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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vakuumheber. Insbesondere ist der Vakuumheber zum Aufnehmen, Heben und Ablegen von Materialeinheiten ausgebildet. Es kann sich hierbei beispielsweise um ein Rohpolymer oder um ein Polymermischgut für die Kautschukverarbeitung handeln. Insbesondere kann die Materialeinheit in Form von Ballen oder Fellen vorliegen. Der Vakuumheber kann beispielsweise zum Palettieren oder Depalettieren der Materialeinheiten oder zum Beschicken eines Mischers ausgebildet sein.
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Derartige Ballen werden in der Materialaufbereitung oftmals noch rein manuell gehoben. Dies stellt eine schwere körperliche Arbeit dar und ist zudem fehleranfällig.
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Teilweise werden Vakuumsysteme eingesetzt, bei denen ein Vakuumteller mit einer Gummidichtung auf eine Oberfläche einer Materialeinheit aufgelegt und eine Haltekraft zum Heben der Materialeinheit durch ein Vakuum erzeugt wird. Allerdings nimmt bei bestehenden Unebenheiten der Materialoberfläche oder bei einer Verformung der Gummidichtung oder einer Materialoberfläche während des Hebevorgangs die Haltekraft stark ab und kann unzureichend sein.
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Darüber hinaus sind Hebesysteme bekannt, die mit dem Prinzip des Formschlusses arbeiten. Hierzu werden nach dem Korkenzieherprinzip Bohrer, Nadeln oder Klauen in der Materialeinheit fixiert und die Materialeinheit wird durch die Haltekraft des Formschlusses gehoben. Diese Systeme sind mechanisch aufwändig und damit teuer und wartungsintensiv. Zudem können die Bohrer, Nadeln oder Klauen abbrechen und zu einer Beschädigung von Nachfolgemaschinen, wie beispielsweise Mischern, führen. Darüber hinaus sind die Befestigung und das Lösen des Systems von der Materialeinheit zeitaufwändig. Zudem kann an Bohrer, Nadeln oder Klauen Material haften bleiben. Dies kann zum einen zum Ausfall der Hebevorrichtung und zum anderen zu einer Kontamination bei Rezepturwechsel und damit zu einem erhöhten Reinigungsaufwand führen.
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Aus der
EP 1 436 140 B1 ist ein Vakuumheber bekannt, bei dem eine Saugglocke einen V-förmig spitz zulaufenden Rand aufweist. Die
DE 22 03 076 A offenbart eine mit Saugkraft arbeitende Hubvorrichtung zum Transportieren von Porenbetonblöcken, aufweisend eine Glockenkante, die beim Heben in eine Oberseite eines Blocks einschneidet. Die
DE 20 40 931 B offenbart eine Greifvorrichtung mit Saugkopf zum Heben von Säcken, wobei der Saugkopf aus einem nicht verformbaren Material hergestellt ist. Die
DE 10 2017 102 385 A1 offenbart einen Greifer zum Ergreifen eines Lebensmittelprodukts, bei dem eine Dichteinrichtung zumindest abschnittsweise als Schneide ausgestaltet ist. Die
DE 15 31 233 B offenbart eine Greifvorrichtung für eine Last, bei der im Inneren eines Saugkopfes eine zu einer Verpackung weisende Schneidkante ausgebildet ist.
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Es ist eine Aufgabe, einen verbesserten Vakuumheber zum Heben einer Materialeinheit anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch einen Vakuumheber gemäß Anspruch 1 gelöst. In Anspruch 13 ist ein Verfahren zum Betrieb des Vakuumhebers angegeben. Die abhängigen Ansprüche spezifizieren vorteilhafte Ausführungsformen des Vakuumhebers bzw. des Verfahrens.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Vakuumheber zum Heben einer Materialeinheit angegeben. Der Vakuumheber kann beispielsweise zum Aufnehmen von Ballen oder Fellen eines Polymers in der Materialaufbereitung für die Kautschukindustrie ausgebildet sein.
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Der Vakuumheber weist einen Vakuumteller mit einem Hohlraum und einem Auslass zum Erzeugen eines Vakuums im Hohlraum auf. Der Vakuumteller weist eine Dichtkante zur Bildung eines abdichtenden Kontakts mit der Materialeinheit auf. Die Dichtkante ist messerscharf zum Einschneiden in die Materialeinheit ausgebildet. Es hat sich herausgestellt, dass durch Einbringen eines Einschnitts im Vergleich zum Eindrücken der Dichtkante in die Materialeinheit eine verbesserte Haftkraft erzielt werden kann.
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Die Dichtkante weist beispielsweise eine gerade, sägezahnartige oder wellenschliffartige Schneidgeometrie aufweisen.
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Die Dichtkante ist insbesondere als harte Dichtkante ausgebildet. Das Material der Dichtkante weist insbesondere eine größere Härte auf als das Material der zu hebenden Materialeinheit, so dass sich das Material der Dichtkante beim Einschneiden in die Materialeinheit nicht oder nur wenig verformt. Der Vakuumteller weist somit keine weiche Gummidichtung zur Herstellung eines Kontakts zur Materialeinheit auf.
