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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sauggreifvorrichtung zum Ansaugen eines Objekts.
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Während einer Herstellung eines Wirtschafts- oder Gebrauchsguts aus zumindest einem Ausgangsstoff liegt der zumindest eine Ausgangsstoff oftmals als vorgefertigtes Bauteil vor. Das vorgefertigte Bauteil muss jedoch oftmals zunächst an eine vorgegebene Position transportiert werden, um dort zum Beispiel an einem anderen Bauteil befestigt zu werden. Zum Transportieren des Bauteils zu der vorgegebenen Position kann ein Sauggreifer oder Vakuumheber verwendet werden. Eine solche Vorrichtung ist grundsätzlich dazu ausgebildet, Luft zwischen der Vorrichtung und dem Bauteil mittels beispielsweise eines Vakuumerzeugers abzusaugen, wenn die Vorrichtung eine Oberfläche des Bauteils berührt. Dadurch wird das Bauteil gegen die Vorrichtung gedrückt, sobald der Druck zwischen der Vorrichtung und dem Bauteil kleiner als ein Umgebungsdruck ist. Das Bauteil wird umso stärker von der Vorrichtung angesaugt, je größer eine Druckdifferenz zwischen dem Umgebungsdruck und dem Druck in der Vorrichtung und je größer eine Hebefläche der Vorrichtung ist.
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Die
DE 42 26 822 A1 zeigt ein Vakuum-Handhabungsgerät das einen Saugkörper mit einem plattenähnlichen Grundkörper aufweist, auf dem mehrere über einen Grundkörperkanal mit einer Vakuumquelle verbundene Saugstellen vorgesehen sind. Jede Saugstelle ist von einer Grundkörpererhebung umgeben, die eine im Querschnitt höckerähnliche oder wulstähnliche Gestalt aufweist.
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Die
US 3 720 433 A zeigt ein Vakuum-Handhabungsgerät, dessen Ansaugöffnung mit einem automatischen Ventil verschlossen werden kann, um einem Saugleistungsverlust des Vakuum-Handhabungsgeräts aufgrund einer immer geöffneten Ansaugöffnung entgegenzuwirken. Das automatische Ventil weist einen Kolben auf, der mithilfe einer Stange in Bewegung versetzt wird, wenn ein Objekt gegen die Stage gedrückt wird, wodurch eine Verbindung zwischen der Ansaugöffnung und einem Innenraum des Vakuum-Handhabungsgeräts geöffnet wird.
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Aus der
DE 100 09 108 A1 ist ein Vakuumhandhabungsgerät mit einem Saugkasten, einem Unterdruckgebläse, einer Handhabungseinrichtung und einer den Saugkasten verschließenden Ansaugeinheit bekannt, wobei die Ansaugeinheit Ansaugöffnungen aufweist und aus einem Saugblech und einer Saugmatte besteht.
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Die
DE 10 2015 212 136 A1 offenbart eine Etikettiervorrichtung mit Saugnäpfen, die ein jeweiliges Tastventil aufweisen, welches mittels eines Federmechanismus in geschlossenem Zustand gehalten wird. Wird ein Stempel des Tastventils mittels eines Etiketts gegen den Federmechanismus ausgerückt, wird das Tastventil geöffnet, sodass das Etikett mittels Unterdrucks gehalten wird.
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Ferner offenbart die
DE 10 2014 014 358 A1 einen Sauggreifer zum Ansaugen von Werkstücken. Es ist ein Stößel vorgesehen, welcher nach Art einer Push-Push-Verriegelungsmechanik durch Drücken des Sauggreifers gegen das Werkstück zwischen einer eine Unterdruckkammer von einem Unterdruckanschluss fluidisch trennenden Sperrstellung und einer die Unterdruckkammer mit dem Unterdruckanschluss fluidisch verbindenden Saugstellung bewegbar und arretierbar ist.
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Die
DE 40 00 099 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Aufspannen von Werkstücken mittels Unterdrucks. Eine Spannplatte weist durchgehende Ansaugausnehmungen auf, denen ein jeweiliges Dichtelement zugeordnet ist. Die Dichtelemente sind mittels des aufzuspannenden Werkstücks individuell verstellbar, wobei diejenigen der Ausnehmungen, die mit dem Werkstück bedeckt sind, geöffnet sind und die restlichen Ausnehmungen mittels derer Dichtelemente bei Unterdruck verschlossen sind. Das jeweilige Dichtelement kann als eine elastische Dichtplatte ausgeführt sein.
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Eine Befestigungsvorrichtung mit an eine Unterdruckquelle anschließbaren Vakuumzellen ist aus der
EP 1 111 530 B1 bekannt. Die jeweilige Vakuumzelle ist eine Vertiefung in einem Grundelement, über dem ein elastisch deformierbarer Deckel angeordnet ist, gegen den ebene Gegenstände festgehalten werden sollen. Eine Öffnung eines jeweiligen Luftkanals bildet einen vorragenden Abschnitt der jeweiligen Vertiefung und einen Sitz eines Membranventils, dessen Membran durch einen Teil des Deckels gebildet ist, der mit Passieröffnungen versehen ist, die eine kommunizierende Verbindung mit dem Inneren der Vakuumzellen aufrechterhalten, wenn das Membranventil geschlossen wie auch wenn es offen ist. Eine ganz ähnliche herkömmliche Einspannvorrichtung ist durch die
US 8 646 764 B2 offenbart.
