EP1797336B1 - Ejektor - Google Patents

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EP1797336B1
EP1797336B1 EP05774326A EP05774326A EP1797336B1 EP 1797336 B1 EP1797336 B1 EP 1797336B1 EP 05774326 A EP05774326 A EP 05774326A EP 05774326 A EP05774326 A EP 05774326A EP 1797336 B1 EP1797336 B1 EP 1797336B1
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EP
European Patent Office
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ejector
recited
valve
energy storage
negative pressure
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EP1797336B2 (de
EP1797336A1 (de
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Kurt Schmalz
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J Schmalz GmbH
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J Schmalz GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/44—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04F5/02 - F04F5/42
    • F04F5/48—Control
    • F04F5/52—Control of evacuating pumps

Definitions

  • the invention relates to an ejector for generating a negative pressure with a suction air duct, a compressed air duct, a negative pressure sensor connected to the suction air duct, a bistable check valve closing the compressed air duct and a control activating the check valve.
  • Ejectors are typically used to create a negative pressure by means of compressed air on site, whereby vacuum lines can be saved. These ejectors need only be supplied with compressed air and electrical energy.
  • the ejectors are usually controlled by a machine control, which specifies the time of the suction start or the suction end and possibly a blow-off. After an object has been grasped with a gripper unit, those ejectors which are required for the vacuum supply of the suction grippers resting on the workpiece are controlled via the machine program, so that a negative pressure is generated in these suction grippers.
  • Intelligent ejectors have a negative pressure sensor which determines whether and when the required negative pressure is reached or has been achieved.
  • the ejector automatically disables the vacuum generation, although it still receives the instruction to generate negative pressure via the machine program. This saves energy, since only compressed air is consumed when actually negative pressure is generated. If the suction pad sits on an object and sucks it, then with an intact seal almost no negative pressure is consumed and the ejector can be switched off. Only with defective seals, possibly on uneven surfaces or porous workpieces can the negative pressure be maintained only if permanent or in time intervals negative pressure is generated. In this case, the ejector does not switch off the vacuum generation or again and again.
  • ejectors are equipped with bistable solenoid valves which maintain their instantaneous position in the event of a voltage drop. This ensures that the aspirated and possibly lifted object from the suction pad does not fall off, since the bistable check valve maintains its position. If the valve is open, negative pressure is generated in the ejector and the negative pressure is applied to the object even if there is a voltage drop. When the shut-off valve is closed, it will remain closed, even if the voltage drops.
  • the invention has for its object to provide an alternative ejector, in which it is ensured even with a voltage drop, that the negative pressure is maintained.
  • control and / or the check valve is provided with an energy storage that supplies them with electrical energy.
  • This energy store has the task to provide the energy at a voltage drop, the Operating the control and / or the check valve is required. In this way, the signal provided by the vacuum sensor can be processed in the controller and the check valve can be opened.
  • the stored energy in the energy storage only has to be so large that it supplies the vacuum sensor and the controller until it is ensured that the check valve is open. When the shut-off valve is open, negative pressure is generated and this ensures that the sucked object remains attached to the suction pad even in the event of leakage.
  • the energy store is arranged in the ejector. This has the significant advantage that e.g. even then the check valve can still be changed when the electrical supply to the ejector is disconnected.
  • the energy store is a capacitor.
  • Capacitors are mass-produced relatively inexpensive and can store relatively much energy, the space required by a capacitor is relatively low.
  • a capacitor as an electrical energy storage has the significant advantage that it can be relatively easily charged, in contrast to hydraulic, pneumatic or mechanical energy storage (springs or the like), which usually require mechanical energy for clamping.
  • batteries, accumulators, solenoids and the like can be used.
  • the check valve is designed as a bistable solenoid valve. Solenoid valves can be electrically controlled and require relatively little energy for their conversion. If the energy required to change the solenoid valve is also stored in the energy store, this only slightly increases its dimensions.
  • the energy storage device opens the shut-off valve via the control, thereby ensuring that there is sufficient negative pressure on the suction gripper via the ejector, so that the object is held securely with certainty. This can be done immediately or only when the negative pressure drops below a limit, which is monitored by means of a vacuum sensor, which is also powered by the energy storage.
  • a voltage monitor detecting a voltage drop is provided.
  • This voltage monitor gives e.g. a signal when the voltage drops below a threshold, so that the vacuum sensor, the controller and the solenoid valve are powered by the energy storage. Once the voltage returns to normal, the energy storage is recharged.
  • the voltage monitor according to the invention is connected to the controller and arranged in particular in the ejector.
  • the controller is integrated in the ejector. In this way, even with a rupture of the electrical supply line, the controller can be easily supplied with voltage, so that the check valve, for example. not only open but the function of the check valve can still be controlled by this is opened at negative pressure drop and closed when reaching the desired negative pressure again.