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Der Vakuumteller ist dazu ausgebildet, vor der Erzeugung eines Vakuums an die Materialeinheit angedrückt zu werden, so dass die Dichtkante einen Einschnitt im Material erzeugt. Aufgrund der harten Dichtkante gibt die Materialoberfläche, jedoch nicht die Dichtkante nach, so dass die Materialeinheit die Funktion eines „weichen“ Dichtmaterials übernimmt. Die Dichtkante kann dabei umlaufend stellenweise oder vollständig einen Einschnitt in die Materialeinheit erzeugen.
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Die Dichtkante kann integraler Bestandteil einer Wandung sein, in der der Auslass angeordnet ist. Insbesondere kann die Dichtkante den unteren Rand der Wandung bilden. Beispielsweise weist die Dichtkante als Material ein Metall oder einen Kunststoff auf. Die Wandung, in der der Auslass angeordnet ist, weist bei einteiliger Ausbildung mit der Dichtkante dasselbe Material wie die Dichtkante auf. Auch eine mehrteilige Ausbildung ist möglich, wie beispielsweise eine Dichtkante in Form einer Metallkante in einem Kunststoffkorpus.
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Die Dichtkante weist beispielsweise eine kreisförmige, rechteckige, quadratische oder allgemein vieleckige Umfangslinie auf.
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Die Dichtkante kann eine geringere Wandstärke als ein nach oben angrenzender Bereich der Wandung des Vakuumtellers aufweisen. Somit wird eine Verformung der Materialeinheit durch die Dichtkante und ein Einschneiden der Materialeinheit erleichtert.
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Beispielsweise kann die Dichtkante auch dazu ausgebildet sein, eine äußere Verpackung, beispielsweise eine Kunststofffolie, zu durchtrennen, so dass die Dichtkante direkt mit der innen liegenden Materialeinheit in Kontakt kommt. Auf diese Weise kann eine ausreichende Haltekraft auch bei Vorliegen einer äußeren Verpackung erzielt werden.
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Die Dichtkante weist eine Außenseite und eine Innenseite auf. Die Außenseite kann in einem kleineren Neigungswinkel zu einer Längsachse des Vakuumtellers verlaufen als die Innenseite. Durch die geringere Neigung der Außenseite kann eine gute Schneidwirkung der Dichtkante erzeugt werden. Durch die größere Neigung an der Innenseite kann eine gute Abdichtwirkung an der Innenseite erreicht werden, auch für den Fall, dass sich das Material durch das Anheben verformt und von der Außenseite ablöst.
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Anspruchsgemäß weist die Innenseite mehrere Bereiche entlang einer Längsachse auf, die aneinander angrenzen, wobei sich im Grenzbereich der Neigungswinkel ändert. Es ist ein Bereich mit einem größeren Neigungswinkel zwischen zwei Bereichen mit geringeren Neigungswinkeln angeordnet. Auf diese Weise kann die Dichtwirkung der Dichtkante verbessert werden.
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Die Bereiche können jeweils einen konstanten Neigungswinkel aufweisen. Die Neigungswinkel können sich auch innerhalb der Bereiche ändern, insbesondere kontinuierlich verändern. Die Bereiche können kantenförmig aneinander angrenzen.
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Der Vakuumteller kann an einem Hebearm befestigt sein. Beispielsweise ist der Vakuumteller als letztes Element einer kinematischen Kette („Endeffektor“) mit einem Roboter oder Kran kombiniert. Der Vakuumteller kann über eine flexible Aufhängung am Hebearm befestigt sein. Beispielsweise handelt es sich dabei um ein oder mehrere Ketten oder Kardangelenke.
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Der Vakuumheber kann eine Andrückvorrichtung zur Ausübung einer Kraft auf den Vakuumteller aufweisen, um die Dichtkante an die Materialeinheit anzudrücken. Beispielsweise weist die Andrückvorrichtung Vorsprünge auf, die nach einem Ablegen des Vakuumtellers auf der Materialeinheit von oben eine Kraft auf den Vakuumteller ausüben. Alternativ kann der Vakuumteller rein manuell angedrückt werden.
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Der Vakuumheber kann eine Abdrückvorrichtung zum Abdrücken der Materialeinheit vom Vakuumteller nach einem Hebevorgang aufweisen. Auch nach Entfernen des Vakuums kann die Materialeinheit noch am Vakuumteller haften bleiben. Durch die Abdrückvorrichtung kann eine Kraft auf die Materialeinheit nach unten ausgeübt werden, so dass sich die Materialeinheit vom Vakuumteller löst. Alternativ kann die Materialeinheit rein manuell abgedrückt werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, zum Abdrücken der Materialeinheit im Vakuumteller Überdruck durch Druckluft zu erzeugen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb eines Vakuumhebers beschrieben. Dabei kann es sich um den vorhergehend beschriebenen Vakuumheber handeln. Im Betrieb wird vor Erzeugung eines Vakuums der Vakuumteller an die Materialeinheit angedrückt, so dass die Dichtkante einen abdichtenden Kontakt mit der Materialeinheit bildet. Insbesondere kann die Dichtkante zumindest teilweise oder umlaufend vollständig in die Materialeinheit eingedrückt werden.
