DE10245716A1

DE10245716A1 - Pneumatischer Greifer

Info

Publication number: DE10245716A1
Application number: DE2002145716
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr. Schmalz; Thomas Eisele; Gernot Dr. Schmierer
Original assignee: J Schmalz GmbH
Current assignee: J Schmalz GmbH
Priority date: 2002-09-23
Filing date: 2002-09-23
Publication date: 2004-03-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Greifer mit einem Basiskörper, welcher mit einem Unterdruckerzeuger verbindbar ist und eine Saugseite aufweist, an welcher eine Saugmatte befestigbar ist, wobei die Saugmatte derart elastisch verformbar ist, dass sie an die Kontur eines anzusaugenden Werkstücks anlegbar ist, und dass die Saugmatte wenigstens eine Saugöffnung aufweist, über welche das Werkstück angesaugt wird, wobei in der Saugöffnung der Saugmatte ein luftdurchlässiger Stützkörper angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Greifer mit einem Basiskörper, welcher mit einem Unterdruckerzeuger versehen oder verbindbar ist und eine Saugseite aufweist, an welcher eine Saugmatte befestigbar ist, wobei die Saugmatte derart elastisch verformbar ist, dass sie an die Oberfläche eines anzusaugenden Werkstücks anlegbar ist, und dass die Saugmatte wenigstens eine Saugöffnung aufweist, über welche das Werkstück angesaugt wird.
Ein Unterdruckhandhabungssystem besteht in der Regel aus einem Unterdruckerzeuger, einer Ventiltechnik zum Steuern des Unterdrucks, einer Sensorik zur Überwachung des Unterdrucks und wenigstens einem pneumatischen Greifer, insbesondere Flächengreifer. Derartige Systeme werden sowohl im Bereich der manuellen Handhabung von Stückgütern als auch in der Automatisierungstechnik eingesetzt.
Gerade in der Automatisierungstechnik verstärkt sich der Trend, Universalgreifer zu nutzen, die sich durch eine hohe Anzahl einzelner Vakuumsaugstellen an unterschiedlich geformte Werkstücke anpassen können. Um hier zu flexiblen, aber gleichzeitig kostengünstigen Lösungen zu gelangen, geht der Trend weg von der Kombination zahlreicher Einzelsauger und hin zu technischen Schäumen, die mit einer Vielzahl von Saugkammern ausgerüstet sind. Derartige modulare Flächengreifer sind zum Beispiel in der DE-A-102 16 221 beschrieben. Ein derartiges modulares Unterdruckgreifersystem weist eine Saugplatte auf, bei der an einem Stützkörper die Saugmatte befestigt ist. Diese Saugplatte kann relativ schnell und einfach am Basiskörper befestigt und ausgetauscht werden. Die Saugmatte weist eine Vielzahl von Saugöffnungen auf, die zu den Unterdruckventilen im Basiskörper fluchten. Eine derartige Saugmatte kann sich aufgrund ihrer elastischen Eigenschaften optimal an die Kontur eines Werkstücks anschmiegen.

Derartige Flächengreifer werden immer dann mit technischen Schäumen ausgerüstet, wenn starke Unebenheiten auf der Oberfläche des Werkstücks ausgeglichen werden müssen.