  • an ejector 10 is shown schematically, which has a housing 12 to which a muffler 14 is flanged.
  • a control box 16 in which machanische and electronic components are housed and which is provided with two connection terminals 18, to which electrical connection lines can be connected.
  • a solenoid valve 20 In the control box 16 is a solenoid valve 20 with a solenoid 22 which is bistable, i. which maintains its two end positions even when de-energized.
  • the solenoid valve 20 serves as a check valve for a compressed air channel 28 in order to separate it from a suction air channel 26 and an exhaust air channel 30.
  • a negative pressure sensor 32 With the suction air channel 26, a negative pressure sensor 32 is connected, which operates analogously. With this vacuum sensor 32, the negative pressure prevailing in the suction air channel 26 is detected, which is e.g. through leaks. These leaks may e.g. caused by worn seals on a suction pad 34 or by a porous object to be sucked 36.
  • a controller 38 In the control box 16 are also a controller 38, to which the vacuum sensor 32 is connected, and an energy storage 40th
  • This energy store 40 is formed by a storage capacitor 42, which is usually charged. In the event of a voltage drop or power failure, as determined by a voltage monitor 44, solenoid 22, vacuum sensor 32 and controller 38 are energized by storage capacitor 42 to ensure that the control loop is operational and it can be ensured that negative pressure prevails in the suction air duct 26.
  • the solenoid valve 20 bypassing the vacuum sensor 32, the solenoid valve 20 immediately, that is immediately opened at voltage drop, so that the suction air 26 is supplied with negative pressure, or the compressed air channel 28 is opened only when the vacuum sensor 32 indicates that the negative pressure in the suction air channel 26th falls below a threshold. After the negative pressure in the suction air channel 26 has been restored, the solenoid valve 20 can be switched back to its closed position and close the compressed air channel 28.
  • the ejector 10 is at least temporarily independent of an external power supply and it is ensured that the negative pressure in the suction air channel 26 does not collapse and the article 36 does not fall off the suction pad 34.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Ejektor zum Erzeugen eines Unterdrucks mit einem Saugluftkanal, einem Druckluftkanal, einem mit dem Saugluftkanal verbundenen Unterdrucksensor, einem den Druckluftkanal verschließenden bistabilen Sperrventil und einer das Sperrventil ansteuernden Steuerung.
  • Ejektoren werden in der Regel dazu verwendet, um mittels Druckluft vor Ort einen Unterdruck zu erzeugen, wodurch Unterdruckleitungen eingespart werden können. Diese Ejektoren müssen lediglich mit Druckluft sowie mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Ejektoren werden in der Regel über eine Maschinensteuerung angesteuert, die den Zeitpunkt des Saugbeginns bzw. des Saugendes und ggf. eines Abblasvorganges vorgibt. Nachdem mit einer Greifereinheit ein Gegenstand ergriffen worden ist, werden diejenigen Ejektoren, die zur Unterdruckversorgung der am Werkstück anliegenden Sauggreifer erforderlich sind, über das Maschinenprogramm angesteuert, sodass in diesen Sauggreifern ein Unterdruck erzeugt wird. Intelligente Ejektoren besitzen einen Unterdrucksensor welcher feststellt, ob und wann der erforderliche Unterdruck erreicht wird bzw. erreicht worden ist. Ist der gewünschte Unterdruck erreicht worden, stellt der Ejektor selbständig die Unterdruckerzeugung ab, obwohl er nach wie vor über das Maschinenprogramm den Befehl zum Unterdruck erzeugen erhält. Dadurch wird Energie eingespart, da nur dann Druckluft verbraucht wird, wenn tatsächlich Unterdruck erzeugt wird. Sitzt der Sauggreifer auf einem Gegenstand auf und saugt diesen an, dann wird bei einer intakten Abdichtung nahezu kein Unterdruck verbraucht und der Ejektor kann abgeschaltet werden. Lediglich bei defekten Dichtungen, evtl. bei unebenen Oberflächen oder bei porösen Werkstücken kann der Unterdruck nur dann aufrecht erhalten werden, wenn permanent oder in Zeitintervallen Unterdruck erzeugt wird. In diesem Fall schaltet der Ejektor die Unterdruckerzeugung nicht ab oder immer wieder zu.
  • Es ist auch bekannt, dass Ejektoren mit bistabilen Magnetventilen ausgestattet sind, die bei einem Spannungsabfall ihre augenblickliche Stellung beibehalten. Hierdurch wird sichergestellt, dass der angesaugte und evtl. abgehobene Gegenstand vom Sauggreifer nicht abfällt, da das bistabile Sperrventil seine Lage beibehält. Ist das Ventil offen, dann wird im Ejektor Unterdruck erzeugt und der Unterdruck liegt auch bei einem Spannungsabfall am Gegenstand an. Bei geschlossenem Sperrventil bleibt dieses weiterhin geschlossen, auch wenn die Spannung abfällt.
