DE102022115172A1

DE102022115172A1 - Additiv hergestelltes Stellelement

Info

Publication number: DE102022115172A1
Application number: DE102022115172.7A
Authority: DE
Inventors: Clemens Jehle
Original assignee: Arburg GmbH and Co KG
Current assignee: Arburg GmbH and Co KG
Priority date: 2022-06-17
Filing date: 2022-06-17
Publication date: 2023-12-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Stellelements, ein Stellelement nach dem Verfahren, einen Greifer aufweisend wenigstens ein Stellelement und ein Verfahren zum Betreiben eines Stellelements. Das Stellelement weist wenigstens einen verformbaren, wenigstens einen Hohlraum (4) umfassenden Körper (3) aus einer ersten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse und mehrere sich gegenüberliegende unverformbare formschlüssig mit dem verformbaren Körper (3) verbundene Körper (1, 2) aus wenigstens einer zweiten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse auf. Dabei ist der verformbare Körper (3) zwischen den unverformbaren Körpern (1, 2) angeordnet, wobei entweder der verformbare Körper (3) an zwei gegenüberliegenden Positionen eines Umfangs entweder eine Ausnehmung (5) oder Auskragung (6) aufweist und die mehreren unverformbaren Körper (1, 2) zu der Ausnehmung (5) oder Auskragung (6) des verformbaren Körpers korrespondierende Auskragungen (6) oder Ausnehmungen (5) aufweisen, die formschlüssig mit diesen verbunden sind, oder der verformbare Körper (3) mit den unverformbaren Körpern (1, 2) jeweils stoffschlüssig verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Stellelements gemäß Anspruch 1, ein verfahrensgemäß hergestelltes Stellelement gemäß Anspruch 5, einen Greifer, aufweisend wenigstens ein erfindungsgemäßes Stellelement, gemäß Anspruch 11 und ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Stellelements gemäß Anspruch 13.
Stand der Technik
In der Herstellung von Produkten werden zum Transport von Elementen und deren Platzierung während des Herstellungsprozesses verschiedene Arten von Greifern verwendet. Die Greifer arbeiten dabei nach unterschiedlichen Wirkprinzipien, wie z.B. dem mechanischen Greifen von Elementen, dem Greifen mittels Saugwirkung oder magnetischer Anziehung.
In der DE 10 2018 205 337 A1 ist eine Greifvorrichtung zum Greifen von Objekten offenbart, mit einem Grundkörper, mit einer Greifbacke, die einen Verbindungsabschnitt, eine Gelenkeinrichtung und einen Greifabschnitt umfasst, wobei der Verbindungsabschnitt mit dem Grundkörper gekoppelt ist und wobei die Gelenkeinrichtung eine dem Verbindungsabschnitt zugeordnete erste Stirnfläche mit einer gegenüberliegend zur ersten Stirnfläche angeordneten, dem Greifabschnitt zugeordneten zweiten Stirnfläche verbindet und für eine elastisch schwenkbewegliche Lagerung des Greifabschnitts gegenüber dem Verbindungsabschnitt ausgebildet ist. Eine Messeinrichtung ist für eine Abstandserfassung zwischen den Stirnflächen ausgebildet ist und die umfasst eine Spulenanordnung und eine Steuerschaltung, wobei die Steuerschaltung für eine Erfassung und Auswertung von elektrischen Spulensignalen ausgebildet ist und wobei die Spulen-anordnung wenigstens einer der Stirnflächen zugeordnet ist.
Die DE 10 2019 003 714 A1 beschreibt eine Greifvorrichtung aus einem einstückig ausgebildeten Bauteil, mit einem Grundkörper, einem relativ zu dem Grundkörper bewegbaren Basiskörper, und mindestens zwei Zangenelemente zum Greifen von Objekten. Dabei weist jedes Zangenelement eine Greifbacke, einen Stützarm und einen Biegearm auf, wobei der Stützarm mit dem Basiskörper und der Biegearm mit dem Grundkörper verbunden ausgebildet ist. Zudem sind die Greifbacken durch eine Relativbewegung zwischen dem Grundkörper und dem Basiskörper mittels einer Wirkverbindung zwischen dem Stützarm und dem Basiskörper sowie dem Biegearm und dem Grundkörper zum Greifen von Objekten relativ zueinander bewegbar.
In der DE 10 2019 119 125 A1 ist eine Greifvorrichtung zum Greifen von Objekten beschrieben mit einem hülsenartigen Grundkörper, einem im Grundkörper aufgenommenen Permanentmagnet, einem koaxial zum Permanentmagnet angeordneten Ankerelement, welches zwischen einer permanentmagnetnahen ersten Position und einer Permanentmagnetfernen zweiten Position überführbar ausgebildet ist. Der hülsenartige Grundkörper umfasst zumindest zwei Greiffinger, die jeweils über einen Betätigungssteg mit dem Ankerelement verbunden ausgebildet sind. Die Greiffinger bewegen sich beim Überführen des Ankerelements in die erste Position zu einer Greifposition aufeinander zu und beim Überführen des Ankerelements in die zweite Position zu einer Freigabeposition voneinander weg. Die Greifvorrichtung umfasst eine schaltbare Spule, welche dazu ausgebildet ist, im geschalteten Zustand ein dem Permanentmagnet entgegengesetztes magnetisches Feld zu erzeugen.
