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Die Erfindung betrifft ein Saugorgan gemäss dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. Mit Hilfe des Saugorgans werden aktiv Gegenstände erfasst und bewegt, insbesondere leichte, flache Gegenstände wie beispielsweise bedruckte oder unbedruckte Papierbogen oder aus mehreren Papierlagen bestehende Druckprodukte.
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Gemäss dem Stande der Technik werden Saugorgane beispielsweise verwendet, um Papierbogen oder aus mehreren Papierlagen bestehende Erzeugnisse ab Stapeln einzeln zu erfassen und vom Stapel zu trennen. Derartige Saugorgane bestehen aus einem elastisch deformierbaren Sauger, der am Ende einer Saugleitung angeordnet ist, wobei für das Trennen des erfassten Produktes vom Stapel das Ende der Saugleitung relativ zum Stapel oder der Sauger relativ zum Saugleitungsende bewegbar ist. Der Sauger wird also im wesentlichen auf den Stapel abgesenkt, evakuiert und zusammen mit dem erfassten obersten Produkt des Stapels vom Stapel abgehoben. Dabei sind die relativen Positionen des Stapels und des Saugers in abgesenktem Zustand sowie die Koordination der Saugerbewegung und der Evakuierung und die Starke der durch das Vakuum erzeugten Saugkraft sehr sorgfältig aufeinander und auf das zu erfassende Produkt abzustimmen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die zu erfassenden Produkte sehr leicht und nur beschränkt dicht sind und wenn unbedingt verhindert werden muss, dass zwei oder mehrere Produkte miteinander erfasst werden.
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In der
DE 31 20 823 A1 ist ein Saugorgan beschrieben, das gesteuert von der Saugleitung geschlossen wird, wenn der Falschluftanteil durch die Saugöffnung einen Grenzwert übersteigt, wenn also der Sauger, der zu einer Gruppe von Saugern gehört, sich nicht oder zu wenig gut auf einem durch die Saugergruppe anzuhebenden Gegenstand ansaugen kann.
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Es ist nun die Aufgabe der Erfindung, ein Saugorgan zu schaffen, das gegenüber bekannten Saugorganen in den verschiedensten Anwendungen absolut zuverlässig arbeitet und dessen Funktion weniger empfindlich abhängig ist von der Genauigkeit der positionsmässigen Einstellungen und der funktionsmässigen Synchronisation. Diese Aufgabe wird gelöst durch das Saugorgan, wie es in den Patentansprüchen definiert ist.
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Die zentrale Idee, die dem erfindungsgemässen Saugorgan zugrunde liegt, besteht darin, den Sauger und das Saugleitungsende derart auszugestalten, dass der Sauger zwangsgesteuert in im wesentlichen zwei Stufen evakuiert wird: zuerst zu einem Vor-Unterdruck, wenn durch die Saugleitung abgesaugt wird und die Saugöffnung das Saugers durch ein zu erfassendes Produkt geschlossen ist, und dann zu einem End-Unterdruck, der tiefer ist als der Vor-Unterdruck, wenn zusätzlich entsprechend vorgesehene Falschluftöffnungen (bzw. unvollständige Dichtungen) geschlossen (bzw. abgedichtet) sind. Das Saugorgan ist dabei derart ausgestaltet, dass durch die Wirkung des Vor-Unterdruckes zwangsgesteuert nicht nur die vorgesehenen Falschluftöffnungen geschlossen sondern auch der Sauger gegen das Saugleitungsende um einen Vor-Hub verschoben wird, welcher Vor-Hub unabhängig ist von einer Bewegung des Saugleitungsendes. Dies bedeutet für das Erfassen eines obersten Produktes eines Stapels, dass dieses Produkt durch den auf den Stapel abgesenkten Sauger mit einer Vor-Saugkraft, die dem Vor-Unterdruck entspricht, erfasst wird und die maximal erreichbare End-Saugkraft, die dem End-Unterdruck entspricht, erst dann wirksam wird, wenn das Produkt schon leicht (um den Vor-Hub) vom Stapel abgehoben ist. Da dieser Ablauf zwangsgesteuert ist, läuft er ab bei konstanter Absaugleistung und ohne Bewegung des Saugleitungsendes, das heisst ohne entsprechende Einstellungen und Synchronisationen.
