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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Saugnapfvorrichtung,
die zum Heben und Manipulieren eines Werkstücks verwendet wird, und im Besonderen,
auf eine Saugnapfvorrichtung, die Vakuum dafür verwendet flache Werkstücke, wie
beispielsweise Blechteile und dergleichen, festzuhalten und zu handhaben.
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Es
wurden verschiedene Konstruktionen von Saugnäpfen zum Festhalten und Sichern
von Werkstücken,
durch Anwendung von Unterdruck bzw. Vakuum zwischen dem Saugnapf
und dem Werkstück, benutzt.
Typisch wird der Saugnapf an einem Manipulator oder Transferausleger
gesichert, der den Saugnapf bewegt und dadurch einem vom Saugnapf erfassten
Werkstück
Bewegung mitteilt. Die Verwendung des Saugnapfes ermöglicht es
das Werkstück zu erfassen
und zu transportierten, während
die Verwendung irgendwelcher mechanischer Komponenten, die das Werkstück direkt
berühren,
vermieden wird. Solche mechanischen Komponenten können schädliche Kräfte auf
das Werkstück
aufbringen, was zu Fehlerbildung oder Beschädigung des Werkstücks und
dessen Oberflächen
führt.
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In
einer, in der französischen
Patentanmeldung Nr. FR-A-2 547 289 der Atlas Copco AB beschriebenen,
bekannten Konstruktion hat der Saugnapf ein flexibles Bauelement
mit einem äußeren Umfangsteil
zum Formen einer Dichtung am Werkstück und eine zentrale, kreisförmige, flache
Fläche zum
Tragen der Last. Die flache Fläche
ist mit mehreren Rillen und Schlitzen versehen.
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Eine
weitere bekannte Konstruktion ist in der japanischen Patentanmeldung
Nr.
JP 08 197470 der Toyota
Auto Body Co Ltd. beschrieben. Der Saugnapf ist speziell adaptziert
worden, um ein Werkstück mit
einer axialen Durchgangsbohrung hochheben zu können und umfasst ein flexibles
Bauelement mit einem äußeren, konischen
Napfteil, der zum Werkstück
hin offen ist, und einen inneren elastischen Napfteil innerhalb
des äußeren Napfteils.
Wenn der Saugnapf ein Werkstück
erfasst, erfassen die äußeren und
inneren Napteile abdichtend eine Fläche des Werkstücks, um
einen Raum zu formen, in dem ein Unterdruck angewandt werden kann.
Der innere Napfteil ist so angeordnet, dass er um das Durchgangsloch
herum abdichtet.
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Wenn
das Werkstück
aus Dünnblech
besteht, können
bestimmte Saugnapfkonstruktionen dem Blechwerkstück zu viel Unterdruck vermitteln und
dadurch ein als "Napfziehen
des Blechs" bezeichnetes
Phänomen
verursachen. "Napfziehen
des Blechs" tritt
auf, wenn sich ein Teil des Blechwerkstücks verformt oder, auf Grund
der Kraft des vom Saugnapf geschaffenen Unterdrucks, "Blasen bildet". Solches "Napfziehen des Blechs" kann Fehler oder Verformungen
in der Blechoberfläche
schaffen, die unerwünscht sind.
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Solche
Blechwerkstücke
können
außerdem Öle und Rückstände auf
der Blechoberfläche
sammeln, die für
die Bearbeitungs- und Industrieumgebungen typisch sind, in denen
sie geschaffen werden. Solche Öle
und Rückstände können einen
Aufschwimmeffekt zwischen dem Saugnapf und dem Werkstück verursachen
und dadurch das Festhalten des Werkstücks durch den Saugnapf beeinträchtigen.
