WO2020144275A2 - GREIFVORRICHTUNG ZUM GREIFEN VON LABORGEFÄßEN - Google Patents

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WO2020144275A2
WO2020144275A2 PCT/EP2020/050422 EP2020050422W WO2020144275A2 WO 2020144275 A2 WO2020144275 A2 WO 2020144275A2 EP 2020050422 W EP2020050422 W EP 2020050422W WO 2020144275 A2 WO2020144275 A2 WO 2020144275A2
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WO
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levers
jaws
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Wolfgang Heimberg
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Hti Bio-X Gmbh
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Publication date
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/02—Gripping heads and other end effectors servo-actuated
    • B25J15/0253—Gripping heads and other end effectors servo-actuated comprising parallel grippers
    • B25J15/028—Gripping heads and other end effectors servo-actuated comprising parallel grippers actuated by cams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J15/02—Gripping heads and other end effectors servo-actuated
    • B25J15/0206—Gripping heads and other end effectors servo-actuated comprising articulated grippers
    • B25J15/0226—Gripping heads and other end effectors servo-actuated comprising articulated grippers actuated by cams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members
    • B25J15/10—Gripping heads and other end effectors having finger members with three or more finger members

Definitions

  • the present invention relates to a gripping device for gripping laboratory vessels.
  • Gripping devices for gripping lids for laboratory vessels are known per se. They are mainly used in devices for screwing and unscrewing lids for laboratory vessels.
  • Conventional gripping devices for gripping lids have a preumatic opening mechanism.
  • Each pneumatic device represents a source of contamination for the contamination of chemical or biological substances that are stored in laboratory vessels.
  • the laboratory vessels are often arranged in a rack in a two-dimensional array.
  • the lids of individual laboratory vessels have to be gripped.
  • the space to neighboring laboratory vessels is limited. Therefore, the gripping jaws of the lid gripping device should only be opened as far as is necessary in order not to bump into adjacent laboratory vessels.
  • Gripping devices are for example from GB 2018220 A, DE 10 2016 111 125 Al, DE 31 33 205 C2, EP 1 415 773 Bl, DE 30 48 522 C2, DE 20 2008 016 152 Ul, US 2008/0289463 Al, US 2016 / 0332271 Al, US 5,222,421, US 5,481,951, US 4,667,908, DE 39 10 801 Al or DE 36 17 493 Al known.
  • DE 29 04 378 A1 discloses a gripper device of the tong type with two pivotable gripper arms, which is of relatively simple design.
  • the gripper arms are arranged like pliers with a common joint. Gripping jaws are formed at one end of the pliers.
  • guide slots are made in the gripper arms, in each of which guide pins engage.
  • the guide pins are attached to a guide element which can be moved by means of a pneumatic cylinder in such a way that the pliers are opened and closed.
  • This gripping device is used for gripping workpieces produced on a lathe or other machine tools.
  • the invention has for its object to provide a gripping device for gripping laboratory vessels, which is simple, with which lids of different sizes can be reliably gripped and with which the lids can be gripped even with limited space.
  • a guide element is provided which is displaceably mounted on the base body.
  • Two inner and outer guide surfaces are formed on the guide element or on the gripping levers, and the gripping levers or the guide element each have a counter-guide element, which is arranged in each case between one of the inner and one of the outer guide surfaces, so that when the guide element is moved, the gripping levers with their Gripping jaws can be swung apart or pressed together.
  • the opening mechanism by means of the guide element, the guide surfaces and the counter-guide elements is very simple and allows a straight-line movement to be converted directly into an opening or closing movement of the gripping levers. This makes it possible to open and close the gripping levers in a controlled manner and also to open them to different degrees, so that even in limited space conditions, such as laboratory vessels arranged in a frame, the gripping levers can be inserted in a targeted manner into the space between adjacent laboratory vessels and one Lid of a laboratory vessel can be gripped.
  • the gripping levers are each pivotally attached to the base body with a swivel joint and there is a gripping jaw at the other end.
  • the swivel angle is small in relation to the path covered by the gripping jaw during a swiveling movement.
  • the inclined position of the gripping jaws is kept low compared to the cover to be gripped.
  • this permits reliable gripping of bodies of different sizes, in particular lids of different sizes.
  • the gripping jaws can be reliably inserted into corresponding free spaces in confined spaces, since they are only slightly inclined and do not require much space themselves.
  • a device for adjusting the distance between the swivel joints can be provided.
  • This device can, for example, be a threaded spindle with two, e.g. include sections, counter-rotating threads to which the swivel joints are each coupled with a nut.
  • the threaded spindle can have one, two or more threads.
  • the guide element is preferably acted upon by a spring in such a way that the gripping jaws are compressed in the relaxed state of the spring. In this relaxed state, however, the spring is not completely relaxed but is only slightly biased. As a result, a cover can be held in the gripping device solely on account of the spring tension.
  • the bias of the spring is preferably adjustable.
  • the guide element can be connected to a guide rod which is guided in a guide bush formed on the base body.
  • the gripping levers are arranged approximately mirror-symmetrically to the guide rod.
  • the guide element for opening and closing the gripping device is actuated by means of the guide rod.
  • the guide rod is preferably arranged approximately along a longitudinal central axis of the gripping device.
  • the gripping levers are preferably arranged mirror-symmetrically and / or rotationally symmetrically to the longitudinal central axis of the gripping device such that they do not cross the longitudinal central axis.
  • the gripping device can have a gripping unit with three or four gripping levers. From at least three gripping levers, circular reaction vessels or their Centered lid when gripping.
  • the gripping jaws can be made very simple and, for example, only form an edge on the gripping lever.
  • a gripping unit has exactly four gripping levers, which are arranged in particular rotationally symmetrically about the longitudinal axis.
  • the gripping levers can be moved in a straight line radially outwards or inwards with respect to a longitudinal center axis (12).
  • Such a gripping unit is very advantageous since the gripping levers can be inserted into the gusset between reaction vessels or their lids arranged in a regular grid and can securely grasp a lid or a reaction vessel even in confined spaces by the gripping levers rectilinearly radially inwards the respective lid or the respective reaction vessel can be moved.
  • straight radial is meant that the gripping arms are moved along straight lines, all of which intersect in a star shape on the longitudinal central axis.
  • the gripping arms are not moved inward in a helical movement. There is no space for this in the gussets.
  • the gripping device can have gripping levers, which are each formed with a parallel link which is pivotably arranged on a base body. At the end of the parallel link of the gripping lever remote from the base body, a gripping section is arranged, on each of which one of the gripping jaws is formed. Because of the parallel link, the gripping sections maintain their parallel position to one another or to a longitudinal central axis of the gripping device or the gripping unit when the gripping arms are pivoted. This allows the gripping of different sized lids or reaction vessels.
  • a gripping unit which has four rotationally symmetrically arranged gripping levers, which are each formed with a parallel link, are particularly advantageous since they can be easily inserted into the gusset between reaction vessels or their lids arranged in a regular grid, since the gripping sections are approximately parallel to the Longitudinal axis of the gripping device are arranged and can thus be arranged parallel to the longitudinal axis of the reaction vessels.
  • the gripping sections can thus be inserted vertically down into the gusset.
  • the gripping sections are preferably thin pins.
  • an actuator can be provided which linearly displaces the guide element.
  • the actuator is preferably a spindle drive driven by an electric motor.
  • electric motors are suitable for clean room and contamination-prone applications.
  • the actuator can also have a linear drive, which is preferably driven by means of an electromagnet.
  • the drive of the linear motor can also be a pneumatic cylinder or hydraulic cylinder.
  • a motor can be provided for rotating the gripping unit.
  • the motor is again preferably an electric motor, in particular a stepper motor, so that the angle of rotation of the gripping unit can be precisely controlled.
  • the motor is preferably controlled by a control device with which the torque with which the gripping unit is rotated can be adjusted. This allows the torque applied to the cover to be adjusted.
  • the motor is preferably coupled to the gripping unit by means of a tubular shaft.
  • the actuator can act on the guide rod for linear displacement of the guide element.
  • the gripping unit, the motor for rotating the gripping unit and the actuator for linearly displacing the guide element can thus be arranged in a line with one another.
  • the motor for rotating the gripping unit can be arranged a short distance from the tubular shaft and can transmit a rotary movement to the shaft by means of a belt.
  • the motor for rotating the gripping unit and the actuator can be arranged laterally next to one another with respect to the rotary shaft or the guide rod.
  • the counter-guide elements are preferably designed as sliding elements.
  • the sliding elements can be ball bearings or sliding pins, for example made of a material with a low coefficient of friction, such as PTFE. These sliding elements can slide along the guide surfaces, the rolling of a ball bearing along the guide surface also being regarded as sliding here.
  • the counter-guide elements are preferably arranged with little play between each of the inner and one of the outer guide surfaces. As a result, each counter-guide element is in contact with either only one of the inner or only one of the outer guide surfaces.
  • the play is preferably a few pm so that the hysteresis of the gripping device is as low as possible.
  • the play is preferably slight at the end regions of the guide surfaces in order to achieve defined end positions of the gripping jaws in the open and closed state of the gripping device. In the interim Chen can be formed a larger or larger game, which causes a correspondingly large hysteresis but ensures smooth operation.