Die DE 10 2012 001 773 A1 schlägt eine Greifvorrichtung vor, die einen Greifbackenträger und eine daran durch Steckmontage montierbare Greifbacke aufweist. Zu ihrer Verriegelung enthält die Greifbacke ein an einem zweiten Federarm aufgehängtes Verriegelungsglied, zu dessen Betätigung ein über einen ersten Federarm schwenkbeweglich aufgehängtes Löseglied vorhanden ist. Alle Komponenten sind einstückig mit einem Befestigungsschuh ausgebildet, der in eine Steckaufnahme des Greifbackenträgers einsteckbar ist.
Den genannten Dokumenten ist gemeinsam, dass zumindest Teile der dort beschriebenen Greifvorrichtungen, insbesondere Teile der Stellelemente mittels eines additiven Herstellungsverfahrens hergestellt werden.
Die DE 10 2007 057 350 A1 beschreibt eine fluidisch angetriebene Betätigungsvorrichtung mit einem Basiselement, einem relativ zum Basiselement bewegbaren steifen Betätigungselement und einem flexiblen Schlauchelement. Zwischen dem Basiselement, dem Betätigungselement und dem Schlauchelement ist ein Hohlraum ausgebildet, der mit einem unter Druck stehenden Fluid, beispielsweise mit Druckluft, beaufschlagbar ist. Ein erstes Ende des Schlauchelements ist mit dem Basiselement und ein zweites Ende des Schlauchelements mit dem ersten Ende des Betätigungselements verbunden. Erfindungsgemäß erfolgt beim Beaufschlagen des Hohlraums mit einem Fluid ein Verformen des Schlauchelements, so dass ein Verschieben des Betätigungselements gegenüber dem Basiselement erfolgt.
Bei mechanischen Greifern werden üblicherweise Stellelemente verwendet, die ein zu bewegendes Element entweder zumindest teilweise umgreifen, also eine mechanische Druckkraft auf eine äußere Oberfläche des Elements erzeugen oder eine mechanische Druckkraft auf eine innere Oberfläche des Elements erzeugen, also gegen die innere Oberfläche mittels der Stellelemente verspannen. Gemeinsam ist diesen mechanischen Greifern, dass eine radiale Kraft, entweder nach innen oder nach außen, von den Stellelementen erzeugt wird. Dabei kommt es teilweise, bedingt durch die Konstruktion der Stellelemente, zu Abweichungen bei den erzeugten Kräften der einzelnen Stellelemente, so dass der Greifprozess gestört sein kann und das zu greifende Element nicht richtig festgehalten wird, seine Positionierung im Greifer nicht korrekt ist oder es sogar aus dem Greifer herausfallen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur additiven Herstellung eines fluiddruckbeaufschlagbaren Stellelements, ein fluiddruckbeaufschlagbares Stellelement hergestellt nach dem Verfahren, einen Greifer aufweisend wenigstens ein fluiddruckbeaufschlagbares Stellelement und ein Verfahren zum Betreiben eines fluiddruckbeaufschlagbaren Stellelements bereitzustellen, wobei ein prozesssicheres Bewegen der beweglichen Teile der Stellelemente ermöglicht wird und keine undefinierte Verformung der fluiddruckführenden Teile des Stell-elements stattfindet.
Darstellung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur additiven Herstellung eines fluiddruckbeaufschlagbaren Stellelements gemäß Anspruch 1 gelöst. Dabei weist das Verfahren wenigstens einen verformbaren, wenigstens einen unter einen Überdruck oder Unterdruck gegenüber einem Umgebungsdruck setzbaren Hohlraum umfassenden, einen Umfang aufweisenden Körper als Weichkomponente aus einer ersten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse auf und wenigstens zwei sich gegenüberliegende, im Verhältnis zum verformbaren Körper unverformbare, formschlüssig oder stoffschlüssig mit dem verformbaren Körper verbundene Körper als Hartkomponente aus wenigstens einer zweiten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse, wobei der verformbare Körper zwischen den unverformbaren Körpern angeordnet ist, umfassend den Schritt:

- schichtweises Austragen des verformbaren Körpers, wobei dieser an mehreren, vorzugsweise an zwei, gegenüberliegenden Positionen seines Umfangs entweder eine Ausnehmung oder Auskragung aufweist, und gleichzeitiges schichtweises Austragen der wenigstens zwei zwei unverformbaren Körper, wobei diese zu der Ausnehmung oder Auskragung des verformbaren Körpers korrespondierende Auskragungen oder Ausnehmungen aufweisen, die während des Austragens der ersten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse und wenigstens zweiten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse formschlüssig miteinander verbunden werden, oder
- schichtweises Austragen des verformbaren Körpers und gleichzeitiges schichtweises Austragen der wenigstens zwei unverformbaren Körper, wobei während des Austragens der ersten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse und wenigstens zweiten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse der verformbare Körper an mehreren, vorzugsweise zwei, gegenüberliegenden Positionen seines Umfangs mit den unverformbaren Körpern stoffschlüssig verbunden wird.