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Deshalb
ist es wünschenswert
eine Saugnapfvorrichtung herzustellen, die das Phänomen "Napf ziehen des Blechs" vermeidet, das mit
den meisten Werkstücken
aus Blech verbunden ist. Außerdem
ist es ebenso wünschenswert
eine Saugnapfvorrichtung herzustellen, die irgendwelche Öle oder
Rückstände verdrängt, die
möglicherweise
auf dem Blechwerkstück
vorgefunden werden und die das Festhalten des Blechwerkstücks durch
die Saugnapfvorrichtung beeinträchtigen
könnten.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Saugnapfvorrichtung bereit, die
umfasst:
- ein flexibles Bauelement mit einer Vorderseite,
die mit einem Werkstück
in Eingriff bringbar ist und einer Rückseite, die an einen Manipulator
anschließbar
ist;
- einen Verbindungsweg, der sich ab der Vorderseite zur Rückseite
des flexiblen Bauelements erstreckt und mit einer Vakuumquelle kommunizierbar
ist, um ein Vakuum an der Vorderseite des flexiblen Bauelements
bereitzustellen; und
- einen Hohlraum, der in der Vorderseite des flexiblen Bauelements
geformt ist und eine Lippe aufweist, die eine Öffnung in den Hohlraum definiert,
wobei die Lippe mit dem Werkstück
in Eingriff bringbar ist, um atmosphärischen Druck im Hohlraum beizubehalten, wenn
sie mit dem Werkstück
in Eingriff ist;
- dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseite des flexiblen Bauelements
weiter eine im Wesentlichen flache Fläche umfasst, die sich über einen
Großteil dieser
Vorderseite erstreckt, wobei diese flache Fläche mehrere darin geformter
Rillen und Schlitze aufweist, und dadurch, dass dieser Hohlraum
in diese Vorderseite dieses flexiblen Bauelements mit einer ringförmigen Aussparung
zwischen dem ausgesparten Hohlraum und der flachen Fläche eingelassen
ist.
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Die
Vorderseite dieses flexiblen Bauelements umfasst, vorzugsweise,
einen äußeren Umfangsteil,
der sich ab und integral mit der flachen Fläche nach außen erstreckt.
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Als
Alternative kann die Vorderseite des flexiblen Bauelements einen äußeren peripheren
Teil umfassen, der sich ab und integral mit der flachen Fläche der
Vorderseite des flexiblen Bauelements nach unten erstreckt. In welchem
Fall sich der äußere Umfangsteil
von der Rückseite
des flexiblen Bauelements weg erstrecken könnte.
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Die
Schlitze können
tiefer als die Rillen in die flache Fläche des flexiblen Bauelements
eingelassen werden.
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Vorzugsweise
ist wenigstens eine strukturelle Rippe integral auf der Rückseite
dieses flexiblen Bauelements geformt.
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Die
Saugnapfvorrichtung kann ebenso ein Gewebe haben, das sich zwischen
dem ausgesparten Hohlraum und der flachen Fläche der Vorderseite des flexiblen
Bauelements erstreckt, wobei das Gewebe wenigstens einen darin geformten
Platz zum Definieren des Verbindungswegs aufweist. Das Gewebe kann
mehrere Segmente umfassen, die sich radial nach außen zwischen
dem ausgesparten Hohlraum und der flachen Fläche erstrecken, wobei die Segmente umfangsbezogen
mit Abstand angeordnet sind, um den Verbindungsweg zu schaffen.
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Vorzugsweise
besitzt der ausgesparte Hohlraum eine Längsachse, die koaxial mit einer
Längsachse
der Vorderseite des flexiblen Bauelements fluchtet.
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Der
Saugnapf kann weiter ein Kopplungsbauelement umfassen, das an die
Rückseite
des flexiblen Bauelements angeschlossen ist und an den Manipulator
anschließbar
ist, wobei das Kopplungsbauelement einen Pfad in Kommunikation mit
dem Verbindungsweg aufweist und mit der Vakuumquelle kommunizierbar
ist. Vorzugsweise ist das Kopplungsbauelement starr und abdichtbar
an die Rückseite
des flexiblen Bauelements angeschlossen, wobei das Kopplungsbauelement
mehrere Öffnungen
in Kommunikation mit der zentralen Öffnung im Kopplungselement
und in Kommunikation mit dem Verbindungsweg aufweist, und die zentrale Öffnung an
den Manipulator anschließbar
und mit der Vakuumquelle kommunizierbar ist.
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Vorzugsweise
aufweist die Rückseite
des flexiblen Bauelements eine zylindrische Aussparung mit einem
abgestuften Innendurchmesser und worin das Kopplungsbauelement einen
abgestuften Außendurchmesser
aufweist, der zum abgestuften Innendurchmesser der zylindrischen
Aussparung komplementär
ist, um eine abgedichtete Verbindung zwischen dem flexiblen Bauelement
und dem Kopplungsbauelement zu formen.