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Zusätzlich ist der Sauger des erfindungsgemässen Saugorgans mindestens in einem nicht evakuierten Zustand vorteilhafterweise gegenüber der Saugleitung in einem begrenzten Masse schwenkbar, derart, dass er sich fast kraftlos an Ausrichtungstoleranzen zwischen Stapel und Sauger anpassen kann, sodass auch in diesem Bereich auf eine höchste Genauigkeit der Einstellung verzichtet werden kann und der Sauger trotzdem nicht mit Kraft an das zu erfassende Produkt angedrückt werden muss.
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Das erfindungsgemässe Saugorgan wird mit Hilfe der folgenden Figuren im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
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1 bis 3 drei schematische Schnitte durch eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemässen Saugorgans in verschiedenen Zuständen;
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4 die Funktion des erfindungsgemässen Saugorgans während dem Erfassen eines Produktes;
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5 die entsprechende Funktion eines Saugorgans gemäss dem Stande der Technik;
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6 das erfindungsgemässe Saugorgan in einer beispielhaften Anwendung: Vereinzeln von gestapelten Produkten und deren Übergabe an kontinuierlich geförderte Greifer.
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1 bis 3 zeigen Schnitte durch eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemässen Saugorgans. Dieses besteht aus einem Sauger 1, der im wesentlichen am Ende 2 einer Saugleitung angeordnet ist. Die Darstellungen sind Schnitte parallel zur Achse dieser Saugleitung.
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Der Sauger 1 weist einen elastisch deformierbaren Teil 11 mit einer Sauglippe 12 auf, welche Sauglippe 12 eine Saugöffnung 13 umgibt. Ferner weist der Sauger 1 ein mit dem elastischen Teil 11 fest verbundenes, im wesentlichen rohrförmiges Anschlussstück 14 auf. Das Saugleitungsende 2 und das Anschlussstück 14 des Saugers 1 sind derart aufeinander abgestimmt, dass der Sauger 1 in achsialer Richtung des Saugleitungsendes 2 zwei definierte Positionen einnehmen kann, eine äussere Position (1 und 3) und eine innere Position (2). Die innere Position des Saugers 1 im Saugleitungsende 2 ist definiert durch eine Anschlagfläche 27 am Saugleitungsende, an der eine entsprechende Fläche 17 des Saugers anschlägt, wenn der Sauger 1 in achsialer Richtung gegen das Saugleitungsende 2 bewegt wird. Die äussere Position des Saugers 1 im Saugleitungsende 2 ist definiert durch ein Haltemittel 24, beispielsweise einen Sprengring, der mit einer Querschnittsverengung 15 des Anschlussstücks 14 kooperiert, derart, dass das Anschlussstück 14 durch das Haltemittel 24 im Saugleitungsende 2 gehalten wird.
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Zwischen Saugleitungsende 2 und Sauger 1 ist ein elastisches Rückstellelement 3, beispielsweise eine Feder, derart angeordnet, dass der Sauger 1 durch das Rückstellelement 3 in seine äussere Position bringbar und in dieser haltbar ist.