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Die Dichtkante ist insbesondere als harte Dichtkante ausgebildet. Dabei kann die Dichtkante eine größere Härte als die Materialeinheit aufweisen. Somit verformt sich beim Andrücken die Materialeinheit, jedoch nicht die Dichtkante.
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Die Dichtkante kann dazu ausgebildet sein, eine Verpackung der Materialeinheit beim Andrücken zu durchtrennen.
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Die Dichtkante kann mittels einer Andrückvorrichtung vor Erzeugen eines Vakuums an die Materialeinheit angedrückt werden. Zur verbesserten Schneidwirkung kann der Vakuumteller beim Andrücken zusätzlich gedreht oder vibriert werden. Beispielsweise wird bei rotationssymmetrischen Vakuumtellern neben dem Andruck eine Rotationsbewegung ausgeführt, um das Einschneiden zu erleichtern. Bei nicht rotationssymmetrischen Vakuumtellern erleichtert beispielsweise eine Vibration das Einschneiden. Nach Abschluss des Hebevorgangs und Entfernen des Vakuums kann die Materialeinheit mittels einer Abdrückvorrichtung vom Vakuumteller abgedrückt werden. Alternativ können der Andrückvorgang und/oder der Abdrückvorgang rein manuell erfolgen.
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Die vorliegende Erfindung umfasst mehrere Aspekte, insbesondere Vorrichtungen und Verfahren. Die für einen der Aspekte beschriebenen Merkmale, Eigenschaften und Ausführungsformen sollen entsprechend auch für den anderen Aspekt gelten.
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Zudem ist die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände nicht auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen - soweit technisch sinnvoll - miteinander kombiniert werden.
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Im Folgenden werden die hier beschriebenen Gegenstände anhand schematischer Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 im Schnittbild einen Vakuumheber nach dem Stand der Technik,
- 2 im Schnittbild einen Vakuumheber gemäß einer Ausführungsform,
- 3A im Schnittbild einen Vakuumteller gemäß einer Ausführungsform,
- 3B in einer Sicht von unten den Vakuumteller aus 3A,
- 4A im Schnittbild einen Vakuumteller gemäß einer Ausführungsform,
- 4B ein vergrößerter Ausschnitt aus 4A,
- 5 im Schnittbild einen Vakuumheber beim Anheben einer Materialeinheit gemäß einer Ausführungsform,
- 6A, 6B, 6C verschiedene Ausführungsformen von Schneidgeometrien einer Dichtkante eines Vakuumhebers,
- 7 im Schnittbild einen Vakuumheber gemäß einer weiteren Ausführungsform,
- 8A bis 8E Verfahrensschritte beim Heben einer Materialeinheit gemäß einer Ausführungsform.
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Vorzugsweise verweisen in den folgenden Figuren gleiche Bezugszeichen auf funktionell oder strukturell entsprechende Teile der verschiedenen Ausführungsformen.
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1 zeigt einen Vakuumheber 30 nach dem Stand der Technik. Der Vakuumheber 30 weist einen Vakuumteller 31 mit einem Hohlraum 32 auf, in dem zum Heben einer Materialeinheit 2 ein Vakuum erzeugt werden soll. Dazu weist der Vakuumheber 30 einen Auslass 33 zum Absaugen von Luft 3 aus dem Hohlraum 32 auf.
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Der Vakuumteller 31 kann beispielsweise als letztes Element einer kinematischen Kette („Endeffektor“) mit einem Roboter oder Kran kombiniert werden.
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Bei der Materialeinheit 2 handelt es sich beispielsweise um einen Ballen eines Rohpolymers einer Kautschukmischung. Der Ballen soll von dem Vakuumheber 30 beispielsweise in einer Anlage zur Materialverarbeitung angehoben und zu einer Vorrichtung zur Aufbereitung transportiert und dort abgelegt werden. Beispielsweise sollen die Ballen von einer Palette auf ein Beschickungsband für eine Aufbereitung, beispielsweise in einem Innenmischer, gelegt werden.
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Derartige Ballen haben beispielsweise Abmessungen im Bereich von 500 mm x 300 mm x 100 mm bis 800 mm x 400 mm x 250 mm (LxBxH). Das Gewicht eines Ballens liegt beispielsweise im Bereich von 35 kg. Allerdings können bei der Anlieferung mehrere Ballen aneinander haften, so dass große Kräfte (>400 kg) erforderlich sind, um die Ballen zu heben.