  • Probleme treten aber dann auf, wenn der Unterdruck nicht gehalten werden kann, weil z.B., wie oben erwähnt, die Dichtung defekt oder der Gegenstand porös ist. Dann könnte bei einem Spannungsabfall aufgrund der nichtvorhandenen oder nicht ausreichenden Spannung das Sperrventil nicht von seiner Schließlage in die Offenlage umgestellt werden. Es besteht die Gefahr, dass der angesaugte und angehobene Gegenstand von den Sauggeifern abfällt.
  • Dokument US2003/0116201A offenbart einen Ejektor gemäß dem Stand der Technik.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen alternativen Ejektor bereit zu stellen, bei dem auch bei einem Spannungsabfall sichergestellt ist, dass der Unterdruck aufrecht erhalten bleibt.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Ejektor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steuerung und/oder das Sperrventil mit einem diese mit elektrischer Energie versorgenden Energiespeicher versehen ist.
  • Dieser Energiespeicher hat die Aufgabe, bei einem Spannungsabfall die Energie bereit zu stellen, die zum Betreiben der Steuerung und/oder des Sperrventils erforderlich ist. Auf diese Weise kann das vom Unterdrucksensor bereitgestellte Signal in der Steuerung verarbeitet und das Sperrventil geöffnet werden. Die im Energiespeicher gespeicherte Energie muss lediglich so groß sein, dass sie den Unterdrucksensor sowie die Steuerung so lange versorgt, bis sichergestellt ist, dass das Sperrventil geöffnet ist. Bei geöffnetem Sperrventil wird Unterdruck erzeugt und dadurch wird sichergestellt, dass auch bei Leckage der angesaugte Gegenstand am Sauggreifer haften bleibt.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Energiespeicher im Ejektor angeordnet. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass z.B. auch dann das Sperrventil noch umgestellt werden kann, wenn die elektrische Zuleitung zum Ejektor abgetrennt wird.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Energiespeicher ein Kondensator ist. Kondensatoren sind als Massenware relativ preiswert und können relativ viel Energie speichern, wobei der Platzbedarf eines Kondensators relativ gering ist. Außerdem hat ein Kondensator als elektrischer Energiespeicher den wesentlichen Vorteil, dass er relativ einfach aufgeladen werden kann, im Gegensatz zu hydraulischen, pneumatischen oder mechanischen Energiespeichern (Federn oder dergleichen), die zum Spannen in der Regel mechanischer Energie bedürfen. An Stelle eines Kondensators können auch Batterien, Akkumulatoren, Magnetspulen und dergleichen verwendet werden.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Sperrventil als bistabiles Magnetventil ausgebildet. Magnetventile können elektrisch angesteuert werden und bedürfen für ihre Umstellung relativ wenig Energie. Wird die zum Umstellen des Magnetventils benötigte Energie ebenfalls im Energiespeicher vorgehalten, so vergrößert dies dessen Abmessungen nur unbedeutend.
  • Wie bereits erwähnt, öffnet bei einem Spannungsabfall der Energiespeicher das Sperrventil über die Steuerung, sodass dadurch sichergestellt wird, dass über den Ejektor ausreichend Unterdruck am Sauggreifer vorhanden ist, sodass der Gegenstand mit Sicherheit festgehalten wird. Dies kann sofort erfolgen oder erst dann, wenn der Unterdruck unter einen Grenzwert absinkt, was mittels eines Unterdrucksensors überwacht wird, der ebenfalls vom Energiespeicher versorgt wird.
  • Vorteilhaft ist ein einen Spannungsabfall feststellender Spannungswächter vorgesehen. Dieser Spannungswächter gibt z.B. ein Signal ab, wenn die Spannung unter einen Schwellwert absinkt, sodass der Unterdrucksensor, die Steuerung und das Magnetventil vom Energiespeicher versorgt werden. Sobald die Spannung wieder ihren Normalwert annimmt, wird der Energiespeicher wieder aufgeladen.
  • Um spannungsbedingte Fehlfunktionen der Steuerung schnell erkennen zu können, ist der Spannungswächter erfindungsgemäß mit der Steuerung verbunden und insbesondere im Ejektor angeordnet.
  • Bei einer Weiterbildung ist die Steuerung in den Ejektor integriert. Auf diese Weise kann auch bei einem Abreißen der elektrischen Zuleitung die Steuerung problemlos mit Spannung versorgt werden, sodass das Sperrventil z.B. nicht nur geöffnet sondern die Funktion des Sperrventils nach wie vor geregelt werden kann, indem dieses bei Unterdruckabfall geöffnet und bei Erreichen des gewünschten Unterdrucks wieder geschlossen wird.
