WO2011009447A2

WO2011009447A2 - Vorrichtung zum aufnehmen und abtransportieren flacher werkstücke

Info

Publication number: WO2011009447A2
Application number: PCT/DE2010/000861
Authority: WO
Inventors: Michael Schilp; Josef Zimmermann; Adolf Zitzmann
Original assignee: Zimmermann & Schilp Handhabungstechnik Gmbh
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2011-01-27
Also published as: WO2011009447A3

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufnehmen plattenförmiger Werkstücke. Die Vorrichtung weist nachfolgende Merkmale auf : wenigstens eine Transportschiene (11) mit Vakuum-Halte-Düsen (12) zum hängenden Halten des Werkstücks (1) unterhalb der Transportschiene (11) und mit einem Luftlager zum berührungsfreien Halten des Werkstücks entlang der Transportschiene (11), wenigstens eine Antriebsvorrichtung (17; 18) zum Verschieben des Werkstücks entlang der Transportschiene und wenigstens eine pneumatische Greifvorrichtung (2) mit wenigstens einer pneumatischen Greiferdüse, wobei die Greiferdüse in der Transportschiene so integriert ist, dass die Düsenoberkante mit der Transportoberfläche der Transportschiene abschließt oder in der Transportoberfläche versenkt angeordnet ist.

Description

Vorrichtung zum Aufnehmen und Abtransportieren

flacher Werkstücke

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufnehmen plat- tenförmiger Werkstücke, wie z. B. Solarzellen, Wafer, Paneele für Flachmonitore, aber auch andere Platten, die wesentlich größer und schwerer sind, wie z. B. Glasscheiben für Glasfassaden. Diese Werkstücke können z. B. von einem Stapel abgenommen werden. Die Aufnahme kann jedoch auch von einem Tisch oder von einem Förderband erfolgen. Anschließend werden die Werkstücke an einem Transportband hängend abtransportiert.

Um von einem Stapel plattenförmiger Werkstücke das oberste Werkstück abzuführen und auf eine Transportschiene zu bringen, ist es z. B. aus dem Stand der Technik bekannt, mittels einer angetriebenen Gummiwalze das obere Werkstück auf das Transportband zu ziehen.

Wenn jedoch oberflächenempfindliche Werkstücke abgenommen werden sollen, ist diese Technik dafür nicht geeignet.

Das Dokument WO 2009/059586 A1 beschreibt einen Einzelplattenförderer, der zum Entstapeln und Abtransportieren von berührungsempfindlichen Werkstücken geeignet sein soll. Ein über wenigstens zwei Rollen umlaufendes perforiertes Transportband wird mit Unterdruck beaufschlagt, sodass, bedingt durch den at- mosphärischen Druck, die zu transportierenden plattenförmigen Werkstücke an dem Transportband hängend gehalten werden. Prinzipiell ist es möglich, mit diesem Einzelplattenförderer die Werkstücke auch aufzunehmen. Dazu muss jedoch das Transportband sehr dicht an der Oberfläche des Werkstücks positioniert wer- den, da sonst die erforderliche Saugkraft zum Aufnehmen des Werkstücks nur mit einer starken Vakuumpumpe erreichbar ist.

Zum Ansaugen wird demnach eine erhöhte Saugleistung benötigt, um das Werk- stück anzuheben. Wünschenswert wäre, wenn die Saugleistung reduziert werden könnte, bevor das Werkstück seine Endposition am Transportband oder an einer Transportschiene erreicht hat, weil sonst die Gefahr besteht, dass das beschleunigte Werkstück aufgrund der Massenträgheitskraft gegen die Oberfläche des Transportbandes oder der Transportschiene schlägt und beschädigt wird.

In der Praxis ist es oft erforderlich, dass die Saugkraft zum Aufnehmen des Werkstücks 10 x größer gewählt werden muss 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 Aufnahmeoperationen, 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 den einzelnen Glasplatten bzw. zwi- sehen der letzten Glasplatte des Stapels und der Tischfläche. Zum Anheben der Glasplatte muss der anfangs auf diese wirkende atmosphärische Druck überwunden werden, um einen kleinen Spalt zum Einströmen von Luft zu erzeugen. 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 überwunden werden muss. Die Zusatzkraft, die zum Trennen von glatten Platten erforderlich ist, wird nachfolgend als Abreißkraft bezeichnet.

