in der Greifposition geschlossen ist, wobei die erste und die zweite Schicht in eine Vielzahl von Formen bewegbar sind, um eine Vielzahl von zusätzlichen Greifpositionen zu bilden, wobei das erste Material Gummi ist und das zweite Material Kunststoff ist, wobei die Napfstruktur eine kegelstumpfförmige Innenfläche aufweist, die die Ausnehmung definiert, wobei die erste und die zweite Schicht jeweils einen kegelstumpfförmigen Hauptkörperabschnitt und eine Vielzahl von Beinen aufweisen, die sich von dem kegelstumpfförmigen Hauptkörperabschnitt erstrecken, und/oder wobei die Vielzahl von inneren Strukturen eine Vielzahl von granulatförmigen Körpern umfasst.
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Weitere zusätzliche Funktionen können optional vorgesehen sein, die unter anderen die folgenden umfassen: wobei der Schritt des Ausübens des Unterdrucks das Erhöhen einer Steifigkeit der Saugnapfanordnung umfasst, wobei das Verfahren das Bereitstellen eines Luftspalts zwischen der flexiblen Schicht und mindestens einer der ersten und zweiten Schicht in der Ausgangsposition und das Schließen des Luftspalts in der Greifposition umfasst, wobei das Verfahren ferner das Bereitstellen der Saugnapfanordnung so umfasst, dass diese in eine Vielzahl von zusätzlichen Greifpositionen auf der Grundlage entsprechender Formen einer Vielzahl von zusätzlichen Gegenständen auslegbar ist, und/oder wobei der Schritt des Anlegens des Unterdrucks ferner das Bewegen der granulatförmigen Körper in dem Hohlraumbereich umfasst, um die Napfstruktur an die Form des Gegenstands anzupassen.
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Weitere Aspekte, Vorteile und Anwendungsbereiche ergeben sich aus der hierin gegebenen Beschreibung. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur der Veranschaulichung dienen.
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung.
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Die hierin enthaltenen Zeichnungen sind schematischer Natur und nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet oder repräsentativ für die Abstände oder Beziehungen zwischen den gezeigten Elementen.
- 1 zeigt eine Saugnapfanordnung in der Ruheposition nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht.
- 2 zeigt eine Unterseite der Saugnapfanordnung von 1 in der Ruheposition nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht.
- 3 zeigt die Saugnapfanordnung von 1 und 2 in der Ruhestellung nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung in einer Querschnittsansicht entlang Linie 3-3 in 2.
- 4 zeigt die Saugnapfanordnung von 1-3 in der Ruhestellung nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Schnittansicht.
- 5A zeigt eine Napfstruktur der Saugnapfanordnung von 1-4 nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung in einer Querschnittsansicht.
- 5B zeigt die erste und die zweite Schicht der Saugnapfanordnung von 1-4 nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht.
- 6 zeigt die Saugnapfanordnung von 1-4 nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Ansicht, die angelegt ist, um einen Gegenstand in einer Greifposition anzuheben.
- 7 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Verfahren zum Anheben eines Gegenstands nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
- 8 zeigt eine nicht beanspruchte Abwandlung einer Saugnapfanordnung nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung in einer Querschnittsansicht.
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Unter Bezugnahme auf 1-6 ist eine universelle Saugnapfanordnung vorgesehen und allgemein mit 10 angegeben, wobei gleiche Zahlen gleiche Elemente anzeigen. Die Saugnapfanordnung 10 umfasst eine Napfstruktur 12, die aus einem ersten Material gebildet ist, bei dem es sich um ein flexibles Material, wie z.B. Gummi, handelt. Die Napfstruktur 12 weist eine Außenfläche 14 und eine Innenfläche 16 auf. Ein nahe gelegenes Ende 18 der Napfstruktur 12 ist dazu ausgelegt, mit einem Schlauch 20 verbunden zu sein (siehe 6), beispielsweise durch ein Gewindestück 22, um einen Vakuumdruck oder Unterdruck durch die Saugnapfanordnung 10 auszuüben, die weiter unten näher beschrieben wird. Das nahe gelegene Ende 18 definiert eine Öffnung 23, die mit dem Schlauch 20 verbunden ist.