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Weiter entfernt liegenden Stand der Technik zeigt die
DE 19 56 614 A , die eine pneumatische Fördervorrichtung für zu fördernde Platten offenbart.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung bereitzustellen, mittels derer unterschiedlich geformte Objekte präzise positioniert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der folgenden Beschreibung und den Figuren angegeben.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Greifen von kleinen Bauteilen unterschiedlicher Geometrien im Zuge der Automatisierung von Montageprozessen besonders wichtig ist. Hierfür werden bisher beispielsweise für jedes Bauteil unterschiedliche Sauggreifvorrichtungen oder ein sogenannter Vakuum-Schaumgreifer verwendet. Dies führt jedoch dazu, dass verschiedene Sauggreifvorrichtungen benötigt werden, was dazu führt, dass ausreichend Platz für die Vorrichtungen benötigt wird und es zudem zu einem Zeitverlust im Montageablauf kommt. Außerdem ist bei einem Bauteil mit komplexer Geometrie bisher keine definierte Handhabung und saubere Positionierung möglich. Aus diesen Gründen ist es sinnvoll, eine Sauggreifvorrichtung vorzusehen, die zahlreiche Ansaugöffnungen vorsieht, die bei Bedarf geöffnet werden können.
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Die erfindungsgemäße Sauggreifvorrichtung ist also zum Ansaugen eines Objekts ausgebildet. Die Sauggreifvorrichtung ist also dazu ausgebildet, eine Funktion eines Sauggreifers oder Vakuumhebers bereitzustellen. Die Sauggreifvorrichtung umfasst einen Saugkörper, der bevorzugt glockenförmig ausgestaltet ist. Der Saugkörper weist wiederum eine Saugkörperwand mit mehreren Ansaugöffnungen auf. Die Saugkörperwand ist bevorzugt als Saugkörperboden des glockenförmig ausgestalteten Saugkörpers ausgebildet. Die mehreren Ansaugöffnungen sind als Löcher in der Saugkörperwand ausgebildet, die von einer einem Saugkörperinnenraum zugewandten Innenseite der Saugkörperwand bis zu einer der Innenseite gegenüberliegenden Außenseite der Saugkörperwand reichen. Die Außenseite der Saugkörperwand ist einer Umgebung des Saugkörpers zugewandt, das heißt, die Außenseite grenzt an die Umgebung des Saugkörpers. Die mehreren Ansaugöffnungen verbinden jeweils den Saugkörperinnenraum mir der Umgebung des Saugkörpers. Vorzugsweise sind die mehreren Ansaugöffnungen jeweils kreisförmig ausgebildet.
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Des Weiteren weist der Saugkörper mehrere kippbare Verschließeinrichtungen auf, die jeweils an der an die Umgebung des Saugkörpers angrenzenden Außenseite der Saugkörperwand vor zumindest einer Teilmenge der mehreren Ansaugöffnungen angeordnet sind. Jede der kippbaren Verschließeinrichtungen ist als mechanisch zu betätigende Einrichtung ausgebildet. Eine Form der jeweiligen Verschließeinrichtung kann an eine Form der jeweiligen Ansaugöffnung angepasst sein, das heißt, die jeweilige Verschließeinrichtung weist bevorzugt eine kreisförmige, der Ansaugöffnung zugewandte Seite auf. Es ist vorgesehen, dass vor einer Mehrzahl der Ansaugöffnungen jeweils genau eine der kippbaren Verschließeinrichtungen positioniert ist. Vorzugsweise umfasst der Saugkörper jedoch zumindest eine Ansaugöffnung, vor der keine kippbare Verschließeinrichtung angeordnet ist.
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Der Saugkörper weist zudem ein Stützgitter auf, das an der Außenseite der Saugkörperwand um die mehreren Ansaugöffnungen herum angeordnet ist. Das Stützgitter grenzt somit an die Umgebung des Saugkörpers. Es ist derart ausgebildet, dass es beispielsweise parallel zu einer Ansaugöffnungsgrenze verläuft, wobei die Ansaugöffnungsgrenze die jeweilige Ansaugöffnung von der die jeweilige Ansaugöffnung umgebenden Saugkörperwand abgrenzt. Das Stützgitter ist zum Beispiel als Erhebung relativ zur Saugkörperwand mittig zwischen jeweils zwei benachbarten Ansaugöffnungen auf der Außenseite der Saugkörperwand positioniert. Ist zum Beispiel die Ansaugöffnungsgrenze einer der Ansaugöffnungen beispielsweise als Kreis mit einem vorgegebenen Kreisradius ausgebildet, kann das Stützgitter um diese Ansaugöffnung herum ebenfalls kreisförmig ausgestaltet sein, wobei ein Kreisradius des Stützgitters größer als der Kreisradius der Ansaugöffnungsgrenze ist. Der Kreisradius des Stützgitters kann alternativ gleich dem Kreisradius der Ansaugöffnungsgrenze sein. Das Stützgitter kann in dieser Alternative die Außenseite der Saugkörperwand zum Beispiel vollständig bedecken, sodass die Außenseite nur mittelbar über das auf der Außenseite angeordnete Stützgitter an die Umgebung des Saugkörpers angrenzt.
