DE102021104759A1

DE102021104759A1 - Device for fixing, stretching, lifting and/or moving objects by suction using negative pressure

Info

Publication number: DE102021104759A1
Application number: DE102021104759.5A
Authority: DE
Inventors: Dieter Geissler
Original assignee: J Schmalz GmbH
Current assignee: J Schmalz GmbH
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2022-09-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung (2) zum Fixieren, Aufspannen, Anheben und/oder Verbringen von Gegenständen (10) durch Ansaugen mittels Unterdruck, insbesondere zum Fixieren und Aufspannen von Werkstücken für die Werkstückbearbeitung oder Unterdruckhandhabungseinrichtung (4) zum Ansaugen, Anheben und/oder Verbringen von Gegenständen (10), mit einer elektromotorisch angetriebenen unterdruckerzeugenden Einrichtung (16) mit einem drehzahlvariablen Elektromotor (18) und mit einer elektronischen Steuereinheit (20) für den Elektromotor (18) und mit einer Unterdruckbegrenzungsvorrichtung (24); erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung (24) derart ausgebildet ist, dass sie nicht nur bei Unterschreiten eines vorgegebenen oder vorgebbaren Unterdrucks öffnet, sondern dass sie in Abhängigkeit wenigstens eines weiteren Parameters durch eine Steuervorrichtung (26) in öffnendem und schließendem Sinn betätigbar ist.The invention relates to a device (2) for fixing, clamping, lifting and/or moving objects (10) by suction using a vacuum, in particular for fixing and clamping workpieces for workpiece processing or a vacuum handling device (4) for suction, lifting and/or Moving objects (10) with an electric motor-driven vacuum-generating device (16) with a variable-speed electric motor (18) and with an electronic control unit (20) for the electric motor (18) and with a vacuum-limiting device (24); According to the invention, it is proposed that the negative pressure limiting device (24) be designed in such a way that it not only opens when the negative pressure falls below a predetermined or specifiable level, but that it can be actuated in the opening and closing direction by a control device (26) as a function of at least one other parameter.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Fixieren, Aufspannen, Anheben und/oder Verbringen von Gegenständen durch Ansaugen mittels Unterdruck, insbesondere zum Fixieren und Aufspannen von Werkstücken für die Werkstückbearbeitung oder Unterdruckhandhabungseinrichtung zum Ansaugen, Anheben und/oder Verbringen von Gegenständen, mit einer elektromotorisch angetriebenen unterdruckerzeugenden Einrichtung mit einem drehzahlvariablen Elektromotor und mit einer elektronischen Steuereinheit zur Drehzahlsteuerung für den Elektromotor und mit einer Unterdruckbegrenzungsvorrichtung.The invention relates to a device for fixing, clamping, lifting and/or moving objects by suction using a vacuum, in particular for fixing and clamping workpieces for workpiece processing or a vacuum handling device for sucking, lifting and/or moving objects, with an electric motor-driven vacuum generator Device with a variable-speed electric motor and with an electronic control unit for controlling the speed of the electric motor and with a vacuum-limiting device.