Eine Vakuum-Saugstation, an der die Werkstücke durch Ansaugen aufgenommen werden sollen, muss demzufolge so ausgelegt werden, dass die Saugkraft des Greifers zuerst die Abreißkraft überwindet und dann das Werkstück entgegen der Erdanziehungskraft beschleunigt. Wenn das Werkstück eine vorbestimmte Entfernung von der Transportbahnfläche hat, wäre es wünschenswert, das Werk- stück abzubremsen, damit es wegen dessen Massenträgheitskraft nicht gegen die Greiferfläche schlägt.

Diese Forderungen kann das der WO 2009/059586 A1 zugrunde liegende techni- sehe Konzept prinzipiell nicht erfüllen. Ein weiterer Nachteil dieses Konzeptes ist die Tatsache, dass das Werkstück durch das Vakuum fest an das Transportband gedrückt wird. Somit hat das plattenförmige Werkstück lediglich in Bezug auf eine gedachte Z-Achse eine definierte Lage. Die seitliche Ausrichtung in der X-Y- Ebene ist schwer kontrollierbar, da sich das Werkstück beim Ansaugen nicht nur in der Z-Achse bewegt, sondern auch in der X-Y-Ebene unkontrollierbar verdrehen kann und dann in einer falschen Position fixiert ist. Ein weiterer Nachteil ist der hohe Energieverbrauch derartiger Vorrichtungen, denn es gibt einen technischen Widerspruch: Zum Halten des Werkstücks am Transportband reicht ein Düsenfeld mit kleinen Düsen aus. Wenn sehr viele kleine Düsen auf der Trans- portbahnoberfläche verteilt sind, wird ein dünnes Bauteil gleichmäßig gehalten. Ein solches Düsenfeld ist jedoch nicht optimal zur Aufnahme des Bauteils von einem Stapel geeignet, denn dazu muss die in der WO 2009/059586 A1 beschriebene Vorrichtung insgesamt an den Werkstückstapel sehr dicht herangeführt werden, was nur mit einer aufwendigen Steuerungstechnik möglich ist.

Außerdem ist die beschriebene Vorrichtung trotz ihrer Kompaktheit relativ schwer und sperrig, sodass der mechanische Aufwand zum Bewegen der Vorrichtung groß ist. Eine alternative Lösung besteht darin, den kleiner werdenden Werkzeugstapel immer wieder zur Transportbandoberfläche hin anzuheben. Auch hier ist der Regelungsaufwand zum diskontinuierlichen Anheben des Stapels relativ hoch, weil immer ein sehr kleiner Abstand zwischen Werkstückoberfläche und der Transportbandoberfläche gewährleistet werden muss.

Um ein Werkstück aus einer größeren Entfernung vom Stapel abheben zu können, muss ein höherer Saugdruck erzeugt werden. Das ist nur möglich, wenn das Transportband mit relativ großen Durchgangsöffnungen versehen ist, um in Verbindung mit einer stärkeren Vakuumpumpe einen höheren Luftvolumenstrom zu generieren. Dadurch entsteht jedoch ein wesentlich höherer Luftdurchsatz, da insbesondere an den Stellen des Transportbandes, an denen keine Werkstücke hängen, sehr viel Luft angesaugt wird. Das führt zu einem starken Anstieg der Energiekosten.

Ein weiterer und genereller Nachteil aller Konstruktionen, die nach dem in der WO 2009/059586 A1 beschriebenen Prinzips arbeiten, ist folgender:

Es können nur Werkstücke von einem Stapel abgenommen werden, wenn der Stapel frei steht bzw. wenn wenigstens das jeweils oberste Werkstück freiliegt. Oft ist es jedoch erforderlich oder zweckmäßig, dass die gestapelten Werkstücke in einem Magazin gelagert sind. Wenn nicht zusätzliche technische Maßnahmen geschaffen werden, dass das oberste Werkstück des Stapels über den Rand des Magazins hinausragt oder mit dem Rand bündig abschließt, ist mit der Vorrichtung nach WO 2009/059586 A1 eine Entnahme aus einem solchen Magazin nahezu unmöglich.