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Jede der Verschließeinrichtungen ist dazu ausgebildet, bei einem Aufsetzen des um die Verschließeinrichtung herum angeordneten Stützgitters auf dem Objekt um eine Drehachse von einer Verschließstellung in eine Ansaugstellung gekippt zu werden. Die Drehachse ist hier als Gerade zu verstehen, um die die Kippbewegung der Verschließeinrichtung erfolgt. Durch das Aufsetzen auf dem Objekt wird erreicht, dass eine mechanische Kraft auf die Verschließeinrichtung einwirkt, wodurch diese in die Ansaugstellung gekippt wird. Solange das Stützgitter, das um die betrachtete Ansaugöffnung mit der davor positionierten Verschließeinrichtung angeordnet ist, auf keinem Objekt aufgesetzt ist, befindet sich die Verschließeinrichtung in der Verschließstellung. Denn in diesem Zustand wirkt keine ausreichende mechanische Kraft auf die Verschließeinrichtung, um diese in die Ansaugstellung zu kippen, das heißt zu bewegen.
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Jede der Verschließeinrichtungen ist dazu ausgebildet, in der Verschließstellung die Ansaugöffnung zu verschließen und bei einem Unterdruck im Saugkörper die Ansaugöffnung verschlossen zu halten. Der Unterdruck im Saugkörper wird zum Beispiel erreicht, wenn an die Sauggreifvorrichtung ein Vakuumerzeuger angeschlossen wird, der beispielsweise Luft aus dem Saugkörper abpumpt. Ein Druck im Saugkörper ist dann kleiner als ein Umgebungsdruck des Saugkörpers, das heißt der Unterdruck im Saugkörper besteht relativ zum Umgebungsdruck. Beim Unterdruck im Saugkörper wird die Verschließeinrichtung in Richtung des Saugkörperinnenraums angesaugt, wodurch sie gegen die Ansaugöffnung gedrückt wird. Dies führt dazu, dass die Verschließeinrichtung beim Unterdruck die Ansaugöffnung fest verschließt. Die Verschließeinrichtung bildet somit beim Unterdruck eine selbsthemmend verschlossene Ventilkappe für die Ansaugöffnung.
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Jede der Verschließeinrichtungen ist dazu ausgebildet, in der Ansaugstellung die Ansaugöffnung für die Umgebung freizugeben und beim Unterdruck im Saugkörper das Objekt anzusaugen. In der Ansaugstellung wird ein räumlich begrenzter Verbindungskanal zwischen dem Saugkörperinnenraum und der Umgebung des Saugkörpers geöffnet, der von der Außenseite der Saugkörperwand, dem Stützgitter, der Verschließeinrichtung selbst und einer Oberfläche des Objekts begrenzt ist. Als Oberfläche des Objekts ist hier die im Bereich der Ansaugöffnung dem Saugkörper zugewandte Oberfläche des Objekts zu verstehen. Über den Verbindungskanal ist die Oberfläche des Objekts mit dem Saugkörperinnenraum verbunden, sodass aufgrund des Unterdrucks im Saugkörper der Druck im Verbindungskanal sinkt und es zum Ansaugen des Objekts an den Saugkörper kommt.
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Soll zum Beispiel als Objekt ein bestimmtes Bauteil mittels der Sauggreifvorrichtung angesaugt werden, wird das Objekts zunächst vor zumindest einer der Ansaugöffnungen mit davor positionierter Verschließeinrichtung positioniert. Es kann alternativ vor mehreren Ansaugöffnungen positioniert werden und/oder mehrere Objekte können gleichzeitig vor verschiedenen einzelnen und/oder mehreren Ansaugöffnungen mit jeweiliger davor positionierter Verschließeinrichtung positioniert werden. Beim Positionieren setzt das um die zumindest eine Ansaugöffnung mit der Verschließeinrichtung herum angeordneten Stützgitters auf dem Objekt auf. Dies bewirkt, dass das Objekt eine mechanische Kraft auf die Verschließeinrichtung einwirkt, wodurch die Verschließeinrichtung in die Ansaugstellung gekippt wird. In der Ansaugstellung erfolgt nun ein Ansaugen des vor der zumindest einen Ansaugöffnung positionierten Objekts an den Saugkörper der Sauggreifvorrichtung, wenn im Saugkörper ein Unterdruck herrscht und/oder mittels eines an die Sauggreifvorrichtung angeschlossenen Vakuumerzeugers erzeugt wird. Die Sauggreifvorrichtung ist also dazu ausgebildet, bei einem Unterdruck im Saugkörper und zumindest einer der Verschließeinrichtungen in der Ansaugstellung das in der Umgebung des Saugkörpers vor der zumindest einen Verschließeinrichtung, das heißt vor der entsprechenden Ansaugöffnung, angeordnete Objekt anzusaugen.
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Das Objekt bedeckt bevorzugt mehrere Ansaugöffnungen mit davor angeordneter jeweiliger Verschließeinrichtung, sodass das Objekt an mehreren Ansaugöffnungen vom Saugkörper angesaugt wird. Alternativ oder zusätzlich dazu können mehrere Objekte gleichzeitig an verschiedenen Bereichen der Saugkörperwand angesaugt werden. Hierdurch wird erreicht, dass zum Beispiel ein Fertigungsablauf automatisiert werden kann, bei dem mehrere kleine Bauteile als Objekte, die zudem unterschiedlich komplexe Geometrien aufweisen, also unterschiedlich geformt sind, präzise und reproduzierbar positioniert werden können. Dies ist zudem ohne immer wieder nötigen Werkzeugwechsel möglich, da die Sauggreifvorrichtung zum Ansaugen und somit zum Positionieren von gleichzeitig mehreren und/oder verschieden großen und/oder verschieden geformten Objekten ausgebildet ist.