  • the guide surfaces can be approximately rectilinear with a certain inclination with respect to the longitudinal center axis of the gripping device.
  • the guide surfaces can also form a curved path with path sections which are inclined differently with respect to the longitudinal center axis of the gripping device, the path sections arranged in proximity to the longitudinal center axis preferably having a lower inclination with respect to the longitudinal center axis than the path sections arranged further away.
  • the more inclined track sections lead to a greater opening or closing of the gripping jaws when the same path of the guide element is covered than the less inclined sections of the guide surfaces.
  • the less inclined guide surfaces produce a greater closing force when closing than the more inclined sections. High closing forces are necessary in particular when the gripping device is compressed, which is why the less inclined track sections close to the longitudinal central axis are preferred.
  • the inclination of the guide surfaces is preferably designed such that, in order to open the gripping device, the guide element is to be displaced in the direction of the gripping jaws and in its end position comes to lie adjacent to the gripping jaws.
  • the guide element serves as an ejector for a cover gripped between the gripping jaws.
  • the guide element can also have a projection projecting in its end position in the region between the gripping jaws. This projection can also be spring-loaded.
  • the guide surfaces are formed on the guide element and the counter-guide elements are arranged on the gripping levers, then the guiding surfaces have a greater distance from the gripping jaws with increasing distance from the longitudinal center axis of the gripping device, so that the gripping jaws are closed when the guiding element moves in the direction of the gripping jaws becomes. If, on the other hand, the guide surfaces are arranged on the gripping levers and the counter-guide elements on the guide element, the distance between the guide The further away the guide surfaces are from the gripping jaws, the smaller the surface area to the longitudinal center axis.
  • the gripping jaws preferably have a stepped gripping surface in plan view, the steps extending approximately parallel to the longitudinal central axis of the gripping device and being arranged along a circular segment surface which is approximately concentric to the longitudinal central axis of the gripping device.
  • the gripping jaws can each have only one or two gripping edges formed parallel to the longitudinal center axis of the gripping device. These gripping edges are preferably designed as cutting edges. This is particularly useful if plastic gripping devices are to be gripped with the gripping device. These can then be reliably detected with the cutting edges.
  • the gripping jaws can be designed with their gripping surfaces with sections that are inclined differently with respect to the longitudinal center axis of the gripping device. As a result, the gripping jaws can grip cylindrical bodies of different diameters, one of the partial sections of the gripping jaws lying approximately flat on the lateral surface of the cylindrical body. This is particularly advantageous for gripping lids of different sizes with a cylindrical wall.
  • the gripping jaws can be opened or closed to different degrees. Lids from laboratory vessels can be reliably gripped, even if there is only a small gap around the respective lid.
  • a rotating device with a motor can be integrated into the gripping device, so that the gripping device itself can be used for screwing or unscrewing lids on laboratory vessels.
  • the guide surfaces and the corresponding counter-guide elements form a link guide.
  • the guide surfaces can be designed so that any path-force conversion of the movement of the guide element can be converted into a gripping force of the gripping jaws.
  • the drives actuator; rotating device
  • the drives can be designed electrically, so that the gripping device is suitable for use in a clean room or in contamination containers.
  • Lids of different sizes can be reliably gripped.
  • a laboratory vessel can be gripped directly on its body or on a lid attached to it.
  • FIG. 1 shows a gripping device in a perspective view with a gripping unit according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a perspective view of a gripping unit according to a second exemplary embodiment, which is similar to a gripping unit used in the gripping device of FIG. 1 and differs only in the length of the gripping lever,
  • FIG. 3 shows the gripping unit from FIG. 1 in a sectional view
  • FIG. 4 shows the gripping unit from FIG. 3 together with a guide rod with a
  • FIG. 5 shows the gripping unit from FIG. 3 with a guide rod, which is coupled to a pneumatic actuator, in a partial sectional view
  • Figure 6 is a gripping device in perspective view with a pneumatic
  • FIG. 7 shows the embodiment of a gripping unit with long gripping levers according to FIG. 2 in a partial sectional view
  • FIG. 8 shows a gripping jaw in plan view
  • FIG. 9 shows the gripping jaws from FIG. 8 in a partial sectional view looking from the side
  • FIG. 10 shows a gripping unit according to a third exemplary embodiment with four gripping levers in a perspective view obliquely from below,
  • FIG. 11 shows a guide element of the gripping unit according to FIG. 10 in a perspective view
  • FIG. 12 shows the gripping unit from FIG. 10 in the open state, wherein it is placed on a lid of a reaction vessel, in a perspective view, and
  • FIG. 13 the gripping unit from FIG. 10 in the closed state, wherein it grips a lid of a reaction vessel, in a perspective view, and
  • FIG. 14 the gripping unit from FIG. 10 when gripping and pulling out a reaction vessel from a frame in which many reaction vessels are arranged in a regular grid.
  • a first embodiment of a gripping device 1 comprises a gripping unit 2 according to a first exemplary embodiment, a rotating unit 3 for rotating the gripping unit 2 and an actuator unit 4 for actuating the gripping unit 2 (FIG. 1).
  • the gripping unit 2 has a base body 5, on which two gripping levers 6 are each pivotable at one end and are each fastened with a pivot joint 7. At the end of the gripping lever 6 remote from the respective swivel joint 7, a gripping jaw 8 is formed in each case.
  • the gripping jaws 8 of the two gripping levers 6 are arranged facing one another (FIGS. 2, 3).
  • the gripping unit 2 has a guide element 9 which is fastened to a guide rod 10.
  • the guide rod 10 is displaceably mounted in a guide bush 11, so that the guide element 9 is arranged displaceably on the base body 5.
  • a longitudinal axis of the guide rod 10 also forms a longitudinal central axis 12 of the gripping device 1.
  • the gripping levers 6 and the guide element 9 are arranged and formed in mirror symmetry with the longitudinal central axis 12.
  • the guide rod 10 extends from the guide element 9 through the rotating unit 3 to the actuator unit 4.
  • the guide rod 10 can be ment 9 distal end in the actuator unit 4, or also enforce this and be slidably mounted in a separate guide jaw 13 ( Figure 1).
  • the gripping device 1 is usually used in such a way that the gripping levers 6 point downward with their gripping jaws 8. Therefore, in the present description, the direction downward means a direction starting from the rotating unit 3 or actuator unit in the direction of the gripping jaws 8, and an upward direction means a direction starting from the gripping unit 2 in the direction of the rotating unit 3 or actuator unit 4 .
  • the gripping device 1 can also be arranged in use so that the gripping jaws 8 point to the side or upwards, even if this is not so common.
  • the base body 5 is surrounded by an approximately cuboid housing 16 with two broad side walls 14, two narrow side walls 15.
  • a through opening is formed in the center of the base body 5, the base body 5 having a hollow cylindrical cylinder section 17 which extends downward from the cover in the region of the through opening.
  • the guide bushing 11 is arranged, which extends downward beyond the cylinder section 17 and forms an annular web on its upper edge, with which it lies against the cover 16 from above.
  • a further, upper cylinder section 18 is formed on the base body 5, which in turn is arranged concentrically to the through opening or to the longitudinal central axis 12 and has a slightly larger inner diameter than the lower cylinder section 17, so that there is sufficient space for the ring web of the guide bushing 11.
  • two vertical, strip-shaped wall sections are formed, each of which has a threaded bore, so that the cover 16 can be connected to the tubular housing body formed by the broad side walls 14 and narrow side walls 15 using corresponding screws (not shown).
  • the swivel joints 7 of the gripping levers 6 are each penetrated by a shaft 19.
  • the base body 5 has two vertical wall sections, which extend downward at the edge of a cover section 5/1 of the base body, and are thus arranged in parallel and with some play within an upper section 14/1 (FIG. 2) of the two opposite broad side walls 14 .
  • the cover section 5/1 and the vertical wall sections thus form a U-profile which is open at the bottom in cross section.
  • the ends of the shafts 19 are fastened to the vertical wall sections of the base body 5.
  • the gripping levers 6 have a slot-shaped recess 20 (FIG. 2) in the area between the swivel joint 7 and the gripping jaws 8, which extends parallel to the broad side walls 14.
  • the slot-shaped recess 20 has a clear width, so that the guide element 9, which is plate-shaped, has some play in it.
  • the guide element 9 is fastened to the lower end of the guide rod 10 and extends in the horizontal direction through both slot-shaped recesses 20 of the two gripping levers 6.
  • the guide element 9 has two blind hole-shaped recesses 21 opening upwards. These recesses each form an inner guide edge or guide surface 22, an outer guide edge or guide surface 23 and a bottom section 24.
  • the guide surfaces 22, 23 run from bottom to top with increasing distance from the longitudinal central axis 12.
  • a counter-guide element 25 which in the present exemplary embodiment is a rotatably mounted disk which is in particular designed as a ball bearing.
  • the distance between the respective inner guide surface 22 and the adjacent outer guide surface 23 is designed such that the counter-guide element 25 can be accommodated with a little play between the respectively opposite guide surfaces 22, 23.
  • the guide rod 10 extends from the guide element 9 upwards through the guide bushing 11 a little upwards.
  • the upper end of the guide rod 10 ends in the region of the upper cylinder section 18.