Die Aufgabe wird ebenso durch ein fluiddruckbeaufschlagbares Stellelement hergestellt mit dem Verfahren gemäß Anspruch 5 gelöst. Dabei weist das Stellelement wenigstens einen verformbaren, wenigstens einen Hohlraum umfassenden, einen Umfang aufweisenden Körper aus einer ersten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse auf und mehrere, vorzugsweise zwei, sich gegenüberliegende, im Verhältnis zum verformbaren Körper unverformbare, formschlüssig mit dem verformbaren Körper verbundene Körper aus wenigstens einer zweiten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse, wobei der verformbare Körper zwischen den unverformbaren Körpern angeordnet ist und wobei

- entweder der verformbare Körper an mehreren, vorzugsweise an zwei, gegenüberliegenden Positionen seines Umfangs entweder eine Ausnehmung oder Auskragung aufweist und die wenigstens zwei, unverformbaren Körper zu der Ausnehmung oder Auskragung des verformbaren Körpers korrespondierende Auskragungen oder Ausnehmungen aufweisen, die formschlüssig miteinander verbunden sind,
- oder der verformbare Körper an mehreren, vorzugsweise zwei, gegenüberliegenden Positionen seines Umfangs mit den unverformbaren Körpern stoffschlüssig verbunden ist.

Ebenfalls wird die Aufgabe durch einen Greifer mit wenigstens einem fluiddruckbeaufschlagbaren Stellelement gemäß Anspruch 11 gelöst.
Schließlich wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines fluiddruckbeaufschlagbaren Stellelements gemäß Anspruch 13 gelöst, umfassend die Schritte:

- entweder Einbringen eines Fluids, insbesondere Luft, in den wenigstens einen Hohlraum des verformbaren Körpers und darin Herstellen eines Überdrucks gegenüber einem Umgebungsdruck, wodurch sich mehrere, vorzugsweise beide, unverformbare Körper relativ voneinander wegbewegen, und
- Ausbringen des Fluids aus dem wenigstens einen Hohlraum des verformbaren Körpers und darin Herstellen eines Umgebungsdrucks, wodurch sich die mehreren, vorzugsweise die beiden, unverformbaren Körper relativ zueinander hinbewegen,
- oder Ausbringen eines Fluids, insbesondere Luft, aus dem wenigstens einen Hohlraum des verformbaren Körpers und darin Herstellen eines Unterdrucks gegenüber einem Umgebungsdruck, wodurch sich mehrere, vorzugsweise beide, unverformbare Körper relativ zueinander hinbewegen, und
- Einbringen des Fluids in den wenigstens einen Hohlraum des verformbaren Körpers und darin Herstellen eines Umgebungsdrucks, wodurch sich die mehreren, vorzugsweise die beiden, unverformbaren Körper relativ voneinander wegbewegen.

Durch die form- oder stoffschlüssige Verbindung entsteht zwischen dem wenigstens einen weicheren, verformbaren Körper als Weichkomponente und den demgegenüber härteren, unverformbareren Körpern als Hartkomponente vorteilhaft eine definierte Beziehung, so dass ein prozesssicheres Ansteuern der Stellelemente möglich ist. Die Weichkomponente kann so bedarfsweise quasi als Feder wirken und kann damit ein zu greifendes Bauteil drucklos oder bei geringem Druck passiv spannen und als Aktor unter Druckbeaufschlagung des oder der Stellelemente loslassen. Dies geht vorteilhaft auch umgekehrt, indem das Stellelement unter Druckbeaufschlagung aktiv spannt und drucklos passiv öffnet. Dies erfolgt vorteilhaft durch die Rückstellkräfte der vorzugsweise elastischen Weichkomponente.
Vorteilhaft erfolgt ein Hub zum Greifen bzw. Loslassen über eine Volumenänderung des vorzugsweise als Schlauch mit einem Hohlraum 4 ausgebildeten verformbaren Körpers 3, der dazu vorzugsweise unter Druck oder auch Unterdruck gesetzt wird. Die Verformung des verformbaren Körpers 3 löst eine Relativbewegung der unverformbaren Körper 1, 2 aus, was zum Greifen bzw. Loslassen oder Öffnen genutzt wird. Die Bewegung kann vorteilhaft bedarfsweise je nach dem, nach innen oder außen erfolgen.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
In einer für die Funktion des verformbaren Körpers bevorzugten Ausführungsform wird der verformbare Körper in einer kugelförmigen oder zylindrischen Form, z.B. in Form eines Schlauchs, hergestellt, um dadurch vorteilhaft eine zum Aufbringen von Überdruck, Druck oder Unterdruck am besten geeignete Form zu erhalten.
In einer für die Herstellung und Funktion der unverformbaren Körper bevorzugten Ausführungsform werden entweder die wenigstens zwei unverformbaren Körper in der Form eines Quaders oder einer der unverformbaren Körper in der Form eines Quaders und der andere der unverformbaren Körper U-förmig mit drei quaderförmigen Seiten hergestellt. Vorteilhaft ergibt sich so eine eindeutige Relativbewegung der Körper zueinander und damit eine Führung der Stellelemente.
In einer für die Funktion des Stellelements bevorzugten Ausführungsform werden der verformbare Körper aus einer weichen plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse und die unverformbaren Körper aus einer demgegenüber harten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse hergestellt. Die weiche Masse kann so vorteilhaft die erforderliche Elastizität für die Bewegung bereitstellen, während die harte Masse infolge der dadurch ermöglichten Relativbewegung zwischen den unverformbaren Körpern als Lastaufnahme und Führungs- und/oder Greifelement nutzbar ist.
Vorzugsweise weist der verformbare Körper eine kugelförmige oder zylindrische Form auf und dem wenigstens einen Hohlraum ist ein unter Druck stehendes Fluid, insbesondere Luft, zuführbar. Dadurch kann vorteilhaft eine definierte Stellfunktion und ggf. auch Stellkraft des Stellelements zur Verfügung gestellt werden.