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Der Vakuumteller 31 des Vakuumhebers 30 ist aus einem harten, unelastischen Material. Am unteren Rand des Vakuumtellers 31 ist eine weiche Gummidichtung 34 zur mechanischen Kontaktierung der Materialeinheit 2 und Abdichtung angebracht. Die Gummidichtung 34 ist dazu ausgebildet, sich an die Oberfläche 4 der Materialeinheit 2 anzupassen und das Einströmen von Außenluft zu verhindern, so dass ein Vakuum im Hohlraum 32 erzeugt werden kann und während des Hebevorgangs bestehen bleibt.
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Ist die Oberfläche 4 der Materialeinheit 2 uneben, kann es an der Schnittstelle zwischen weicher Gummidichtung 34 und Oberfläche 4 der zu hebenden Materialeinheit 2 zu Spalten und Undichtigkeiten 35 kommen, durch die Luft einströmt. In diesem Fall kann kein ausreichendes Vakuum erzeugt oder gehalten werden. Die Haltekraft des Vakuumhebers 30 ist in diesem Fall oft nicht ausreichend oder nimmt während des Hebevorgangs ab. Dabei kann die Oberfläche 4 bereits bei Anlieferung uneben sein oder die Materialeinheit 2 kann bei längerer Lagerung die Form verändern (sogenannter „Cold-Flow Effekt“). Auch können verschiedene Materialtypen, wie beispielsweise verschiedene Rohpolymertypen, von Anfang an unterschiedliche Ballenformen aufweisen.
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Zudem kann es auch während des Hebevorgangs zu einer Verformung der weichen Gummidichtung 34 oder der zu hebenden Materialeinheit 2 kommen, beispielsweise durch Zugbelastung oder durch das Materialgewicht. Auch auf diese Weise können Undichtigkeiten entstehen und die Haltekraft unzureichend sein.
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2 zeigt einen Vakuumheber 1 gemäß einer Ausführungsform. Der Vakuumheber 1 ist dazu ausgebildet, eine Materialeinheit 2 wie zu 1 beschrieben, aufzunehmen und anzuheben. Der erfindungsgemäße Vakuumheber 1 eignet sich im Unterschied zum Vakuumheber 30 aus 1 auch gut zum Heben einer Materialeinheit 2 mit nicht-planarer Oberfläche 4.
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Der Vakuumheber 1 weist einen Vakuumteller 5 mit einem Auslass 6 zur Absaugung von Luft 3 aus einem Hohlraum 7 auf. Der Auslass 6 ist in einer Wandung 8 des Vakuumtellers 5 angeordnet. Der Vakuumteller 5 kann an seiner Oberseite an einem Hebearm (siehe z.B. 4) befestigt sein. Im Unterschied zum Vakuumheber 30 aus 1 weist der erfindungsgemäße Vakuumheber 1 keine weiche Gummidichtung zum schonenden Kontakt und zur Abdichtung der Materialeinheit 2 auf, sondern weist eine harte, messerscharfe Dichtkante 9 auf. Insbesondere ist die Dichtkante 9 ein integraler Bestandteil der Wandung 8, die den Hohlraum 7 umschließt und in der der Auslass 6 ausgebildet ist. Um die Unebenheiten der Materialeinheit 2 auszugleichen, wird der Vakuumteller 5 so fest an die Materialeinheit 2 angedrückt, dass die Dichtkante 9 umlaufend vollständig mit der Oberfläche 4 der Materialeinheit 2 in Kontakt ist.
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Die Dichtkante 9 schneidet umlaufend abschnittsweise oder vollständig in die Materialeinheit 2 ein. Somit werden beispielsweise Fasern der Materialeinheit durchtrennt. Dabei kann die Materialeinheit 2 sowohl an einer äußeren Seitenfläche 10 als auch an einer inneren Seitenfläche 11 der Dichtkante 9 anliegen. Auf diese Weise kann die Abdichtung und die spätere Haltekraft verbessert werden.
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Beispielsweise wird vor Erzeugung des Vakuums eine Kraft von oben auf den Vakuumteller 5 in Richtung der Materialeinheit 2 aufgebracht. Die Kraft beträgt beispielsweise bis zu 2000 N. Die Mindest- und Maximalkraft hängt insbesondere von der Verformbarkeit der Materialeinheit ab.
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Sobald die Materialeinheit 2 umlaufend an der Dichtkante 9 anliegt, kann ein Vakuum durch Absaugen der Luft 3 aus dem Hohlraum 7 erzeugt werden. Der Vakuumteller 5 saugt sich dabei an der Oberfläche 4 fest. Sobald eine ausreichende Höhe des Vakuums und damit der Haltekraft erreicht ist, kann die Materialeinheit 2 angehoben werden.
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Zum Ablegen der Materialeinheit 2 wird der Vakuumteller 5 belüftet und das Vakuum aufgelöst. Sollte die Materialeinheit 2 noch am Vakuumteller 5 haften, kann die Verbindung manuell oder über eine mechanische Abdrückvorrichtung gelöst werden.