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Ferner ist das Anschlussstück 14 des Saugers 1 vorteilhafterweise derart ausgestaltet, dass es gegenüber dem Saugleitungsende 2 in beschränktem Masse verschwenkbar ist. Diese Verschwenkbarkeit ist beispielsweise realisiert durch ein mindestens teilweise kugelförmig ausgestaltetes Kopfende 16 des Anschlussstücks 14, das in einem im wesentlichen hohlzylinderförmigen Bereich 22 des Saugleitungsendes 2 angeordnet ist und zusammen mit diesem eine Art Kugelgelenk bildet. 3 zeigt einen Schnitt durch das Saugorgan, in dem der Sauger 1 in seiner äusseren Position ist und gegenüber dem Saugleitungsende 2 verschwenkt. Das Kugelgelenk erlaubt eine Verschwenkung des Saugers 1 gegenüber dem Saugleitungsende 2 um maximal einen Winkel α in allen zum Saugleitungsende 2 radialen Richtungen.
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Die Anschlagsfläche 27 am Saugleitungsende 2 und die entsprechende Fläche 17 am Anschlussstück 14 sind als Dichtflächenpaar 17/27 ausgebildet, derart, dass zwischen dem Sauger 1 und dem Saugleitungsende 2 eine dichte Verbindung besteht, wenn der Sauger 1 in seiner inneren Position (2) ist und die beiden Flächen 17 und 27 durch einen Unterdruck im Saugorgan aufeinander gepresst werden. Wenn der Sauger in seiner äusseren Position ist (1 oder 3), sind die Flächen 17 und 27 voneinander beabstandet. Die einzige ”Dichtung” zwischen Saugleitungsende 2 und Sauger 1 wird in diesem Zustand durch das teilweise kugelförmige Kopfende 16 des Anschlussstücks 14, das an der Innenwand des Saugleitungsbereiches 22 mehr oder weniger anliegt, gebildet. Dies bedeutet aber nichts anderes, als dass der Sauger 1 in seiner äusseren Position wegen der Falschluft, die zwischen Anschlussstück 14 und Saugleitungsende 2 angesaugt wird, nicht zum liefst möglichen Unterdruck (End-Unterdruck) evakuiert werden kann.
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Das Flächenpaar der Anschlags- bzw. Dichtflächen 17 und 27 sind vorteilhafterweise schief zur Achse des Saugleitungsendes angeordnet, d. h. haben die Form von Kegelstumpfmänteln, und dienen so gleichzeitig auch einer Zentrierung des Saugers, wenn dieser aus seiner äusseren Position in seine innere Position bewegt wird.
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Damit die Saugwirkung des Vor-Unterdruckes den Sauger 1 bei geschlossener Saugöffnung 13 in seine innere Position bewegen kann, sind die an das Saugleitungsende 2 anzuschliessende Saugleistung und das elastische Rückstellelement 3 entsprechend aufeinander abzustimmen, wobei eine allfällige, beschränkte Luftdurchlässigkeit eines zu erfassenden Produktes mit berücksichtigt werden muss.
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Die Grösse des Vor-Unterdruckes ist einerseits von der Dichtheit des Kugelgelenkes und andererseits von der Dichtheit eines erfassten Produktes bestimmt. Es ist möglich, beispielsweise durch entsprechende Rillen im Kopfende 16 des Anschlussstückes 14 oder auf der Innenfläche des zylindrischen Saugleitungsbereiches 22 des Saugleitungsendes 2 den Vor-Unterdruck zu beeinflussen. Es ist auch möglich, diesen Vor-Unterdruck durch eine entsprechende Ausgestaltung des Saugleitungsendes einstellbar zu machen, wobei der Vor-Unterdruck beispielsweise derart regulierbar ist, dass die entsprechende Vor-Saugkraft 10 bis 50% der Saugkraft beträgt, die bei einer dichten Verbindung zwischen Sauger und Saugleitungsende erreichbar ist.
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Eine Variante des im Zusammenhang mit den 1 bis 3 beschriebenen Saugorganes zeigt ein Haltemittel 24, das gleichzeitig als Dichtung ausgebildet ist, derart, dass der Sauger 1 auch in seiner äusseren Position dicht mit dem Saugleitungsende verbunden ist. Sobald aber der Sauger einer derartigen Ausführungsform durch einen Unterdruck auch nur in sehr geringem Masse gegen das Saugleitungsende bewegt wird, entsteht zwischen Sauger und Saugleitungsende ein Falschluftstrom, wodurch ein anfänglich tiefer Unterdruck erhöht wird, bis der Sauger die innere Position erreicht und der Unterdruck auf den End-Unterdruck sinkt.