  • the cylinder rod is provided with an external thread at the upper end, so that a ring 26 with an internal thread can be screwed onto the guide rod 10.
  • a spring element 27, which is a helical spring in the present exemplary embodiment, is arranged between the ring 26 and the ring web of the guide bush 11.
  • the spring element 27 is under a certain prestress, so that it presses the guide rod 10 and thus the guide element 9 upwards.
  • the pretension can be changed in its position on the guide rod 10 by adjusting the ring 26.
  • washers can be used between the ring 26 and the spring element 27 in order to increase the spring tension.
  • the spring element 27 can also be designed as a non-linear spring, for example as a plate spring.
  • a non-linear spring for example as a plate spring.
  • This force can be in the form of a Passive permanent magnets are provided, which is arranged such that a magnetic force is applied between one of the movable components (eg ring 26) and one of the fixed components (eg upper cylinder section 18) of the gripping device 1.
  • the upward-facing end face of the guide rod 10 has a conical recess.
  • This upper guide rod 10/2 can press against the lower guide rod 10/1 by means of the actuator unit 4 and thus move it. If the upper guide rod 10/2 is raised, the lower guide rod 10/1 follows the movement of the upper guide rod 10/2 by the action of the spring element 27.
  • the upper guide rod 10/2 has a downward-pointing tip 29, which fits in a form-fitting manner in the conical recess 28 of the lower guide rod 10/1.
  • the end faces of the two guide rods 10/1 and 10/2 can be flat or shaped differently in order to be able to interact accordingly.
  • FIG. 4 shows the compressed or closed position and FIG. 3 shows the compressed or opened position.
  • the play with which the counter-guide elements 25 are received between the respective inner and outer guide surfaces 22, 23 should be small, so that the hysteresis caused thereby when opening and closing is as small as possible.
  • the counter-guide elements 25 should not abut the inner and outer guide surfaces 22, 23 at the same time, since this could otherwise block the movement.
  • the inner and the outer guide surface are each formed in a straight line.
  • the inner and outer guide surfaces each have differently inclined sections, so that the movement of the guide rod 10 is converted into an opening or closing movement to different degrees.
  • the gripping unit 2 is closed by the action of the spring element 27.
  • the guide element 9 extends laterally through the two slot-shaped recesses 20 of the gripping levers 6.
  • the gripping levers only in the form of a plate, with counter-guide elements 25 being able to be arranged on both sides of the gripping levers 6, in which case the Guide element 9 is designed such that it rests on both sides of the gripping lever 6. This can be effected, for example, by a slot-shaped recess in the guide element in which the gripping levers 6 are located.
  • the gripping lever 6 in the form of a plate and to provide a plate-shaped guide element 9 which engages only on one side of the gripping lever 6.
  • the gripping unit 2, the rotating unit 3 and the actuator unit 4 are fastened to a common holding plate 30, so that the entire gripping device 1 forms one unit.
  • the upper cylinder section 18 of the gripping unit 2 is rotatably supported by means of suitable bearings 31, in particular ball bearings 31 (FIG. 5).
  • the bearings 31 encompass the upper cylinder section 18 in the lower region.
  • the upper area of the upper cylinder section 18, the latter is surrounded by a jaw 32 which is coupled to the rotating unit 3.
  • the jaw 32 is connected to the upper cylinder section 18 in such a way that there is a rotationally fixed connection between the jaw 32 and the upper cylinder unit 18.
  • the rotationally fixed connection between the jaws and the cylinder unit 18 can be designed to be form-fitting (e.g. by means of grooves and springs), non-positive (e.g. by means of screws) and / or frictional.
  • the rotating unit has a stepper motor, so that the gripping unit can be rotated about the longitudinal central axis 12 in any angular position that is arbitrary but defined.
  • the guide rod 10 is formed in two parts, the lower part of the guide rod 10/1 can be rotated relative to the upper part of the guide rod 10/2.
  • the upper part of the guide rod 10/2 only carries out a translatory movement with which a movement downwards or upwards is carried out.
  • the upper part of the guide rod 10/2 is preferably raised so that the two parts 1071 and 1072 do not rub against one another.
  • the actuator unit 4 is designed as an electromagnetic actuator (FIG. 1, FIG. 4). However, this can also be a pneumatic actuator (FIGS. 5, 6). Due to the two-part design of the guide rod, there is a decoupling between the gripping unit 2 and the actuator unit 4. As a result, the gripping unit 2 can be easily combined with any actuator unit 4.
  • the gripping jaws preferably have one or more vertically running gripping edges, in particular a cutting edge, with which the gripping jaws grip a cover on its peripheral surface and in particular cut into the peripheral surface of the cover in order to grip it (FIGS. 3, 4, 5).
  • a gripping jaw preferably has two such gripping edges and the other gripping jaw has a single gripping edge, as a result of which a three-point support is brought about on the circumference of the cover.
  • a different number of gripping edges, in particular two gripping edges on each gripping jaw can also be provided.
  • the gripping jaws 8 can also have a stepped gripping surface with a plurality of steps 33 in plan view.
  • the steps run approximately vertically and along a circular segment surface or funnel-shaped surface which is approximately concentric or symmetrical to the longitudinal central axis on the gripping device (FIGS. 8, 9).
  • covers 34 with different diameters can be reliably gripped, each gripping jaw engaging the cover with four steps 33 (FIGS. 2, 7, 8).
  • the individual steps 33/1 to 33/4 or gripping edges are inclined differently with respect to the longitudinal central axis 12 of the gripping device 1 (FIG. 9).
  • the different opening angle of the gripping jaws 8 is compensated for when the gripping jaws 8 are opened at different widths, and the steps 33/1 to 33/4 or gripping edges lie approximately flat on the circumference of the respective cover 34.
  • the length of the gripping lever 6 can be adapted to the respective application.
  • FIGS. 1, 3, 4, 5 and 6 showing an exemplary embodiment with short gripping levers
  • FIGS. 2, 7 showing an exemplary embodiment with long gripping levers.
  • the gripping jaws prefferably be formed with their gripping surfaces with sections that are inclined differently with respect to the longitudinal central axis 12 of the gripping device 1.
  • a third exemplary embodiment of a gripping unit 2 is explained below with reference to FIGS. 10 to 14.
  • the basic construction of this third exemplary embodiment of the gripping unit 2 corresponds to the two exemplary embodiments of the gripping unit 2 explained above, which is why the same parts are designated with the same reference numerals. The descriptions of these parts are not repeated below, which is why the above explanations apply to these parts unless otherwise stated below.
  • the gripping unit 2 according to the third exemplary embodiment can be inserted into and used with the gripping devices 1 explained above. All three embodiments of the gripping units 2 are interchangeable.
  • the gripping unit 2 of the third exemplary embodiment has four gripping levers 6.
  • the gripping levers 6 are each pivotably arranged on a base body 5 which is circular in plan view and has an upper cylinder section 18 pointing upwards.
  • the webs 35 form a cross in the view from below.
  • the gripping levers 6 is pivotally mounted on each side surface of one of the webs 35.
  • the gripping levers 6 each have a parallel link 36.
  • the parallel links 36 are each formed from two pivot levers 37 arranged parallel to one another.
  • the pivot levers 37 of a parallel link 36 are each pivotally attached to one of the webs 35 with a pivot joint 38.
  • a gripping section 39 of the respective gripping lever 6 is provided.
  • the pivot levers 37 With their ends remote from the base body 5, the pivot levers 37 are each pivotably attached to the gripping section 39 by means of a pivot joint 40.
  • the gripping section 39 has a wide end region to which the pivot levers 37 are pivotally attached and taper downwards.
  • the gripping sections 39 each form an inward-pointing gripping jaw 8. In the area of the gripping jaws 8, the gripping section 39 is formed into a thin, approximately pin-shaped or rod-shaped gripping jaw section 41.
  • the gripping jaw sections 41 run approximately parallel to the longitudinal central axis 12 of the gripping unit 2 or gripping device 1. Since the gripping levers 6 are each formed with one of the parallel links 36, the gripping jaw sections 41 maintain their position parallel to the longitudinal central axis 12 when the gripping levers 6 are pivoted. The gripping jaw sections 41 are moved outwards or inwards with respect to the longitudinal central axis 12 when the pivoting levers 6 are pivoted, although they are not inclined relative to the longitudinal central axis 12. By means of this pivoting movement of the gripping levers 6, when opening and closing the gripping unit 2, the gripping levers are moved in a straight line radially outwards or inwards with respect to the longitudinal central axis 12.
  • the gripping unit 2 of the third exemplary embodiment similar to the gripping units 2 of the above-described exemplary embodiments, has a guide element 9 which interacts with corresponding counter-guide elements 25 which are arranged on the gripping levers 6.
  • the guide element 9 is attached to the lower end of a guide rod 10 in the same way as in the exemplary embodiments explained above.
  • the design and arrangement of the guide rod 10 also corresponds to the exemplary embodiment explained above (see, for example, FIG. 3).
  • the guide element 9 has four wings 42, which are arranged in a cross shape in the plan view with a slight offset in the center.
  • Each wing 42 has an upwardly opening, blind hole-shaped recess 21. These recesses each form an inner guide edge or guide surface 22, an outer guide edge or guide surface 23 and a bottom section 24.
