WO2011009446A2 - Vakuum-greifer - Google Patents

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WO2011009446A2
WO2011009446A2 PCT/DE2010/000860 DE2010000860W WO2011009446A2 WO 2011009446 A2 WO2011009446 A2 WO 2011009446A2 DE 2010000860 W DE2010000860 W DE 2010000860W WO 2011009446 A2 WO2011009446 A2 WO 2011009446A2
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vacuum
suction
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Michael Schilp
Josef Zimmermann
Adolf Zitzmann
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Zimmermann & Schilp Handhabungstechnik Gmbh
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    • B65G2249/00—Aspects relating to conveying systems for the manufacture of fragile sheets
    • B65G2249/04—Arrangements of vacuum systems or suction cups

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum gripper and more particularly to a vacuum gripper for gently gripping surface sensitive workpieces such.
  • a vacuum gripper for gently gripping surface sensitive workpieces such.
  • solar cells wafers or panels for flat screens, as well as for gripping heavy glass plates or plates made of other material with a very smooth surface, which are stacked on each other and should be removed from above.
  • Vacuum grippers are well known and are suitable for use, i. H. adapted to the workpiece to be gripped constructively. If the task is to grip surface-sensitive workpieces, special measures must be taken not to damage the workpiece surface when gripping.
  • vacuum grippers which are placed on the workpiece and mechanically brought into contact with the workpiece surface at the beginning of the gripping process, d. H. the gripper is provided with sealing lips which provide a seal between the workpiece surface and the gripper such that upon creation of a vacuum within the gripper, the external air pressure presses the workpiece against the sealing lips.
  • the high surface pressure can lead to undesirable changes in the workpiece surface.
  • vacuum grippers which are designed to suck the workpiece from a distance to the gripper head and close to the Gripper surface to keep contact-free.
  • This effect is z. B. achieved in that the gripper surface is designed as an air bearing.
  • An air bearing can be produced by a nozzle field, from which compressed air flows or by means of a vibrating plate, as described in the document EP 1387808 B1, which is hereby fully incorporated into the description.
  • a vacuum suction gripper which sucks the workpieces without mechanical contact, must therefore be designed such that the suction force of the gripper first overcomes the breaking force, then accelerates the workpiece towards the gripper surface against the gravitational force. If the workpiece has a predetermined distance from the gripper surface, it would be desirable to decelerate the workpiece so that it does not hit the gripper surface because of the inertial force.
  • a vacuum gripper according to claim 1, wherein the vacuum gripper has the following features: a straight or curved gripper plate.
  • the gripper plate can be flat to accommodate flat plates, it can be bent one-dimensionally, for. B. but can also be curved two-dimensional, for example, spherical workpieces on increase.
  • the gripper plate may have a form adapted to the workpiece surface shape, as far as the technical teaching described below can be implemented in terms of fluid mechanics.
  • In the gripper plate is provided at least one, acted upon by a predetermined negative pressure suction port.
  • a workpiece throttle area is formed around the suction port. As a workpiece throttle area, a surface portion is designated, which forms a defined gap when sucking the workpiece with the workpiece surface.
  • this workpiece throttle area is dimensioned such that the suction force that arises at this workpiece throttle area is greater than the oppositely directed weight force of the workpiece, which depends on the mass of the workpiece.
  • At least one recess is provided in the workpiece-facing side of the gripper plate.
  • This recess is arranged according to the technical teaching of the invention so that it is always outside the workpiece throttle area. In other words, sucked air flows from the edge of the gripper plate along the gripper plate to the suction port, passing through the suction opening associated with this, d. H. upstream recess. In the recess at least one vent hole is present.
  • the vacuum gripper acts like a conventional vacuum gripper, ie the air is drawn in from the gripper edge and flows towards the suction opening. Over the entire gripper surface forms a negative pressure, the height of which drops towards the gripper edge. In the area of the recesses, the negative pressure is constant. A predetermined volume flow of air is also drawn through the vent hole. However, this volume flow is relatively small compared to the volume flow, which is sucked into the gripper surface within the 2 mm to 0, 5 mm wide gap.
  • the gripper has in this constellation its maximum load capacity at a predetermined constant suction pressure and the predetermined surface of the gripper plate.
  • the suction force is the product of effective suction area and suction pressure - and the effective suction area is essentially limited to the area of the workpiece throttle area, the effective suction area is thus many times smaller than with one greater distance of the gripper surface from the workpiece surface.
  • the suction force is many times smaller than at a greater distance of the gripper surface of the workpiece surface.
  • the lowering of the suction force is thus automatic.
  • levitation of the workpiece can be achieved, ie without the workpiece surface touching the vacuum gripper.
  • an equilibrium of forces arises between the suction force which lifts the workpiece and the weight force which pulls the workpiece downwards.