Bevorzugterweise weisen entweder die vorzugsweise zwei unverformbaren Körper eine Form eines Quaders auf oder einer der unverformbaren Körper weist eine Form eines Quaders und der andere der unverformbaren Körper weist eine U-förmige Form mit drei quaderförmigen Seiten auf, wobei die beiden unverformbaren Körper entlang einer geraden Bahn bewegbar zueinander gelagert sind. Vorteilhaft ergibt sich so eine eindeutige Relativbewegung der Körper zueinander und damit eine Führung der Stellelemente.
Vorzugsweise weist der verformbare Körper mehr als einen Hohlraum auf. Dies gestattet vorteilhafte eine verbesserte Bedienung und Ansteuerung des Stellelements.
In einer für die Funktion des Stellelements bevorzugten Ausführungsform umfasst der verformbare Körper thermoplastischen Elastomere und die unverformbaren Körper umfassen Thermoplaste. Diese Materialauswahl ermöglicht vorteilhaft eine gute Funktion und langlebige Ausgestaltung des Stellelements.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Stellelemente entlang einer Linie angeordnet, vorzugsweise entlang einer geraden Linie oder entlang einer kreisförmigen Linie. Dadurch lassen sich vorteilhaft verschiedene Ausgestaltungen eines Greifers verwirklichen, die an den jeweiligen Einsatzweck anpassbar sind.
Bevorzugterweise wird zum Betreiben des Stellelements entweder in einem Ruhezustand oder Arbeitszustand der Abstand zwischen den wenigstens zwei unverformbaren Körpern durch die Rückstellkräfte des vorzugsweise elastischen verformbaren Körpers und ohne das Vorhandensein des unter Überdruck oder Unterdruck gegenüber dem Umgebungsdruck stehenden Fluids in dem wenigstens einen Hohlraum eingestellt wird. Damit ergibt sich vorteilhaft eine drucklose Stellung als „sichere“ Position.
Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und durch Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Kurzbeschreibung der Figuren
Die Erfindung wird nun anhand eines in den beigefügten Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 eine seitliche Ansicht eines erfindungsgemäßen Stellelements in einer Arbeitsposition oder Ruheposition,
2 eine seitliche Ansicht eines erfindungsgemäßen Stellelements in einer Ruheposition oder Arbeitsposition,
3 eine dreidimensionale Ansicht eines kreisförmig geschlossenen Greifers mit erfindungsgemäßen Stellelementen,
4 eine Draufsicht auf den Greifer aus 3,
5a eine seitliche Ansicht eines geraden Greifers mit erfindungsgemäßen Stellelementen,
5b eine Draufsicht auf den Greifer aus 5a.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.
Das in den 1 und 2 dargestellte Stellelement 7 wird mit einem Verfahren zur additiven Herstellung eines fluiddruckbeaufschlagbaren Stellelements hergestellt. Das Stellelement 7 weist dabei wenigstens einen verformbaren, wenigstens einen unter einen Überdruck oder Unterdruck gegenüber einen Umgebungsdruck setzbaren Hohlraum 4 umfassenden, einen Umfang aufweisenden Körper 3 aus einer ersten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse auf. Weiterhin weist es wenigstens zwei sich gegenüberliegende, im Verhältnis zum verformbaren Körper unverformbare, formschlüssig oder stoffschlüssig mit dem verformbaren Körper 3 verbundene Körper 1, 2 aus wenigstens einer zweiten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse auf. Dabei ist der verformbare Körper 3 zwischen den unverformbaren Körpern 1, 2 angeordnet.
Der Begriff „plastifizierbare Masse“ ist dabei weit zu verstehen und umfasst insbesondere, aber nicht nur, neben Kunststoffen oder auch Silikon oder anderen thermoplastischen und/oder elastomeren Werkstoffen z.B. keramische, metallische und/oder pulverige Massen ebenso wie Papier, Cellulose, Stärke, Kork, usw. sowie auch Mischmaterialen zwischen derartigen plastifizierbaren Materialien. Grundsätzlich kann es sich dabei auch um bereits zuvor plastifizierte Materialien oder auch plastische Massen handeln, die nach dem Ausbringen selbsttätig oder unter Einsatz von Hilfsmitteln aushärten.
Unter einem Fluid wird dabei ein vorzugsweise gasförmiger Stoff oder auch flüssiger Stoff verstanden, der zur Betätigung des Stellelements 7 unter Über- oder Unterdruck gesetzt werden kann bzw. einer Druckdifferenz unterworfen werden kann, um infolge der Druckänderung den verformbaren Körper zu verformen.
Im konkreten Ausführungsbeispiel sind dem verformbaren Körper 3 zwei einander gegenüberliegende unverformbare Körper 1, 2 zugeordnet. Grundsätzlich können aber auch mehr als zwei unverformbare Körper dem verformbaren Körper zugeordnet sein. In solch einem Fall sind die unverformbaren Körper1, 2 so am Umfang des verformbaren Körpers 3 angeordnet, dass durch die Verformbarkeit und Elastizität des verformbaren Körpers die Funktion des Stellelements 7 gewährleistet ist. Gegenüberliegend hinsichtlich der unverformbaren Körper kann dann auch bedeuten, dass sie mit einem Winkelabstand um den verformbaren Körper 3 herum angeordnet sind.
Das Verfahren umfasst den Schritt:
Schichtweises, vorzugsweise tropfenförmiges oder strangförmiges, Austragen des verformbaren Körpers 3 z.B. auf einem Objektträger, wobei dieser an mehreren, vorzugsweise an zwei gegenüberliegenden Positionen seines Umfangs entweder eine Ausnehmung 5 oder Auskragung 6 aufweist.