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4 zeigt nun schematisch die Funktion des erfindungsgemässen Saugorgans während eines Erfassungsvorgangs, in dem mit Hilfe des Saugorgans beispielsweise das oberste Produkt eines Stapels erfasst und vom Stapel abgehoben wird. In der Figur sind vier während dieses Erfassungsvorgangs aufeinanderfolgende Stadien des Saugorgans schematisch im Schnitt dargestellt sowie ein Diagramm, das den entsprechenden Druckverlauf innerhalb des Saugorgans darstellt, bzw. die durch die Saugwirkung auf das zu erfassende bzw. erfasste Produkt wirkende Saugkraft S, die mit sinkendem Druck grösser wird.
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Selbstverständlich ist das erfindungsgemässe Saugorgan nicht auf die Anwendung der Erfassung eines obersten Produktes eines Stapels beschränkt. In derselben Weise kann beispielsweise auch ein Produkt erfasst werden, das auf einer beliebigen Auflagefläche liegt, oder auch ein Produkt, das geführt gegen das Saugorgan bewegt wird.
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Die in der 4 dargestellten vier Stadien des Erfassungsvorganges sind die folgenden:
- a: Das Saugorgan bestehend aus dem Sauger 1, der am Saugleitungsende 2 mindestens axial verschiebbar angeordnet ist, wird mit der Saugöffnung 13 voran gegen den Stapel 4 abgesenkt (Pfeil A), wobei der Sauger 1 in seiner äusseren Position ist. Es wird keine Luft aus dem Saugorgan abgesaugt, es wirkt keine Saugkraft (S = 0).
- b: Der Sauger 1 ist mit der Sauglippe 12 auf dem Stapel 4 positioniert, das heisst seine Saugöffnung 13 ist durch den Stapel 4 (bzw. durch das zu erfassende, oberste Produkt 41) geschlossen und der Sauger 1 wird evakuiert (Pfeil B), wodurch im Sauger 1 ein Vor-Unterdruck entsteht und eine Saugkraft Sv wirkt.
- c: Durch die Wirkung des Vor-Unterdruckes ist der Sauger 1 in seine innere Position bewegt worden, wodurch das zu erfassende Produkt 41 vom Stapel 4 leicht abgehoben ist und die Dichtflächen zwischen Sauger 1 und Saugleitungsende 2 in einen dichtenden Zustand gebracht sind, sodass sich ein End-Unterdruck, bzw. eine maximal mögliche Saugkraft Smax einstellt.
- d: Das Saugorgan wird mit dem erfassten Produkt 41 vom Stapel 4 wegbewegt (Pfeil C), wobei der Sauger 1 durch die Saugwirkung (Pfeil B) in seiner inneren Position gehalten ist und das erfasste Produkt 41 mit der Saugkraft Smax festgehalten ist.
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Der Verlauf des Drucks im Saugorgan bzw. der auf das erfasste Produkt ausgeübten Saugkraft S während des Erfassungsvorgangs ist also, wie es im Diagramm der 4 dargestellt ist, im wesentlichen zweistufig, wobei der minimale Druck (maximale Saugkraft) erst erreicht wird, wenn das zu erfassende Produkt 41 bereits leicht vom Stapel 4 abgehoben ist (Stadium C). Dies ist besonders vorteilhaft, wenn das zu erfassende Produkt nicht derart beschaffen ist, dass es die Saugöffnung vollständig abdichten kann, und somit die Gefahr gross ist, dass bei hoher Saugleistung auch ein zweites oder sogar mehrere Produkte erfasst werden.