  • the suction power changes, for. B. becomes slightly weaker the workpiece would lower slightly. This increases but the effective suction surface, so that the suction increases and the workpiece is pulled up again.
  • This floating state always sets in and is independent of the surface condition of the workpiece.
  • glass plates with a very smooth surface but also wood plates with a rough surface can be detected with this gripper.
  • the opening cross sections of the vent holes are variably formed.
  • vent holes per recess are provided, which are selectively closed.
  • the vent holes are filled with a porous material which acts as a throttle.
  • a porous material which acts as a throttle.
  • the porous material is a plug made of an open-cell plastic foam. These plugs are easy to produce and easy to replace.
  • vent holes are provided with air filters as an alternative to a porous material, which act as a throttle and are also easily replaceable.
  • vent holes are designed as threaded holes in which nozzles with different geometries, ie can be screwed with predetermined flow profiles.
  • the vent holes have steerable flow control valves.
  • the air flow rate during the suction of the workpiece can be actively controlled, which leads under certain conditions to an improvement of the suction and holding properties of the vacuum gripper.
  • the volume of the recess is variable, whereby a faster adaptation of the gripper to another workpiece can be achieved.
  • the volume change can be effected by inserting material. If the gripper z. B. made of steel, magnets can be inserted into the recesses, which then hold without further attachment. It can also be screwed screws whose heads contribute to the reduction in volume within the recess.
  • a plurality of workpiece throttle surfaces are provided within a gripper plate. This arrangement is chosen if the board to be removed is to be worn at several points.
  • the workpiece throttle surfaces do not necessarily have to be ring-shaped, but can also extend in a straight line, which will be explained in greater detail in the exemplary embodiments.
  • the gripper plate is designed as an air bearing with air outlet nozzles. This creates an additional safeguard against touching the gripper by the workpiece.
  • the gripper plate is mechanically coupled to at least one ultrasonic oscillator according to claim 12. at the gripper plate is dimensioned so that it forms an ultrasonic air bearing, as z. As described in EP 1387808 B1.
  • a plurality of suction openings are provided, wherein a workpiece throttle area is formed around each of these suction openings.
  • This arrangement can be advantageously used when a workpiece z. B. has a straight surface to which the gripper attaches, but the workpiece is of different thickness.
  • the suction openings can be operated with different suction pressures, which allows a uniform and horizontal lifting of the workpiece.
  • FIG. 1a, b show a first embodiment of the vacuum gripper.
  • Fig. 2a, b show a second embodiment of the vacuum gripper.
  • Fig. 3a, b show a third embodiment of the vacuum gripper.
  • FIG. 4a, b show a fourth embodiment of the vacuum gripper.
  • 1a, b show the cross section of a circular vacuum gripper for picking up a workpiece 1, the vacuum gripper having the following features:
  • a circular disk-shaped gripper plate 2 has a suction opening 3 at its center.
  • a circular-shaped workpiece is arranged around the suction opening 3
  • Throttle surface 6 is formed, whose operation is explained in the following section.
  • an annular recess 4 is provided, which in the present case has two ventilation holes offset by 180 degrees, ie, the entire recess 4 is connected to the external atmosphere.
  • FIG. 1a shows the workpiece 1 still in the starting position.
  • the suction hole 3 air is sucked, which flows laterally via the gap 7, which is usually between about 2 mm to 0, 5 mm. In this position, the vacuum gripper its highest suction force, which is greater than the weight of the workpiece. 1
  • the vacuum gripper acts like a conventional vacuum gripper, i. H. the air is drawn in from the gripper edge and flows towards the intake opening. Over the entire gripper surface forms a negative pressure, the height of which drops towards the gripper edge. In the region of the recess 4, however, the negative pressure P is constant, which can be seen in the underlying diagram A as a plateau line 8.
  • a predetermined volume flow of air is also drawn through the vent hole. However, this volume flow is relatively small compared to the volume flow, which is sucked into the gripper surface within the 2 mm to 0, 5 mm wide gap.
  • the pressure curve 9 is additionally shown, as it would appear without the recesses 4.
  • the suction force is the product of effective suction surface and suction pressure - and the effective suction surface is essentially limited only to the area of the workpiece throttle surface 6, the effective suction surface has thus become many times smaller than in a greater distance of the gripper surface from the workpiece surface.
  • the suction force is many times smaller than at a greater distance of the gripper surface from the workpiece surface.
  • the nozzle geometry and the required pressure and vacuum are determined by the properties of the workpiece to be gripped. In many technological processes, the workpieces are the same, so that the nozzle and pressure parameters can remain constant. Since the nozzle and pressure parameters depend on the size, weight, surface, and a number of other features of the workpiece, it does not make sense to specify specific nozzle shapes and other parameters.
  • FIGS. 2a, b show a circular gripper plate with two intake openings 3, 3a.
  • the second suction port 3a is an annular groove having 4 holes to which vacuum is applied.