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Die
verschiedenen anderen Verwendungen der vorliegenden Erfindung werden
offenkundiger, wenn man auf die folgenden, ausführlichen Beschreibungen und
Zeichnungen Bezug nimmt, in denen:
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1 eine
Explosionsdarstellung ist, die das starre Kopplungsbauelement und
die Rückseite des
flexiblen Bauelements der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
Draufsicht der Vorderseite des flexiblen Bauelements der vorliegenden
Erfindung ist;
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3 eine
Draufsicht der Vorderseite des starren Kopplungsbauelements ist;
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4 ein
Querschnitt der Saugnapfvorrichtung mit Blick in Richtung der Pfeile
4-4 in 2 ist; und
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5 eine
Draufsicht der Vorderseite ist und die Saugnapfvorrichtung beim
Erfassen eines Werkstücks
und angeschlossen an einen Manipulator zeigt.
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5 zeigt
eine Saugnapfvorrichtung wie durch die vorliegende Erfindung definiert.
Obwohl sich die vorliegende Erfindung vielleicht im Zusammenhang
mit einer Vielfalt von Werkstücken
verwenden lässt,
ist die vorliegende Erfindung am besten für im Wesentlichen flache Werkstücke 12,
wie beispielsweise Blech, geeignet. Außerdem können eine Vielfalt von Manipulatoren 14 im
Zusammenhang mit dem Saugnapfapparat 10, wie beispielsweise
Roboterarme und/oder Transferausleger, verwendet werden. Die Saugnapfvorrichtung 10 hat
ein flexibles Bauelement 16, das das Werkstück 12 erfasst.
Ein starres Kopplungsbauelement 18 ist an das flexible Bauelement 16 der
Saugnapfvorrichtung 10 und den Manipulator 14 angeschlossen.
Eine Vakuumquelle (nicht gezeigt) kommuniziert Vakuum durch einen Pfad 20 im
Manipulator 14 zur Saugnapfvorrichtung 10.
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Um
sicherzustellen, dass Erfassen des Werkstücks 12 durch die Saugnapfvorrichtung 10 das
Werkstück 12 nicht
beschädigt,
wird das flexible Bauelement 16 der Saugnapfvorrichtung 10 aus
einem flexiblen, abdichtbaren Material, wie beispielsweise Gummi
hergestellt. Wie in 1–2 und 4 zu
sehen ist, stellt das flexible Bauelement 16 eine Vorderseite 22 zum
Erfassen des Werkstücks 12 und
eine Rückseite 24 zum
Tragen des starren Kopplungsbauelements 18 bereit. Insgesamt
hat das flexible Bauelement 16 eine kegelstumpfartige Form, wobei
die Vorderseite 22 im Wesentlichen und relativ flach ist,
während
die Rückseite 24 ab
der äußeren Peripherie
des flexiblen Bauelements 16 in Richtung des mittigen Teils
der Rückseite 24 allmählich ansteigt.
Eine im Wesentlichen zylindrische Aussparung 26 ist im
Zentrum der Rückseite 24 des
flexiblen Bauelements 16 bereitgestellt. Sechs Rippen 28 sind integral
in der Rückseite 24 des
flexiblen Bauelements 16 geformt, um dem flexiblen Bauelement 16 zusätzliche
strukturelle Stützung
bereitzustellen. Die Rippen 28 erstrecken sich ab der äußeren Peripherie der
Rückseite 24 des
flexiblen Bauelements 16 in Richtung des Teils der Rückseite 24 der
die kreisförmige
Aussparung 26 definiert.
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Die
im Wesentlichen kreisförmige
Aussparung 26 auf der Rückseite 24 des
flexiblen Bauelements 16 wird dazu verwendet das starre
Kopplungselement 18 abdichtbar am flexiblen Bauelement 16 zu
sichern. Die kreisförmige
Aussparung 26 weist einen dreistufigen Innendurchmesser
auf, worin der tiefere Durchmesser 29 in der kreisförmigen Aussparung 26 der
größte Durchmesser
des abgestuften Innendurchmessers ist. Das starre Kopplungsbauelement 18 ist
zylindrisch und aus Aluminium fabriziert, um Gewicht zu reduzieren,
doch könnte
das starre Kopplungselement 18 aus irgendeinem haltbaren Material
wie Stahl, verschiedenen Metallen und haltbaren Kunststoffen fabriziert
sein. Das Kopplungsbauelement 18 weist einen abgestuften
Außendurchmesser
auf, der zum abgestuften Innendurchmesser der im wesentlichen kreisförmigen Aussparung 26 komplementär ist. Der
unterste Teil des abgestuften Außendurchmessers des starren
Kopplungsbauelements 18 hat eine verjüngte Kante 30 zum
leichteren Eintritt des Kopplungsbauelements 18 in die
im Wesentlichen kreisförmige
Aussparung 26. Eine Kappe bzw. ein Oberteil 32 des
starren Kopplungsbauelements 18 erstreckt sich über die
Oberkante 33 der Rückseite 24,
die die kreisförmige
Aussparung 26 definiert. Eine Schlichtpassung ist zwischen
dem flexiblen Bauelement 16 und dem starren Kopplungsbauelement 18 bereitgestellt,
um eine Dichtung zwischen dem flexiblen Bauelement 16 und
dem starren Kopplungselement 18 zu formen.