Zur Unterdruckversorgung der vorstehend genannten Einrichtungen werden seither in bekannter Weise elektromotorisch angetriebene Gebläse verwandt, deren Elektromotor typischerweise von einem Drehstromasynchronmotor mit fester Drehzahl gebildet ist. Aus Gründen der Energieeffizienz und der optimalen Prozessanpassung ist es aber auch wünschenswert, drehzahlvariable Elektromotoren mit einer elektronischen Steuereinheit einzusetzen. Damit lässt sich eine zuverlässige Unterdruckregelung bei guter Energieeffizienz realisieren. In beiden Fällen hat die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung die Funktion, prozesssicher zu verhindern, dass der Unterdruck innerhalb der unterdruckführenden Komponenten der Einrichtung einen vorgegebenen oder vorgebbaren Wert übersteigt, also der absolute Druck unter einen entsprechenden Wert absinkt, damit eine Implosionsgefahr, insbesondere bei der Verwendung von Hubschläuchen oder anderen dünnwandigen Komponenten sicher verhindert wird. Bei vorbekannten Einrichtungen ist die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung typischerweise von einem Unterdruckbegrenzungsventil gebildet, welches bei Überschreiten eines fest vorgegebenen Unterdrucks öffnet, so dass Fremdluft in die unterdruckführenden Komponenten der Einrichtung eindringen und zu der unterdruckerzeugenden Vorrichtung gelangen kann, wo sie in der Folge auch Kühlung für den Elektromotor bewirkt. Im Einsatz sind diese Vakuumbegrenzungsventile üblicherweise auf einen konstanten Wert eingestellt, damit im Hinblick auf einen definierten Arbeitspunkt des Elektromotors ein möglichst optimaler Betrieb erreicht wird, was beim Einsatz von Drehstromasynchronmotoren mit fester Drehzahl auch leidlich gut funktioniert. Wenn nun aber drehzahlvariable Elektromotoren zum Einsatz kommen, vermag diese vorbekannte Unterdruckbegrenzung nur ihrem primären Ziel, nämlich ein Überschreiten eines vorgegebenen Unterdrucks zu verhindern, gerecht zu werden, da bei drehzahlvariablen Elektromotoren der optimale Arbeitsbereich und insbesondere ein maximal zulässiger Unterdruck, um eine Überhitzung sicher zu vermeiden, drehzahlabhängig ist.To supply the above-mentioned devices with vacuum, blowers driven by electric motors have been used in a known manner since then, the electric motor of which is typically formed by a three-phase asynchronous motor with a fixed speed. However, for reasons of energy efficiency and optimal process adaptation, it is also desirable to use variable-speed electric motors with an electronic control unit. This allows reliable vacuum control with good energy efficiency to be implemented. In both cases, the vacuum-limiting device has the function of reliably preventing the vacuum within the vacuum-carrying components of the device from exceeding a predetermined or specifiable value, i.e. the absolute pressure falling below a corresponding value, so that there is a risk of implosion, especially when using lifting hoses or other thin-walled components is reliably prevented. In previously known devices, the vacuum-limiting device is typically formed by a vacuum-limiting valve, which opens when a fixed, predetermined vacuum is exceeded, so that external air can penetrate into the vacuum-carrying components of the device and reach the vacuum-generating device, where it subsequently also cools the electric motor . In use, these vacuum relief valves are usually set to a constant value, so that the best possible operation is achieved with regard to a defined operating point of the electric motor, which also works reasonably well when using three-phase asynchronous motors with a fixed speed. However, if variable-speed electric motors are now used, this previously known vacuum limitation can only do justice to its primary objective, namely to prevent a specified vacuum from being exceeded, since the optimum operating range and in particular a maximum permissible vacuum in variable-speed electric motors is required to ensure overheating avoid, is speed dependent.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Einrichtungen zum Fixieren, Aufspannen, Anheben und/oder Verbringen von Gegenständen durch Ansaugen mittels Unterdruck einen prozesssicheren störungsfreien Betrieb zu ermöglichen, in welchem zugleich eine weitgehende Absicherung der unterdruckerzeugenden Einrichtung gegen Beschädigung, insbesondere wegen Überhitzung und/oder wegen Betriebs des Elektromotors entfernt vom optimalen Arbeitspunkt, realisiert ist.The present invention is based on the object of enabling process-reliable, trouble-free operation in devices for fixing, clamping, lifting and/or moving objects by suction by means of negative pressure, in which at the same time extensive protection of the device generating negative pressure against damage, in particular due to overheating and/or or due to operation of the electric motor away from the optimum operating point.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass sie nicht nur bei Unterschreiten eines vorgegebenen oder vorgebbaren Unterdrucks öffnet, sondern dass sie in Abhängigkeit wenigstens eines weiteren Parameters durch eine Steuervorrichtung in öffnendem und schließendem Sinn betätigbar ist.In a device of the type mentioned, this object is achieved according to the invention in that the vacuum-limiting device is designed in such a way that it not only opens when the vacuum falls below a predetermined or specifiable level, but also that it opens and closes as a function of at least one other parameter by a control device is operable.

Dadurch dass die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung, insbesondere ein Unterdruckbegrenzungsventil, nicht mehr lediglich starr auf einen Unterdruckwert eingestellt ist, bei dessen Erreichen oder Überschreiten Fremdluft in das System eingelassen wird, sondern in Abhängigkeit wenigstens eines weiteren Parameters in öffnendem Sinn und in schließendem Sinn betätigbar ist, kann ein zusätzlicher Überhitzungsschutz aller Komponenten des Systems realisiert werden, und zwar prinzipiell bei jeder Drehzahl, mit welcher der drehzahlvariable Elektromotor angesteuert wird. Wenn die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung in öffnendem Sinn betätigt wird, dann strömt Luft von außen in das Innere der Einrichtung und bewirkt direkt eine Kühlung aller Komponenten. Des Weiteren wird hierdurch infolge zunächst nachlassenden Unterdrucks die Leistungsaufnahme des Elektromotors und damit auch die damit einhergehende Verlustleistung und Wärmeentwicklung herabgesetzt. Sobald der weitere erfasste und überwachte Parameter wieder einen Betrieb der Einrichtung nahe des optimalen Arbeitspunkts des Elektromotors signalisiert, kann die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung wieder in schließendem Sinn betätigt werden. Es wird also erfindungsgemäß eine Art selbstregelndes System realisiert, welches einen Betrieb der Einrichtung nahe zum optimalen Arbeitspunkts erleichtert, und zwar auch und gerade wenn drehzahlvariable Elektromotoren zum Einsatz kommen, die im Unterschied zu einem Drehstromasynchronmotor nicht eine einzige Kennlinie sondern gewissermaßen viele Kennlinien je nach Frequenzansteuerung haben.Due to the fact that the negative pressure limiting device, in particular a negative pressure limiting valve, is no longer just set rigidly to a negative pressure value which, when reached or exceeded, external air is admitted into the system, but can be actuated in the opening direction and in the closing direction depending on at least one other parameter, a additional overheating protection for all components of the system can be implemented, in principle at any speed at which the variable-speed electric motor is controlled. When the vacuum limiting device is actuated in the opening sense, air flows from the outside into the interior of the device and directly cools all the components. Furthermore, as a result of the initially decreasing negative pressure, the power consumption of the electric motor and thus also the power loss and heat development associated therewith are reduced. As soon as the further recorded and monitored parameter again signals operation of the device close to the optimal operating point of the electric motor, the vacuum-limiting device can be actuated again in the closing sense. According to the invention, a type of self-regulating system is thus implemented which facilitates operation of the device close to the optimum operating point, also and especially when variable-speed electric motors are used which, in contrast to a three-phase asynchronous motor, do not have a single characteristic curve but, to a certain extent, many characteristic curves depending on the frequency control to have.