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Die Wandung 8 kann die formstabile Dichtkante 9 als integralen Bestandteil aufweisen. Somit ist die Dichtkante 9 nicht an einem Gehäuseteil des Vakuumtellers 5 befestigt, sondern bildet den unteren Rand der Wandung 8. Die Dichtkante 9 kann als Material beispielsweise Stahl, harten Kunststoff oder ein anderes ausreichend hartes Material aufweisen. Das Material der Dichtkante 9 sollte sich insbesondere beim Andrücken an die Materialeinheit 2 nicht verformen, sondern einen Einschnitt in der Materialeinheit 2 bewirken.
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Es sind unterschiedliche Geometrien des Vakuumtellers 5 und der Dichtkante 9 möglich. Beispielsweise weist der Vakuumteller 5 eine kreisförmige, rechteckige, quadratische, dreieckige, sechseckige oder allgemein vieleckige Umfangslinie auf. Ein Vakuumheber 1 kann auch mehrere Vakuumteller 5 aufweisen. Die Haltekraft des Vakuumhebers 1 kann insbesondere über die von der Dichtkante umschlossene Grundfläche des Vakuumtellers 5, über die Qualität des Vakuums, und über die Anzahl an Vakuumteller 5 eingestellt werden.
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Insgesamt übernimmt in der erfindungsgemäßen Ausführungsform die Materialeinheit 2 die Rolle eines flexiblen Dichtmaterials. Die Materialeinheit 2 weist somit eine geringere Verformbarkeit, also eine geringere Härte, als die Dichtkante 9 auf. Bei der in 1 gezeigten Gummidichtung 34 weist die Materialeinheit 2 eine größere Verformbarkeit als die Dichtkante 9 auf.
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Aufgrund der guten Dichtwirkung ist beispielsweise eine Haltekraft von ca. 500 kg möglich, so dass auch aneinander haftende Materialeinheiten 2, wie beispielsweise Ballen oder Felle angehoben werden können.
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Im Unterschied zu Lösungen nach dem Stand der Technik, bei denen Bohrer, Klauen oder Nadeln in der Materialeinheit verankert werden, besteht beim erfindungsgemäßen Vakuumheber nicht die Gefahr, dass in der Materialeinheit versenkte Teile abbrechen. Die Materialeinheit wird erfindungsgemäß nicht vorwiegend durch die mechanische Verankerung der Dichtkante 9 sondern hauptsächlich durch die Vakuumkraft gehalten. Zudem ist die Dichtkante 9 umlaufend und kann mit dem Vakuumteller 5 einteilig ausgebildet sein, so dass auch aus diesem Grund nur eine geringe Gefahr des Abbrechens von Teilen besteht.
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Darüber hinaus ist der Vakuumheber 1 kostengünstig herstellbar. Da der Vakuumteller 5 keine bewegten Bauteile aufweist, ist der Vakuumheber 1 auch wenig wartungsintensiv. Zudem weist der Vakuumheber 1 aufgrund seiner Dichtungseigenschaften eine hohe Haltekraft auf. Somit kann durch den Vakuumheber das Handling von Materialeinheiten mit unregelmäßiger Oberfläche automatisiert werden.
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3A zeigt eine Ausführungsform eines Vakuumtellers 5 im Schnittbild entlang der Schnittebene A--A und 3B zeigt den Vakuumteller 5 in einer Ansicht von unten. Es kann sich hierbei um den Vakuumteller 5 aus 2 handeln.
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Die Wandstärke der Dichtkante 9 nimmt nach unten hin ab. „Nach unten“ bedeutet hierbei in Richtung der Öffnung des Vakuumtellers 5, also üblicherweise in Richtung der Schwerkraft, „nach oben“ in Gegenrichtung. Insbesondere ist die Wandstärke d1 eines Bereichs der Dichtkante 9 geringer als eine Wandstärke d2 eines an die Dichtkante 9 angrenzenden, seitlichen Bereichs 12 des Vakuumtellers 5. Die Dichtkante 9 läuft spitz nach unten hin zu. Auf diese Weise kann die Dichtkante 9 besonders gut in die Materialeinheit 2 einschneiden.
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Die Dichtkante 9 ist messerscharf ausgebildet. Auf diese Weise kann der Vakuumteller 5 auch in eine mit einer Verpackung versehene Materialeinheit 2 derart einschneiden, dass die Verpackung vollständig durchtrennt wird und die Dichtkante 9 direkt an der innen liegenden Materialeinheit 2 anliegt.
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Der Vakuumteller 5 kann im Inneren abgerundete Kanten aufweisen. Die Oberfläche des Vakuumtellers 5 kann auch zumindest teilweise gewölbt ausgebildet sein. Der Vakuumteller 5 kann seitliche Bereiche mit verschiedenen Neigungswinkeln der Oberfläche aufweisen. Auch eine Grundform wie beim Vakuumteller 31 aus 1 ist möglich.