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Insbesondere, wenn bei grossflächigen Produkten (verglichen mit der Saugöffnung des Saugers) durch den Vor-Hub (Bewegen des Saugers in seine innere Position) das zu erfassende Produkt leicht gebogen und nur örtlich vom Stapel abgehoben wird, reicht für eine derartige Bewegung auch eine bedeutend kleinere Saugkraft aus, als sie zum weiteren Wegheben des Produktes oder zu dessen vollständigem Entfernen vom Stapel notwendig ist, sodass die stufenweise Erhöhung der Saugkraft dem Erfassungsvorgang sehr dienlich ist.
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Mit einer strichpunktierten Linie ist im Druck- bzw. Saugkraftdiagramm der 4 auch eine Saugkraft S'max eingezeichnet, die sich auf ein nur beschränkt luftdichtes, zu erfassendes Produkt bezieht. Diese Saugkraft S'max ist gegenüber der maximal möglichen Saugkraft Smax, die sich auf ein im wesentlichen dichtes, zu erfassendes Produkt bezieht, reduziert. Auf den Vor-Unterdruck übt die Dichtigkeit des zu erfassenden Produktes keinen wesentlichen Einfluss aus, da in einem Stadium, in dem der Sauger auf dem Stapel aufliegt, die Saugöffnung nicht durch das einzelne Produkt sondern durch den ganzen Stapel geschlossen ist.
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5 zeigt eine der 4 entsprechende Darstellung der Funktion eines Saugers gemäss dem Stande der Technik während einem gleichen Erfassungsvorgang. Diese Figur dient insbesondere dazu, die Vorteile des erfindungsgemässen Saugorgans zu verdeutlichen.
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Der Sauger 6 gemäss dem Stande der Technik ist beispielsweise im wesentlichen eine mit einem Saugleitungsende starr verbundene Saugöffnung mit Sauglippe. Der Erfassungsvorgang ist in drei Stadien dargestellt, die im wesentlichen den drei Stadien a, b, d der 4 entsprechen:
- a: Der Sauger wird auf den Stapel abgesenkt (Pfeil A).
- b: Die Sauglippe liegt auf dem Stapel auf und das Saugorgan wird evakuiert (Pfeil B), wobei sich sofort die maximale Saugkraft Smax einstellt.
- d: Das Saugorgan wird mit dem erfassten Produkt vom Stapel abgehoben (Pfeil C), wobei das erfasste Produkt mit der maximalen Saugkraft Smax festgehalten wird.
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Das Druck- bzw. Saugkraftdiagramm gemäss 5 zeigt, dass der Druckverlauf im wesentlichen einstufig ist, wobei die maximale Saugkraft Smax erreicht wird, sobald die Saugöffnung durch den Stapel (bzw. durch das zu erfassende Produkt) geschlossen ist und Luft aus dem Saugorgan abgesaugt wird. Ist das zu erfassende Produkt nicht vollständig dicht, entsteht ein Falschluftstrom durch dieses Produkt, sobald es vom Stapel abgehoben ist, wodurch die Saugkraft auf einen reduzierten Wert S'max sinkt (strichpunktierte Linie 50). Wenn bei nicht vollständig exakter Ausrichtung von Sauglippe und Stapel die Sauglippe unter kraftbedingter Deformation in eine dichtende Position gebracht werden muss, erhöht sich der Unterschied zwischen der Saugkraft (Smax), die in der abgesenkten Position auf den Stapel wirkt, und der Saugkraft (S'max), die in einer angehobenen Position insbesondere auf ein nur beschränkt dichtes Produkt ausgeübt wird, wodurch die Gefahr des Ergreifen von zwei oder sogar mehreren Produkten wächst. Dadurch entsteht auch die Gefahr, dass das Produkt insbesondere bei seht schnellen Bewegungen vom Sauger abgerissen wird.