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Zu der Erfindung gehören zudem Ausgestaltungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben können.
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Eine Ausgestaltungsform der Erfindung sieht vor, dass jede der Verschließeinrichtungen ein Hebelelement umfasst, das in der Verschließstellung über das Stützgitter hervorsteht. In der Verschließstellung ragt also zumindest ein Teilbereich des Hebeelements in die Umgebung des Saugkörpers derart heraus, dass das Objekt beim Aufsetzen des um die Verschließeinrichtung herum angeordneten Stützgitters auf dem Objekt zumindest diesen Teilbereich des Hebeelements berührt. In diesem Zustand ist das Objekt in Kontakt mit dem Hebeelement und drückt zum Beispiel gegen das Hebeelement. Hierdurch wirkt eine mechanische Kraft über das Hebeelement auf die Verschließeinstellung.
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Das Hebeelement ist dazu ausgebildet, beim Einwirken der mechanischen Kraft auf das Hebelelement die Verschließeinrichtung von der Verschließstellung in die Ansaugstellung zu kippen. Beim beschriebenen Aufsetzen des Stützgitters auf dem Objekt wird also die Verschließeinrichtung mittels der auf das Hebeelement einwirkenden Kraft in die Ansaugstellung gekippt und dadurch das Objekt angesaugt. Dies ist möglich, da eine vorgegebene Stützgitterlänge senkrecht zur Saugkörperwand kleiner als eine maximale Länge ist, um die jede der Verschließeinrichtungen in der Verschließstellung in die Umgebung des Saugkörpers herausragt. Hierdurch wird ein besonders einfach ausgestalteter Mechanismus zum Öffnen der Ansaugöffnungen realisiert, bei dem eine relativ kleine mechanische Kraft ausreicht, um die gewünschte Öffnung zu erreichen. Es ist beispielsweise nicht nötig, dass das Objekt unter einem erhöhten Kraftaufwand gegen das Stützgitter gedrückt wird, damit die Verschließeinrichtung gekippt wird, da das hervorstehende Hebeelement bereits bei einer Berührung mit dem Objekt unter geringem Kraftaufwand, wie beim Aufsetzen des Stützgitters auf dem Objekt, betätigt und die Verschließeinrichtung in die Ansaugstellung kippt.
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Gemäß einer zusätzlichen Ausgestaltungsform ist es vorgesehen, dass das Stützgitter eine vorgegebene Stützgitterlänge senkrecht zur Saugkörperwand aufweist, die größer oder gleich einer maximalen Länge ist, um die jede der Verschließeinrichtungen in der Ansaugstellung in die Umgebung des Saugkörpers herausragt. Hierdurch wird erreicht, dass das Objekt, wenn das Stützgitter auf diesem aufgesetzt ist, im Bereich der Ansaugöffnung den Saugkörper zur Umgebung abgrenzt. Der Saugkörperinnenraum ist also in der Ansaugstellung um eine Art Kammer vergrößert, die dem Verbindungskanal entspricht. Die Kammer kann also in Richtung des Saugkörperinnenraums von der Außenseite der Saugkörperwand, seitlich von dem Stützgitter und in die der Saugkörperwand gegenüberliegenden Richtung von der Oberfläche des Objekts räumlich begrenzt werden, wobei die Kammer über die Ansaugöffnung mit dem Saugkörperinnenraum verbunden ist. Hierdurch wird erreicht, dass ein Druck in der Kammer bei einem Unterdruck im Saugkörperinnenraum reduziert wird und sich im gesamten Saugkörperinnenraum, der die Kammer mit umfasst, ein im Vergleich zum Umgebungsdruck reduzierter Druck einstellt. Es wird also erreicht, dass das Objekt bündig auf dem Stützgitter aufliegt, da kein Teilbereich der Verschließeinrichtung hervorsteht, und das Objekt dadurch zuverlässig vom Saugkörper der Sauggreifvorrichtung angesaugt werden kann.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass die Saugkörperwand eine Innenwand und eine an die Innenwand angrenzende Außenwand umfasst. Die Innenwand grenzt an den Saugkörperinnenraum und die Außenwand an die Umgebung des Saugkörpers und/oder das Stützgitter an. Die Saugkörperwand umfasst also eine Art Unterdruckmodul, in das ein fester Lochträger zur Verteilung des Unterdrucks eingefügt ist. Dieser feste Lochträger ist in Form der Innenwand realisiert. In dieser sind die Ansaugöffnungen durch Aussparungen, das heißt durch Löcher in der Innenwand, realisiert.