Um möglichst große Unebenheiten ausgleichen zu können, ist es jedoch wünschenswert, die Dicke des technischen Schaums zu maximieren. Andererseits kann der technische Schaum nicht beliebig dick auf die Grundplatte aufgebracht werden, da ansonsten die in den technischen Schaum eingebrachten Saugkammern beim Zusammendrücken des Schaums unter Vakuum kollabieren. Man unterscheidet hier zwischen äußeren Saugkammern, die im Randbereich der Saugmatte angeordnet sind und direkt gegen den Atmosphärendruck abdichten müssen, und inneren Saugkammern, die sich gegenseitig beeinflussen. Bei den inneren Saugkammern kann das Einfallen der Seitenwände und damit das Verstopfen beziehungsweise Kollabieren der Saugöffnung durch eine kegelförmige Ausführung der Saugkammern vermieden werden. Bei den äußeren Saugkammern ist diese Maßnahme wirkungslos, da der atmosphärische Druck senkrecht zur Achse des Kegels versucht, diesen einzuschnüren. Unter Zugbelastung, das heißt während des Handhabungsvorgangs, verstärkt sich dieser Einschnürungseffekt. Hieraus resultiert dann ein Einfallen der Kegelaußenwand, was ein Zusammenbrechen des Vakuums und/oder einen Verschluss der Saugöffnung bewirkt. In jedem Fall geht die Haltekraft der auf diese Weise beeinflussten Saugkammern sofort auf Null zurück. Dieser Verlust an Haltekraft bei den äußeren Saugkammern ist besonders kritisch, da speziell bei leicht verformbaren oder sogar biegeschlaffen zu handhabenden Werkstücken die notwendige Haltekraft hauptsächlich über die äußeren Saugkammern übertragen wird. Versagt hier der äußere Ring an Saugkammern, schälen die übrigen Saugkammern ebenfalls ab und das Werkstück löst sich vom Greifer ab.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Greifer bereitzustellen, der eine größere Sicherheit gegen ein Lösen des Werkstücks aufweist, und mit dem dennoch Werkstücke mit großen Unebenheiten gehandhabt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem pneumatischen Greifer der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in der Saugöffnung der Saugmatte ein luftdurchlässiger Stützkörper angeordnet ist.

Beim erfindungsgemäßen Greifer wird also die Saugöffnung mit einem Stützkörper versehen, so dass die Gefahr eines Kollabierens wesentlich vermindert ist. Dieser Stützkörper hat die Aufgabe, den Öffnungsquerschnitt der Saugöffnung auch bei hohen Drücken und/oder bei hohen Zugkräften an der Saugmatte offen zu halten. Dadurch wird die Gefahr eines Ablösens des Werkstücks vom Greifer wesentlich verringert.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Saugmatte aus einem geschlossenzelligen technischen Schaum besteht. Derartige Schäume sind für Saugmatten an sich bekannt. Dabei weisen die Saugmatten in der Regel eine Vielzahl von Saugöffnungen auf, die alle zum Ansaugen des Werkstücks dienen. Erfindungsgemäß sind nur die randseitigen Saugöffnungen mit Stützkörpern versehen, da an diesen Saugöffnungen der Atmosphärendruck eine große Rolle spielt und daher diese Saugöffnungen relativ leicht zum Kollabieren neigen.

Dabei kann die Raumform der Saugöffnungen beliebige Formen annehemn; sie ist insbesondere zylinder- oder kegelstumpfförmig. Dies spielt für den Einsatz eines Stützkörpers keine Rolle.

Erfindungsgemäß übt der Stützkörper in radialer Richtung eine Stützkraft auf die Saugöffnung aus. In dieser Richtung herrscht die größte Gefahr für ein Kollabieren der Saugöffnung, da in dieser Richtung der Atmosphärendruck wirkt und über Zugkräfte der Querschnitt der Saugöffnung verringert wird. Wird jedoch die Saugöffnung in radialer Richtung abgestützt, dann schließt sich diese Saugöffnung mit großer Sicherheit nicht mehr.

In Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Stützkörper in axialer Richtung eine Stützkraft auf die Saugöffnung ausübt. Hierdurch wird die durch die Saugöffnungen hervorgerufene unterschiedliche Kompressibilität der Saugmatte in axialer Richtung ausgeglichen.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Stützkörper elastisch verformbar ist. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass die Verformung der Saugmatte beim Anschmiegen an das Werkstück nicht oder nur unbedeutend beeinträchtigt wird.

Dabei ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Elastizitätsmodul des Stützkörpers größer als der Elastizitätsmodul der Saugmatte. Durch den steiferen Stützkörper wird der Öffnungsquerschnitt der Ansaugöffnung offen gehalten.

Vorteilhaft weist der Stützkörper in radialer Richtung eine andere Steifigkeit auf als in axialer Richtung. Dies bedeutet, dass die Saugmatte ihre Anschmiegsamkeit beibehält, jedoch Verformungen in Querrichtung unterbunden werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht die Steifigkeit des Stützkörpers in axialer Richtung im Wesentlichen der Steifigkeit der Saugmatte in axialer Richtung. Dadurch wird gewährleistet, dass die Saugmatte über ihre ganze Fläche gleiche Kompressionseigenschaften aufweist.