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Die Innenfläche 16 der Napfstruktur 12 weist eine Außenseite 25 auf, die kegelstumpfförmig ist und an einem entfernt gelegenen Ende 26 der Napfstruktur 12 eine Ausnehmung 24 definiert. Alternativ könnte die Napfstruktur 12 andere Formen und Flächen aufweisen, ohne dass der Gedanke und der Umfang der vorliegenden Erfindung verlassen werden. Die Außenfläche 14 kann Stufen 28 aufweisen.
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Die Napfoberfläche 12 definiert einen Hohlraumbereich 30, der durch eine Innenseite 32 der Innenfläche 16 und eine Innenseite 34 der Außenfläche 14 zwischen dem nahe und dem entfernt gelegenen Ende 18, 26 definiert ist. Der Hohlraumbereich 30 umfasst mindestens einen Hohlraum. Bei diesem Beispiel ist eine flexible Schicht 36 enthalten, die den Hohlraumbereich 30 in einen ersten Hohlraum 38 und einen zweiten Hohlraum 40 unterteilt. Die flexible Schicht 36 kann einstückig mit der Napfstruktur 12 aus dem gleichen Material wie die Napfstruktur 12 gebildet sein, die flexible Schicht 36 kann an der Napfstruktur 12 angebracht sein, oder die flexible Schicht 36 kann ein separates, von der Napfstruktur 12 getrenntes Stück sein. Die flexible Schicht 36 ist vorzugsweise aus einem flexiblen Material, wie z.B. Gummi, gebildet, aber die flexible Schicht 36 muss nicht unbedingt aus dem gleichen Material wie die Napfstruktur 12 gebildet sein. Der Hohlraumbereich 30 steht in fluidischer Verbindung mit der Öffnung 23 und der Ausnehmung 24.
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In dem Hohlraumbereich 30 ist eine Vielzahl von inneren Strukturen angeordnet. Bei dem Beispiel von 1-6 umfasst die Vielzahl von inneren Strukturen mindestens eine erste Schicht 42 und eine zweite Schicht 44. Die flexible Schicht 36, falls enthalten, ist zwischen der ersten und zweiten Schicht 42, 44 in dem Hohlraumbereich 30 angeordnet. Die erste Schicht 42 ist in dem ersten Hohlraum 38 angeordnet, und die zweite Schicht 44 ist in dem zweiten Hohlraum 40 angeordnet. Auch wenn zwei Schichten 42, 44 veranschaulicht sind, können, falls gewünscht, auch weitere Schichten vorhanden sein. Beispielsweise können drei, vier, fünf oder mehr Schichten verwendet werden.
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Die erste Schicht 42 definiert eine erste Öffnung 46 durch eine Mitte der ersten Schicht 42, und die zweite Schicht 44 definiert eine zweite Öffnung 48 durch eine Mitte der zweiten Schicht 44. Darüber hinaus definiert die flexible Schicht 36 eine dritte Öffnung 50 durch eine Mitte der flexiblen Schicht 36. Die erste, zweite und dritte Öffnung 46, 48, 50 wirken zusammen, um einen Kanal 52 zu bilden, der die Öffnung 23 mit der Ausnehmung 24 verbindet. Die flexible Schicht 36 und mindestens eine der ersten und zweiten Schicht 42, 44 definieren in einer Ruhestellung der Saugnapfanordnung 10 einen Luftspalt g zwischen denselben. Bei diesem Beispiel ist der Luftspalt g zwischen der flexiblen Schicht 36 und der ersten Schicht 42 definiert; es versteht sich jedoch, dass der Luftspalt g alternativ auch zwischen der flexiblen Schicht 36 und der zweiten Schicht 44 definiert sein könnte, oder es könnten Luftspalte g zwischen der flexiblen Schicht 36 und sowohl der ersten als auch der zweiten Schicht 42, 44 vorhanden sein.
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Bei dem veranschaulichten Beispiel umfassen die erste und die zweite Schicht 42, 44 jeweils einen kegelstumpfförmigen Hauptkörperabschnitt 54 und eine Vielzahl von Beinen 56, die sich von dem kegelstumpfförmigen Hauptkörperabschnitt 54 erstrecken; es versteht sich jedoch, dass eine Vielzahl anderer Formen und Auslegungen der ersten und der zweiten Schicht 42, 44 verwendet werden kann, ohne dass der Gedanke und der Umfang der vorliegenden Erfindung verlassen werden. Die erste und die zweite Schicht 42, 44 können, wie gezeigt, identisch sein, oder sie können sich voneinander unterscheiden.