  • the guide surfaces 22, 23 run from bottom to top with increasing distance from the longitudinal central axis 12.
  • One of the counter-guide elements 25 is arranged on the gripping section 9 at the upper end region, which in the present exemplary embodiment is a rotatably mounted disk, which is designed in particular as a ball bearing.
  • the distance between the respective Ren guide surface 22 and the adjacent outer guide surface 23 is formed such that the counter-guide element 25 can be received with a little play between the respectively opposite guide surfaces 22, 23.
  • the guide element 9 and the counter-guide elements 25 are exactly the same as in the exemplary embodiments explained above. If the guide element 9 in the gripping unit 2 is moved a little upwards by means of the guide rod 10, the counter-guide elements 25 roll along the corresponding outer guide surfaces 23, as a result of which the respective fleece arm 6 moves inwards, i.e. is pivoted in the direction of the longitudinal central axis 12. When the guide element is lowered, the counter-guide elements 25 roll along the inner guide surfaces 22, as a result of which the lever arms 6 are pressed outwards and thus away from the longitudinal central axis 12. By moving the guide element 9 up or down, the four gripping jaws 8 can be moved apart or moved together synchronously. The gripping unit 2 can thus be opened or closed.
  • a spacer 43 can optionally be arranged on the underside of the guide element 9.
  • the spacer 43 has a pin 44 which is arranged concentrically to the longitudinal central axis 12 and is fastened to the guide element 9.
  • a hold-down bushing 45 which surrounds the pin 44 is provided.
  • the hold-down bush 45 is vertically displaceable on the pin 44, a stop being provided on the pin 44 and a corresponding counter-stop on the hold-down bush 45, so that the hold-down bush 45 cannot be moved beyond a lower end position.
  • a helical spring 46 is arranged around the pin 44, which is clamped between the hold-down bush 45 and the guide element 9 and presses the hold-down bush 45 away from the guide element 9.
  • the gripping unit 2 with the hold-down bush 45 can be placed on the top of a lid 34 of a reaction vessel.
  • This spacer 43 ensures that the gripping unit 2 does not engage too deeply on the reaction vessel, but rather only grips the lid 34 with its gripping jaws 8. This is particularly useful if you want to use the gripping unit 2 to unscrew the lid from the reaction vessel. Then the gripping unit 2 may only act on the lid 34 and not on the reaction vessel itself. This is ensured with the help of the spacer 43. Further- The spring-loaded spacer 43 serves to push the cover downwards out of the gripping unit 2 and eject it when the gripping unit 2 is opened.
  • Reaction vessels 47 are often held in a frame 48 (FIG. 14).
  • the rack 48 is often also referred to as a rack.
  • the reaction vessels 47 are arranged with the highest possible packing density in a regular, in particular square, grid.
  • the reaction vessels 47 are arranged at the smallest possible distance from one another. Since the reaction vessels and their lids are usually circular in plan view, four intermediate regions 49, which are also referred to as gussets, are formed in such a frame around each reaction vessel 47. In plan view, these gussets 49 are arranged at the four corners of a square which surrounds each reaction vessel 47.
  • one of the four gripping levers 6 can be inserted into one of the gussets 49, which are arranged around a reaction vessel, and the reaction vessel itself or the reaction vessel can be gripped securely and reliably on its cover. Since the gripping jaw sections 41 are thin, elongated, vertically aligned pin or rod-shaped elements, they can be reliably inserted into the smallest gusset areas. It is also advantageous here that when the lever arms 6 are pivoted out, the gripper jaw sections 41 maintain their parallel position with respect to the longitudinal central axis 12.
  • This gripping unit 2 is therefore suitable for gripping reaction vessels of different sizes or reaction vessels with lids of different sizes.
  • the reaction vessels can be arranged close to one another in a frame. Nevertheless, they can be gripped reliably.
  • covers can be firmly gripped, so that high torques can be transmitted from the gripping unit 2 to the cover. It has been shown that from the gripping unit to the Torques exerted on the cover can be greater than the maximum torques that can usually be applied by people when opening or closing.
  • reaction vessel closed with a lid is held by the gripping unit 2 and moved to a static gripping jaw, the reaction vessel with high
  • the lid can be reliably removed or unscrewed from such a reaction vessel.
  • This allows the use of such a gripping unit 2 in an automatic process in which a large number of reaction vessels are handled. If, for example, reactions take place in the reaction vessel that lead to a suppression, this causes the lid to be held on the reaction vessel with high forces. Even in such cases, the lid can be reliably removed with this gripping unit 2, provided that a corresponding holding device is provided for the reaction vessel, which can absorb correspondingly high forces.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung zum Greifen von Deckeln für Laborgefäße. Die Greifvorrichtung umfasst eine Greifeinheit mit einem Grundkörper, an dem zwei Greifhebel jeweils mit einem Ende schwenkbar mit jeweils einem Schwenkgelenk befestigt sind. An dem vom jeweiligen Schwenkgelenk entfernten Ende der Greifhebel ist jeweils ein Greifbacken ausgebildet, so dass die Greifbacken zueinander weisend angeordnet sind. Es ist ein Führungselement vorgesehen, das am Grundkörper verschieblich gelagert ist und am Führungselement oder an den Greifhebeln sind jeweils zwei innere und äußere Führungsflächen ausgebildet. Die Greifhebel oder das Führungselement weisen jeweils ein Gegenführungselement auf, welches jeweils zwischen einer der inneren und einer der äußeren Führungsflächen angeordnet ist, so dass beim Verschieben des Führungselementes die Greifhebel mit ihren Greifbacken auseinandergeschwenkt oder zusammengedrückt werden.

Description

Greifvorrichtung zum Greifen von Laborgefäßen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung zum Greifen von Laborgefäßen.
Greifvorrichtungen zum Greifen von Deckeln für Laborgefäße sind an sich bekannt. Sie werden vor allem in Vorrichtungen zum Verschrauben und Entschrauben von Deckeln für Laborgefäße verwendet.
Herkömmliche Greifvorrichtungen zum Greifen von Deckeln weisen einen preumatischen Öffnungsmechanismus auf. Jede Pneumatikeinrichtung stellt eine Kontaminationsgefahrenquelle zur Kontaminierung chemischer oder biologischer Substanzen, welche in Laborgefäßen vorgehalten werden, dar.
Die Laborgefäße sind oftmals in einem Gestell (engl. : rack) in einem zweidimensionalen Feld (engl.: array) angeordnet. In dieser Anordnung müssen von einzelnen Laborgefäßen die Deckel gegriffen werden. Der Platz zu benachbarten Laborgefäßen ist begrenzt. Daher sollten die Greifbacken der Deckelgreifvorrichtung nur so weit geöffnet werden, wie es notwendig ist, um nicht an benachbarte Laborgefäße anzustoßen.
Es gibt eine Vielzahl von unterschiedlichen Greifvorrichtungen. Greifvorrichtungen sind beispielsweise aus der GB 2018220 A, DE 10 2016 111 125 Al, DE 31 33 205 C2, EP 1 415 773 Bl, DE 30 48 522 C2, DE 20 2008 016 152 Ul, US 2008/0289463 Al, US 2016/0332271 Al, US 5,222,421, US 5,481,951, US 4,667,908, DE 39 10 801 Al oder DE 36 17 493 Al bekannt.
Diese bekannten Greifvorrichtungen weisen oftmals einen komplizierten Mechanismus auf, um zwei einander gegenüberliegende Greifbacken zusammenzudrücken oder zu öffnen. Aus der DE 29 04 378 Al geht eine Greifvorrichtung des Zangentyps mit zwei schwenkbaren Greifarmen hervor, welche relativ einfach ausgebildet ist. Die Greifarme sind wie eine Zange mit einem gemeinsamen Gelenk angeordnet. An einem Ende der Zange sind Greifbacken ausgebildet. Am anderen Ende sind Führungsschlitze in den Greifarmen eingebracht, in welche jeweils Führungsstifte eingreifen. Die Führungsstifte sind an einem Führungselement befestigt, das mittels eines Pneumatikzylinders derart bewegt werden kann, dass die Zange geöffnet und geschlossen wird. Diese Greifvorrichtung dient zum Greifen von an einer Drehbank oder anderen Werkzeugmaschinen gefertigten Werkstücken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Greifvorrichtung zum Greifen von Laborgefäßen zu schaffen, welche einfach ausgebildet ist, mit welcher Deckel unterschiedlicher Größe zuverlässig gegriffen werden können und mit welcher die Deckel auch bei begrenztem Platz gegriffen werden können.
Die Aufgabe wird durch eine Greifvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung zum Greifen von Laborgefäßen umfasst eine Greifeinheit mit einem Grundkörper, an dem zwei Greifhebel jeweils mit einem Ende schwenkbar mit jeweils einem Schwenkgelenk befestigt sind, wobei an den vom jeweiligen Schwenkgelenk entfernten Ende der Greifhebel jeweils ein Greifbacken ausgebildet ist, so dass die Greifbacken zueinander weisend angeordnet sind. Es ist ein Führungselement vorgesehen, das am Grundkörper verschieblich gelagert ist. Am Führungselement oder an den Greifhebeln sind jeweils zwei innere und äußere Führungsflächen ausgebildet und die Greifhebel oder das Führungselement weisen jeweils ein Gegenführungselement auf, welches jeweils zwischen einer der inneren und einer der äußeren Führungsflächen angeordnet ist, so dass beim Verschieben des Führungselementes die Greifhebel mit ihren Greifbacken auseinandergeschwenkt oder zusammengedrückt werden.