Es ist demnach die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Abtransportieren flacher Werkstücke zu schaffen, die eine kompakte Baugruppe bildet und mit der die Werkstücke auch aus einem Magazin entnehmbar sind. Weiterhin soll das Werkstück an dem Transportband in der X-Y-Ebene leicht jus- tierbar sein, d. h. in eine vorbestimmte Lage bringbar sein.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zum Aufnehmen und Abtransportieren flacher Werkstücke nach Anspruch 1 gelöst, wobei die Vorrichtung nachfolgende Merkmale aufweist:

Wenigstens eine Transportschiene mit Vakuumdüsen zum hängenden Halten des Werkstücks unterhalb der Transportschiene und mit einem Luftlager zum berührungsfreien Halten des Werkstücks entlang der Transportschiene, wenigstens eine Antriebsvorrichtung zum Verschieben des Werkstücks entlang der Trans- portschiene und wenigstens eine pneumatische Greifvorrichtung mit wenigstens einer pneumatischen Greiferdüse, wobei die Greiferdüse in der Transportschiene so integriert ist, dass die Düsenoberkante mit der Oberfläche der Transportschie- ne abschließt oder in der Oberfläche der Transportschiene versenkt angeordnet ist.

Da in der Transportbahn eine pneumatische Greifvorrichtung integriert ist, kann diese Aufnahmestelle der Transportbahn einfach über einer Werkstückkassette positioniert werden. Es können auch Werkstücke entnommen werden, die unterhalb des Magazinrandes liegen.

Mit anderen Worten, diese Greifvorrichtung greift pneumatisch in das Magazin hinein und hebt die Werkstücke so weit an, dass die Vakuum-Halte-Düsen das Werkstück übernehmen und es an der Unterseite der Transportschiene halten. Damit die Werkstücke die Transportschiene nicht berühren, werden sie mittels eines Luftlagers auf Abstand von der Transportschiene gehalten. Dadurch sind die Werkstücke in der x-y-Richtung frei beweglich, sodass bei Bedarf ihre Lage korrigiert werden kann.

Bei einer Weiterbildung der Vorrichtung zum Aufnehmen und Abtransportieren flacher Werkstücke nach Anspruch 2 ist das Luftlager ein Düsenfeld, aus dem Druckluft austritt.

Bei einer Weiterbildung der Vorrichtung zum Aufnehmen und Abtransportieren flacher Werkstücke nach Anspruch 3 ist das Luftlager ein Ultraschallluftlager. Dazu ist die Transportbahn mit wenigsten einem Schwingungserzeuger mechanisch gekoppelt und wird von diesem zum Schwingen angeregt. Die Dimensionierung der Transportbahn hängt vom Gewicht der zu transportierenden Werkstücke ab und kann vom Fachmann ausgewählt werden.

Bei einer Weiterbildung der Vorrichtung zum Aufnehmen und Abtransportieren flacher Werkstücke nach Anspruch 4 ist die Antriebsvorrichtung ein umlaufendes Band, an dem Mitnehmervorsprünge vorgesehen sind. Diese Weiterbildung hat den Vorteil, dass die Mitnehmervorsprünge definiert hinter den Rand des Werkstücks angreifen und dieses weiterschieben. Da die Mitnehmervorsprünge in vor- bestimmten Abständen angeordnet sind, ist die Verschiebung der Werkstücke gut steuerbar.

Bei einer Weiterbildung der Vorrichtung zum Aufnehmen und Abtransportieren flacher Werkstücke nach Anspruch 5 ist die Antriebsvorrichtung ein umlaufendes Mitnehmerband, und die Transportschiene ist seitlich geneigt, sodass das Werkstück aufgrund der Schwerkraft seitlich gegen das Mitnehmerband gleitet und von diesem durch Reibkraft in Transportrichtung bewegt wird. Diese Weiterbildung ist eine sehr kostengünstige Lösung und wird dann angewendet, wenn definierte Ab- stände zwischen den Werkstücken technologisch nicht erforderlich sind.