  • the suction effect of the suction groove 3a is also less than the suction effect of the suction port 3.
  • the suction cross section of the suction groove 3a may be larger be selected so that the suction is at least as large as that of the suction port.
  • Figs. 3a, b show a rectangular gripper plate for optimal gripping of preferably rectangular workpieces.
  • the suction port 3 is rectangular and the groove-shaped recesses 4 are parallel to each other.
  • Figs. 4a, b show a gripper plate according to Fig. 3 for lifting a pipe.
  • the gripper plate is adapted to the curvature of the pipe diameter.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Vakuum-Greifer und insbesondere auf einen Vakuum-Greifer zum schonenden Greifen von oberflächenempfindlichen Werkstücken, wie z. B. Solarzellen, Wafer oder Panels für Flachbildschirme, ebenso zum Greifen von schweren Glasplatten oder Platten aus anderem Material mit sehr glatter Oberfläche, welche auf einander gestapelt sind und von oben abgenommen werden sollen, wobei der Vakuum-Greifer nachfolgende Merkmale aufweist: eine gerade oder gewölbte Greiferplatte (2), wenigstens eine Ansaugöffnung (3; 3a), die in der Greiferplatte (2) vorgesehen ist, wobei um die Ansaugöffnung (3) herum eine Werkstück-Drossel-Fläche (6) ausgebildet ist, wenigstens eine Ausnehmung (4), die in der dem Werkstück zugewandten Seite der Greiferplatte (2) bezüglich der Ansaugöffnung (3) außerhalb der Werkstück-Drossel-Fläche (6) vorgesehen ist und wenigstens ein Entlüftungsloch (5), welches innerhalb jeder Ausnehmung (4) vorgesehen ist.

Description

Vakuum-Greifer
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Vakuum-Greifer und insbesondere auf einen Vakuum-Greifer zum schonenden Greifen von oberflächenempfindlichen Werkstücken, wie z. B. Solarzellen, Wafer oder Panels für Flachbildschirme, ebenso zum Greifen von schweren Glasplatten oder Platten aus anderem Material mit sehr glatter Oberfläche, welche auf einander gestapelt sind und von oben abgenommen werden sollen.
Vakuum-Greifer sind allgemein bekannt und werden für den Einsatzfall, d. h. an das zu greifende Werkstück konstruktiv angepasst. Wenn die Aufgabe besteht, oberflächenempfindliche Werkstücke zu greifen, müssen besondere Maßnahmen getroffen werden, um die Werkstückoberfläche beim Greifen nicht zu beschädigen.
Grundsätzlich sind zwei Arten von Vakuumgreifern zu unterscheiden:
Es gibt Vakuumgreifer, die auf das Werkstück aufgesetzt und am Beginn des Greifvorganges mechanisch mit der Werkstückoberfläche in Berührung gebracht werden, d. h. der Greifer ist mit Dichtlippen versehen, die eine Abdichtung zwischen der Werkstückoberfläche und dem Greifer bewirken, so dass bei der Erzeugung eines Vakuums innerhalb des Greifers der äußere Luftdruck das Werkstück an die Dichtlippen presst. Durch die hohe Flächenpressung kann es zu un- erwünschten Veränderungen der Werkstückoberfläche kommen.
Es gibt weiterhin Vakuumgreifer, die entsprechend ausgebildet sind, um das Werkstück aus einer Entfernung an den Greiferkopf anzusaugen und nahe der Greiferfläche berührungsfrei zu halten. Dieser Effekt wird z. B. dadurch erreicht, dass die Greiferoberfläche als Luftlager ausgebildet ist. Ein Luftlager kann durch ein Düsenfeld erzeugt werden, aus dem Druckluft ausströmt oder mittels einer schwingenden Platte, so wie in dem Dokumente EP 1387808 B1 beschrieben, welches hiermit vollumfänglich in die Beschreibung aufgenommen wird.
Wenn das Werkstück an der Oberfläche des Vakuumgreifers hängt, wird es durch den äußeren Luftdruck gegen die Greiferoberfläche gedrückt. Eine Berührung der Greiferoberfläche wird jedoch durch das Luftlager verhindert. Somit schwebt das Werkstück in einem vorbestimmten Abstand unter der Greiferoberfläche, sodass die Werkstückoberfläche nicht berührt wird. Diese Funktionsbeschreibung gilt jedoch nur für den statischen Zustand. Während des Greifvorganges gibt es jedoch folgendes Problem: Zum Ansaugen wird eine erhöhte Saugleistung benötigt, um das Werkstück anzuheben. Wünschenswert wäre, die Saugleistung zu reduzieren, bevor das Werkstück seine Endposition erreicht hat, weil sonst die Gefahr besteht, dass das beschleunigte Werkstück aufgrund der Massenträgheitskraft die Gegenkraft des Luftlagers überwindet und gegen die Greiferoberfläche schlägt.