Der Öffnungsmechanismus mittels des Führungselementes, den Führungsflächen und den Gegenführungselementen ist sehr einfach ausgebildet und erlaubt eine geradlinige Bewegung in eine Öffnungs- bzw. Schließbewegung der Greifhebel direkt umzusetzen. Hierdurch ist es möglich, die Greifhebel gesteuert zu öffnen und zu schließen und auch unterschiedlich weit zu öffnen, so dass auch bei begrenzten Raumverhältnissen, wie zum Beispiel in einem Gestell angeordneten Laborgefäßen, gezielt in den Zwischenraum zwischen benachbarten Laborgefäßen die Greifhebel eingeführt werden können und einen Deckel eines Laborgefäßes gegriffen werden kann. Die Greifhebel sind jeweils an einem Ende mit einem Schwenkgelenk schwenkbar am Grundkörper befestigt und am anderen Ende befindet sich jeweils ein Greifbacken. Hierdurch ist im Vergleich zu einem zangenartigen Greifelement, wie es beispielsweise aus der DE 29 04 378 Al bekannt ist, der Schwenkwinkel im Verhältnis zum Weg, den der Greifbacken einer Schwenkbewegung zurücklegt, klein. Hierdurch wird die Schrägstellung der Greifbacken gegenüber dem zu greifenden Deckel gering gehalten. Dies erlaubt einerseits das zuverlässige Greifen unterschiedlich großer Körper, insbesondere unterschiedlich großer Deckel. Andererseits können die Greifbacken bei beengten Raumverhältnissen zuverlässig in entsprechende Freiräume eingefügt werden, da sie nur eine geringe Schrägstellung aufweisen und selbst nicht viel Platz benötigen.
Es kann eine Einrichtung zum Verstellen des Abstandes der Schwenkgelenke vorgesehen sein. Diese Einrichtung kann bspw. eine Gewindespindel mit zwei, z.B. abschnittsweise, gegenläufigen Gewinden umfassen, an welche die Schwenkgelenke jeweils mit einer Mutter gekoppelt sind. Durch Drehen der Spindel werden die beiden Schwenkgelenke voneinander entfernt oder aufeinander zu bewegt. Hierdurch ist es möglich, den Winkel, mit welchem die Greifbacken einen Deckel greifen, einzustellen. So können unterschiedlich große Deckel zuverlässig gegriffen werden. Hierfür kann die Gewindespindel ein-, zwei oder mehrgängig ausgebildet sein.
Das Führungselement wird vorzugsweise mittels einer Feder derart beaufschlagt, dass in entspanntem Zustand der Feder die Greifbacken zusammengedrückt sind. Die Feder ist in diesem entspannten Zustand jedoch nicht vollständig entspannt sondern lediglich geringfügig vorgespannt. Hierdurch kann ein Deckel alleine aufgrund der Federspannung in der Greifvorrichtung gehalten werden. Die Vorspannung der Feder ist vorzugsweise einstellbar.
Das Führungselement kann mit einer Führungsstange verbunden sein, welche in einer am Grundkörper ausgebildeten Führungsbuchse geführt ist. Die Greifhebel sind etwa spiegelsymmetrisch zur Führungsstange angeordnet. Mittels der Führungsstange wird das Führungselement zum Öffnen und Schließen der Greifvorrichtung betätigt. Die Führungsstange ist vorzugsweise etwa entlang einer Längsmittelachse der Greifvorrichtung angeordnet.
Die Greifhebel sind vorzugsweise spiegelsymmetrisch und/oder rotationssymmetrisch zur Längsmittelachse der Greifvorrichtung so angeordnet, dass sie die Längsmittelachse nicht kreuzen.
Die Greifvorrichtung kann eine Greifeinheit mit drei oder vier Greifhebel aufweisen. Ab zumindest drei Greifhebel werden in der Draufsicht kreisförmige Reaktionsgefäße oder deren Deckel beim Greifen zentriert. Bei einer solchen Ausführungsform können die Greifbacken sehr einfach ausgebildet sein und bspw. lediglich eine Kante am Greifhebel bilden.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Greifeinheit genau vier insbesondere rotationssymmetrisch um die Längsachse angeordnete Greifhebel auf. Die Greifhebel sind beim Öffnen und Schließen der Greifeinheit geradlinig radial nach außen oder innen bzgl. einer Längsmittelachse (12) bewegbar. Eine solche Greifeinheit ist sehr vorteilhaft, da die Greifhebel in die Zwickel zwischen in einem regelmäßigen Raster angeordneten Reaktionsgefäßen bzw. deren Deckel eingefahren werden können und sicher auch bei beengten räumlichen Verhältnissen einen Deckel oder ein Reaktionsgefäß greifen können, indem die Greifhebel geradlinig radial nach innen auf den jeweiligen Deckel oder das jeweilige Reaktionsgefäß hinzu bewegt werden. Mit„geradlinig radial" ist gemeint, dass die Greifarme entlang geradlinigen Linien bewegt werden, welche sich alle sternförmig an der Längsmittelachse schneiden. Die Greifarme werden nicht in einer schraubenförmigen Bewegung nach innen bewegt. Hierfür ist in den Zwickeln kein Platz.
Nach noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Greifvorrichtung Greifhebel aufweisen, welche jeweils mit einem Parallellenker ausgebildet sind, der schwenkbar an einem Grundkörper angeordnet ist. An dem vom Grundkörper entfernten Ende des Parallellenkers des Greifhebels ist ein Greifabschnitt angeordnet, an dem jeweils einer der Greifbacken ausgebildet ist. Aufgrund des Parallellenkers behalten die Greifabschnitte ihre parallele Position zueinander bzw. zu einer Längsmittelachse der Greifvorrichtung bzw. der Greifeinheit bei, wenn die Greifarme geschwenkt werden. Dies erlaubt das Greifen von unterschiedlich großen Deckeln bzw. Reaktionsgefäßen.
Eine Greifeinheit, die vier rotationssymmetrisch angeordnete Greifhebel aufweist, welche jeweils mit einem Parallellenker ausgebildet sind, sind besonders vorteilhaft, da mit ihnen in die Zwickel zwischen in einem regelmäßigen Raster angeordneten Reaktionsgefäßen bzw. deren Deckel einfach eingefahren werden kann, da die Greifabschnitte etwa parallel zur Längsachse der Greifvorrichtung angeordnet sind und damit parallel zur Längsachse der Reaktionsgefäße anordbar sind. Die Greifabschnitte können somit vertikal nach unten in die Zwickel eingefahren werden. Die Greifabschnitte sind vorzugsweise dünne Stifte.
Zum Betätigen des Führungselementes kann ein Aktuator vorgesehen sein, der das Führungselement linear verschiebt. Der Aktuator ist vorzugsweise ein mittels eines Elektromotors angetriebener Spindelantrieb. Elektromotoren sind im Gegensatz zu pneumatischen und hydraulischen Stellelementen für Reinräume- und kontaminationsgefährdete-Anwendungen geeignet. Alternativ kann der Aktuator auch eine Linearantrieb aufweisen, der vorzugsweise mittels eines Elektromagneten angetrieben wird. In Anwendungen, bei welchen keine Reinraumanforderungen bestehen, kann der Antrieb des Linearmotors auch ein Pneumatikzylinder oder Hydraulikzylinder sein.
Weiterhin kann ein Motor zum Drehen der Greifeinheit vorgesehen sein. Der Motor ist wiederum bevorzugt ein Elektromotor, insbesondere ein Schrittmotor, so dass der Drehwinkel der Greifeinheit exakt gesteuert werden kann.
Der Motor wird vorzugsweise von einer Steuereinrichtung angesteuert, mit welcher das Drehmoment eingestellt werden kann, mit welchem die Greifeinheit gedreht wird. Hierdurch kann das auf die Deckel ausgeübte Drehmoment eingestellt werden.
Der Motor ist vorzugsweise mittels einer rohrförmigen Welle an die Greifeinheit gekoppelt. Hierdurch kann die Führungsstange durch die Welle hindurch geführt werden. An der Führungsstange kann der Aktuator zum linearen Verschieben des Führungselementes angreifen. Die Greifeinheit, der Motor zum Drehen der Greifeinheit und der Aktuator zum linearen Verschieben des Führungselementes können somit in einer Linie zueinander angeordnet sein. Je nach zu Verfügung stehendem Bauraum können jedoch auch andere Anordnungen zweckmäßig sein. So kann der Motor zum Drehen der Greifeinheit ein Stück entfernt von der rohrförmigen Welle angeordnet sein und mittels eines Riemens eine Drehbewegung auf die Welle übertragen. Hierdurch können der Motor zum Drehen der Greifeinheit und der Aktuator bezüglich der Drehwelle bzw. der Führungsstange seitlich nebeneinander angeordnet sein.