Die Leckage, das heißt, das Eindringen von Fremdluft infolge einer Ventilöffnung der Unterdruckbegrenzungsvorrichtung kann dann durch eine von der Steuereinheit herbeigeführte Drehzahlerhöhung ausgeglichen, so dass der in der Einrichtung bereitstehende Unterdruck für die anstehenden Aufgaben bestehen bleibt oder rasch wieder erreicht wird. Des Weiteren ergeben sich durch die Verwendung von drehzahlvariablen Elektromotoren und damit variabler Kennlinie neue Einsatzmöglichkeiten für einen energieeffizienten Betrieb einer hier in Rede stehenden Einrichtung.The leakage, that is, the penetration of external air as a result of a valve opening of the vacuum-limiting device can then be caused by an increase in speed brought about by the control unit balanced, so that the negative pressure available in the device for the upcoming tasks remains or is quickly reached again. Furthermore, the use of variable-speed electric motors and thus variable characteristics results in new possible uses for energy-efficient operation of a device under discussion here.

Als bevorzugt erweist es sich, dass der wenigstens eine weitere Parameter eine Temperatur ist, insbesondere eine Ablufttemperatur der unterdruckerzeugenden Einrichtung und/oder eine Temperatur eines Motorlagers des Elektromotors. Die Ablufttemperatur der Unterdruck erzeugenden Einrichtung ist als Regelgröße in Bezug auf eine Überhitzung des Elektromotors schnell ansprechend. Demgegenüber ist die Erfassung der Temperatur eines Motorlagers, insbesondere des A-Lagers, träger. Es ist aber auch die Erfassung und Auswertung mehrerer Temperaturen möglich und vorteilhaft, um verschiedene temperaturkritische Situationen beim Betrieb der Einrichtung und ihres Elektromotors abzusichern. Solchenfalls sind mehrere mit der Steuervorrichtung zusammenwirkende Temperatursensoren vorgesehen.It has proven to be preferred that the at least one further parameter is a temperature, in particular an exhaust air temperature of the vacuum-generating device and/or a temperature of a motor bearing of the electric motor. The exhaust air temperature of the vacuum-generating device responds quickly as a controlled variable in relation to overheating of the electric motor. In contrast, the detection of the temperature of an engine bearing, in particular the A bearing, is slower. However, it is also possible and advantageous to record and evaluate a plurality of temperatures in order to secure various temperature-critical situations when the device and its electric motor are in operation. In such a case, several temperature sensors interacting with the control device are provided.

Weiter kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn der wenigstens eine Parameter eine Temperatur und/oder eine von der Steuereinheit vorgegebene Frequenz und/oder eine Stromaufnahme des Elektromotors und/oder ein Volumenstrom (Durchfluss) durch die unterdruckerzeugende Einrichtung hindurch und/oder ein Unterdruck auf einer Ansaugseite der unterdruckerzeugenden Einrichtung ist. Auch aus einer oder mehreren dieser Prozessparameter lässt oder lassen sich Rückschlüsse auf eine Gefährdung von Komponenten der Einrichtung, insbesondere auf die Gefahr einer Überhitzung entnehmen, auf die dann durch Ansteuern der Unterdruckbegrenzungsvorrichtung in öffnendem Sinn reagiert werden kann. Für die Erfassung dieses oder dieser weiteren Parameter sind dann zu deren Erfassung geeignete Sensoren vorgesehen. - Insbesondere bei Berücksichtigung der von der Steuereinheit vorgegebenen Frequenz lässt sich erreichen, dass die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung gewissermaßen an jede Kennlinie des drehzahlvariablen Elektromotors angepasst wird, während im Stand der Technik nur ein fest eingestellter Schwellwert berücksichtigt wurde. Somit können vielseitige Schutzfunktionen für die Einrichtung und deren Elektromotor auf vielfältige Weise realisiert werden.It can also prove to be advantageous if the at least one parameter has a temperature and/or a frequency specified by the control unit and/or a current consumption of the electric motor and/or a volume flow (flow rate) through the vacuum-generating device and/or a vacuum an intake side of the vacuum-generating device. One or more of these process parameters can also be used to draw conclusions about the risk of components of the device being at risk, in particular the risk of overheating, which can then be reacted to by actuating the vacuum-limiting device to open it. Suitable sensors are then provided for detecting this or these further parameters. - In particular, when considering the frequency specified by the control unit, it can be achieved that the vacuum limiting device is adapted to a certain extent to each characteristic curve of the variable-speed electric motor, while in the prior art only a fixed threshold value was taken into account. Thus, versatile protective functions for the device and its electric motor can be implemented in a variety of ways.

Es erweist sich weiter als vorteilhaft, wenn die Steuervorrichtung zum Betätigen der Unterdruckbegrenzungsvorrichtung in die Steuereinheit für den Elektromotor integriert ist, und/oder als von der Steuereinheit abhängige Steuervorrichtung im Sinne eines Master/Slave-Betriebs ausgebildet ist. Die Steuereinheit selbst umfasst vorzugsweise einen sogenannten Frequenzumformer.It also proves to be advantageous if the control device for actuating the vacuum-limiting device is integrated into the control unit for the electric motor and/or is designed as a control device dependent on the control unit in terms of master/slave operation. The control unit itself preferably includes a so-called frequency converter.