Bei einer Weiterbildung der Vorrichtung zum Aufnehmen und Abtransportieren flacher Werkstücke nach Anspruch 6 wird der Werkstücktransport durch die abwärts geneigte Transportschiene bewirkt. Diese Weiterbildung ist eine sehr kos- tengünstige Lösung, da als Antriebsquelle die Gravitationskraft verwendet wird.

Bei einer Weiterbildung der Vorrichtung zum Aufnehmen und Abtransportieren flacher Werkstücke nach Anspruch 7 erfolgt der Werkstücktransport durch Anblasen der Werkstücke aus schräg angestellten Blasdüsen. Bei dieser Weiterbildung werden die Werkstücke lediglich angeblasen, sodass eine vollständige Berührungsfreiheit gegeben ist.

Bei einer Weiterbildung der Vorrichtung zum Aufnehmen und Abtransportieren flacher Werkstücke nach Anspruch 8 erfolgt der Werkstücktransport durch An- saugen aus schräg angestellten Saugdüsen. Für dieses Transportprinzip gelten die gleichen Vorteile wie bei der Weiterbildung nach Anspruch 7.

Bei einer Weiterbildung der Vorrichtung zum Aufnehmen und Abtransportieren flacher Werkstücke nach Anspruch 9 wird der Werkstücktransport durch schräg angestellte Ultraschallgeber bewirkt. Für dieses Transportprinzip gelten die gleichen Vorteile wie bei den Weiterbildungen nach den Ansprüchen 7 und 8. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass es zu keinen Luft- oder Gasbewegungen kommt, bei denen unerwünschte Partikel aufgewirbelt werden, die den technologischen Prozess stören können.

Bei einer Weiterbildung der Vorrichtung zum Aufnehmen und Abtransportieren flacher Werkstücke nach Anspruch 10 ist die Greifvorrichtung eine Bernoulli- Düse. Mit einem Bernoulli-Greifer ist ein Greifen über größere Entfernungen möglich, jedoch können dünnere Werkstücke zum Flattern neigen, sodass zum Greifen über größere Entfernungen vorzugsweise die Vorrichtung gemäß Anspruch 12 verwendet wird.

Bei einer Weiterbildung der Vorrichtung zum Aufnehmen und Abtransportieren flacher Werkstücke nach Anspruch 11 ist die Greifvorrichtung eine Vakuum-Saug- Düse. Diese Düse kann dann verwendet werden, wenn nur kleine Entfernungen zwischen Werkstück und Düse zu überbrücken sind.

Bei einer Weiterbildung der Vorrichtung zum Aufnehmen und Abtransportieren flacher Werkstücke nach Anspruch 12 ist die Greifvorrichtung eine Vakuum-Saug- Düse mit Druckausgleichskammern, wobei in den Druckausgleichskammern wenigstens eine Entlüftungsbohrung vorgesehen ist. Mit dieser Vakuum-Saug-Düse ist es möglich, auch sehr dünne Werkstücke zu heben, ohne dass diese flattern. Weiterhin ist es möglich, auch schwere Werkstücke sanft anzuheben, sodass ein Anschlagen des Werkstücks aufgrund der Massenträgheitskraft an der Transportbahn vermieden wird. Die Vakuum-Saug-Düse mit Druckausgleichskammern ist in der Kombination mit der Transportschiene die beste Ausführungsform der Vorrichtung zum Aufnehmen und Abtransportieren flacher Werkstücke, wenn diese Vakuum-Saug-Düse so in der Transportschiene integriert ist, dass die Düsenoberkante mit der Transportoberfläche der Transportschiene abschließt oder in der Transportschienenober- fläche versenkt angeordnet ist.