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Die Außenwand ist aus einem flexibleren Material ausgebildet ist als die Innenwand, insbesondere aus Silikon. Auf dem Lochträger, das heißt auf der Innenwand, ist also ein Silikonmodul als Außenwand positioniert, das ein deckungsgleiches Lochmuster aufweist, wie die Innenwand. Der Außenboden ist bevorzugt aus Silikon ausgebildet, da dadurch eine gute Abdichtwirkung gegenüber der Umgebung erreicht werden kann, da Silikon unter Einwirkung einer mechanischen Kraft nachgeben kann. Der Innenboden ist demgegenüber aus einem festeren und somit weniger elastischen Material hergestellt, damit er auch bei einem Unterdruck im Saugkörper einer Verformung standhält, die gegebenenfalls zu einer Undichtigkeit des Saugkörperinnenraums gegenüber der Umgebung führen könnte. Die Ausgestaltung der Saugkörperwand ist also derart gewählt, dass die Sauggreifvorrichtung optimal funktionsfähig ist.
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In einer weiteren Ausgestaltungsform ist es vorgesehen, dass jede der Verschließeinrichtungen einseitig an einem Angusspunkt an der Außenwand angegossen ist. Am Angusspunkt ist also die Verschließeinrichtung mit der Außenwand gekoppelt und insbesondere unmittelbar mit dieser verbunden. Der Angusspunkt bildet einen Drehpunkt der Drehachse der Verschließeinrichtung. Der Angusspunkt bildet somit eine Art Scharnier, mittels dessen die Verschließeinrichtung relativ zur Außenwand und somit relativ zur Ansaugöffnung gekippt werden kann. Der Angusspunkt stellt daher den Drehpunkt dar, das heißt den Punkt, durch den die Drehachse der Kippbewegung der Verschließeinrichtung verläuft. An der Außenwand, das heißt auf dem Silikonmodul, ist die jeweilige Verschließeinrichtung über der jeweiligen Ansaugöffnung einseitig angegossen und somit fest mit dieser verbunden. Hierdurch wird die Sauggreifvorrichtung besonders robust und zudem kostengünstig produzierbar.
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Des Weiteren sieht eine Ausgestaltungsform vor, dass jede der Verschließeinrichtungen aus einem Kunststoff mit einer hohen Steifigkeit oder einem Metall ausgebildet ist. Alternativ kann nur das Hebelelement der Verschließeinrichtung aus dem Kunststoff mit der hohen Steifigkeit oder dem Metall ausgebildet sein. Jede der Verschließeinrichtungen weist also einen relativ unnachgiebigen Kern auf, der zum Beispiel als I-förmiges Metallinlay ausgebildet ist. Ein Schenkel des I-förmiges Metallinlay ist durch das Hebelelement ausgebildet und der andere Schenkel durch eine Verschließeinrichtungsklappe, die dazu ausgebildet ist, in der Verschließstellung die Ansaugöffnung zu bedecken. Die beschriebene Materialwahl bewirkt, dass die Verschließeinrichtung eine ausreichend hohe Steifigkeit aufweist, die für die Kippfunktion der Verschließeinrichtung erforderlich ist. Die Kippfunktion der Verschließeinrichtung funktioniert daher zuverlässig und die Verschließeinrichtung ist gegen plastische Verformungen, beispielsweise aufgrund des Aufsetzens auf dem Objekt, bei dem das Objekt das Hebelelement berührt, zumindest bis zu einer bestimmten einwirkenden maximalen Kraft geschützt.
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Gemäß einer zusätzlichen Ausgestaltungsform ist es vorgesehen, dass jede der Verschließeinrichtungen mit dem Material umhüllt ist, aus dem die Außenwand hergestellt ist. Alternativ kann nur das Hebelelement der Verschließeinrichtung mit dem Material umhüllt sein. Die Verschließeinrichtung oder zumindest das Hebelelement ist also bevorzugt von Silikon ummantelt. Hierfür wird es beispielsweise von Silikon umspritzt. Die Saugkörperwand mit den an dieser angeordneten mehreren Verschließeinrichtung kann daher beispielsweise mittels eines Spitzgussverfahrens hergestellt werden. Die Verschließeinrichtung ist dadurch trotz steifem Kern ausreichend flexibel, damit zum Beispiel die Scharnierwirkung am Angusspunkt, die das Kippen der Verschließeinrichtung von der Verschließstellung in die Ansaugstellung und wieder zurück ermöglicht, erreicht wird.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass die Saugkörperwand genau eine Hauptansaugöffnung umfasst, die als Ansaugöffnung ohne vor dieser angeordneter kippbarer Verschließeinrichtung ausgebildet ist. Es ist also vorgesehen, dass auf der Saugkörperwand eine Öffnung in der Saugkörperwand vorgesehen ist, die immer geöffnet ist. Über die Hauptansaugöffnung ist der Saugkörperinnenraum permanent mit der Umgebung des Saugkörpers und somit der Umgebung der Sauggreifvorrichtung verbunden. Die Sauggreifvorrichtung ist nun dazu ausgebildet, bei einem Aufsetzen des um die Hauptansaugöffnung herum angeordneten Stützgitters auf dem Objekt beim Unterdruck im Saugkörper das Objekt anzusaugen.