Um Saugmatten nachrüsten zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Stützkörper nachträglich in die Saugöffnung einsetzbar und/oder auswechselbar ist. Dieses Merkmal hat auch den Vorteil, dass beschädigte Stützkörper durch neue ersetzt werden können, wodurch die Lebensdauer der Saugmatte erhöht wird.

Eine einfache Möglichkeit der Befestigung des Stützkörpers wird dadurch geschaffen, dass die Saugöffnung Aufnahmen zur Halterung des Stützkörpers aufweist. Dies können zum Beispiel vorspringende Schultern, Noppen, eine raue Oberfläche oder ähnliche Maßnahmen sein.

Bei einer anderen Ausführungsform ist der Stützkörper unlösbar in der Saugöffnung befestigt, zum Beispiel eingeklebt.

Bei einer anderen Variante weist der Saugkörper radial abragende Halteelemente, Nasen, Dornen oder dergleichen auf, mit denen er sich an der Wandung der Ansaugöffnung verkrallt.

Vorzugsweise ist der Stützkörper ein offenzelliger Schaumstoff, insbesondere ein Polyurethan (PU)-Schaum. Bei einer anderen Ausführungsform ist der Stützkörper eine Spiralfeder oder der Stützkörper wird von einem Stützring gebildet, der quer zur Längsachse der Saugöffnung angeordnet ist. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Stützkörper ein Faltenbalg ist. Schließlich kann der Stützkörper auch von einem Drahtgeflecht, insbesondere aus Metall oder Kunststoff, gebildet werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten, sowie in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines pneumatischen Greifers;
2 eine vergrößerte Wiedergabe eines Ausschnitts II gemäß 1 einer Saugmatte;
3 einen Schnitt III-III durch die Saugmatte gemäß 2;
4 einen Schnitt gemäß 3 durch eine andere Ausführungsform der Saugmatte; und
5 einen Schnitt gemäß 3 durch eine dritte Ausführungsform der Saugmatte.
In der 1 ist insgesamt mit 10 ein pneumatischer Greifer bezeichnet, wie er zum Beispiel in der Automatisierungstechnik verwendet wird. Dieser Greifer 10 besitzt einen Basiskörper 12, der mit einem Roboterarm verbunden wird und einen Anschluss für einen Unterdruckschlauch aufweist oder selbst mit einem oder mehreren Unterdruckerzeugern 13 versehen ist. Der Basiskörper 12 ist mit einer Vielzahl von Saugventilen 14 versehen, über welche Luft angesaugt werden kann. Am Basiskörper 12 kann eine Saugplatte 16 befestigt werden, die aus einer Grundplatte 18 und einer Saugmatte 20 besteht. Die Grundplatte 18 sowie die Saugplatte 20 weisen Öffnungen 22 auf, die mit den Saugventilen 14 des Basiskörpers 12 fluchten. Dabei sind die Ansaugöffnungen 22 beim in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in Reihen und Spalten angeordnet, wobei jedoch auch jedes beliebige andere Muster für die Anordnung möglich ist.
Nachdem die Saugplatte 16 zum Beispiel mittels Halteelementen 23 am Basiskörper 12 befestigt worden ist, kann der Greifer 10 auf ein Werkstück 25 aufgesetzt werden, so dass dieses Werkstück 25 von der Saugmatte 20 angesaugt wird, wenn Luft über die Saugventile 14 abgesaugt wird. Dabei tendieren die randseitigen Ansaugöffnungen 22 zum Kollabieren, da am Rand der Saugmatte 22 Atmosphärendruck herrscht, der die Saugmatte 20 eindrückt.
Um dies zu verhindern, ist in der Ansaugöffnung 22 ein Stützkörper 24 eingesetzt, was in 2 dargestellt ist. Dieser Stützkörper 24 stützt die Ansaugöffnung 22 gegen Kollabieren, das heißt, der Stützkörper 24 übt in radialer Richtung Kräfte auf die Innenwandung der Ansaugöffnung 22 aus. Dabei weist der Stützkörper 24 eine Form auf, die der Form der Ansaugöffnung 22 entspricht. Der Stützkörper 24 besteht aus einem offenzelligen PU-Schaum, dessen Membranen aufgebrochen sind. Dabei kann der Stützkörper 24 auswechselbar in der Ansaugöffnung 22 gehalten sein, oder der Stützkörper 24 ist in die Ansaugöffnung 22 eingeklebt.
Die 3 zeigt einen Schnitt III-III gemäß 2, wobei mit 20 die Saugmatte und mit 24 der Stützkörper bezeichnet sind. Dabei kann die Steifigkeit des Stützkörpers 24 sowohl in radialer Richtung R als auch in axialer Richtung A gleichgroß sein.
Beim Ausführungsbeispiel der 4 wird der Stützkörper 24 von einer Spiralfeder 26 gebildet, deren Steifigkeit in axialer Richtung A wesentlich geringer ist als in radialer Richtung R. Die Steifigkeit der Spiralfeder 26 in axialer Richtung A kann dabei der Steifigkeit der Saugmatte 20 entsprechen,.
Bei der Ausführungsform gemäß 5 wird der Stützkörper 24 von einem Stützring 28 gebildet, der entweder in der Ansaugöffnung 22 klemmend gehalten wird oder in eine Innenumfangsnut 30 eingesetzt ist. Es können auch mehrere Stützringe 28 vorgesehen werden. Dieser Stützring 28 behindert die Kompression der Saugmatte 20 in axialer Richtung A nahezu nicht.