Weiterhin gleichzeitig schichtweises, vorzugsweise tropfenförmiges oder strangförmiges, Austragen der wenigstens zwei unverformbaren Körper 1, 2 z. B. auf dem Objektträger, wobei diese zu der Ausnehmung 5 oder Auskragung 6 des verformbaren Körpers 3 korrespondierende Auskragungen 6 oder Ausnehmungen 5 aufweisen. Diese werden während des Austragens der ersten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse und wenigstens zweiten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse formschlüssig miteinander verbunden.
Alternativ umfasst das Verfahren den Schritt:
Schichtweises, vorzugsweise tropfenförmiges oder strangförmiges, Austragen des verformbaren Körpers 3 z.B. auf einem Objektträger und gleichzeitiges schichtweises, vorzugsweise tropfenförmiges oder strangförmiges, Austragen der wenigstens zwei unverformbaren Körper 1, 2 z.B. auf dem Objektträger. Dabei wird während des Austragens der ersten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse und wenigstens zweiten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse der verformbare Körper 3 an wenigstens zwei gegenüberliegenden Positionen seines Umfangs mit den unverformbaren Körpern 1, 2 stoffschlüssig verbunden.
Bedarfsweise kann bei der Fertigung der Körper des Stellelements auch ein Stützmaterial verwendet werden, um z.B. Überhänge abzustützen. Dieses Stützmaterial wird nach dem Bauprozess z.B. mittels Wasser und/oder einem Lösungsmittel ausgewaschen bzw. gelöst und somit entfernt.
Für die Herstellung und Funktion des verformbaren Körpers 3 besonders vorteilhaft ist es, wenn dieser in einer kugelförmigen oder zylindrischen Form hergestellt wird. Dies kann z.B. zu einer Schlauchform des verformbaren Körpers 3 führen. Dadurch wird besonders gut ein prozesssicheres radiales Bewegen der beweglichen Teile der Stellelemente 7 ermöglicht und eine undefinierte Verformung der fluiddruckführenden Teile des Stellelements vermieden.
Es ist für die Herstellung und Funktion der unverformbaren Körper 1, 2 besonders vorteilhaft, wenn entweder die wenigstens zwei unverformbaren Körper 1, 2 in der Form eines Quaders oder einer der unverformbaren Körper 1, 2 in der Form eines Quaders und der andere der unverformbaren Körper 1, 2 U-förmig mit drei quaderförmigen Seiten hergestellt werden. Das Stellelement 7 lässt sich mit diesen Formen besonders einfach herstellen, wobei diese einfachen Formen auch die Prozesssicherheit weiter erhöhen. Der verformbare Körper 3 lässt sich so gut an den unverformbaren Körpern 1, 2 führen.
Vorteilhaft für die Funktion des Stellelements 7 ist es, wenn der verformbare Körper 3 als Weichkomponente aus einer weichen plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse und die unverformbaren Körper 1, 2 als Hartkomponente aus einer demgegenüber harten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse hergestellt werden. Die weiche plastifizierbare und verfestigbare Masse des verformbaren Körpers 3 lässt sich bei der Druckbeaufschlagung besonders leicht verformen und die harte plastifizierbare und verfestigbare Masse der unverformbaren Körper 1, 2 ist besonders gut gegen eine Beschädigung im laufenden Betrieb des Stellelements 7 geschützt. Sie kann damit die gewünschte Betätigung durch das Stellelement gewährleisten.
Durch die form- oder stoffschlüssige Verbindung entsteht zwischen dem wenigstens einen weicheren, verformbaren Körper 3 als Weichkomponente und den demgegenüber härteren, unverformbareren Körpern 1, 2 als Hartkomponente eine definierte Beziehung, so dass ein prozesssicheres Ansteuern der Stellelemente 7 möglich ist. Die Weichkomponente kann so bedarfsweise quasi als Feder wirken und kann damit ein zu greifendes Bauteil drucklos oder bei geringem Druck passiv spannen und als Aktor unter Druckbeaufschlagung des oder der Stellelemente 7 loslassen. Dies geht vorteilhaft auch umgekehrt, indem das Stellelement 7 unter Druckbeaufschlagung aktiv spannt und drucklos passiv öffnet. Dies erfolgt vorteilhaft durch die Rückstellkräfte der vorzugsweise elastischen Weichkomponente.
Vorteilhaft erfolgt ein Hub zum Greifen bzw. Loslassen über eine Volumenänderung des vorzugsweise als Schlauch mit einem Hohlraum ausgebildeten verformbaren Körpers, der dazu vorzugsweise unter Druck oder auch Unterdruck gesetzt wird. Die Verformung des verformbaren Körpers löst eine Relativbewegung der unverformbaren Körper aus, was zum Greifen bzw. Loslassen oder Öffnen genutzt wird. Die Bewegung kann vorteilhaft bedarfsweise je nach dem, nach innen oder außen erfolgen.
Das fluiddruckbeaufschlagbare Stellelement 7 ist hergestellt nach dem eingangs beschriebenen Verfahren. Es weist, wie in 1 und 2 dargestellt, wenigstens einen verformbaren Körper 3 mit wenigstens einem Hohlraum 4 auf. Der einen Umfang aufweisenden Körper 3 ist aus einer ersten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse hergestellt. Außerdem weist das Stellelement 7 wenigstens zwei, sich gegenüberliegende im Verhältnis zum verformbaren Körper 3 unverformbare formschlüssig mit dem verformbaren Körper 3 verbundene Körper 1, 2 aus wenigstens einer zweiten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse auf. Der verformbare Körper 3 ist zwischen den unverformbaren Körpern 1, 2 angeordnet.