In der Praxis ist es oft erforderlich, die maximale Saugkraft 10 x größer zu wählen als die eigentlich notwendige Haltekraft, die lediglich geringfügig größer sein muss als die Gewichtskraft, die durch die Masse des Werkstücks bestimmt wird. Es gibt auch Greifoperationen, bei denen die maximale Saugkraft noch höher gewählt werden muss. Das ist dann der Fall, wenn z. B. Glasplatten auf einem Stapel oder auf einem Tisch mit einer sehr glatten Oberfläche liegen. In diesem Fall befindet sich nahezu keine Luft zwischen der Glasplatte und der Tischfläche. Wenn die Glasplatte angehoben wird, muss anfangs der umgebende Luftdruck überwunden werden, um beim Anheben einen kleinen Spalt entstehen zu lassen, damit in diesen Luft einströmen kann. Erst wenn der Spalt mit Luft gefüllt ist und somit der Druck in dem Spaltraum dem äußeren Luftdruck entspricht, ist auch die anfangs wirkende Anpresskraft gleich Null, sodass lediglich die Gewichtskraft zu überwinden ist. Die Zusatzkraft, die zum Trennen von glatten Platten erforderlich ist, wird nachfolgend als Abreißkraft bezeichnet.
Ein Vakuum-Sauggreifer, der die Werkstücke ohne mechanische Berührung an- saugt, muss demzufolge so ausgelegt werden, dass die Saugkraft des Greifers zuerst die Abreißkraft überwindet, dann das Werkstück entgegen der Erdanziehungskraft in Richtung Greiferfläche beschleunigt. Wenn das Werkstück eine vorbestimmte Entfernung von der Greiferfläche hat, wäre es wünschenswert, das Werkstück abzubremsen, damit es wegen der Massenträgheitskraft nicht gegen die Greiferfläche schlägt.
Da in einem automatischen Prozess die zu hebenden Werkstücke gleich sind und somit auch das gleiche Gewicht haben, ist es theoretisch möglich, hinter der Ansaugdüse eine schnell reagierende Ventilsteuerung anzuordnen, die den Saug- ström nach der Überwindung der Abreißkraft erstmalig drosselt, sodass die Saugkraft zum technologisch optimalem Beschleunigen der Platte abgestimmt ist. Eine zweite Drosselung könnte erfolgen, wenn die Platte bereits einen vorbestimmten Weg angehoben wurde, um deren Geschwindigkeit so weit abzubremsen, dass die Platte damit ihre Endposition an der Greiferfläche erreicht.
Dem Fachmann ist klar, dass die Steuerung derartiger hochdynamischer Prozesse äußerst kompliziert und somit aufwendig ist, da gasförmige Medien sich wegen ihrer Kompressibilität schwer steuern lassen. Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, eine zuverlässige und kostengünstige Vorrichtung bereitzustellen, mit der insbesondere auch glatte Platten, die eine hohe Abreißkraft erfordern, berührungsfrei abgehoben werden können.
Die Aufgabe wird mit einem Vakuumgreifer nach Anspruch 1 gelöst, wobei der Vakuum-Greifer nachfolgende Merkmale aufweist: eine gerade oder gewölbte Greiferplatte. Die Greiferplatte kann plan sein, um ebene Platten aufzunehmen, sie kann eindimensional gebogen sein, um z. B. Rohre aufzunehmen, sie kann aber auch zweidimensional gewölbt sein, um z.B. kugelförmige Werkstücke auf- zunehmen. Die Greiferplatte kann eine an die Werkstückoberflächenform ange- passte Form aufweisen, soweit die nachfolgen beschriebene technische Lehre strömungsmechanisch umsetzbar ist. In der Greiferplatte ist wenigstens eine, mit einem vorbestimmten Unterdruck beaufschlagte Ansaugöffnung vorgesehen. Um die Ansaugöffnung herum ist eine Werkstück-Drossel-Fläche ausgebildet. Als Werkstück-Drossel-Fläche wird ein Flächenabschnitt bezeichnet, der beim Ansaugen des Werkstücks mit der Werkstückoberfläche einen definierten Spalt ausbildet. Überwiegend an diesem Spalt hängt das Werkstück an der Greiferplatte, wenn es seine Endposition erreicht hat. Diese Werkstück-Drossel-Fläche ist demnach so dimensioniert, dass die Ansaugkraft, die an dieser Werkstück-Drossel-Fläche entsteht, größer ist als die entgegengesetzt gerichtete Gewichtskraft des Werkstücks, welche von der Masse des Werkstücks abhängt.