Wie bereits angedeutet, ergeben sich durch die Erfindung neue Einsatzmöglichkeiten für eine energieeffiziente Unterdruckhandhabung und für einen vielfältigeren Betrieb der Einrichtung. Bei einer Ausführungsvariante ist es beispielsweise denkbar und vorteilhaft, dass zum Ansaugen eines Gegenstands die Steuereinheit ausgebildet ist, um zunächst die Drehzahl des Elektromotors zu erhöhen, insbesondere um 5-15 % einer Ausgangsdrehzahl, um einen Gegenstand rasch anzusaugen, und danach die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung in öffnendem Sinn zu betätigen, um Kühlung für den Elektromotor bereitzustellen und um die momentane Leistungsaufnahme und damit die Verlustleistung und Wärmeentwicklung des Elektromotors zu reduzieren. Danach könnte die Drehzahl gegebenenfalls wieder reduziert werden, entsprechend einem zu erzielenden Unterdruck, der nach einem Ansaugen eines zu spannenden oder anzuhebenden Gegenstands als ausreichend erachtet wird.As already indicated, the invention results in new possible uses for energy-efficient vacuum handling and for more varied operation of the device. In one embodiment variant, it is conceivable and advantageous, for example, for the control unit to be designed to first increase the speed of the electric motor, in particular by 5-15% of an initial speed, in order to suck in an object quickly, and then to open the vacuum limiting device Actuate sense to provide cooling for the electric motor and to reduce the current power consumption and thus the power loss and heat generation of the electric motor. After that, the speed could possibly be reduced again, corresponding to a negative pressure to be achieved, which is considered sufficient after an object to be clamped or lifted has been sucked in.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit für den Elektromotor ausgebildet ist, um die Drehzahl des Elektromotors zu erhöhen, infolge oder bei einer Ansteuerung der Unterdruckbegrenzungsvorrichtung im öffnenden Sinn. Beim Öffnen der Unterdruckbegrenzungsvorrichtung strömt naturgemäß Leckluft ein. Durch eine Erhöhung der Drehzahl des Elektromotors kann ein für die Anwendung erforderlicher Unterdruck dennoch erreicht werden oder konstant gehalten werden.It is also proposed that the control unit for the electric motor is designed to increase the speed of the electric motor as a result of or when the vacuum-limiting device is activated in the opening sense. Leakage air naturally flows in when the vacuum-limiting device is opened. By increasing the speed of the electric motor, a negative pressure required for the application can still be achieved or kept constant.

Die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung kann einen motorischen, insbesondere linearmotorischen, insbesondere servomotorischen Stellantrieb oder einen elektromagnetischen Stellantrieb umfasst. Des Weiteren kann die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung ein Proportionalventil aufweisen, auf welches der Stellantrieb einwirkt. Ein solches Proportionalventil kann beispielsweise als Sitzventil oder als Schieberventil ausgebildet sein.The negative pressure limiting device can comprise a motor, in particular a linear motor, in particular a servomotor, or an electromagnetic actuator. Furthermore, the vacuum-limiting device can have a proportional valve on which the actuator acts. Such a proportional valve can be designed, for example, as a seat valve or as a slide valve.

Um die Einrichtung auch in schmutzbeaufschlagter Umgebung einsetzen zu können, erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung einen Ansaugfilter aufweist.In order to also be able to use the device in a dirt-loaded environment, it has proven to be advantageous if the vacuum-limiting device has an intake filter.

Zur Reduzierung des Lärms erweist es sich als vorteilhaft, wenn die die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung einen Ansaugschalldämpfer aufweist.In order to reduce the noise, it has proven to be advantageous if the vacuum-limiting device has an intake silencer.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist gekennzeichnet durch ein Spannmittel, insbesondere Spanntisch, Spannplatte, Blocksauger, mit einer Ansaugseite und mit einer in der Ansaugseite mündenden Unterdruckführung zum Ansaugen und damit Fixieren und Aufspannen eines Werkstücks für die Werkstückbearbeitung.An embodiment of the device according to the invention is characterized by a clamping device, in particular a clamping table, clamping plate, vacuum block, with a suction side and with an opening into the suction side with a vacuum guide to Suction and thus fixing and clamping of a workpiece for workpiece processing.

Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist gekennzeichnet durch eine handgeführte oder roboterunterstützte oder durch einen Roboter gebildete Handhabungseinrichtung mit einem unterdruckbetätigten Endeffektor zum Ergreifen eines zu handhabenden Gegenstands durch Ansaugen des Gegenstands. Bei dem unterdruckbetätigten Endeffektor handelt es sich insbesondere um einen sogenannten Sauggreifer oder eine array-artige Anordnung von Sauggreifern.Another embodiment of the device according to the invention is characterized by a hand-held or robot-assisted handling device or a handling device formed by a robot with a vacuum-actuated end effector for gripping an object to be handled by sucking on the object. The vacuum-actuated end effector is in particular a so-called suction gripper or an array-like arrangement of suction grippers.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen der Ansprüche 11 bis 13.The invention also relates to a method for operating a device of the type mentioned at the outset, having the features of claims 11 to 13.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen und aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:

die Figur eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Fixieren, Aufspannen, Anheben und/oder Verbringen von Gegenständen durch Ansaugen mittels Unterdruck.

Further features, details and advantages of the invention result from the appended patent claims and from the drawing and the following description of a preferred embodiment of the invention. In the drawing shows:

the figure shows a schematic view of a device according to the invention for fixing, clamping, lifting and/or moving objects by suction by means of negative pressure.