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Mithilfe der Hauptansaugöffnung wird zum einen erreicht, dass bei einem Unterdruck im Saugkörperinnenraum, beispielsweise immer wenn ein aktivierter Vakuumerzeugen an den Saugkörper angeschlossen ist, nur eine geringe mechanische Kraft an dem Hebeelement der jeweiligen Verschließeinrichtung benötigt wird, damit die Verschließeinrichtung gekippt wird. Denn im Saugkörper stellt sich aufgrund der stets geöffneten Hauptansaugöffnung ein größerer Druck ein, als es bei einem vollständig abgeschlossenen Saugkörper der Fall wäre. Hierdurch wird ein kleinerer Unterdruck im Saugkörper verglichen zum Unterdruck im vollständig abgeschlossenen Saugkörper erreicht. Zum anderen wird mittels der Hauptansaugöffnung erreicht, dass eine zentrale Ansaugstelle vorgesehen ist, die bereits an sich und somit ohne Zusatzkomponente in Form der Verschließeinrichtung dazu ausgebildet ist, beim Aufsetzen des Stützgitters um die Hauptansaugöffnung herum auf dem Objekt dieses Objekt anzusaugen.
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Eine weiterer Ausgestaltungsform sieht vor, dass die Hauptansaugöffnung an einem Mittelpunkt der Saugkörperwand angeordnet ist. Dies bewirkt, dass beispielsweise bei einem relativ großen Objekt, das von einem relativ großen Teilbereich der Saugkörperwand bedeckt wird, wenn das Stützgitter auf dem großen Objekt aufgesetzt wird, stets auch die permanent geöffnete Hauptansaugöffnung vom Objekt bedeckt wird und somit als Ansaugbereich mitgenutzt wird, wobei dieser Ansaugbereich besonders einfach ausgebildet ist. Dieser Ansaugbereich ist zudem besonders robust ausgebildet, da keine Verschließeinrichtung vor der Hauptansaugöffnung benötigt wird.
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Außerdem sieht eine Ausgestaltungsform vor, dass der Saugkörper einen Anschluss für einen Vakuumerzeuger aufweist. Über diesen Anschluss kann die Luft aus dem Saugkörper abgepumpt werden. Der Vakuumerzeuger kann zum Beispiel als Vakuumpumpe oder als Gebläse ausgebildet sein. Der Anschluss ist insbesondere mittig an einer der Saugkörperwand gegenüberliegenden Seite des Saugkörperinnenraums angeordnet. Besonders bevorzugt ist er gegenüber der Hauptansaugöffnung angeordnet. Die beschriebene Positionierung des Anschlusses ermöglicht beispielsweise bei einer glockenförmigen Ausgestaltung des Saugkörpers, dass auch bei zahlreichen Ansaugöffnungen um die zentrale Hauptansaugöffnung herum relativ konstante Druckverhältnisse im Saugkörperinnenraum erreicht werden können.
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Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung sowie anhand der Zeichnung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine geschnittene Darstellung einer Sauggreifvorrichtung mit einem angesaugten Objekt;
- 2 eine geschnittene Darstellung der Sauggreifvorrichtung mit einem nur vor einer Hauptansaugöffnung positionierten angesaugten Objekt;
- 3 eine seitliche Perspektivansicht der Sauggreifvorrichtung;
- 4 eine Perspektivansicht einer Unterseite der Sauggreifvorrichtung.
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Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine geschnittene Darstellung einer Sauggreifvorrichtung 10, die einen Saugkörper 12 umfasst. Der Saugkörper 12 hat eine glockenförmige Form und weist einen Saugkörperinnenraum 13 auf. Der Saugkörper 12 umfasst zudem eine Saugkörperwand 14 mit mehreren Ansaugöffnungen 16. Eine der Ansaugöffnungen 16 ist als Hauptansaugöffnung 18 ausgebildet, wobei die Hauptansaugöffnung 18 an einem Mittelpunkt der Saugkörperwand 14 angeordnet ist.
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Der Saugkörper 12 umfasst außerdem mehrere kippbare Verschließeinrichtungen 20, die jeweils an einer Außenseite 22 der Saugkörperwand 14 vor einigen der mehreren Ansaugöffnungen 16, das heißt vor einer Teilmenge der mehreren Ansaugöffnungen 16, angeordnet sind. Vor der Hauptansaugöffnung 18 ist jedoch keine kippbare Verschließeinrichtung 20 angeordnet.
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Die Außenseite 22 der Saugkörperwand 14 grenzt an eine Umgebung 24 des Saugkörpers 12 an. Der Saugkörper 12 umfasst ein Stützgitter 26, das an der Außenseite 22 der Saugkörperwand 14 um die mehreren Ansaugöffnungen 16 sowie die Hauptansaugöffnung 18 herum angeordnet ist. Das Stützgitter 26 weist eine vorgegebene Stützgitterlänge 27 senkrecht zur Saugkörperwand 14 auf. Die Stützgitterlänge 27 ist hier mit einem doppelköpfigen Pfeil 27 dargestellt.
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Die Saugkörperwand 14 umfasst eine Innenwand 28 sowie eine an die Innenwand 28 angrenzende Außenwand 30. Die Innenwand 28 grenzt an den Saugkörperinnenraum 13 und die Außenwand 30 an die Umgebung 24 und/oder das Stützgitter 26. Die Außenwand 30 ist aus einem flexibleren Material ausgebildet als die Innenwand 28, insbesondere aus Silikon.