Weiterhin ist in der dem Werkstück zugewandten Seite der Greiferplatte wenigstens eine Ausnehmung vorgesehen. Diese Ausnehmung ist gemäß der technischen Lehre der Erfindung so angeordnet, dass sie immer außerhalb der Werkstück-Drossel-Fläche liegt. Mit anderen Worten, angesaugte Luft strömt vom Rand der Greiferplatte aus entlang der Greiferplatte zur Ansaugöffnung hin und passiert dabei die dieser Ansaugöffnung zugeordnete, d. h. vorgelagerte Ausnehmung. In der Ausnehmung ist wenigstens ein Entlüftungsloch vorhanden.
Nachfolgend wird die Funktion des Vakuum-Greifers beschrieben:
Wenn die Greiferunterseite sich bis auf ca. 2 mm bis 0, 5 mm der Werkstückoberfläche genähert hat, wirkt der Vakuum-Greifer wie ein herkömmlicher Vakuum- Greifer, d. h. die Luft wird vom Greiferrand aus angesaugt und strömt zur Ansaugöffnung hin. Über die gesamte Greiferfläche bildet sich ein Unterdruck aus, dessen Höhe zum Greiferrand hin abfällt. Im Bereich der Ausnehmungen ist der Unterdruck konstant. Ein vorbestimmter Volumenstrom an Luft wird auch durch das Entlüftungsloch angesaugt. Dieser Volumenstrom ist jedoch relativ klein gegenüber dem Volumenstrom, der an der Greiferfläche innerhalb des 2 mm bis 0, 5 mm breiten Spaltes angesaugt wird. Der Greifer hat in dieser Konstellation seine maximale Tragkraft bei einem vorgegebenen konstanten Saugdruck und der vorgegebenen Fläche der Greiferplatte.
Je näher sich das Werkstück an die Greiferoberfläche annähert, um so enger wird der Spalt und damit umso geringer der Strömungsquerschnitt, durch den von außen, d. h. vom Rand der Greiferplatte aus, Luft nachströmen kann. Der Querschnitt des Entlüftungsloches bleibt jedoch konstant. Das führt dazu, dass sich in der Ausnehmung kein Unterdruck mehr aufbauen kann, da durch das Entlüftungsloch immer Außenluft nachströmt. Dieser Effekt verstärkt sich, um so kleiner der Strömungsquerschnitt wird, durch den die Luft vom Rand aus nachströmen kann. Demzufolge trägt die Fläche der Ausnehmung nicht mehr zur Saugkraft bei. Mit anderen Worten: Da die Saugkraft das Produkt aus wirksamer Saugfläche und Saugdruck ist - und die wirksame Saugfläche sich im Wesentlichen nur noch auf den Bereich der Werkstück-Drossel-Fläche beschränkt, ist die wirksame Saugflä- che somit um ein Vielfaches kleiner als bei einem größeren Abstand der Greiferoberfläche von der Werkstückoberfläche. Somit ist auch die Saugkraft um ein Vielfaches kleiner als bei einem größeren Abstand der Greiferoberfläche von der Werkstückoberfläche. Dadurch entsteht der gewünschte Effekt, dass der Vakuumgreifer bei einer größeren Entfernung zur Oberfläche des zu greifenden Werkstücks eine sehr hohe Saugkraft aufweist, die bei weiterer Annäherung der Werkstückoberfläche an den Vakuumgreifer stark abfällt, sodass bei geeigneter Dimensionierung ein Anschlagen des Werkstücks an den Greifer vermieden werden kann.
Die Senkung der Saugkraft erfolgt somit automatisch. Bei entsprechender fachmännischer Dimensionierung des Vakuumgreifers in Abhängigkeit vom Werkstückgewicht und von der Höhe des Saugdrucks kann ein Schweben des Werkstücks erreicht werden, d. h. ohne dass die Werkstückoberfläche den Vakuum- greifer berührt. Es stellt sich in diesem Fall ein Kräftegleichgewicht ein zwischen der Saugkraft, die das Werkstück anhebt, und der Gewichtskraft, die das Werkstück nach unten zieht. Wenn sich die Saugkraft verändert, z. B. etwas schwächer wird, würde sich das Werkstück leicht absenken. Dadurch vergrößert sich aber die wirksame Saugfläche, sodass sich die Saugkraft erhöht und das Werkstück wieder nach oben gezogen wird.