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Zum
Erfassen des Werkstücks 12,
stellt die Vorderseite 22 des flexiblen Bauelements 16 eine
im Wesentlichen flache, kreisförmige
Fläche
mit einer kleinen äußeren, peripheren
Fläche 36 bereit,
die sich mit einem kleinen Winkel relativ zur im Wesentlichen flachen
Fläche 34 nach
unten erstreckt. Die flache Fläche 34 der
Vorderseite 22 erstreckt sich in einem geringfügig abwärtsgerichteten
Winkel ab der Mittellinie der Längsachse 38 der
Vorrichtung 10 in Richtung der äußeren peripheren Fläche 36 der Saugnapfvorrichtung 10 radial
nach außen.
Die ganze Vorderseite 22, sowie die flache Fläche 34,
fluchten koaxial mit der Mittellinie oder Längsachse 38 der Vorrichtung 10.
Die flache Fläche 34 der
Vorderseite 22 besitzt mehrere Rillen 40 und Schlitzen 42,
die darin geformt sind, um Öl
und Rückstände abzuleiten, bevor
es zu einem direkten Eingriff zwischen der flachen Fläche 34 des
flexiblen Bauelements 16 und dem Werkstück 12 kommt. Die Rillen 40 umfassen flache
Tröge in
Form im Wesentlichen konzentrischer Ringe und sich radial erstreckender
Strahlen. Die Schlitze 42 stellen tiefere Einkerbungen
als die Rillen 40 bereit und erstrecken sich paarweise
nach außen. Die
Schlitzpaare 42 sind umfangsbezogen mit Abstand um die
flache Fläche 34 der
Vorderseite 22 des flexiblen Bauelements 16 angeordnet.
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Um
zu verhindern, dass Unterdruck auf den Mittelteil der Vorderseite 22 des
flexiblen Bauelements 16 aufgebracht wird, ist ein zylindrischer,
ausgesparter Hohlraum 48 in der Mitte der Vorderseite 22 des
flexiblen Bauelements 16 geformt und koaxial mit der Mittellinienachse 38 der
Vorrichtung 10 ausge richtet. Der zylindrische Teil des
Materials, das den ausgesparten Hohlraum 48 definiert,
hat eine sich nach unten erstreckende Lippe 50, die das
Werkstück 12 erfasst
und den ausgesparten Hohlraum 48 vom Vakuum abdichtet.
Eine Unterseite 52 des Teils, der den ausgesparten Hohlraum 48 definiert,
besitzt darin geformte Rillen 54, die jenen ähneln, die
auf der flachen Fläche 34 der
Vorderseite 22 des flexiblen Bauelements 16 bereitgestellt
sind, um Rückstände oder Öl jeweils
von den Teilen des Werkstücks 12 abzuleiten,
die vom flexiblen Bauelement 16 erfasst werden.
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Der
ausgesparte Hohlraum 48 hängt herab und wird von einem
integralen Gewebe 56 in der Mitte der Saugnapfvorrichtung 10 getragen.
Das Gewebe 56 stellt sich radial erstreckende, umfangsbezogen
mit Abstand angeordnete Segmente 58 bereit, die sich zwischen
der flachen Oberfläche 34 des
flexiblen Bauelements 16 und den Seiten 10 des
Teils erstrecken, der die ausgesparten Hohlraum 48 definiert.
Die sich radial erstreckenden Segmente 58 des Gewebes 56 sind
relativ zur flachen Fläche 34 der Vorderseite 22 des
flexiblen Bauelements 16 und der Unterseite 52 des
Teils ausgespart, der den ausgesparten Hohlraum 48 definiert.