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Der Saugkörper 12 weist zudem einen Anschluss 32 für einen Vakuumerzeuger auf. Der Anschluss 32 ist mittig an einer der Saugkörperwand 14 gegenüberliegenden Seite des Saugkörperinnenraums 13 angeordnet. Wird der Vakuumerzeuger angeschlossen und aktiviert wird Luft gemäß der mit einzelnen Pfeilen dargestellten Strömungsrichtung 34 aus dem Saugkörperinnenraum 13 gepumpt.
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Jede der Verschließeinrichtungen 20 umfasst ferner ein Hebelelement 36 und ist aus einem Kunststoff mit einer hohen Steifigkeit oder aus einem Metall ausgebildet und zudem mit dem Material umhüllt, aus dem auch die Außenwand 30 hergestellt ist, das heißt, sie ist hier mit Silikon ummantelt.
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In der Umgebung 24 der Sauggreifvorrichtung 10 befindet sich nun ein Objekt 38. Dieses Objekt 38 soll mit der Sauggreifvorrichtung 10 angesaugt und im angesaugten Zustand mittels der Sauggreifvorrichtung 10 zu einer vorgegebenen Zielposition transportiert werden. Die Sauggreifvorrichtung 10 wird nun mit dem Stützgitter 26 auf dem Objekt 38 positioniert, und zwar in einem Bereich der Sauggreifvorrichtung 10, in dem diese zumindest eine Ansaugöffnung 16 mit davor angeordneter Verschließeinrichtung 20 aufweist. Die Verschließeinrichtungen 20 ist dazu ausgebildet, bei diesem Aufsetzen des Stützgitters 26 auf dem Objekt 38 um eine Drehachse von einer Verschließstellung 40 in eine Ansaugstellung 42 gekippt zu werden. Die Drehachse verläuft hierbei durch einen Angusspunkt 44 der Verschließeinrichtungen 20. Am Angusspunkt 44 ist die jeweilige Verschließeinrichtung 20 einseitig an der Außenwand 30 angegossen. Der Angusspunkt 44 entspricht also einem Drehpunkt der Drehachse der Verschließeinrichtung 20.
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Die Verschließeinrichtung 20 ist in der Verschließstellung 40 dazu ausgebildet, die Ansaugöffnung 16 zu verschließen. Bei einem Unterdruck im Saugkörper 12 verglichen mit einem Umgebungsdruck in der Umgebung 24, also bei angeschlossenem und aktiviertem Vakuumerzeuger, werden die Ansaugöffnungen 16 aufgrund des Unterdrucks verschlossen gehalten. Befinden sich alle Verschließeinrichtung 20 ist der Verschließstellung 40 und ist kein Objekt 38 vor dem Stützgitter 26 positioniert, ist der Saugkörperinnenraum 13 lediglich über die Hauptansaugöffnung 18 mit der Umgebung 24 verbunden.
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Die Verschließeinrichtung 20 ist dazu ausgebildet, in der Ansaugstellung 42 die Ansaugöffnung 16 für die Umgebung 24 frei zu geben, sodass, wenn das Objekt 38 vor der Verschließeinrichtung 20 in der Ansaugstellung 42 positioniert ist, das Objekt 38 an den Saugkörperinnenraum 13 angrenzt. Beim Unterdruck im Saugkörper 12 wird das Objekt 38 daher in der Ansaugstellung 42 vom Saugkörper 12 angesaugt.
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Die Kippbewegung von der Verschließstellung 40 zur Ansaugstellung 42 wird durch das Einwirken einer mechanischen Kraft auf das Hebelelement 36 ausgelöst. Das Hebelelement 36 steht nämlich in der Verschließstellung 40 über das Stützgitter 26 hervor. Eine maximale Länge in einer z-Richtung der Verschließeinrichtung 20 in der Verschließstellung 40 ist somit größer als die Stützgitterlänge 27. Die mechanische Kraft wird hier vom Objekt 38 auf das Hebelelement 36 ausgeübt. Sobald die Sauggreifvorrichtung 10 also mit dem Stützgitter 26 auf dem Objekt 38 im Bereich zumindest einer Ansaugöffnung 16 positioniert wird, wird daher das Hebelelement 36 durch das Objekt 38 betätigt und die Verschließeinrichtung 20 wird von der Verschließstellung 40 in die Ansaugstellung 42 bewegt.
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In der Ansaugstellung 42 ist die maximale Länge in z-Richtung, um die jede der Verschließeinrichtungen 20 in die Umgebung 24 herausragt, kleiner oder gleich der Stützgitterlänge 27.
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Das Objekt 38 befindet sich in 1 außerdem vor der Hauptansaugöffnung 18. Die Sauggreifvorrichtung 10 ist generell dazu ausgebildet, bei einem Aufsetzen des um die Hauptansaugöffnung 18 herum angeordneten Stützgitters 26 auf dem Objekt 38 beim Unterdruck im Saugkörper 12 das Objekt 38 direkt anzusaugen.
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2 zeigt erneut die Sauggreifvorrichtung 10 in einer geschnittenen Darstellung. Hier ist jedoch lediglich im Bereich um die Hauptansaugöffnung 18 herum ein relativ kleines Objekt 38 positioniert, das aufgrund des hier aktivierten Vakuumerzeugers durch den Unterdruck im Saugkörperinnenraum 13 an die Sauggreifvorrichtung 14 angesaugt ist.