Dieser Schwebezustand stellt sich immer ein und ist unabhängig von der Oberflä- chenbeschaffenheit des Werkstücks. So können mit diesem Greifer nicht nur Glasplatten mit sehr glatter Oberfläche, sondern auch Holzplatten mit rauer Oberfläche erfasst werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Vakuum-Greifers nach Anspruch 2 sind die Öffnungsquerschnitte der Entlüftungslöcher variabel ausgebildet. Dadurch ist eine einfache Justierung der Saugkraft auf einen vorbestimmten Abstand zwischen Werkstückoberfläche und dem Greifer möglich.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Vakuum-Greifers nach Anspruch 3 sind mehre Entlüftungslöcher pro Ausnehmung vorgesehen, die wahlweise verschließbar sind. Dadurch ist eine einfache Justierung der Saugkraft auf einen vorbestimmten Abstand zwischen Werkstückoberfläche und dem Greifer möglich.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Vakuum-Greifers nach Anspruch 4 sind die Entlüftungslöcher mit einem porösen Material gefüllt, welches als Drossel wirkt. Dadurch kann der Querschnitt des Entlüftungsloches größer gewählt werden, was bei kleinen Greifern zu Vorteilen bei der Fertigung führen kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Vakuum-Greifers nach Anspruch 5 ist das poröse Material ein Stöpsel aus einem offenporigen Kunststoffschaum. Diese Stöpsel sind leicht herstellbar und leicht auswechselbar.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Vakuum-Greifers nach Anspruch 6 werden alternativ zu einem porösen Material die Entlüftungslöcher mit Luftfiltern ver- sehen, die als Drossel wirken und ebenfalls leicht austauschbar sind.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Vakuum-Greifers nach Anspruch 7 sind die Entlüftungslöcher als Gewindebohrungen ausgeführt, in welche Düsen mit unterschiedlichen Geometrien, d. h. mit vorbestimmten Strömungsprofilen eingeschraubt werden können.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Vakuum-Greifers nach Anspruch 8 wei- sen die Entlüftungslöcher steuerbare Durchflussventile auf. Dadurch kann der Luftdurchsatz beim Ansaugen des Werkstücks aktiv gesteuert werden, was unter bestimmten Bedingungen zu einer Verbesserung der Ansaug- und Halte- Eigenschaften des Vakuum-Greifers führt. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Vakuum-Greifers nach Anspruch 9 ist das Volumen der Ausnehmung veränderbar, wodurch eine schnellere Anpassung des Greifers an ein anderes Werkstück erreichbar ist. Die Volumenänderung kann durch Einlegen von Material bewirkt werden. Wenn der Greifer z. B. aus Stahl besteht, können Magnete in die Ausnehmungen eingefügt werden, die dann ohne weitere Befestigung halten. Es können auch Schrauben eingedreht werden, deren Köpfe zur Volumenverringerung innerhalb der Ausnehmung beitragen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Vakuum-Greifers nach Anspruch 10 sind mehrere Werkstück-Drossel-Flächen innerhalb einer Greiferplatte vorgesehen. Diese Anordnung wird gewählt, wenn die abzunehmende Platte an mehreren Punkten getragen werden soll.
Es ist dem Fachmann klar, dass die Werkstück-Drossel-Flächen nicht unbedingt ringförmig ausgebildet sein müssen, sondern sich auch gradlinig erstrecken kön- nen, was in den Ausführungsbeispielen noch näher erläutert wird.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Vakuum-Greifers nach Anspruch 11 ist die Greiferplatte als Luftlager mit Luftaustrittsdüsen ausgebildet. Damit wird eine zusätzliche Sicherung gegen das Berühren des Greifers durch das Werkstück geschaffen.
Alternativ zu der Weiterbildung nach Anspruch 11 ist nach Anspruch 12 die Grei- ferplatte mit wenigstens einem Ultraschall-Schwinger mechanisch gekoppelt, wo- bei die Greiferplatte so dimensioniert ist, dass sie ein Ultraschall-Luftlager bildet, wie es z. B. in der EP 1387808 B1 beschrieben ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Vakuum-Greifers nach Anspruch 13 sind mehrere Ansaugöffnungen vorgesehen, wobei um jede dieser Ansaugöffnungen herum eine Werkstück-Drossel-Fläche ausgebildet ist. Diese Anordnung kann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn ein Werkstück z. B. eine gerade Oberfläche hat, an die der Greifer ansetzt, das Werkstück jedoch unterschiedlich dick ist. Die Ansaugöffnungen können mit unterschiedlichen Saugdrücken betrieben werden, die ein gleichmäßiges und horizontales Anheben des Werkstücks ermöglicht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit anhängenden Zeichnungen näher beschrieben. Fig. 1a, b zeigen eine erste Ausführungsform des Vakuum-Greifers.
Fig. 2a, b zeigen eine zweite Ausführungsform des Vakuum-Greifers.
Fig. 3a, b zeigen eine dritte Ausführungsform des Vakuum-Greifers.