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Den genannten Nachteilen des Kraftverlaufes während einem Erfassungsvorgang mit einem Saugorgan gemäss dem Stande der Technik, wie er in der 5 dargestellt ist, kann beispielsweise abgeholfen werden, wenn die Saugwirkung bereits einsetzt, wenn der Sauger noch nicht ganz auf den Stapel abgesenkt ist (strichpunktierte Linie 51), sodass das zu erfassende Produkt vom Stapel weg gegen den Sauger gesaugt wird. Dies bedeutet aber eine ungeführte Bewegung des zu erfassenden Produktes, die insbesondere bei leichten Produkten die Gefahr einer lateralen Verschiebung in sich birgt. Wird der Sauger gar nie vollständig auf den Stapel abgesetzt, kann für ein nur beschränkt dichtes Produkt ein Druckverlauf erzeugt werden (strichpunktierte Linien 51, 52, 50), der dem Druckverlauf im erfindungsgemässen Saugorgan nahe kommt.
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Derartige Verbesserungen der Funktion des Saugorgans gemäss dem Stande der Technik sind aber offensichtlich, wie bereits eingangs erwähnt, nur möglich, wenn die zeitliche Steuerung der Saugtätigkeit und die örtliche Steuerung des Saugers extrem genau eingestellt sind, was bei wünschenswerten Arbeitsgeschwindigkeiten des Saugorgans von 10 bis 20 Zyklen pro Sekunde sehr schwierig werden kann. Wie bereits weiter oben beschrieben, erübrigt sich diese Präzision bei Verwendung des erfindungsgemässen Saugorgans dank seiner Zwangssteuerung während dem effektiven Erfassungsvorgang.
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6 zeigt noch schematisch die bereits genannte, beispielhafte Anwendung eines erfindungsgemässen Saugorgans 60 zum zyklischen Erfassen der jeweils obersten Produkte 41 eines Stapels 4, deren Anheben vom Stapel in den Bereich von kontinuierlich geförderten Greifern 61 (Förderrichtung D) und deren einzelne Übernahme durch diese Greifer 61. Der Sauger des Saugorgans 60 wird während jedem Zyklus um seinen Vor-Hub gegen das Saugleitungsende gehoben und bei Übergabe des Produktes wieder abgesenkt. Zusätzlich führt das Saugleitungsende angetrieben beispielsweise über ein Hebelsystem 62 (schematisch, strichpunktiert dargestellt) eine Übergabebewegung durch, die das erfasste Produkt nicht nur in die für die Übernahme durch den Greifer geeignete Position hebt, sondern vorteilhafterweise zur Reduktion des Geschwindigkeitsunterschiedes zwischen Greifer und Produkt bei der Übernahme auch in Förderrichtung D bewegt wird.
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Die Funktion des Saugorgans gemäss 6 ist durchführbar mit nur einem Saugorgan oder mit einem Paar von Saugorganen, wobei der Greifer vorteilhafterweise zwischen den beiden Saugorganen durchbewegt wird.
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Entsprechende und ähnliche Anordnungen, wie sie in der
6 dargestellt sind, sind auch in den Publikationen
EP-0551601 ,
EP-0553455 und
EP-0628501 beschrieben. In allen diesen Anordnungen sind die beschriebenen Saugorgane durch erfindungsgemässe Saugorgane ersetzbar, woraus die oben beschriebenen Vorteile erwachsen.
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Weitere, bekannte Anwendungen für Saugorgane, in denen das erfindungsgemässe Saugorgan vorteilhafterweise einsetzbar ist, sind beispielsweise das Trennen von einzelnen Produkten von der Unterseite eines Stapels, wie es in der Publikation
CH-626589 beschrieben ist, das Trennen von Druckprodukten in Schuppenströmen, in denen jede Schuppe aus mehreren aufeinanderliegenden Produkten besteht, wie es beschrieben ist in der Publikation
EP-0403886 , oder das Öffnen von mehrseitigen Druckprodukten, wie es beschrieben ist in der Publikation
CH-684085 oder in der europäischen Anmeldung
EP-647582 .