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4A zeigt einen Vakuumteller 5 gemäß einer weiteren Ausführungsform. 4B zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Vakuumtellers 5 aus 4A.
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Im Vergleich zum Vakuumteller 5 aus 2 ist vorliegend die Dichtkante 9 des Vakuumtellers 5 ebenfalls messerscharf ausgebildet, allerdings unterscheidet sich die Dichtkante 9 in ihrer Geometrie, insbesondere in Neigungswinkeln der Außenseite 10 und der Innenseite 11 gegenüber einer Längsachse A des Vakuumtellers 5. Die Außenseite 10 weist zumindest im Bereich der Dichtkante 9 eine geringere Neigung gegenüber einer Richtung einer Längsachse A auf, als die Innenseite 11.
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Vorliegend verläuft die Außenseite 10 entlang einer Richtung der Längsachse A und somit in der Figur vertikal und somit in Heberichtung. Die Längsachse A ist senkrecht zu einer Fläche, die durch eine Umfangslinie des vorderen Endes der Dichtkante 9 bestimmt wird. Die Innenseite 11 weist eine Neigung α größer als Null auf. Beispielsweise ist die Neigung α kleiner als 45°. Insbesondere kann die Neigung α zwischen 10° und 30° betragen. Somit ist die Dichtkante 9 nur einseitig abgeschrägt, also angefast.
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Die geringe Neigung der Außenseite 10 ermöglicht zusammen mit der messerscharfen Dichtkante 9 ein gutes Einschneiden in die Materialeinheit 2. Die größere Neigung der Innenseite 11 stellt sicher, dass die Materialeinheit 2 eng an der Innenseite 11 anliegt und durch die Dichtkante 9 auch etwas komprimiert wird, so dass die Dichtwirkung verbessert wird. Die Abdichtung wird somit durch das Material innerhalb des Vakuumtellers 5 erreicht.
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Durch das Einschneiden der Dichtkante 9 in das Material wird zudem erreicht, dass das Material innerhalb des Vakuumtellers 5 teilweise vom Material außerhalb des Vakuumtellers 5 mechanisch entkoppelt wird, so dass eine Verformung des Materials außerhalb des Vakuumtellers 5 nicht zu einem Ablösen des innen liegenden Materials von der Dichtkante 9 führt. Damit bleibt die Dichtwirkung erhalten, auch wenn das außen liegende Material beim Anheben durch die Gewichtskraft oder aufgrund einer Anhaftung an darunterliegenden Materialeinheiten 2 verformt wird.
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Der hier gezeigte Vakuumteller 5 weist mehrere aneinander angrenzende Bereiche 19, 20, 21 der Innenseite 11 der Wandung 8 auf, die sich in ihren Neigungswinkeln unterscheiden. So bildet ein erster Bereich 19 den untersten Rand der Dichtkante 9 und weist beispielsweise, wie vorhergehend beschrieben, einen Neigungswinkel zur Längsachse zwischen 10° und 30° auf. Ein sich daran nach oben anschließender zweiter Bereich 20 weist einen größeren Neigungswinkel α' auf. Beispielsweise liegt der Neigungswinkel α' zwischen 30° und 90°. An den zweiten Bereich 19 kann sich nach oben ein dritter Bereich 20 anschließen, der einen geringeren Neigungswinkel α'' aufweist als der zweite Bereich 19. Beispielsweise liegt der Neigungswinkel α'' zwischen 10° und 30°. Der dritte Neigungswinkel α'' kann genauso groß sein wie der erste Neigungswinkel α.
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Beispielsweise weist der erste Bereich 19 in einer Richtung der Längsachse A eine Höhe h von 5 mm bis 25 mm auf. Der zweite Bereich 20 kann eine geringere Höhe als der erste Bereich aufweisen. Beispielsweise erstreckt sich der zweite Bereich in einer Länge l von bis zu 10 mm zwischen dem ersten Bereich 19 und dem dritten Bereich 21. bis Der dritte Bereich 21 weist beispielsweise eine größere Höhe als der erste Bereich 19 auf. Die drei Bereiche 19, 20, 21 zusammen weisen beispielsweise eine Gesamthöhe H von 45 mm bis 85 mm auf.
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Alle drei Bereiche 19, 20, 21 können zum dichten Anliegen an die Materialeinheit 2 ausgebildet sein. Der zweite Bereich 20 kann als eine Art Einschnittbegrenzung fungieren, so dass die Einschnitttiefe der Dichtkante 9 in die Materialeinheit 2 begrenzt wird. Zudem wird durch den größeren Neigungswinkel α' ein Druck auf das Material nach innen ausgeübt, so dass das Material besonders dicht in diesem Bereich 20 anliegt. Somit wird die Abdichtung verbessert und die Haltekraft erhöht. Durch den dritten Bereich 21 wird sichergestellt, dass ein ausreichend großer Hohlraum zur Erzeugung des Vakuums zur Verfügung steht.