Fig. 4a, b zeigen eine vierte Ausführungsform des Vakuum-Greifers. Die Fig. 1a, b zeigen den Querschnitt eines kreisförmigen Vakuum-Greifers zum Aufnehmen eines Werkstücks 1 , wobei der Vakuum-Greifer nachfolgende Merkmale aufweist: Eine kreisscheibenförmige Greiferplatte 2 hat in ihrem Mittelpunkt eine Ansaugöffnung 3. Um die Ansaugöffnung 3 herum ist eine kreisringförmige Werkstück-Drossel-Fläche 6 ausgebildet, deren Wirkungsweise im nachfolgenden Abschnitt erläutert wird. In Richtung des Greiferplattenrandes ist eine ringförmige Ausnehmung 4 vorgesehen, die im vorliegenden Fall zwei um 180 Grad versetzte Entlüftungslöcher hat, d. h., die gesamte Ausnehmung 4 ist mit der äußeren Atmosphäre verbunden. Figur 1a zeigt das Werkstück 1 noch in der Ausgangsposition. Mittels der Saugbohrung 3 wird Luft abgesaugt, die über den Spalt 7, der üblicherweise zwischen ca. 2 mm bis 0, 5 mm beträgt, seitlich nachströmt. In dieser Position hat der Va- kuum-Greifer seine höchste Saugkraft, die größer ist als die Gewichtskraft des Werkstücks 1.
Dadurch wird das Werkstück 1 angehoben. Mit anderen Worten: Wenn sich die Greiferunterseite der Werkstückoberfläche nähert, wirkt der Vakuum-Greifer wie ein herkömmlicher Vakuum-Greifer, d. h. die Luft wird vom Greiferrand aus angesaugt und strömt zur Ansaugöffnung hin. Über die gesamte Greiferfläche bildet sich ein Unterdruck aus, dessen Höhe zum Greiferrand hin abfällt. Im Bereich der der Ausnehmung 4 ist der Unterdruck P jedoch konstant, was in dem darunter liegenden Diagramm A als Plateau-Linie 8 erkennbar ist. Ein vorbestimmter Volumenstrom an Luft wird auch durch das Entlüftungsloch angesaugt. Dieser Volumenstrom ist jedoch relativ klein gegenüber dem Volumenstrom, der an der Greiferfläche innerhalb des 2 mm bis 0, 5 mm breiten Spaltes angesaugt wird. Im Diagramm B ist neben dem Druckverlauf des Diagramms A zusätzlich der Druckverlauf 9 eingezeichnet, wie er sich ohne die Ausnehmungen 4 einstellen würde.
Je näher sich das Werkstück an die Greiferoberfläche annähert, wie in Fig. 1b gezeigt, um so enger wird der Spalt 7, durch den von außen, d. h. vom Rand der Greiferplatte aus, Luft nachströmen kann. Der Strömungsquerschnitt, durch den die Luft vom Rand aus nachströmen kann, verringert sich stark. Der Querschnitt der Entlüftungslöcher bleibt jedoch konstant. Das führt dazu, dass sich in der Ausnehmung 4 kein Unterdruck mehr aufbaut, da durch die Entlüftungslöcher immer Außenluft in ausreichender Menge nachströmen kann. Dieser Effekt verstärkt sich, je kleiner der Strömungsquerschnitt des Spaltes 7 wird, durch den die Luft vom Rand aus nachströmen kann. Demzufolge trägt jetzt die Fläche der Ausnehmung 4 nicht mehr zur Saugkraft bei. Mit anderen Worten: Da die Saugkraft das Produkt aus wirksamer Saugfläche und Saugdruck ist - und die wirksame Saugfläche sich im Wesentlichen nur noch auf den Bereich der Werkstück- Drossel-Fläche 6 beschränkt, ist die wirksame Saugfläche somit um ein Vielfaches kleiner geworden als bei einem größeren Abstand der Greiferoberfläche von der Werkstückoberfläche. Somit ist auch die Saugkraft um ein Vielfaches kleiner als bei einem größeren Abstand der Greiferoberfläche von der Werkstückoberfläche.
Dadurch entsteht der gewünschte Effekt, dass der Vakuumgreifer in einer größe- ren Entfernung zur Oberfläche des zu greifenden Werkstücks eine sehr hohe Saugkraft aufweist, die bei weiterer Annäherung der Werkstückoberfläche an den Vakuumgreifer stark abfällt, sodass bei geeigneter Dimensionierung das Anschlagen des Werkstücks an den Greifer vermieden werden kann. Die Diagramme A und B unter der Figur zeigen die Druckverläufe mit bzw. ohne Ausnehmung 4.
Die Senkung der Saugkraft erfolgt somit selbsttätig. Bei entsprechender fachmännischer Dimensionierung des Vakuumgreifers in Abhängigkeit vom Werk- stückgewicht und von der Höhe des Saugdrucks kann ein Schweben des Werkstücks erreicht werden, d. h. ohne dass die Werkstückoberfläche den Vakuumgreifer berührt. Es stellt sich in diesem Fall ein Kräftegleichgewicht ein zwischen der Saugkraft, die das Werkstück anhebt, und der Gewichtskraft, die das Werkstück nach unten zieht. Wenn sich die Saugkraft verändert, z. B. etwas schwächer wird, würde sich das Werkstück 1 leicht absenken. Dadurch vergrößert sich aber die wirksame Saugfläche, sodass sich die Saugkraft erhöht und das Werkstück 1 wieder nach oben gezogen wird.