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Die erste und die zweite Schicht 42, 44 sind aus einem zweiten Material gebildet, das steifer sein kann als das erste Material, aus dem die Napfstruktur 12 gebildet ist. Das zweite Material kann z.B. Kunststoff (z.B. Thermoplast) oder ein Gummi sein, der steifer als der Gummi der Napfstruktur 12 ist. Wenn sich die Saugnapfanordnung 10 in einer Ausgangs- oder Ruheposition befindet, wie in 1-4 gezeigt, besteht der Luftspalt g zwischen der ersten und der zweiten Schicht 42, 44, oder es werden zumindest die erste und die zweite Schicht 42, 44 nicht zusammengepresst. Da im Wesentlichen kein Druck auf den Hohlraumbereich 30 ausgeübt wird, weisen die erste und die zweite Schicht 42, 44 eine gewisse Flexibilität auf, wie die Napfstruktur 12 selbst.
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Unter Bezugnahme auf 6 und 7 und weiterer Bezugnahme auf 1-4 ist ein Verfahren 100 zum Anheben eines Gegenstands 58 in einem Blockdiagramm veranschaulicht. Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt 102 des Bereitstellens einer Saugnapfanordnung, wie zum Beispiel der oben beschriebenen Saugnapfanordnung 10. Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt 104 des Anordnens des entfernt gelegenen Endes 26 der Saugnapfanordnung 10 in Kontakt mit dem Gegenstand 58, um die Ausnehmung 24 zwischen der Saugnapfanordnung 10 und dem Gegenstand 58 in der Ausgangs- oder Ruhestellung der Saugnapfanordnung 10 wenigstens teilweise zu schließen. Somit ermöglicht die Ausnehmung 24, dass die Saugnapfanordnung 10 eine Saugwirkung auf den Gegenstand 58 erzeugt.
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Das Verfahren 100 umfasst ferner einen Schritt 106 des Ausübens eines vorgegebenen Unterdrucks durch die Öffnung 23, in den Hohlraumbereich 30 und in die Ausnehmung 24, um die Saugnapfanordnung 10 an den Gegenstand 58 anzupassen und den Gegenstand 58 in einer Greifposition der Saugnapfanordnung 10 zu halten. Unter Bezugnahme auf 6 befindet sich die Saugnapfanordnung 10 zum Beispiel in der Greifposition und hat sich der abgerundeten Form des Gegenstands 58 angepasst, da der Unterdruck durch den Schlauch 20 in den Hohlraumbereich 30 und die Ausnehmung 24 der Saugnapfanordnung 10 ausgeübt wird.
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Die Vielzahl von inneren Strukturen 42, 44 ist zusammen mit der Napfstruktur 12 dazu ausgelegt, die Napfstruktur 12 in einer Greifposition zu halten, wenn mindestens ein vorgegebener Unterdruck durch die Öffnung 18 in der Napfstruktur 12 auf den Hohlraumbereich 30 ausgeübt wird. Andererseits ist die Napfstruktur 12 dazu ausgelegt, sich in der Ausgangs- oder Ruheposition zu befinden, wenn der vorgegebene Unterdruck nicht auf den Hohlraumbereich 30 der Napfstruktur 12 ausgeübt wird, wie in 1-4 gezeigt. Die Saugnapfanordnung 10 weist in der Ruhestellung eine erste Form (in 1-4 gezeigt) und in der Greifposition eine zweite Form (in 6 gezeigt) auf, wobei sich die erste Form von der zweiten Form unterscheidet.
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Somit weist die Saugnapfanordnung 10 in der Ruheposition eine erste Steifigkeit (weil die Schichten 42, 44 nicht zusammengepresst werden) und in der Greifposition eine zweite Steifigkeit auf, wobei die zweite Steifigkeit größer als die erste Steifigkeit ist. Die größere Steifigkeit wird durch einen Schichtklemmeffekt zwischen der ersten und der zweiten Schicht 42, 44 verursacht. Wenn die Schichten 42, 44 zum Beispiel durch den Unterdruck zusammengepresst werden, werden sie zu einer dickeren und steiferen Verbundstruktur zusammengepresst. Der Luftspalt g, der in der Ruheposition zwischen der ersten und zweiten Schicht 42, 44 definiert ist, ist in der Greifposition geschlossen. Somit umfasst der Schritt 106 des Ausübens des Unterdrucks das Erhöhen der Steifigkeit der gesamten Saugnapfanordnung 10.