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Die Bereiche 19, 20, 21 können sich kantenförmig aneinander anschließen, so dass sich zwischen den Bereichen der Neigungswinkel stufenartig verändert.
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In 4B ist eine weitere Ausführungsform der Innenseite 11 gestrichelt eingezeichnet, bei der die Innenseite 22 gewölbt ausgebildet ist. Die Innenseite 22 weist zwei in Richtung der Längsachse aneinander angrenzende gewölbte Bereiche 23, 24 auf. Beide Bereiche grenzen kantenförmig aneinander an.
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Bei jedem der Bereiche 23, 24 nimmt der Neigungswinkel nach oben hin zu. An der Schnittstelle der Bereiche 23, 24 ist der Neigungswinkel des ersten Bereichs 23 größer als der Neigungswinkel des zweiten Bereichs 24. Somit kann ein ähnlicher Effekt wie bei der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform mit jeweils konstanten Neigungswinkeln innerhalb der drei Bereiche 19, 20, 21 erreicht werden. Somit liegt auch bei der gewölbten Ausführung ein Bereich mit größerem Neigungswinkeln zwischen zwei Bereichen mit kleineren Neigungswinkeln, beispielsweise wenn der obere Teil des ersten Bereichs 23 als ein Bereich mit größerem Neigungswinkel angesehen wird.
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5 zeigt einen Vakuumheber 1 beim Anheben einer Materialeinheit 2. Unter der Materialeinheit 2 liegt eine weitere Materialeinheit 25, die an der Materialeinheit 2 anhaftet. Somit muss beim Anhebevorgang eine größere Kraft bereitgestellt werden, um die Materialeinheiten 2, 25 voneinander zu trennen. Dabei löst sich die Materialeinheit 2 zuerst in einem zentralen Bereich von der darunter liegenden Materialeinheit 25, so dass eine Verformung gegenüber einem äußeren Bereich eintritt. Damit löst sich an der Außenseite 10 der Dichtkante 9 das Material etwas ab, was jedoch aufgrund des Einschnitts für die abdichtende Wirkung an der Innenseite 11 nicht nachteilig ist. Aufgrund der Formgebung der Dichtkante 9 an der Innenseite 11 liegt das Material eng an der Innenseite 11 an.
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Somit kann mit dem gezeigten Vakuumheber 1 eine deutlich höhere Kraft als die reine Gewichtskraft der Materialeinheiten 2 aufgebracht werden, so dass auch mehrere aneinander haftende Materialeinheiten 2, 25 voneinander gelöst werden können.
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Zudem ist in 5 eine äußere Verpackung 26, beispielsweise in Form einer Folie eingezeichnet, die von der Dichtkante 9 vollständig durchtrennt wird. Die Verpackung 26 ist beispielhaft nur an der Oberseite der Materialeinheit 2 eingezeichnet, sie kann aber die Materialeinheit 2 vollständig umgeben. Auch um die weitere Materialeinheit 25 kann eine Verpackung angeordnet sein.
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Die 6A, 6B und 6C zeigen verschiedene Schneidgeometrien einer Dichtkante 9 eines Vakuumhebers 1 gemäß einer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen.
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In 6A ist eine gerade Schneidgeometrie abgebildet. Das unterste Ende der Dichtkante 9 weist somit keine weitere Strukturierung in auf. 6B zeigt eine sägezahnförmige Dichtkante 9. 6C zeigt eine wellenförmige Dichtkante 9.
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Bei allen Geometrien kann die Wandung 8 unterschiedliche Neigungswinkel der Außen- und Innenseite 11 aufweisen und/oder mit unterschiedlichen Neigungswinkeln entlang der Innenseite 11 ausgebildet sein.
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7 zeigt eine Ausführungsform eines Vakuumhebers 1 mit mehreren nebeneinander angeordneten Vakuumtellern 5. Auf diese Weise kann die Haltekraft des Vakuumhebers 1 erhöht werden. Eine Vakuumpumpe 16 ist zur Erzeugung eines Vakuums mit den Auslässen 6 der Vakuumteller 5 verbunden. Jeder der Vakuumteller 5 kann wie in den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass die Vakuumteller 5 unterschiedliche Formen aufweisen.
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Die Vakuumteller 5 sind mittels einer flexiblen Aufhängung 13, beispielsweise mittels Ketten oder eines Kardangelenks, an einer Halterung 14 aufgehängt. Dies ermöglicht eine schonende Kontaktierung und ein schonendes Ablegen der Materialeinheit 2. Die Halterung 14 ist an einem Hebearm 15 befestigt oder Teil eines Hebearms 15. Der Hebearm 15 ist beispielsweise Teil eines Roboters oder Kranes. Der Vakuumteller 5 kann somit als sogenannter Endeffektor mit dem Hebearm 15 kombiniert werden.