Die Düsengeometrie und der erforderliche Druck und Unterdruck werden durch die Eigenschaften des zu greifenden Werkstücks bestimmt. Bei vielen technologischen Prozessen sind die Werkstücke gleich, sodass auch die Düsen- und Druckparameter konstant bleiben können. Da die Düsen- und Druckparameter von der Größe, dem Gewicht, der Oberfläche und einer Reihe weiterer Merkmale des Werkstücks abhängig sind, ist es nicht sinnvoll, spezielle Düsenformen und andere Parameter anzugeben.
Die nachfolgenden Figuren zeigen weitere Ausführungsformen des Vakuum- Greifers, die alle nach der gleichen in Fig. 1 beschriebenen technischen Lehre arbeiten. Daher wird auf eine Wiederholung der Beschreibung der allgemeinen technischen Lehre nachfolgend verzichtet und es werden lediglich die neuen Merkmale der jeweiligen Ausführungsform beschrieben. Die Fig. 2a, b zeigen eine kreisförmige Greiferplatte mit zwei Ansaugöffnungen 3, 3a. Die zweite Ansaugöffnung 3a ist eine ringförmige Nut mit 4 Löchern, an die Vakuum angelegt wird. Da bei der vorliegenden Ausführungsform die Summe der Querschnitte der 4 Löcher wesentlich kleiner ist als der Querschnitt der Ansaugöffnung 3, ist die Saugwirkung der Ansaugnut 3a auch geringer als die Saugwir- kung der Ansaugöffnung 3. Falls erforderlich, kann der Ansaugquerschnitt der Ansaugnut 3a auch größer gewählt werden, sodass die Saugwirkung wenigstens genauso groß ist wie die der Ansaugöffnung 3.
Die Fig. 3a, b zeigen eine rechteckige Greiferplatte zum optimalen Greifen von vorzugsweise rechteckigen Werkstücken. Bei dieser Ausführungsform ist die Ansaugöffnung 3 rechteckig ausgebildet und die nutenförmigen Ausnehmungen 4 liegen sich parallel gegenüber.
Die Fig. 4a, b zeigen eine Greiferplatte nach Fig. 3 zum Anheben eines Rohres. Dazu ist die Greiferplatte der Krümmung des Rohrdurchmessers angepasst.

Claims

Ansprüche
1. Vakuum-Greifer zum Aufnehmen eines Werkstücks (1), wobei der Vakuum- Greifer nachfolgende Merkmale aufweist:
- eine gerade oder gewölbte Greiferplatte (2),
- wenigstens eine Ansaugöffnung (3; 3a), die in der Greiferplatte (2) vorgesehen ist, wobei um die Ansaugöffnung (3) herum eine Werkstück-Drossel-Fläche (6) ausgebildet ist,
- wenigstens eine Ausnehmung (4), die in der dem Werkstück zugewandten Seite der Greiferplatte (2) bezüglich der Ansaugöffnung (3) außerhalb der Werkstück- Drossel-Fläche (6) vorgesehen ist und
- wenigstens ein Entlüftungsloch (5), welches innerhalb jeder Ausnehmung (4) vorgesehen ist.
2. Vakuum-Greifer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsquerschnitte der Entlüftungslöcher (5) variabel sind.
3. Vakuum-Greifer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehre Entlüftungslöcher (5) pro Ausnehmung vorgesehen sind, die wahlweise verschließbar sind.
4. Vakuum-Greifer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüf- tungslöcher (5) mit porösem Material gefüllt sind.
5. Vakuum-Greifer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das porösem Material ein Stöpsel aus einem offenporigem Kunststoffschaum ist.
6. Vakuum-Greifer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungslöcher (5) wechselbare Luftfilter aufweisen.
7. Vakuum-Greifer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüf- tungslöcher (5) Gewindebohrungen zum Einschrauben von Düsen mit unterschiedlichen Geometrien aufweisen.
8. Vakuum-Greifer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungslöcher (5) steuerbare Durchflussventile aufweisen.
9. Vakuum-Greifer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Ausnehmung (4) veränderbar ist.
10. Vakuum-Greifer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Werkstück-Drossel-Flächen (6) innerhalb einer Greiferplatte (2) vorgesehen sind.
11. Vakuum-Greifer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Greiferplatte (2) als Luftlager mit Luftaustrittsdüsen ausgebildet ist.
12. Vakuum-Greifer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Greiferplatte (2) mit wenigstens einem Ultraschall-Schwinger mechanisch gekoppelt ist, wobei die Greiferplatte (2) so dimensioniert ist, dass sie ein Ultraschall- Luftlager bildet.
13. Vakuum-Greifer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ansaugöffnungen (3) vorgesehen ist, wobei um jede dieser Ansaugöffnungen (3) herum je eine Werkstück-Drossel-Fläche (6) ausgebildet ist.
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