Die Figur verdeutlicht schematisch eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnete Einrichtung zum Fixieren, Aufspannen, Anheben und/oder Verbringen von Gegenständen durch Ansaugen mittels Unterdruck. Im beispielhaft dargestellten Fall ist diese Einrichtung 2 eine Unterdruckhandhabungseinrichtung 4 zum Ansaugen, Anheben und/oder Verbringen von Gegenständen. Sie umfasst eine sogenannte unterdruckbeaufschlagbare Sauggreifereinrichtung 6 mit nicht dargestellten Ventilkomponenten und mit einem Sauggreiferelement 8, welches ebenfalls lediglich schematisch angedeutet ist und an dem ein zu handhabender Gegenstand 10 ansaugbar ist, damit er von einer Unterlage 12 abgehoben und mittels der Unterdruckhandhabungseinrichtung 4 typischerweise verlagert werden kann. Anstelle der angedeuteten Sauggreifereinrichtung 6 könnte aber auch ein Spanntisch mit Ansaugöffnungen zum Fixieren von Werkstücken vorgesehen und Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung sein.The figure schematically illustrates a device, denoted overall by reference numeral 2, for fixing, clamping, lifting and/or moving objects by suction by means of negative pressure. In the case shown as an example, this device 2 is a vacuum handling device 4 for sucking in, lifting and/or moving objects. It comprises what is known as a suction gripper device 6 that can be subjected to a vacuum, with valve components that are not shown and with a suction gripper element 8, which is also indicated only schematically and on which an object 10 to be handled can be sucked, so that it can be lifted from a base 12 and typically moved by means of the vacuum handling device 4 . Instead of the suction gripper device 6 indicated, however, a clamping table with suction openings for fixing workpieces could also be provided and be part of the device according to the invention.

Die Einrichtung 2 umfasst des weiteren eine unterdruckbeaufschlagbare Leitung 14, welche die Sauggreifereinrichtung 6 oder eine Werkstückansaugschnittstelle an sich beliebiger Art mit einer elektromotorisch angetriebenen unterdruckerzeugenden Einrichtung 16 verbindet. Die unterdruckerzeugende Einrichtung 16, häufig auch als Vakuumerzeuger bezeichnet, kann von einer Gebläseeinrichtung mit einem Lüfter- oder Verdichterrad gebildet sein. Sie umfasst jedenfalls einen Elektromotor 18, bei dem es sich um einen drehzahlvariablen Elektromotor 18 mit einer Steuereinheit 20 für den Motor und die Motordrehzahl handelt, die bevorzugt mit Frequenzumformertechnik arbeitet. The device 2 also includes a line 14 that can be subjected to a vacuum, which connects the suction gripper device 6 or a workpiece suction interface of any kind to a device 16 that generates a vacuum and is driven by an electric motor. The negative pressure generating device 16, often referred to as a vacuum generator, can be formed by a blower device with a fan or compressor wheel. In any case, it includes an electric motor 18, which is a speed-variable electric motor 18 with a control unit 20 for the motor and the motor speed, which preferably works with frequency converter technology.

Um die Einrichtung 2 und insbesondere die unterdruckführenden Komponenten der Einrichtung 2 gegen Implosion zu schützen, ist ferner eine Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 24 vorgesehen. Sie umfasst nicht lediglich - wie seither - ein Unterdruckbegrenzungsventil, welches nur bei Überschreiten eines vorgegebenen Unterdrucks öffnet, sondern die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 24 ist derart ausgebildet, dass sie in Abhängigkeit wenigstens eines weiteren Parameters durch eine Steuervorrichtung 26 in öffnendem und anschließend wieder in schließendem Sinn betätigbar ist. Sie kann einen motorischen oder elektromagnetischen Stellantrieb umfassen, der auf ein Ventil 30, vorzugsweise Proportionalventil 30 im öffnenden oder schließenden Sinn einwirkt. Die Steuervorrichtung 26 ist über eine Steuerleitung 32 mit dieser Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 24 wirkverbunden. Die Steuervorrichtung 26 für die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 24 ist vorzugsweise in die elektronische Steuereinheit 20 für den Elektromotor 18 integriert oder wirkt mit dieser im Sinne einer Master-Slave-Anordnung zusammen. Im beispielhaft dargestellten Fall ist der wenigstens eine Parameter für die Steuerung der Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 24 eine Temperatur, für deren Erfassung ein Temperatursensor 34 vorgesehen ist, welcher eine Temperatur der Abluft der unterdruckerzeugenden Einrichtung 16 erfasst und an die Steuervorrichtung 26 gibt. Beispielhaft ist ein weiterer Temperatursensor 35 zur Erfassung einer Temperatur im Bereich einer Wellenlagerung des Elektromotors 18 vorgesehen. Schließlich ist noch beispielhaft ein Unterdrucksensor 36 auf einer Ansaugseite der unterdruckerzeugenden Einrichtung 16 in der unterdruckbeaufschlagbaren Leitung 14 angeordnet. Die vorerwähnten Sensoren 34, 35, 36 sind über jeweilige Signalleitungen 38, 39, 40 mit der Steuervorrichtung 26 verbunden. Es könnte weiter ein Drehzahlsensor oder ein Sensor zur Erfassung der momentanen Stromaufnahme des Elektromotors 18 vorgesehen sein, wobei derartige Informationen bevorzugtermaßen von der Steuereinheit 20 für den Elektromotor 18 für die Zwecke der Steuerung der Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 24 zur Verfügung gestellt werden oder bei der Erzeugung von Steuersignalen bereits berücksichtigt werden.In order to protect the device 2 and in particular the vacuum-carrying components of the device 2 against implosion, a vacuum-limiting device 24 is also provided. It not only comprises - as has been the case since - a vacuum limiting valve, which only opens when a predetermined vacuum is exceeded, but the vacuum limiting device 24 is designed in such a way that it can be actuated by a control device 26 to open and then close again, depending on at least one other parameter . It can include a motorized or electromagnetic actuator which acts on a valve 30, preferably a proportional valve 30, in the opening or closing sense. The control device 26 is operatively connected to this vacuum-limiting device 24 via a control line 32 . The control device 26 for the vacuum limiting device 24 is preferably integrated into the electronic control unit 20 for the electric motor 18 or interacts with it in the sense of a master-slave arrangement. In the case shown as an example, the at least one parameter for controlling vacuum limiting device 24 is a temperature, for which a temperature sensor 34 is provided, which detects the temperature of the exhaust air from vacuum-generating device 16 and sends it to control device 26 . A further temperature sensor 35 for detecting a temperature in the area of a shaft bearing of the electric motor 18 is provided as an example. Finally, by way of example, a vacuum sensor 36 is arranged on an intake side of the vacuum-generating device 16 in the line 14 that can be subjected to vacuum. The aforementioned sensors 34, 35, 36 are connected to the control device 26 via respective signal lines 38, 39, 40. A speed sensor or a sensor for detecting the instantaneous power consumption of electric motor 18 could also be provided, with such information preferably being made available by control unit 20 for electric motor 18 for the purpose of controlling vacuum-limiting device 24, or already when generating control signals are taken into account.