Die Gegenführungselemente sind vorzugsweise als Gleitelemente ausgebildet. Die Gleitelemente können Kugellager oder Gleitstifte, beispielsweise aus einem Material mit geringem Reibungskoeffizient, wie zum Beispiel PTFE, sein. Diese Gleitelemente können entlang der Führungsflächen gleiten, wobei hier auch das Abrollen eines Kugellagers entlang der Führungsfläche als gleitend angesehen wird.
Die Gegenführungselemente sind vorzugsweise mit geringem Spiel zwischen jeweils einer der inneren und einer der äußeren Führungsflächen angeordnet. Hierdurch ist ein jedes Gegenführungselement jeweils entweder nur mit einer der inneren oder nur mit einer der äußeren Führungsflächen in Kontakt. Das Spiel beträgt vorzugsweise wenige pm, damit die Hysterese der Greifvorrichtung möglichst gering ist. Das Spiel ist vorzugsweise an den Endbereichen der Führungsflächen gering, um so definierte Endpositionen der Greifbacken im geöffneten und geschlossenen Zustand der Greifvorrichtung zu erzielen. In den Zwischen berei- chen kann durchaus ein größeres bzw. großes Spiel ausgebildet sein, welches zwar eine entsprechend große Hysterese verursacht aber eine Leichtgängigkeit sicher stellt.
Die Führungsflächen können etwa geradlinig mit einer bestimmten Neigung gegenüber der Längsmittelachse der Greifvorrichtung ausgebildet sein. Hierdurch werden beim Verschieben des Führungselementes die Greifbacken proportional zum Bewegungsweg des Führungselementes geöffnet bzw. geschlossen.
Die Führungsflächen können jedoch auch eine Kurvenbahn mit gegenüber der Längsmittelachse der Greifvorrichtung unterschiedlich geneigten Bahnabschnitten bilden, wobei die in Nähe an der Längsmittelachse angeordneten Bahnabschnitte vorzugsweise eine geringere Neigung gegenüber der Längsmittelachse als die weiter entfernt angeordneten Bahnabschnitte aufweisen. Die stärker geneigten Bahnabschnitte führen beim Zurücklegen des gleichen Weges des Führungselementes zu einer stärkeren Öffnung oder Schließung der Greifbacken als die weniger geneigten Abschnitte der Führungsflächen. Andererseits erzeugen die weniger geneigten Führungsflächen beim Schließen eine größere Schließkraft als die stärker geneigten Abschnitte. Hohe Schließkräfte sind insbesondere im zusammengedrückten Zustand der Greifvorrichtung notwendig, weshalb die weniger geneigten Bahnabschnitte nahe an der Längsmittelachse bevorzugt sind.
Vorzugsweise ist die Neigung der Führungsflächen so ausgebildet, dass zum Öffnen der Greifvorrichtung das Führungselement in Richtung zu den Greifbacken zu verschieben ist und in seiner Endstellung benachbart zu den Greifbacken zu liegen kommt. Hierdurch dient das Führungselement als Auswerfer für einen zwischen den Greifbacken gegriffenen Deckel. Das Führungselement kann hierzu noch einen in seiner Endstellung in dem Bereich zwischen den Greifbacken vorstehenden Vorsprung aufweisen. Dieser Vorsprung kann auch federbeaufschlagt sein. Somit werden beim Verschieben zum Öffnen der Greifbacken nicht nur die Greifbacken geöffnet, sondern auch gleichzeitig ein Deckel oder ein sonstiger, sich zwischen den Greifbacken befindlicher Körper ausgeworfen. Die Greifbacken besitzen Schneidkanten, um die Körper sicher zu greifen. Dies kann jedoch dazu führen, dass die Körper bzw. die Deckel an den Greifbacken haften, obwohl diese schon ein Stück geöffnet sind. Durch die Beaufschlagung mit dem Führungselement werden sie dann endgültig ausgeworfen. Sind die Führungsflächen am Führungselement ausgebildet und die Gegenführungselemente an den Greifhebeln angeordnet, dann weisen die Führungsflächen mit zunehmender Entfernung von den Greifbacken einen größere Abstand zur Längsmittelachse der Greifvorrichtung auf, damit ein Schließen der Greifbacken ausgeführt wird, wenn das Führungselement in Richtung zu den Greifbacken bewegt wird. Sind hingegen die Führungsflächen an den Greifhebeln und die Gegenführungselemente am Führungselement angeordnet, so ist der Abstand der Füh- rungsflächen zur Längsmittelachse umso geringer, je weiter die Führungsflächen von den Greifbacken entfernt sind.
Die Greifbacken weisen vorzugsweise in der Draufsicht eine gestufte Greiffläche auf, wobei sich die Stufen etwa parallel zu der Längsmittelachse der Greifvorrichtung erstrecken und entlang einer Kreissegmentfläche angeordnet sind, welche etwa konzentrisch zu der Längsmittelachse der Greifvorrichtung ausgebildet ist. Hierdurch können zylindrische Körper mit unterschiedlichem Durchmesser zuverlässig gegriffen werden, wobei sie jeweils an vier, durch die Stufen eines Greifbackens ausgebildeten Kanten anliegen. Je nach Größe des Deckels sind dies unterschiedliche Kanten von unterschiedlichen Stufen.
Alternativ können die Greifbacken jeweils nur eine oder zwei parallel zur Längsmittelachse der Greifvorrichtung ausgebildete Greifkanten aufweisen. Diese Greifkanten sind vorzugsweise als Schneidkanten ausgebildet. Dies ist insbesondere zweckmäßig, wenn mit der Greifvorrichtung Deckel aus Kunststoff gegriffen werden sollen. Diese können dann zuverlässig mit den Schneidkanten erfasst werden.
Die Greifbacken können mit ihren Greifflächen mit gegenüber der Längsmittelachse der Greifvorrichtung unterschiedlich geneigten Abschnitten ausgebildet sein. Hierdurch können die Greifbacken zylinderförmige Körper mit unterschiedlichem Durchmesser greifen, wobei jeweils einer der Teilabschnitte der Greifbacken etwa plan auf der Mantelfläche des zylinderförmigen Körpers anliegt. Dies ist insbesondere zum Greifen unterschiedlich großer Deckel mit einer zylinderförmigen Wandung vorteilhaft.
Die mit der oben erläuterten Greifvorrichtung erzielbaren Vorteile werden nachfolgend kurz zusammengefasst:
Es ist eine gezielte Steuerung der Öffnungs- und Schließbewegung möglich. Die Greifbacken können unterschiedlich weit geöffnet bzw. zusammengefahren werden. Es können Deckel von Laborgefäßen zuverlässig gegriffen werden, selbst wenn nur eine geringe Lücke um den jeweiligen Deckel frei ist.
Es kann ein automatisches Auswerfen beim Öffnen der Deckel erfolgen.
In die Greifvorrichtung kann eine Dreheinrichtung mit einem Motor integriert werden, so dass die Greifvorrichtung selbst zum Verschrauben bzw. Entschrauben von Deckeln auf Laborgefäßen verwendet werden kann.
Die Führungsflächen und die entsprechenden Gegenführungselemente bilden eine Kulissenführung. Die Führungsflächen können so gestaltet werden, dass eine beliebige Weg-Kraft-Umsetzung der Bewegung des Führungselementes in eine Greifkraft der Greifbacken umgesetzt werden kann. Die Antriebe (Aktuator; Dreheinrichtung) können elektrisch ausgebildet sein, so dass die Greifvorrichtung für einen Reinraum- oder Kontaminationsgefäße-Anwendung geeignet ist.
Es können unterschiedlich große Deckel zuverlässig gegriffen werden.
Mit einer solchen Greifvorrichtung kann ein Laborgefäß direkt an seinem Körper oder an einem daran aufgebrachten Deckel gegriffen werden.
Die oben erläuterten Aspekte der Erfindung können unabhängig voneinander oder in beliebigen Kombinationen eingesetzt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft näher anhand der Zeichnungen erläutert. Die
Zeichnungen zeigen in :
Figur 1 eine Greifvorrichtung in perspektivischer Ansicht mit einer Greifeinheit nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 2 eine Greifeinheit nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, welche ähnlich einer bei der Greifvorrichtung der Figur 1 verwendeten Greifeinheit ist und sich nur durch die Länge von Greifhebel unterscheidet, in perspektivischer Ansicht,
Figur 3 die Greifeinheit aus Figur 1 in einer Schnittansicht,
Figur 4 die Greifeinheit aus Figur 3 zusammen mit einer Führungsstange mit einem
Koppelelement für einen elektromagnetischen Aktuator in einer Teilschnittansicht,
Figur 5 die Greifeinheit aus Figur 3 mit einer Führungsstange, welche an pneumatischen Aktuator gekoppelt ist, in einer Teilschnittansicht,
Figur 6 eine Greifvorrichtung in perspektivischer Ansicht mit einem pneumatischen
Aktuator,
Figur 7 die Ausführungsform einer Greifeinheit mit langen Greifhebeln gemäß Figur 2 in einer Teilschnittansicht,
Figur 8 einen Greifbacken in der Draufsicht, und Figur 9 den Greifbacken aus Figur 8 in einer Teilschnittansicht mit der Blickrichtung von der Seite,
Figur 10 eine Greifeinheit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit vier Greifhebel in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten,
Figur 11 ein Führungselement der Greifeinheit nach Figur 10 in perspektivischer Ansicht,
Figur 12 die Greifeinheit aus Figur 10 im geöffneten Zustand, wobei sie auf einen Deckel eines Reaktionsgefäßes aufgesetzt ist, in perspektivischer Ansicht, und
Figur 13 die Greifeinheit aus Figur 10 im geschlossenen Zustand, wobei sie einen Deckel eines Reaktionsgefäßes greift, in perspektivischer Ansicht, und
Figur 14 die Greifeinheit aus Figur 10 beim Greifen und Herausziehen eines Reaktionsgefäßes aus einem Gestell, in dem viele Reaktionsgefäße in einem regelmäßigen Raster angeordnet sind.