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Die Saugnapfanordnung 10 ist universell, weil sie sich aufgrund der inneren Schichten 42, 44, die in dem Sinne formabstimmbar sind, dass sie beim Zusammenpressen im Ganzen steifer werden können, an eine Vielzahl von Gegenstandsformen anpassen kann, und weil der Luftspalt g zwischen den Schichten 42, 44 in dem Hohlraumbereich 30 der Napfstruktur 12 beseitigt wird. Somit kann die Saugnapfanordnung 10 in eine Vielzahl von zusätzlichen Greifpositionen umgestaltet werden, die auf entsprechenden Formen einer Vielzahl von zusätzlichen Gegenständen basieren. Die Saugnapfanordnung 10 weist eine flexible Geometrie für den Anfangskontakt mit dem Gegenstand 58 auf, und dann passt sich die flexible Geometrie der Form des Gegenstands 58 an und versteift sich, um den Gegenstand 58 anzuheben.
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Unter Bezugnahme auf 8 wird nun eine nicht erfindungsgemäße Abwandlung einer Saugnapfanordnung veranschaulicht und allgemein mit 110 bezeichnet. Die Saugnapfanordnung 110 kann mit der Saugnapfanordnung 10 identisch oder ihr ähnlich sein und insgesamt dieselben Eigenschaften und Merkmale derselben aufweisen, außer wenn sie als unterschiedlich beschrieben werden. Zum Beispiel kann die Saugnapfanordnung 110 eine Napfstruktur 112 mit einer Außenfläche 114 und einer Innenfläche 116 aufweisen, die eine Ausnehmung 124 definiert. Ein nahe gelegenes Ende 118 der Napfstruktur 112 ist dazu ausgelegt, mit einem Schlauch (nicht abgebildet, aber z.B. wie in 6 gezeigt) verbunden zu werden, und ein entfernt gelegenes Ende 126 ist dazu ausgelegt, einen Gegenstand zu greifen.
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Die Napfoberfläche 112 definiert einen Hohlraumbereich 130, der durch eine Innenseite 132 der Innenfläche 116 und eine Innenseite 134 der Außenfläche 114 zwischen dem nahe und dem entfernt gelegenen Ende 118, 126 der Napfstruktur 112 definiert ist. Eine Vielzahl von inneren Strukturen ist in dem Hohlraumbereich 130 angeordnet, und in diesem Fall umfasst die Vielzahl von inneren Strukturen eine Vielzahl von granulatförmigen Körpern 160. Bei diesem Beispiel definiert die Napfstruktur 112 Randlippen 162 an den Rändern des Hohlraums 130 und angrenzend an den Durchgang 152 durch die Saugnapfanordnung 110, um zu verhindern, dass die Körper 160 aus dem Hohlraum 130 austreten.
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Die granulatförmigen Körper 160 können rund, z.B. kugelförmig oder eiförmig, sein oder sie können jede andere gewünschte Form aufweisen, z.B. prisma- oder pyramidenförmig sein, oder beispielsweise einen dreieckigen Querschnitt aufweisen. Die Körper 160 können steifer oder weniger steif sein als das flexible Material, aus dem die Napfstruktur 112 gebildet ist.
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Somit kann die Vielzahl von inneren Strukturen wie die Körper 160 granulatförmig sein, oder es kann sich um ein Schichtmaterial wie die Schichten 42, 44 handeln. In einigen Abwandlungen können sowohl das Schichtmaterial 42, 44 als auch das granulatförmige Material (wie z.B. die Körper 160) vorgesehen sein.
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Das Verfahren 100 kann auch unter Verwendung der Saugnapfanordnung 110 von 8 angewendet werden. Der Schritt des Ausübens des Unterdrucks 106 würde das Bewegen der granulatförmigen Körper 160 in dem Hohlraumbereich 130 umfassen, um die Napfstruktur 112 an die Form des Gegenstands anzupassen.