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3 zeigt eine seitliche Perspektivansicht der Sauggreifvorrichtung 10. Hierbei wird deutlich, dass bevorzugt radial um die Hauptansaugöffnung 18 herum zahlreiche Ansaugöffnungen 16 mit davor angeordneter Verschließeinrichtung 20 vorgesehen sind.
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4 verdeutlicht dies zusätzlich, wobei in 4 eine Perspektivansicht einer Unterseite der Sauggreifvorrichtung 10 dargestellt ist, aus der diese bevorzugte Anordnung der einzelnen Ansaugöffnungen 24 zueinander besonders deutlich wird.
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Insgesamt zeigen die Beispiele eine Realisierung einer Sauggreifvorrichtung 10 mit mehreren Unterkammern in den Bereichen der mehreren Ansaugöffnungen 16, wobei ausschließlich an der mittig liegenden Unterkammer im Bereich der Hauptansaugöffnung 18 permanent ein Unterdruck anliegt. Die darum herum angeordneten Unterkammern sind reversibel an das Unterdrucksystem angeschlossen. Erst bei Kontakt mit dem zu hebenden Bauteil, das heißt mit dem Objekt 38, wird die jeweilige Unterkammer durch Auslösen einer Hebelmechanik des jeweiligen Hebelelements 36 und Öffnen der zugehörigen Verschließeinrichtung 20, die eine Ventilklappe darstellt, mit Unterdruck versorgt.
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Die beschriebene Sauggreifvorrichtung 10 passt sich dem zu positionierenden Objekt 38 an und der Unterdruck wird ausschließlich in Bereiche geleitet, die unmittelbaren Kontakt zum Objekt 38 haben. Leckage in der Luftführung des Unterdrucksystems wird vermieden. Bauteile werden sauber geführt, da kein Schaum zum Einsatz kommt.
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Die Sauggreifvorrichtung 10 umfasst ein Unterdruckmodul in Form der Innenwand 28, in das ein fester Lochträger zur Verteilung des Unterdrucks eingefügt ist. Auf dem Lochträger ist ein Silikonmodul in Form der Außenwand 30 positioniert, das über ein deckungsgleiches Lochmuster verfügt. Das Lochmuster entspricht einer Anordnung der Ansaugöffnungen 16. An dem Silikonmodul in Form der Außenwand 30 sind über jedem Loch, das heißt jeder Ansaugöffnungen 16, Ventilkappen in Form der Verschließeinrichtungen 20 einseitig angegossen. Um die Ventilkappen in Form der Verschließeinrichtungen 20 ist ein festes Stützgitter 26 positioniert, an dem sich zu positionierende Bauteile, das heißt das Objekt 38, abstützen und das die einzelnen Unterkammern der Saugkörperinnenraums 13 abbildet.
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Zentral angeordnet ist eine Unterkammer, und zwar die Unterkammer im Bereich der Hauptansaugöffnung 18, die fortlaufend mit Unterdruck versorgt wird. Der Angusspunkt 44 der jeweiligen Verschließeinrichtung 20 dient als Scharnier. Die Ventilkappen in Form der Verschließeinrichtungen 20 sind bei anliegendem Unterdruck selbsthemmend verschlossen. An den Ventilkappen in Form der Verschließeinrichtungen 20 ist jeweils ein Hebelelement 36 angegossen, das bei Kontakt mit einem Bauteil, das heißt dem Objekt 38, zur Öffnung der Ventilkappe in Form der Verschließeinrichtung 20 führt. Der Unterdruck liegt folglich in der jeweiligen Unterkammer des Saugkörperinnenraums 13 an.
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Das Hebelelement 36 zur Betätigung der Verschließeinrichtung 20 kann aus Festkunststoff oder Metall als Inserts vom Silikon umspritzt werden. Generell führt das Verwenden einer Inserttechnik jedoch zu höheren Fertigungskosten und ist nur bei Bedarf einzusetzen.
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Die Unterverteilung des Unterdrucks kann von der mittig liegenden Unterkammer ausgehend seitlich erfolgen. Jede einzelne Unterkammer ist über eine separate Verschließeinrichtungen 20 direkt mit dem anliegenden Unterdrucksystem verbunden. Daraus ergibt sich eine gleichmäßig hohe Unterdruckverteilung in allen Unterkammern.
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Der Einsatz eines selbst adaptierenden Mehrkammer-Sauggreifers, also der hier beschriebenen Sauggreifvorrichtung 10, erlaubt es, einen Fertigungsablauf zu automatisieren, bei dem viele kleine Objekte 38 unterschiedliche komplexer Geometrien zum Einsatz kommen. Die Objekte 38 können dabei präzise und reproduzierbar positioniert werden, ohne dass ein ständiger Werkzeugwechsel erfolgen muss.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Sauggreifvorrichtung
- 12
- Saugkörper
- 13
- Saugkörperinnenraum
- 14
- Saugkörperwand
- 16
- Ansaugöffnung
- 18
- Hauptansaugöffnung
- 20
- Verschließeinrichtung
- 22
- Außenseite
- 24
- Umgebung
- 26
- Stützgitter
- 27
- Stützgitterlänge
- 28
- Innenwand
- 30
- Außenwand
- 32
- Anschluss
- 34
- Strömungsrichtung
- 36
- Hebelelement
- 38
- Objekt
- 40
- Verschließstellung
- 42
- Ansaugstellung
- 44
- Angusspunkt