Ein erstes Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Greifvorrichtung 1 umfasst eine Greifeinheit 2 nach einem ersten Ausführungsbeispiel, eine Dreheinheit 3 zum Drehen der Greifeinheit 2 und eine Aktuatoreinheit 4 zum Betätigen der Greifeinheit 2 (Figur 1).
Die Greifeinheit 2 weist einen Grundkörper 5 auf, an dem zwei Greifhebel 6 jeweils mit einem Ende schwenkbar, mit jeweils einem Schwenkgelenk 7 befestigt sind. An dem vom jeweiligen Schwenkgelenk 7 entfernten Ende der Greifhebel 6 ist jeweils ein Greifbacken 8 ausgebildet. Die Greifbacken 8 der beiden Greifhebel 6 sind zueinander weisend angeordnet (Figur 2, 3).
Die Greifeinheit 2 weist ein Führungselement 9 auf, das an einer Führungsstange 10 befestigt ist. Die Führungsstange 10 ist in einer Führungsbuchse 11 verschieblich gelagert, sodass das Führungselement 9 am Grundkörper 5 verschieblich angeordnet ist. Eine Längsachse der Führungsstange 10 bildet auch eine Längsmittelachse 12 der Greifvorrichtung 1. Die Greifhebel 6 sowie das Führungselement 9 sind spiegelsymmetrisch zur Längsmittelachse 12 angeordnet und ausgebildet.
Die Führungsstange 10 erstreckt sich vom Führungselement 9 durch die Dreheinheit 3 hindurch bis zur Aktuatoreinheit 4. Die Führungsstange 10 kann mit ihrem vom Führungsele- ment 9 entfernten Ende in der Aktuatoreinheit 4 angeordnet sein, oder auch diese durchsetzen und in einem separaten Führungsbacken 13 (Figur 1) verschieblich gelagert sein.
Die Greifvorrichtung 1 wird üblicherweise so eingesetzt, dass die Greifhebel 6 mit ihren Greifbacken 8 nach unten zeigen. Deshalb ist in der vorliegenden Beschreibung mit der Richtung nach unten eine Richtung ausgehend von der Dreheinheit 3 bzw. Aktuatoreinheit in Richtung zu den Greifbacken 8 und mit einer Richtung nach oben eine Richtung ausgehend von der Greifeinheit 2 in Richtung zur Dreheinheit 3 bzw. Aktuatoreinheit 4 gemeint. Selbstverständlich kann die Greifvorrichtung 1 im Gebrauch auch so angeordnet sein, dass die Greifbacken 8 zur Seite oder nach oben weisen, auch wenn dies nicht so üblich ist.
Der Grundkörper 5 ist von einem etwa quaderförmigen Gehäuse 16 mit zwei Breitseitenwandungen 14, zwei Schmalseitenwandungen 15 umgeben. Am Grundkörper 5 ist mittig eine Durchgangsöffnung ausgebildet, wobei der Grundkörper 5 einen hohlzylindrischen Zylinderabschnitt 17 aufweist, der sich im Bereich der Durchgangsöffnung vom Deckel nach unten erstreckt. In diesem Zylinderabschnitt 17 ist die Führungsbuchse 11 angeordnet, welche sich nach unten über den Zylinderabschnitt 17 hinaus erstreckt und an ihrem oberen Rand einen Ringsteg ausbildet, mit welchem sie von oben an den Deckel 16 anliegt. Am Grundkörper 5 ist ein weiterer, oberer Zylinderabschnitt 18 ausgebildet, der wiederum konzentrisch zur Durchgangsöffnung bzw. zur Längsmittelachse 12 angeordnet ist und einen etwas größeren Innendurchmesser als der untere Zylinderabschnitt 17 aufweist, so dass für den Ringsteg der Führungsbuchse 11 ausreichend Platz vorhanden ist.
Am Rand des Deckels 16 sind zwei vertikale, streifenförmigen Wandungsabschnitte ausgebildet, welche jeweils eine Gewindebohrung aufweisen, so dass der Deckel 16 mit entsprechenden Schrauben (nicht dargestellt) mit dem durch die Breitseitenwandungen 14 und Schmalseitenwandungen 15 gebildeten, rohrförmigen Gehäusekörper verbunden werden kann.
Die Schwenkgelenke 7 der Greifhebel 6 werden jeweils von einer Welle 19 durchgriffen. Der Grundkörper 5 weist zwei vertikale Wandungsabschnitte auf, welche am Rand eines Deckelabschnittes 5/1 des Grundkörpers sich nach unten erstrecken, und so parallel und mit etwas Spiel innerhalb eines oberen Abschnittes 14/1 (Fig. 2) der beiden gegenüberliegenden Breitseitenwandungen 14 angeordnet sind. Der Deckelabschnitt 5/1 und die vertikalen Wandungsabschnitte bilden somit im Querschnitt ein nach unten offenes U-Profil. Die Wellen 19 sind mit ihren Enden an den vertikalen Wandungsabschnitten des Grundkörpers 5 befestigt. Die Greifhebel 6 weisen im Bereich zwischen dem Schwenkgelenk 7 und den Greifbacken 8 eine schlitzförmige Ausnehmung 20 (Figur 2) auf, welche sich parallel zu den Breitseitenwandungen 14 erstreckt. Die schlitzförmige Ausnehmung 20 weist eine lichte Weite auf, so dass das Führungselement 9, welches plattenförmig ausgebildet ist, hierin mit etwas Spiel Platz hat.
Das Führungselement 9 ist am unteren Ende der Führungsstange 10 befestigt und erstreckt sich in Florizontalrichtung durch beide schlitzförmigen Ausnehmungen 20 der beiden Greifhebel 6. Das Führungselement 9 weist zwei nach oben mündende, sacklochförmige Ausnehmungen 21 auf. Diese Ausnehmungen bilden jeweils eine innere Führungskante bzw. Führungsfläche 22, eine äußere Führungskante bzw. Führungsfläche 23 sowie einen Bodenabschnitt 24. Die Führungsflächen 22, 23 verlaufen von unten nach oben mit zunehmendem Abstand zur Längsmittelachse 12.
Im Bereich der schlitzförmigen Ausnehmungen 20 der Greifhebel 6 ist jeweils ein Gegenführungselement 25 angeordnet, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine drehbar gelagerte Scheibe ist, welche insbesondere als Kugellager ausgebildet ist. Der Abstand zwischen der jeweils inneren Führungsfläche 22 und der benachbarten äußeren Führungsfläche 23 ist so ausgebildet, dass das Gegenführungselement 25 zwischen den jeweils gegenüberliegenden Führungsflächen 22, 23 mit etwas Spiel aufgenommen werden kann.
Die Führungsstange 10 erstreckt sich vom Führungselement 9 nach oben durch die Führungsbuchse 11 ein Stück nach oben. Das obere Ende der Führungsstange 10 endet im Bereich des oberen Zylinderabschnitts 18. Die Zylinderstange ist am oberen Ende mit einem Außengewinde versehen, so dass ein Ring 26 mit einem Innengewinde auf die Führungsstange 10 aufgeschraubt werden kann. Zwischen dem Ring 26 und dem Ringsteg der Führungsbuchse 11 ist ein Federelement 27 angeordnet, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Schraubenfeder ist. Das Federelement 27 steht unter einer gewissen Vorspannung, so dass es die Führungsstange 10 und damit das Führungselement 9 nach oben drückt. Die Vorspannung kann durch Verstellen des Ringes 26 in seiner Position an der Führungsstange 10 verändert werden. Weiterhin können Beilagscheiben zwischen dem Ring 26 und dem Federelement 27 eingesetzt werden, um die Federspannung zu erhöhen.
Alternativ zum Vorsehen einer linearen Feder kann das Federelement 27 auch als nichtlineare Feder, bspw. als Tellerfeder ausgebildet sein. Auf diese Weise sind die Greifkräfte beim Klemmen der Greifbacken 8 hoch und beim Öffnen der Greifbacken 8 geringer. Eine ähnliche Kraft-Weg-Charakteristik lässt sich durch Beaufschlagung der Greifbacken 8 im geschlossenen Zustand mit einer weiteren Kraft erzielen. Diese Kraft kann bspw. in Form eine passiven Permanentmagneten bereitgestellt werden, der derart angeordnet ist, dass zwischen einem der beweglichen Bauteile (z.B. Ring 26) und einem der feststehenden Bauteile (z.B. oberer Zylinderabschnitt 18) der Greifvorrichtung 1 eine Beaufschlagung mit einer magnetischen Kraft erfolgt.