Claims

Pneumatischer Greifer (10) mit einem Basiskörper (12), welcher mit einem Unterdruckerzeuger (13) versehen oder verbindbar ist und eine Saugseite aufweist, an welcher eine Saugmatte (20) befestigt ist, wobei die Saugmatte (20) derart elastisch verformbar ist, dass sie an die Kontur eines anzusaugenden Werkstücks (25) anlegbar ist und dass die Saugmatte (20) wenigstens eine Saugöffnung (22) aufweist, über welche das Werkstück (25) angesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Saugöffnung (22) der Saugmatte (20) ein luftdurchlässiger Stützkörper (24) angeordnet ist
Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugmatte (20) aus einem dichten, insbesondere geschlossenzelligen technischen Schaum besteht.
Greifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugmatte (20) eine Vielzahl von Saugöffnungen (22) aufweist und nur die randseitigen Saugöffnungen (22) mit Stützkörpern (24) versehen sind.
Greifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Raumform der Saugöffnungen (22) zylinder- oder kegelstumpfförmig ist.
Greifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (24) in radialer Richtung (R) eine Stützkraft auf die Saugöffnung (22) ausübt.
Greifer nach einem der vorhergehendert Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (24) in axialer Richtung (A) eine Stützkraft auf die Saugöffnung (22) ausübt.
Greifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (24) elastisch verformbar ist.
Greifer nach eirtem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastizitätsmodul des Stützkörpers (24) größer ist als der Elastizitätsmodul der Saugmatte (20).
Greifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (24) in radialer Richtung (R) eine andere Steifigkeit aufweist als in axialer Richtung (A).
Greifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit des Stützkörpers (24) in axialer Richtung (A) im Wesentlichen der Steifigkeit der Saugmatte (20) in axialer Richtung entspricht oder kleiner als diese ist.
Greifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (24) nachträglich in die Saugöffnung (22) einsetzbar und/oder auswechselbar ist.
Greifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugöffnung (22) Aufnahmen zur Halterung des Stützkörpers (24) aufweist.
Greifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (24) Mittel zur Verankerung des Stützkörpers (24) in der Saugöffnung (22) aufweist.
Greifer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (24) unlösbar in der Saugöffnung (22) befestigt ist.
Greifer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (24) in die Saugöffnung (22) eingeklebt ist.
Greifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (24) ein offenzelliger Schaumstoff, insbesondere Polyurethan (PU)-Schaum ist.
Greifer nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (24) eine Spiralfeder (26) ist.
Greifer nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (24) ein quer zur Längsachse der Saugöffnung (22) angeordneter Stützring (28) ist.
Greifer nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (24) ein Drahtgeflecht, insbesondere aus Metall oder Kunststoff ist.
Greifer nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (24) ein Faltenbalg ist.
Greifer nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenbalg in axialer Richtung über die Saugseite der Saugmatte (20) vorsteht und nur in axialer Richtung luftdurchlässig ist.