Der verformbare Körper 3 weist dabei an mehreren, vorzugsweise an zwei, gegenüberliegenden Positionen seines Umfangs entweder eine Ausnehmung 5 oder Auskragung 6 auf. Die unverformbaren Körper 1, 2 weisen zu der Ausnehmung 5 oder Auskragung 6 des verformbaren Körpers korrespondierende Auskragungen 6 oder Ausnehmungen 5 auf, die formschlüssig miteinander verbunden sind.
Alternativ ist der verformbare Körper 3 an wenigstens zwei gegenüberliegenden Positionen seines Umfangs mit den unverformbaren Körpern 1, 2 stoffschlüssig verbunden.
Für die Funktion des verformbaren Körpers 3 besonders vorteilhaft ist es, wenn der verformbare Körper 3 eine kugelförmige oder zylindrische Form aufweist und dem wenigstens einen Hohlraum 4 ein unter Druck stehendes Fluid, insbesondere Luft, zuführbar ist. Es können aber auch andere Fluide, insbesondere Gase verwendet werden.
Vorzugsweise weisen entweder die wenigstens zwei unverformbaren Körper 1, 2 eine Form eines Quaders auf oder einer der unverformbaren Körper 1, 2 hat eine Form eines Quaders und der andere der unverformbaren Körper 1, 2 eine U-förmige Form mit drei quaderförmigen Seiten.
Die unverformbaren Körper 1, 2 sind entlang einer geraden Bahn bewegbar zueinander gelagert. Die Lagerung der unverformbaren Körper 1, 2 gegeneinander kann dabei z.B. mittels Gleit- oder Wälzlagerung erfolgen. Falls die unverformbaren Körper 1, 2 keine sich direkt gegenüberstehenden Flächen aufweisen, also z.B. im Falle zweier plattenförmigen Körper, kann eine Lagerung der unverformbaren Körper 1, 2 z.B. auch in einem Teil eines Greifers vorgesehen sein und muss daher nicht in das Stellelement 7 integriert sein.
Vorteilhaft für die Formstabilität des verformbaren Körpers 3 ist es, wenn der verformbare Körper 3 mehr als einen Hohlraum 4 aufweist. Die Zwischenwände der Hohlräume wirken als stabilisierendes Gitter und erlauben dem verformbaren Körper 3 bei vorherrschendem Umgebungsdruck in den Hohlräumen eine größere Krafteinwirkung auf die unverformbaren Körper 1, 2 bzw. erhöhen die Rückstellkräfte des verformbaren Körpers 3.
Vorzugsweise sind der verformbare Körper 3 aus thermoplastischen Elastomeren und die unverformbaren Körper 1, 2 aus Thermoplasten hergestellt. Der verformbare Körper 3 verfügt damit über elastische Eigenschaften.
Die 3 und 4 zeigen einen Greifer, der mehrere fluiddruckbeaufschlagbare Stellelemente 7 aufweist. Diese sind entlang einer kreisförmigen Linie in einem geschlossenen Ring angeordnet. Dabei ist einer der wenigstens zwei unverformbaren Körper 1 als Festelement, also als feststehender Ring, ausgebildet. Um diesen U-förmig angeordnet sind mehrere unverformbare Körper 2, wobei nur jeder zweite unverformbare Körper 2 als bewegliches Spannelement, also als Greiferbacke, ausgebildet ist. Es können aber auch andere Aufteilungen der beweglichen Spannelemente ausgewählt werden oder alle unverformbaren Körper 2 als bewegliches Spannelement ausgebildet sein. Zwischen dem unverformbaren Körper 1, der als feststehender Ring ausgebildet ist, und dem unverformbaren Körper 2, der als bewegliches Spannelement ausgebildet ist, ist der verformbare Körper 3 als Aktor angeordnet.
Eine Segmentierung von Stellelementen ist möglich, es kann aber auch nur ein einzelnes Stellelement verwendet werden.
Die 5a und 5b zeigen einen Teil eines Greifers, bei dem die Stellelemente 7 entlang einer geraden Linie angeordnet sind. An dem einen als Festelement dienenden unverformbaren Körper 1 sind dabei mehrere bewegliche U-förmige als Spannelemente dienende unverformbare Körper 2 angeordnet. Zwischen dem Festelement 1 und den Spannelementen 2 sind als Aktoren dienende verformbare Körper 1 angeordnet.
Der in den 5a und 5b gezeigte Greiferteil kann einem weiteren feststehenden Teil des Greifers gegenüberliegen, so dass primär nur von einer Seite Kraft von den Stellelementen 7 auf das zu bewegende Element ausgeübt wird. Alternativ können sich zwei oder mehr der in den Figuren gezeigten Greiferteile gegenüberstehen, so dass auf das zu bewegende Element Kraft von gegenüberliegenden Stellelementen 7 ausgeübt wird.