Der Vorteil einer derart ausgebildeten Einrichtung 2 ist darin zu sehen, dass eine sichere Betriebsweise und Absicherung der Einrichtung nicht nur für eine einzige Motordrehzahl wie bei Verwendung eines Drehstromasynchronmotors weitgehend optimal sichergestellt werden kann, sondern die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 24 kann abhängig von der jeweils durch die Steuereinheit 20 gewählte Frequenz für den Elektromotor 18 und dem sich hierdurch einstellenden Unterdruck dynamisch angesteuert und betrieben werden. So ergeben sich etwa folgende Anwendungssituationen:

Beim Ansaugen von dichten und leichten Werkstücken ist beispielsweise eine Drehzahlvorgabe von 50 Hz und eine Unterdruckabsicherung bei 200 mbar Unterdruck vorgesehen. Die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 24 bzw. deren Ventil 30 öffnet dann, sobald ein Unterdruck von 200 mbar überschritten wird, also der absolute Druck unter ca. 0,8 bar absinkt. Es kann sich nun typischerweise die Situation ergeben, dass beim Ansaugen eines dichten Werkstücks naturgemäß wenig oder im Extremfall keine Leckluft in das System gelangt. Dies wird dazu führen, dass die Leistungsaufnahme des Elektromotors 18 und demgemäß dessen Verlustleistung zunimmt und die Temperatur ansteigt, zumal bei einer verhältnismäßig geringen Drehzahlvorgabe von 50 Hz die Drehzahl des Motors für eine effektive Motorkühlung eher gering ist. Eine solche Temperaturzunahme kann nun bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung 2 über Temperatursensoren 34, 35 und/oder sonstige Kenngrößen und Parameter erfasst werden und die Steuereinheit 20 des Elektromotors 18 bzw. die Steuervorrichtung 26 kann dann die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 24 bzw. deren Ventil 30 öffnen, so dass kühle Fremdluft eindringen und zum einen zu einer unmittelbaren Kühlung des Elektromotors 18 führen kann. Infolge des zunächst absinkenden Unterdrucks durch die eindringende Fremdluft reduziert sich auch die momentane Leistungsaufnahme des Elektromotors, was zu weniger Verlustleistung und Wärmeentwicklung führt.

The advantage of a device 2 designed in this way can be seen in the fact that a safe mode of operation and safeguarding of the device is not only possible for a single engine speed, as in the case of Ver use of a three-phase asynchronous motor can be largely optimally ensured, but the vacuum limiting device 24 can be dynamically controlled and operated depending on the frequency selected by the control unit 20 for the electric motor 18 and the resulting negative pressure. This results in the following application situations:

When sucking up dense and light workpieces, for example, a speed specification of 50 Hz and a vacuum protection at 200 mbar vacuum are provided. The negative pressure limiting device 24 or its valve 30 then opens as soon as a negative pressure of 200 mbar is exceeded, ie the absolute pressure drops below about 0.8 bar. The situation can now typically arise in which, naturally, little or, in extreme cases, no leakage air gets into the system when a dense workpiece is sucked in. This will result in the power consumption of the electric motor 18 and accordingly its power loss increasing and the temperature rising, especially since the motor speed is rather low for effective motor cooling at a relatively low speed specification of 50 Hz. Such a temperature increase can now be detected in device 2 designed according to the invention via temperature sensors 34, 35 and/or other characteristics and parameters, and control unit 20 of electric motor 18 or control device 26 can then open vacuum-limiting device 24 or its valve 30, see above that cool external air can penetrate and, on the one hand, lead to direct cooling of the electric motor 18 . As a result of the initial drop in negative pressure caused by the penetrating external air, the instantaneous power consumption of the electric motor is also reduced, which leads to less power loss and less heat generation.

Wird hingegen ein poröses und leichtes Werkstück angesaugt, so erfolgt die Absicherung wiederum bei 200 mbar Unterdruck, und die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 24 bzw. deren Ventil 30 brauchen typischerweise nicht geöffnet zu werden, weil die durch das angesaugte Produkt hindurch eingesaugte Luft und eine hiermit verbundene höhere Motordrehzahl die unterdruckerzeugende Einrichtung 16 samt Elektromotor 18 in ausreichendem Maße kühlt.If, on the other hand, a porous and light workpiece is sucked in, the protection is again provided at a negative pressure of 200 mbar, and the negative pressure limiting device 24 or its valve 30 typically does not have to be opened because the air sucked in through the sucked product and the associated higher engine speed the vacuum-generating device 16 together with the electric motor 18 cools to a sufficient extent.