Die Vakuum-Saug-Düse mit Druckausgleichskammern wird nachfolgend hinsichtlich Aufbau und Wirkung erläutert: Zum Ansaugen wird eine vorbestimmte 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 den Glasplatten bzw. zwischen der letz- ten Glasplatte des Stapels und der Tischfläche. Zum Anheben der Glasplatte muss der anfänglich auf diese wirkende atmosphärische Druck überwunden werden, um einen kleinen Spalt zum Einströmen von Luft entstehen zu lassen. 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 An- saugdüse eine schnell reagierende Ventilsteuerung anzuordnen, die den Saugstrom nach der Überwindung der Abreißkraft erstmalig drosselt, sodass die Saugkraft zum technologisch optimalen 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.

Demzufolge wird ein Vakuumgreifer mit nachfolgenden Merkmalen in die Transportbahn integriert: Die Greiferplatte ist der Oberflächenform der Unterseite der Transportschiene angepasst. 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. An diesem Spalt hängt das Werkstück an der Greiferplatte, wenn es seine Endposi- tion 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 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 Ausnehmung. In der Ausnehmung ist wenigstens eine Entlüftungsbohrung 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 die Entlüftungsbohrung 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 au- ßen, d. h. vom Rand der Greiferplatte aus, Luft nachströmen kann. Der Querschnitt der Entlüftungsbohrung bleibt jedoch konstant. Das führt dazu, dass sich in der Ausnehmung kein Unterdruck mehr aufbauen kann, da durch die Entlüftungsbohrung 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 Saugfläche somit um ein Vielfaches kleiner als bei einem größeren Abstand der Greifer- Oberfläche 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 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 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 bei dieser Düse immer ein und ist unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks. So können mit diesem Greifer nicht nur Glasplatten mit sehr glatter Oberfläche, sondern auch Holzplatten mit rauer Oberfläche erfasst werden.

Die Vorrichtung zum Aufnehmen und Abtransportieren flacher Werkstücke wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1a,b zeigen den Aufbau und die Wirkungsweise der bevorzugten

Greiferdüse.

Fig. 2a zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung zum Aufnehmen und

Abtransportieren flacher Werkstücke ohne Antriebsvorrichtung.

Fig! 2b zeigt die in Figur 2a dargestellte Vorrichtung zum Aufnehmen und Abtransportieren flacher Werkstücke mit Antriebsvorrich- tung. Zuerst wird ein in der Vorrichtung bevorzugt einsetzbarer Vakuum-Greifer und anschließend der Gesamtaufbau der Vorrichtung in einer möglichen Ausführungsform beschrieben. Die Fig. 1a, b zeigen den Querschnitt des kreisförmigen Vakuum-Greifers zum Aufnehmen eines kreisförmigen 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 Entlüftungsbohrungen 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 Vakuum-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 die Entlüftungsbohrung 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 weiter das Werkstück sich der Greiferoberfläche nähert, 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 Entlüftungsbohrungen bleibt jedoch konstant. Das führt dazu, dass sich in der Aus- nehmung 4 kein Unterdruck mehr aufbaut, da durch die Entlüftungsbohrungen 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 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 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 Werk- stück 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 Fig. 2a zeigt eine Seitenansicht der Erfindung ohne die Antriebsvorrichtung zum Verschieben der Werkstücke 1 , die in zwei Kassetten 10 gestapelt sind. Über den zwei Kassetten 10 ist die Transportschiene 11 positioniert. An der Unterseite der Transportschiene sind Vakuum-Halte-Düsen 12 vorgesehen, deren Saugkraft ausreichend groß ist, um das Werkstück an der Unterseite der Transportschiene zu halten. Weiterhin ist die Transportschiene als Ultraschall-Luftlager ausgebildet, d. h. die Transportschiene wird von einem Ultraschall-Geber (nicht gezeigt) in Schwingungen versetzt, sodass sich zwischen den Werkstücken 1 und der Transportschiene ein Luftfilm ausbildet. Die Dimensionierung derartiger Ultraschall- Luftlager oder Ultraschall-Transportbahnen ist aus dem Stand der Technik bekannt, sodass auf nähere Erläuterungen verzichtet werden kann. Somit schwebt das Werkstück 1 berührungslos unter der Transportschiene. Die Saugkraft der Vakuum-Halte-Düsen 12 reicht nicht aus, um aus einer Kassette 13 ein Werkstück 1 zu entnehmen. Daher ist in der Transportschiene eine pneumatische Greifvorrichtung 2 integriert, die einen ausreichend starken Saugdruck zum Abheben des Werkstücks erzeugt. Obwohl in der Fig. 1a, 1a eine bevorzugt verwen- dete Saugdüse 2 beschrieben ist, können auch andere Saug- oder Bernoulli- Düsen, wie sie aus der Greifertechnik bekannt sind, eingesetzt werden, was mit den Doppelpfeilen symbolisiert ist. Mit dieser Anordnung ist es möglich, Werkstücke auch aus Kassetten oder Magazinen mit einem überstehenden Rand 13a aufzugreifen und abzutransportieren.