Grundsätzlich können die Stellelemente 7 entlang einer Linie angeordnet sein, die eine beliebige Form, also z.B. auch eine geschwungene Form, aufweisen kann. Mögliche Ausführungsformen umfassen insbesondere runde, halbrunde oder gerade Formen.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Stellelements 7 umfasst die Schritte:
Einführen eines Fluids, insbesondere Luft, in den wenigstens einen Hohlraum 4 des verformbaren Körpers 3 und darin Herstellen eines Überdrucks gegenüber einem Umgebungsdruck, wodurch sich wenigstens zwei unverformbare Körper 1, 2 relativ voneinander wegbewegen, oder Ausbringen eines Fluids, insbesondere Luft, aus dem wenigstens einen Hohlraum 4 des verformbaren Körpers 3 und darin Herstellen eines Unterdrucks gegenüber einem Umgebungsdruck, wodurch sich die wenigstens zwei unverformbare Körper 1, 2 relativ zueinander hinbewegen, und
Ausbringen des Fluids aus dem wenigstens einen Hohlraum 4 des verformbaren Körpers 3 und darin Herstellen eines Umgebungsdrucks, wodurch sich die wenigstens zwei unverformbare Körper 1, 2 relativ zueinander hinbewegen, oder Einführen des Fluids in den wenigstens einen Hohlraum 4 des verformbaren Körpers 3 und darin Herstellen eines Umgebungsdrucks, wodurch sich die wenigstens zwei unverformbare Körper 1, 2 relativ voneinander wegbewegen.
Das bedeutet, dass ein Ruhezustand des Stellelements durch einen im Hohlraum 4 vorherrschenden Umgebungsdruck und ein Arbeitszustand des Stellelements 7 sowohl durch einen Überdruck als auch durch einen Unterdruck im Hohlraum 4 gekennzeichnet sein kann. Der Ruhezustand wird also bezogen auf den im Hohlraum 4 vorherrschenden Umgebungsdruck durch eine passive Bewegung des verformbaren Körpers 3, verursacht durch die Rückstellkräfte des verformbaren Körpers 3, also einer weichen plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse, wie z.B. thermoplastischen Elastomeren, eingenommen. Der Arbeitszustand wird hingegen bezogen auf den im Hohlraum 4 aktiv durch einen Überdruck oder Unterdruck gegenüber dem Umgebungsdruck herrschenden Druck eingenommen.
1 zeigt somit ein Stellelement 7, das entweder einen Umgebungsdruck oder einen Überdruck im Hohlraum 4 aufweist und sich somit entweder in einem Ruhezustand oder in einem Arbeitszustand befindet. 2 zeigt hingegen ein Stellelement 7, das entweder einen Umgebungsdruck oder einen Unterdruck im Hohlraum 4 aufweist und sich somit in einem Ruhezustand oder in einem Arbeitszustand befindet. Bezogen auf den in den 3 und 4 dargestellten Greifer bedeutet dies, dass die beweglichen Teile der Stellelemente 7 entweder radial mittels eines Unterdrucks in den Hohlräumen nach innen oder mittels eines Überdrucks in den Hohlräumen nach außen beweglich sind.
Genauso wie beim oben beschriebenen Ruhezustand kann aber auch ein Abstand zwischen den wenigstens zwei unverformbaren Körpern 1, 2 in einem Arbeitszustand durch die Gestalt des verformbaren Körpers 3 und ohne das Vorhandensein des unter Überdruck oder Unterdruck gegenüber dem Umgebungsdruck stehenden Fluids in dem wenigstens einen Hohlraum 4 eingestellt werden. In diesem Fall wird also der Ruhezustand bezogen auf den im Hohlraum 4 aktiv durch einen Überdruck oder Unterdruck gegenüber dem Umgebungsdruck eingenommen. Der Arbeitszustand wird hingegen bezogen auf den im Hohlraum 4 vorherrschenden Umgebungsdruck durch eine passive Bewegung des verformbaren Körpers 3, verursacht durch die Rückstellkräfte des verformbaren Körpers 3, also der weichen plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse, wie z.B. thermoplastischen Elastomeren, eingenommen.
Ein erfindungsgemäßer Greifer ermöglicht somit sowohl ein Greifen eines Elements durch Verspannen von außen als auch durch Verspannen von innen. Beispielsweise könnte damit ein Rohr sowohl von außen als auch von innen spannend von dem Greifer transportiert werden.
Bezugszeichenliste

1, 2: unverformbare Körper
3: verformbarer Körper
4: Hohlraum
5: Ausnehmung
6: Auskragung
7: Stellelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018205337 A1 [0003]
DE 102019003714 A1 [0004]
DE 102019119125 A1 [0005]
DE 102012001773 A1 [0006]
DE 102007057350 A1 [0008]

Claims

Verfahren zur additiven Herstellung eines Stellelements (7), aufweisend wenigstens einen verformbaren, wenigstens einen unter einen Überdruck oder Unterdruck gegenüber einen Umgebungsdruck setzbaren Hohlraum (4) umfassenden, einen Umfang aufweisenden Körper (3) aus einer ersten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse und wenigstens zwei sich gegenüberliegende, im Verhältnis zum verformbaren Körper (3) unverformbare formschlüssig oder stoffschlüssig mit dem verformbaren Körper (3) verbundene Körper (1, 2) aus wenigstens einer zweiten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse, wobei der verformbare Körper (3) zwischen den unverformbaren Körpern (1, 2) angeordnet ist, umfassend den Schritt: - schichtweises Austragen des verformbaren Körpers (3), wobei dieser an mehreren gegenüberliegenden Positionen seines Umfangs entweder eine Ausnehmung (5) oder Auskragung (6) aufweist, und gleichzeitiges schichtweises Austragen der wenigstens zwei unverformbaren Körper (1, 2), wobei diese zu der Ausnehmung (5) oder Auskragung (6) des verformbaren Körpers (3) korrespondierende Auskragungen (6) oder Ausnehmungen (5) aufweisen, die während des Austragens der ersten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse und der wenigstens zweiten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse formschlüssig miteinander verbunden werden, oder - schichtweises Austragen des verformbaren Körpers (3) und gleichzeitiges schichtweises Austragen der wenigstens zwei unverformbaren Körper (1, 2), wobei während des Austragens der ersten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse und wenigstens zweiten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse der verformbare Körper (3) an mehreren gegenüberliegenden Positionen seines Umfangs mit den unverformbaren Körpern (1, 2) stoffschlüssig verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der verformbare Körper (3) in einer kugelförmigen oder zylindrischen Form hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei entweder die vorzugsweise zwei unverformbaren Körper (1, 2) in der Form eines Quaders oder einer der unverformbaren Körper (1, 2) in der Form eines Quaders und der andere der unverformbaren Körper (1, 2) U-förmig mit drei quaderförmigen Seiten hergestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der verformbare Körper (3) aus einer vorzugsweise elastischen, weichen plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse und die unverformbaren Körper (1, 2) aus einer demgegenüber harten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse hergestellt werden.