Ein weiterer Anwendungsfall kann die Ansaugung von dichten und schweren Werkstücken bedeuten, was mit einer Drehzahlvorgabe für den Elektromotor 18 von beispielsweise 80 Hz und einer Absicherung bei 400 mbar Unterdruck einhergehen kann. Auch hier kann dann die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 24 bzw. deren Ventil 30 im öffnenden Sinn angesteuert werden, sobald die Temperatur über einen vorgegebenen oder vorgebbaren Wert ansteigt und die Drehzahl des Motors zur ausreichenden Kühlung des Systems allein nicht ausreicht.A further application can mean the suction of dense and heavy workpieces, which can be associated with a specified speed for the electric motor 18 of, for example, 80 Hz and protection at a vacuum of 400 mbar. Here, too, the vacuum limiting device 24 or its valve 30 can be controlled to open as soon as the temperature rises above a predetermined or predeterminable value and the engine speed alone is not sufficient for adequate cooling of the system.

In einem weiteren Anwendungsfall der Ansaugung von porösen und schweren Werkstücken könnte eine Absicherung bei wiederum beispielsweise 400 mbar Unterdruck erfolgen. In einem solchen Fall kann es einer Drehzahl von oberhalb von 90 Hz, beispielsweise 95 Hz, bedürfen, um für einen hinreichenden Unterdruck im System zu sorgen. Auch hier kann eine Temperaturabsicherung dadurch erfolgen, dass die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 24 und deren Ventil 30 bei Erreichen einer vorgegebenen oder vorgebbaren Temperatur geöffnet wird.In a further application of the suction of porous and heavy workpieces, protection could be provided at a negative pressure of 400 mbar, for example. In such a case, a speed of more than 90 Hz, for example 95 Hz, may be required in order to ensure sufficient underpressure in the system. Here, too, temperature protection can take place in that the vacuum-limiting device 24 and its valve 30 are opened when a predetermined or predetermined temperature is reached.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Steuereinheit 20 derart ausgebildet ist, dass ein Eindringen von Fremdluft, nämlich durch Öffnen der Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 24 und deren Ventils 30, stets zu einer zumindest zeitlich begrenzten möglicherweise auch dauerhaften Drehzahlerhöhung bei der Ansteuerung des Elektromotors 18 führt, so dass der Unterdruck für eine anstehende Handhabungsaufgabe bestehen bleibt oder zumindest baldmöglichst wieder erreicht wird.It is also proposed that the control unit 20 be designed in such a way that the ingress of external air, namely by opening the vacuum limiting device 24 and its valve 30, always leads to an at least temporary, possibly also permanent increase in the speed when the electric motor 18 is actuated, so that the negative pressure for an upcoming handling task remains or at least is reached again as soon as possible.

Mit der vorliegenden Erfindung ergeben sich somit neue Einsatzmöglichkeiten für eine energieeffiziente Unterdruckhandhabungstechnik, in dem eine Unterdruckbegrenzungsvorrichtung nicht mehr rein passiv vorgesehen und betrieben wird, sondern durch die Steuervorrichtung 26 aktiv in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Systems angesteuert wird. Es kann so eine variable Anpassung an die jeweiligen Prozessparameter und ein sicherer Überhitzungsschutz sichergestellt werden und zwar bei optimalem Betrieb der Einrichtung nahe dem jeweiligen frequenzabhängigen Arbeitspunkt des Elektromotors.The present invention thus results in new possible uses for an energy-efficient vacuum handling technique, in which a vacuum limiting device is no longer provided and operated in a purely passive manner, but rather is actively controlled by the control device 26 depending on the operating parameters of the system. In this way, variable adaptation to the respective process parameters and reliable overheating protection can be ensured, specifically with optimal operation of the device close to the respective frequency-dependent operating point of the electric motor.

Auch folgende Betriebssituationen sind denkbar:The following operating situations are also conceivable:

Zu Beginn des Unterdruckhandhabungsbetriebs ist die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 24 bzw. deren Ventil 30 vollständig geschlossen. Bei Temperaturen, insbesondere Lagertemperaturen oder Ablufttemperaturen bei der unterdruckerzeugenden Einrichtung 16 von unterhalb 80° C bleibt es bei allen Frequenzen der Ansteuerung des Elektromotors 18 geschlossen. Bei höheren Temperaturen, insbesondere Lagertemperaturen oder Ablufttemperaturen zwischen 80 und 100° C wird die Drehzahl des Elektromotors 18 durch die Steuereinheit 20, beispielsweise um 5 Hz erhöht. Gleichzeitig wird die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 24 bzw. deren Ventil 30 so weit geöffnet, dass der Unterdruck im Prozess bestehen bleibt und die zusätzlich über das Ventil 30 eingelassene Luft der Kühlung der unterdruckerzeugenden Einrichtung 16 dient.At the beginning of the vacuum handling operation, the vacuum limiting device 24 or its valve 30 is completely closed. At temperatures, in particular storage temperatures or exhaust air temperatures in the vacuum-generating device 16 below 80° C., it remains closed at all frequencies of the activation of the electric motor 18 . At higher temperatures, in particular storage temperatures or exhaust air temperatures between 80 and 100° C., the speed of the electric motor 18 is increased by the control unit 20, for example by 5 Hz. At the same time, the negative pressure limiting device 24 or the valve 30 is opened so far that the negative pressure persists in the process and the additional air admitted via the valve 30 serves to cool the device 16 generating the vacuum.