  • Weiter Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung eine besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. 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 ist schematisch ein Ejektor 10 dargestellt, der ein Gehäuse 12 aufweist, an welchen ein Schalldämpfer 14 angeflanscht ist. Auf dem Gehäuse 12 sitzt ein Schaltkasten 16, in welchem machanische und elektronische Bauteile untergebracht sind und der mit zwei Verbindungsanschlüssen 18 versehen ist, an welche elektrische Verbindungsleitungen angeschlossen werden können. Im Schaltkasten 16 befindet sich ein Magnetventil 20 mit einer Magnetspule 22, welches bistabil ist, d.h. welches seine beiden Endstellungen auch im stromlosen Zustand beibehält. Die Magnetspule 22, deren Kontakte eine Gehäusewand 24 durchdringen, wird also lediglich dann erregt, wenn das Magnetventil 20 in die andere Endstellung umgestellt werden muss. Das Magnetventil 20 dient als Sperrventil für einen Druckluftkanal 28, um diesen von einem Saugluftkanal 26 und einem Abluftkanal 30 zu trennen.
  • Mit dem Saugluftkanal 26 ist ein Unterdrucksensor 32 verbunden, welcher analog arbeitet. Mit diesem Unterdrucksensor 32 wird der im Saugluftkanal 26 herrschende Unterdruck erfasst, der sich z.B. durch Leckagen ändern kann. Diese Leckagen können z.B. entstehen durch abgenutzte Dichtungen an einem Sauggreifer 34 oder durch einen porösen anzusaugenden Gegenstand 36. Im Schaltkasten 16 befinden sich außerdem eine Steuerung 38, an welche der Unterdrucksensor 32 angeschlossen ist, und ein Energiespeicher 40.
  • Dieser Energiespeicher 40 wird von einem Speicherkondensator 42 gebildet, der in der Regel aufgeladen ist. Bei einem Spannungsabfall oder Stromausfall, was durch einen Spannungswächter 44 festgestellt wird, werden die Magnetspule 22, der Unterdrucksensor 32 und die Steuerung 38 vom Speicherkondensator 42 mit Spannung versorgt, sodass sichergestellt wird, dass der Regelkreis funktionsfähig ist und dafür gesorgt werden kann, dass im Saugluftkanal 26 Unterdruck herrscht.
  • Dabei kann unter Umgehung des Unterdrucksensors 32 das Magnetventil 20 sofort, das heißt unmittelbar bei Spannungsabfall geöffnet werden, sodass der Saugluftkanal 26 mit Unterdruck versorgt wird, oder der Druckluftkanal 28 wird erst dann geöffnet, wenn der Unterdrucksensor 32 anzeigt, dass der Unterdruck im Saugluftkanal 26 einen Schwellwert unterschreitet. Nachdem der Unterdruck im Saugluftkanal 26 wiederhergestellt worden ist, kann das Magnetventil 20 wieder in seine Schließstellung umgestellt werden und den Druckluftkanal 28 verschließen.
  • Durch diese Maßnahme wird der Ejektor 10 zumindest zeitweise unabhängig von einer externen Spannungsversorgung und es ist sichergestellt, dass der Unterdruck im Saugluftkanal 26 nicht zusammenbricht und der Gegenstand 36 nicht vom Sauggreifer 34 abfällt.

Claims (12)

  1. Ejektor (10) zum Erzeugen eines Unterdrucks mit einem Saugluftkanal (26), einem Druckluftkanal (28), einem mit dem Saugluftkanal (26) verbundenen Unterdrucksensor (32), einer den Druckluftkanal (28) verschließenden bistabilen Ventileinheit und einer die Ventileinheit ansteuernden Steuerung (38) und wobei die Steuerung (38) und/oder die Ventileinheit mit einem diese mit elektrischer Energie versorgenden Energiespeicher (40) versehen ist bzw. sind.
  2. Ejektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit ein direkt ansteuerbares Sperrventil ist.
  3. Ejektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit als Ventilsystem mit bistabilem Vorsteuerventil ausgebildet ist.
  4. Ejektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (40) im Ejektor (10) angeordnet ist.
  5. Ejektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (40) ein Speicherkondensator (42), eine Batterie, ein Akkumulator oder eine Magnetspule ist.
  6. Ejektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrventil ein Magnetventil (20) ist.
  7. Ejektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (40) zur elektrischen Versorgung des Magnetventils (20) dient.
  8. Ejektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Spannungsabfall der Energiespeicher (40) das Sperrventil über die Steuerung (38) öffnet.
  9. Ejektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein einen Spannungsabfall feststellender Spannungswächter (44) vorgesehen ist.
  10. Ejektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswächter (44) mit der Steuerung (38) verbunden ist.
  11. Ejektor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (40) den Spannungswächter (44) versorgt.
  12. Ejektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (38) in den Ejektor (10) integriert ist.
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