Stellelement (7), hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend - wenigstens einen verformbaren, wenigstens einen Hohlraum (4) umfassenden, einen Umfang aufweisenden Körper (3) aus einer ersten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse und - wenigstens zwei sich gegenüberliegende, im Verhältnis zum verformbaren Körper (3) unverformbare, formschlüssig mit dem verformbaren Körper (3) verbundene Körper (1, 2) aus wenigstens einer zweiten plastifizierbaren und/oder verfestigbaren Masse, wobei der verformbare Körper (3) zwischen den unverformbaren Körpern (1, 2) angeordnet ist und wobei - entweder der verformbare Körper (3) an mehreren gegenüberliegenden Positionen seines Umfangs entweder eine Ausnehmung (5) oder Auskragung (6) aufweist und die wenigstens zwei unverformbaren Körper (1, 2) zu der Ausnehmung (5) oder Auskragung (6) des verformbaren Körpers korrespondierende Auskragungen (6) oder Ausnehmungen (5) aufweisen, die formschlüssig miteinander verbunden sind, - oder der verformbare Körper (3) an mehreren gegenüberliegenden Positionen seines Umfangs mit den wenigstens zwei unverformbaren Körpern (1, 2) stoffschlüssig verbunden ist.
Stellelement (7) nach Anspruch 5, wobei der verformbare Körper (3) eine kugelförmige oder zylindrische Form aufweist und dem wenigstens einen Hohlraum (4) ein unter Druck stehendes Fluid, insbesondere Luft, zuführbar ist.
Stellelement (7) nach Anspruch 5 oder 6, wobei entweder die vorzugsweise zwei unverformbaren Körper (1, 2) eine Form eines Quaders aufweisen oder einer der unverformbaren Körper (1, 2) eine Form eines Quaders und der andere der unverformbaren Körper (1, 2) eine U-förmige Form mit drei quaderförmigen Seiten aufweist, wobei die beiden unverformbaren Körper (1, 2) entlang einer geraden Bahn bewegbar zueinander gelagert sind.
Stellelement (7) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der verformbare Körper (3) mehr als einen Hohlraum (4) aufweist.
Stellelement (7) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der verformbare Körper (3) aus thermoplastischen Elastomeren ist und die unverformbaren Körper (1, 2) aus Thermoplasten sind.
Stellelement (7) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der verformbare Körper (3) elastische Rückstellkräfte aufweist.
Greifer aufweisend wenigstens ein Stellelement (7) nach einem der Ansprüche 5 bis 10 und/oder hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Greifer nach Anspruch 11, wobei die Stellelemente (7) entlang einer Linie angeordnet sind, vorzugsweise entlang einer geraden Linie oder entlang einer kreisförmigen Linie.
Verfahren zum Betreiben eines Stellelements (7) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, umfassend die Schritte: - entweder Einbringen eines Fluids, insbesondere Luft, in den wenigstens einen Hohlraum (4) des verformbaren Körpers (3) und darin Herstellen eines Überdrucks gegenüber einem Umgebungsdruck, wodurch sich wenigstens zwei unverformbare Körper (1, 2) relativ voneinander wegbewegen, und - Ausbringen des Fluids aus dem wenigstens einen Hohlraum (4) des verformbaren Körpers (3) und darin Herstellen eines Umgebungsdrucks, wodurch sich die wenigstens zwei unverformbaren Körper (1, 2) relativ zueinander hinbewegen, - oder Ausbringen eines Fluids, insbesondere Luft, aus dem wenigstens einen Hohlraum (4) des verformbaren Körpers (3) und darin Herstellen eines Unterdrucks gegenüber einem Umgebungsdruck, wodurch sich die wenigstens zwei unverformbaren Körper (1, 2) relativ zueinander hinbewegen, und - Einbringen des Fluids in den wenigstens einen Hohlraum (4) des verformbaren Körpers (3) und darin Herstellen eines Umgebungsdrucks, wodurch sich die wenigstens zwei unverformbare Körper (1, 2) relativ voneinander wegbewegen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei entweder in einem Ruhezustand oder Arbeitszustand der Abstand zwischen den vorzugsweise zwei unverformbaren Körpern (1, 2) durch die Rückstellkräfte des verformbaren Körpers (3) und ohne das Vorhandensein des unter Überdruck oder Unterdruck gegenüber dem Umgebungsdruck stehenden Fluids in dem wenigstens einen Hohlraum (4) eingestellt wird.