Mit Bezugszeichen 14 sind Hebevorrichtungen zum Anheben des Werkstückstapels bezeichnet, mit deren Hilfe das oberste Werkstück in eine Lage positioniert wird, aus der es vom Greifer 2 aufgenommen werden kann. Mit Bezugszeichen 15 sind Blasdüsen bezeichnet, mit deren Hilfe das Werkstück definiert auf z. B. einen Ablagetisch 16 abgelegt werden kann.

Die Fig. 2b zeigt eine von mehreren Möglichkeiten der Ausbildung einer Antriebsvorrichtung. Auf beiden Seiten der Förderschiene sind umlaufende Bänder 17 an- geordnet, die in vorbestimmten Abständen Mitnehmer- Vorsprünge 18 aufweisen. Diese Mitnehmer-Vorsprünge 18 greifen hinter den hinteren Rand eines Werkstücks 1 und schieben es vorwärts.

Es ist zu betonen, dass die gezeigten Ausführungsformen der Vorrichtungen an einen technologischen Prozess angepasst werden können, sodass z. B. die beschriebenen Vorrichtungen in einem System mit mehreren Transportschienen zusammen wirken können.

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Aufnehmen und Abtransportieren flacher Werkstücke, wobei die Vorrichtung nachfolgende Merkmale aufweist:

- wenigstens eine Transportschiene (11)

- mit Vakuum-Halte-Düsen (12) zum hängenden Halten des Werkstücks (1) unterhalb der Transportschiene (11) und

- mit einem Luftlager zum berührungsfreien Halten des Werkstücks entlang der Transportschiene (11) ,

- wenigstens eine Antriebsvorrichtung (17; 18) zum Verschiebe^ des Werkstücks entlang der Transportschiene und

- wenigstens eine pneumatische Greifvorrichtung (2) mit wenigstens einer pneu- matischen Greiferdüse, wobei die Greiferdüse in der Transportschiene so integriert ist, dass die Düsenoberkante mit der Transportoberfläche der Transportschiene abschließt oder in der Transportoberfläche versenkt angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Luftlager ein Düsenfeld ist, aus dem Druckluft austritt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Luftlager ein Ultraschallluftlager ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebs- Vorrichtung ein umlaufendes Band (17) ist, an dem Mitnehmervorsprünge (18) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung ein umlaufendes Mitnehmerband ist und die Transportschiene seitlich geneigt ist, sodass das Werkstück aufgrund der Schwerkraft seitlich gegen das Mitnehmerband gleitet und durch Reibkraft von diesem in Transportrichtung be- wegt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstücktransport durch die abwärts geneigte Transportschiene bewirkt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstücktransport durch Anblasen aus schräg angestellten Blasdüsen erfolgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstücktransport durch Ansaugen aus schräg angestellten Saugdüsen erfolgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstücktransport durch schräg angestellte Ultraschallgeber bewirkt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvor- richtung eine Bemoulli-Düse ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung eine Vakuum-Saug-Düse ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung eine Vakuum-Saug-Düse mit Druckausgleichskammern (4) ist, wobei in den Druckausgleichskammern (4) wenigstens eine Entlüftungsbohrung (5) vorgesehen ist.