Sollten die Temperaturen über 100° C, insbesondere auf Temperaturen zwischen 100° und 120° C ansteigen, so kann ein weiteres Öffnen der Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 24 bzw. deren Ventils 30, insbesondere in linearem Zusammenhang mit dem Ansteigen der Temperatur, erfolgen, um weitere Kühlleistung und eine Reduzierung der Leistungsaufnahme des Elektromotors 18 zur Verfügung zu stellen, gegebenenfalls vorrübergehend unter Inkaufnahme eines Absinkens des Unterdrucks.Should the temperatures rise above 100° C., in particular to temperatures between 100° and 120° C., the vacuum limiting device 24 or its valve 30 can be opened further, in particular in linear relation to the rise in temperature, in order to achieve further cooling capacity and to provide a reduction in the power consumption of the electric motor 18, possibly temporarily at the expense of a drop in the vacuum.

Die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 24 ist beispielsweise mit einem kombinierten Ansaugfilter 42 und Ansaugschalldämpfer 44 ausgebildet. Am Abluftauslass ist zumindest ein Schalldämpfer 46 vorgesehen.The vacuum limiting device 24 is designed, for example, with a combined intake filter 42 and intake silencer 44 . At least one silencer 46 is provided at the exhaust air outlet.

Claims

Device (2) for fixing, clamping, lifting and/or moving objects (10) by means of vacuum suction, in particular for fixing and clamping workpieces for workpiece processing or vacuum handling device (4) for sucking, lifting and/or moving objects ( 10), with a vacuum-generating device (16) driven by an electric motor, with a variable-speed electric motor (18) and with an electronic control unit (20) for controlling the speed of the electric motor (18) and with a vacuum-limiting device (24), characterized in that the vacuum-limiting device ( 24) is designed in such a way that it not only opens when the vacuum falls below a predetermined or predeterminable level, but that it can be actuated in the opening and closing direction by a control device (26) as a function of at least one other parameter.

Device (2) after claim 1 , characterized in that the at least one further parameter is a temperature, in particular an exhaust air temperature of the vacuum-generating device (16) and / or a temperature of a motor bearing of the electric motor (18).

setup after claim 1 or 2 , characterized in that the at least one further parameter is a temperature and/or a frequency specified by the control unit (20) and/or a current consumption of the electric motor (18) and/or a volume flow (flow rate) through the vacuum-generating device (16). and/or there is a vacuum on an intake side of the vacuum-generating device (16), and that sensors (34, 35, 36) that detect this parameter are provided.

Device (2) after claim 1 , 2 or 3 , characterized in that the control device (26) for actuating the vacuum-limiting device (24) is integrated into the control unit (20) for the electric motor (18) and/or as a control device (26) dependent on the control unit (20) (master/ Slave) is trained.

Device (2) according to one or more of the preceding claims, characterized in that for sucking in an object (10), the control unit (20) is designed to first increase the speed of the electric motor (18), in particular by 5-15% of a output speed in order to quickly suck in an object (10) and then to actuate the vacuum limiting device (24) in the opening direction in order to provide cooling for the electric motor (18) and to increase the instantaneous power consumption and thus the power loss and heat generation of the electric motor (18). to reduce.

Device (2) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the control unit (20) for the electric motor (18) is designed to increase the speed of the electric motor (18) as a result of or when the vacuum-limiting device (24 ) in the opening sense.

Device (2) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the negative pressure limiting device (24) comprises a motor, in particular linear motor, in particular servo motor actuator (28) or an electromagnetic actuator (28).

Device (2) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the negative pressure limiting device (24) has a valve (30), in particular a proportional valve.

Device (2) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the negative pressure limiting device (24) has an intake filter (42) and/or an intake silencer (44).

Device (2) according to one or more of the preceding claims, characterized by a clamping means, in particular a clamping table, clamping plate, suction block, with a suction side and with a vacuum guide opening into the suction side for suction and thus fixing and Clamping a workpiece for workpiece machining.

Device (2) according to one or more of the preceding claims, characterized by a hand-held or robot-assisted handling device (4) or formed by a robot with a vacuum-actuated end effector, in particular a suction gripper element (8) for gripping an object (10) to be handled by sucking on the object .

Method for operating a device (2) for fixing, lifting and/or moving objects (10) by suction by means of negative pressure, in particular for fixing workpieces for workpiece processing or suction gripping device for sucking, lifting and/or moving objects with the features of generic term of claim 1 , characterized in that the negative pressure limiting device (24) is not only opened when the negative pressure falls below a predetermined or specifiable level, but that at least one further parameter is detected and monitored and, depending on the detection and monitoring of this parameter, the negative pressure limiting device (24) opens and closes sense is actuated.

procedure after claim 12 , characterized in that at least one further parameter is a temperature and/or a frequency specified by the control unit (20) and/or a current consumption of the electric motor and/or a volume flow (flow rate) through the vacuum-generating device (16) and/or a vacuum on an intake side of the vacuum-generating device (16) is detected and monitored.

procedure after claim 12 or 13 , characterized in that in order to suck in an object (10), the speed of the electric motor (18) is first increased, in particular by 5-15% of an initial speed, in order to suck in an object (10) quickly, and in that the vacuum limiting device (24) is then activated in opening sense is actuated to provide cooling for the electric motor (18) and to reduce the current power consumption and thus the power loss and heat generation of the electric motor (18).