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Um
der Vorderseite 22 des flexiblen Bauelements 16 Vakuum
bereitzustellen, sorgen die zwischen den sich radial erstreckenden
Segmenten 58 des Gewebes 56 geschaffenen Räume für einen
Verbindungsweg 62, der sich ab der Vorderseite 22 zur kreisförmigen Aussparung 26 in
der Rückseite 24 des flexiblen
Bauelements 16 erstreckt. Wie in den 1–4 zu
sehen ist, wird der Verbindungsweg 62 mit vier Öffnungen 64,
die in der unteren Fläche 66 des
starren Kopplungselements 18 bereitgestellt sind, in Verbindung
gebracht, indem die Öffnungen 64 mit
den zwischen den Segmenten 58 des Gewebes 56 geschaffenen
Räumen
ausgerichtet werden. Die vier Öffnungen 64 im
starren Kopplungselement 18 stehen mit einer zentralen Öffnung 68 in Verbindung,
die koaxial mit der Mittellinienachse der Vorrichtung 10 fluchtet.
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Die
vier Öffnungen 64 und
die zentrale Öffnung 68 des
Kopplungselements 18 stellen einen Pfad zwischen dem Verbindungsweg 62 und
der Vakuumquelle bereit. Die zentrale Öffnung 68 besitzt ein
Gewinde, um in den Manipulator 14 oder in den Transferausleger
(nicht gezeigt) eingeschraubt werden zu können. Der Manipulator 14 kommuniziert
die Vakuumquelle zur zentralen Öffnung 68,
die ihrerseits Vakuum an die vier Öffnungen 64 im starren Kopplungsbauelement 18 kommuniziert.
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In
Betrieb positioniert der Manipulator 14 die Saugnapfvorrichtung 10 über das
im Wesentlichen flache Werkstück 12.
Das Werkstück 12 wird
zuerst von der äußeren, peripheren
Fläche 36 der
Vorderseite 22 des flexiblen Bauelements 16, gefolgt
von der Lippe 50 des ausgesparten Hohlraums 48,
und danach von der im Wesentlichen flachen Fläche 34 der Vorderseite 22 des
flexiblen Bauelements 16 erfasst. Vakuum wird von der Vakuumquelle
durch die Öffnungen 64,
die im starren Kopplungselement 18 bereitgestellt sind
und durch den Verbindungsweg 62, der im flexiblen Bauelement 16 bereitgestellt
ist, aufgebracht. Jeweilige Öle
und Rückstände zwischen
dem Werkstück 12 und
der flachen Fläche 34 der
Vorderseite 22 des flexiblen Bauelements 16 fließen in die
Rillen 40 und die Schlitze 42, die in der Vorderseite 22 des
flexiblen Bauelements 16 bereitgestellt sind, um für kräftiges Festhalten
und Haftung des Werkstücks 12 an
die Vorderseite 22 des flexiblen Bauelements 16 zu
sorgen. Die Lippe 50 des ausgesparten Hohlraums 48 dichtet
gegen das Werkstück 12 ab
und stellt einen Bereich atmosphärischen Drucks
im ausgesparten Hohlraum 48 bereit. Daher ist der mittige
Teil der Vorderseite 22 des flexiblen Bauelements 16 ohne
auf das Werkstück 12 aufgebrachtes
Vakuum, wodurch jeglicher Napfzieheffekt auf das Werkstück 12 vermieden
wird. Der Manipulator 14 hebt und bewegt das Werkstück 12,
wie in 5 gezeigt, in einen designierten Bereich. Die Vakuumquelle
wird beendigt und atmosphärischer Druck
erlaubt in die Vorderseite 22 des flexiblen Bauelements 16 zu
gelangen. Nach der Wiederherstellung atmosphärischen Drucks zur Vorderseite 22 des flexiblen
Bauelements 16, löst
sich das Werkstück 12 von
der Vorderseite 22 des flexiblen Bauelements 16 der
Saugnapfvorrichtung 10.
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Obwohl
die Erfindung im Zusammenhang mit dem beschrieben worden ist, was
gegenwärtig
für das
praktischste und bevorzugte Ausführungsbeispiel
gehalten wird, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die
offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt
ist, sondern, im Gegenteil, beabsichtigt ist, verschiedene Modifikationen
und gleichwertige Anordnungen, die im Umfang der angehängten Ansprüche inbegriffen
sind, abzudecken.