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Der Vakuumheber 1 weist eine Andrückvorrichtung 17 auf, um den Vakuumteller 5 nach dem Auflegen auf die Materialeinheit 2 an die Materialeinheit 2 anzudrücken. Durch Krafteinwirkung von oben auf die Halterung 14 übt die Andrückvorrichtung 17 eine Kraft von oben auf die Vakuumteller 5 aus.
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Darüber hinaus kann der Vakuumheber eine Abdrückvorrichtung 18 aufweisen, um die Materialeinheit 2 nach Ablegen und Entfernen des Vakuums vom Vakuumheber 1 zu lösen. Beispielsweise kann eine Abdrückvorrichtung 18 durch seitliche Vorsprünge gebildet sein, die sich relativ zum Vakuumteller 5 nach unten drücken lassen. Beispielsweise sind die Vorsprünge nach unten verschiebbar an der Halterung 14 angeordnet und können automatisiert nach unten verschoben werden, um eine Kraft auf die Materialeinheit auszuüben.
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Alternativ kann ein Andrücken und/oder Ablösen auch rein manuell erfolgen. Die seitlichen Vorsprünge können auch nur zur seitlichen Positionierung der Vakuumteller 5 vorhanden sein und keine Abdrückfunktion bereitstellen.
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Die hier beschriebene Ausgestaltung, insbesondere Aufhängung, Andrück- und Abdrückvorrichtungen, ist unabhängig von der Zahl der Vakuumteller 5 und kann insbesondere auch bei nur einem Vakuumteller 5 vorhanden sein.
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In den 8A bis 8E wird schematisch ein Verfahren zum Aufnehmen und Ablegen einer Materialeinheit mit einem Vakuumheber 1 gezeigt. Es kann sich hierbei um den Vakuumheber 1 gemäß den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen handeln.
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In Schritt 8A wird der Vakuumteller 5 auf die Materialeinheit 2 aufgelegt und an die Materialeinheit 2 durch Ausüben einer Kraft Fa von oben angedrückt. Die Dichtkante 9 kann dabei in die Materialeinheit 2 eindringen oder an der Materialeinheit 2 umlaufend dicht anliegen. Die Andrückkraft Fa wird beispielsweise manuell oder durch eine Andrückvorrichtung ausgeübt.
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Anschließend wird in Schritt 8B innerhalb des Vakuumtellers 5 ein Vakuum erzeugt. Während dieses Schrittes kann weiterhin eine Andrückkraft Fa von oben ausgeübt werden oder es kann keine Andrückkraft Fa mehr ausgeübt werden.
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In Schritt 8C wird die Materialeinheit 2 durch Ausüben einer Kraft Fb nach oben auf den Vakuumteller 5 angehoben. Die Vakuumpumpe kann hier bereits abgeschaltet sein oder noch weiterlaufen.
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In Schritt 8D wird die Materialeinheit 2 abgelegt und das Vakuum wird entfernt.
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In Schritt 8E wird der Vakuumteller 5 nach oben gezogen und die Materialeinheit 2, soweit sie sich nicht selbst vom Vakuumteller 5 aufgrund ihrer Gewichtskraft gelöst hat, durch Ausüben einer Abdrückkraft Fc vom Vakuumteller 5 gelöst. Die Abdrückkraft Fc wird beispielsweise manuell oder durch eine Abdrückvorrichtung ausgeübt.
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Bezugszeichen
-
- 1
- Vakuumheber
- 2
- Materialeinheit
- 3
- Luft
- 4
- Oberfläche
- 5
- Vakuumteller
- 6
- Auslass
- 7
- Hohlraum
- 8
- Wandung
- 9
- Dichtkante
- 10
- Außenseite der Dichtkante
- 11
- Innenseite der Dichtkante
- 12
- seitlicher Bereich
- 13
- flexible Aufhängung
- 14
- Halterung
- 15
- Hebearm
- 16
- Vakuumpumpe
- 17
- Andrückvorrichtung
- 18
- Abdrückvorrichtung
- 19
- erster Bereich
- 20
- zweiter Bereich
- 21
- dritter Bereich
- 22
- gewölbte Innenseite
- 23
- erster gewölbter Bereich
- 24
- zweiter gewölbter Bereich
- 25
- weitere Materialeinheit
- 26
- Verpackung
- 30
- Vakuumheber
- 31
- Vakuumteller
- 32
- Hohlraum
- 33
- Auslass
- 34
- weiche Gummidichtung
- 35
- Undichtigkeit
- d1
- Wandstärke
- d2
- Wandstärke
- Fa
- Andrückkraft
- Fb
- Hebekraft
- Fc
- Abdrückkraft
- A
- Längsachse
- α
- Neigungswinkel
- α'
- Neigungswinkel zweiter Bereich
- α''
- Neigungswinkel dritter Bereich
- h
- Höhe
- H
- Gesamthöhe
- l
- Länge