Die nach oben weisende Stirnseite der Führungsstange 10 weist eine konische Ausnehmung auf. An dieser konischen Ausnehmung liegt ein zweiter Teil der Führungsstange 10 an, welcher als separates Bauteil ausgebildet ist. Diese obere Führungsstange 10/2 kann mittels der Aktuatoreinheit 4 gegen die untere Führungsstange 10/1 drücken und sie so verschieben. Wird die obere Führungsstange 10/2 angehoben, so folgt die untere Führungsstange 10/1 durch die Wirkung des Federelementes 27 der Bewegung der oberen Führungsstange 10/2. Die obere Führungsstange 10/2 weist eine nach unten zeigende Spitze 29 auf, welche formschlüssig in die konische Ausnehmung 28 der unteren Führungsstange 10/1 passt. Selbstverständlich können die Stirnflächen der beiden Führungsstangen 10/1 und 10/2 ebenflächig oder anders geformt sein, um entsprechend Zusammenwirken zu können.
Mit der Bewegung der Führungsstange 10 wird auch das Führungselement ein Stück nach oben und unten bewegt. Hierbei befinden sich die Gegenführungselemente 25 in den jeweiligen Führungsausnehmungen 21, so dass bei einer Bewegung nach unten die Gegenführungselemente 25 durch die inneren Führungsflächen 22 nach außen gedrückt werden, womit sich die Greifhebel 6 öffnen und bei einer Bewegung nach oben die Gegenführungselemente 25 durch die äußeren Führungsflächen 23 nach innen gedrückt werden, so dass die Greifhebel 6 mit ihren Greifbacken 8 zusammengedrückt werden. In Figur 4 ist die zusammengedrückte bzw. geschlossene Stellung dargestellt und in Figur 3 die auseinandergedrückte bzw. geöffnete Stellung gezeigt. Durch Verschieben der Führungsstange 10 kann somit die Greifeinheit 2 gesteuert geöffnet bzw. geschlossen werden.
Das Spiel, mit welchem die Gegenführungselemente 25 zwischen den jeweils inneren und äußeren Führungsflächen 22, 23 aufgenommen sind, sollte gering sein, damit die hierdurch verursachte Hysterese beim Öffnen und Schließen möglichst klein ist. Andererseits sollten die Gegenführungselemente 25 nicht gleichzeitig an der inneren und äußeren Führungsfläche 22, 23 anliegen, da hierdurch sonst die Bewegung blockiert werden könnte.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die innere und die äußere Führungsfläche jeweils geradlinig ausgebildet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass die innere und äußere Führungsfläche jeweils unterschiedlich geneigte Abschnitte aufweisen, so dass die Bewegung der Führungsstange 10 unterschiedlich stark in eine Öff- nungs- bzw. Schließbewegung umgesetzt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird durch die Wirkung des Federelementes 27 die Greifeinheit 2 geschlossen. Es ist jedoch auch möglich, die inneren und äußeren Führungsflächen 22, 23 an das gegenüber der Längsmittelachse 12 zu neigen, so dass sie ihren Abstand von unten nach oben bezüglich der Längsmittelachse verringern. Bei einer solchen Ausgestaltung der Führungsflächen 22, 23 würde bei einer Bewegung des Führungselementes 9 nach oben die Greifeinheit 2 geöffnet werden, wodurch die Federwirkung des Federelementes 27 zur einer Öffnung der Greifeinheit führen würde.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Führungselement 9 seitlich durch die beiden schlitzförmigen Ausnehmungen 20 der Greifhebel 6. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die Greifhebel lediglich plattenförmig auszubilden, wobei Gegenführungselemente 25 auf beiden Seiten der Greifhebel 6 angeordnet sein können, wobei dann das Führungselement 9 so ausgebildet ist, dass es auf beiden Seiten der Greifhebel 6 anliegt. Dies kann beispielsweise durch eine schlitzförmige Ausnehmung im Führungselement bewirkt werden, in welchem die Greifhebel 6 sich befinden.
Es ist jedoch auch grundsätzlich möglich, den Greifhebel 6 plattenförmig auszubilden und ein plattenförmiges Führungselement 9 vorzusehen, das nur an einer Seite der Greifhebel 6 angreift. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, für das Führungselement 9 und/oder die Greifhebel 6 Stützelemente vorzusehen, um einer asymmetrischen Belastung entgegenzuwirken.
Wie man anhand von Figur 1 sehen kann, sind die Greifeinheit 2, die Dreheinheit 3 und die Aktuatoreinheit 4 an einer gemeinsamen Halteplatte 30 befestigt, so dass die gesamte Greifvorrichtung 1 eine Einheit bildet. Der obere Zylinderabschnitt 18 der Greifeinheit 2 ist drehbar mittels geeigneter Lager 31, insbesondere Kugellager 31, gelagert (Figur 5). Die Lager 31 umgreifen den oberen Zylinderabschnitt 18 im unteren Bereich. Im oberen Bereich des oberen Zylinderabschnittes 18 wird dieser von einem Backen 32 umfasst, der an die Dreheinheit 3 gekoppelt ist. Der Backen 32 ist mit dem oberen Zylinderabschnitt 18 derart verbunden, dass eine drehfeste Verbindung zwischen dem Backen 32 und der oberen Zylindereinheit 18 besteht. Hierdurch kann die Dreheinheit 3 eine Drehbewegung auf die Greifeinheit 2 übertragen. Die drehfeste Verbindung zwischen dem Backen und der Zylindereinheit 18 kann formschlüssig (z.B. mittels Nuten und Federn), kraftschlüssig (z.B. mittels Schrauben) und/oder reibschlüssig ausgebildet sein.
Die Dreheinheit weist einen Schrittmotor auf, so dass die Greifeinheit in einer an sich beliebigen, aber definierten Winkelstellung um die Längsmittelachse 12 drehbar einstellbar ist. Da die Führungsstange 10 zweiteilig ausgebildet ist, kann der untere Teil der Führungsstange 10/1 gegenüber dem oberen Teil der Führungsstange 10/2 gedreht werden. Der obere Teil der Führungsstange 10/2 führt lediglich eine translatorische Bewegung aus, mit welcher eine Bewegung nach unten oder nach oben ausgeführt wird. Beim Drehen des unteren Teils der Führungsstange 10/1 wird der obere Teile der Führungsstange 10/2 vorzugsweise angehoben, so dass die beiden Teile 1071 und 1072 nicht aneinander reiben.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Aktuatoreinheit 4 als elektromagnetischer Aktuator (Figur 1, Figur 4) ausgebildet. Dies kann jedoch auch ein pneumatischer Aktuator sein (Figur 5, 6). Durch die zweiteilige Ausbildung der Führungsstange liegt eine Entkopplung zwischen der Greifeinheit 2 und der Aktuatoreinheit 4 vor. Hierdurch kann die Greifeinheit 2 mit einer beliebigen Aktuatoreinheit 4 einfach kombiniert werden.
Die Greifbacken weisen vorzugsweise eine oder mehrere vertikal verlaufende Greifkanten, insbesondere Schneidkante, auf, mit welchen die Greifbacken einen Deckel an seiner Umfangsfläche greifen und insbesondere in die Umfangsfläche des Deckels einschneiden, um diesen zu greifen (Figur 3, 4, 5). Vorzugsweise weist ein Greifbacken zwei solcher Greifkanten und der andere Greifbacken eine einzige Greifkante auf, wodurch am Umfang des Deckels eine Dreipunktauflage bewirkt wird. Es können jedoch auch eine andere Anzahl von Greifkanten, insbesondere jeweils zwei Greifkanten an einem Greifbacken, vorgesehen sein.
Die Greifbacken 8 können jedoch auch in der Draufsicht eine gestufte Greiffläche mit mehreren Stufen 33 aufweisen. Die Stufen verlaufen etwa vertikal und entlang einer Kreissegmentfläche oder trichterförmigen Fläche, welche etwa konzentrisch oder symmetrisch zur Längsmittelachse an der Greifvorrichtung ausgebildet ist (Figur 8, 9). Hierdurch können Deckel 34 mit unterschiedlichem Durchmesser zuverlässig gegriffen werden, wobei ein jeder Greifbacken mit jeweils vier Stufen 33 am Deckel angreift (Figur 2, 7, 8). Dies erlaubt das Greifen von vier unterschiedlich großen Deckeln 34 mit einer einzigen Greifvorrichtung 1. Da bei der vorliegenden Greifvorrichtung 1 die Greifhebel 6 an einem Ende mittels eines Schwenkgelenks 7 gelagert sind, ist beim Öffnen der Greifhebel 6 die Schrägstellung im Bereich der Greifbacken 8 gering, so dass dies das Greifen unterschiedlich großer Deckel erleichtert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Stufen 33/1 bis 33/4 bzw. Greifkanten unterschiedliche gegenüber der Längsmittelachse 12 der Greifvorrichtung 1 geneigt (Figur 9). Hierdurch wird der unterschiedliche Öffnungswinkel der Greifbacken 8 bei unterschiedlich weite geöffneten Greifbacken 8 ausgeglichen und die Stufen 33/1 bis 33/4 bzw. Greifkanten liegen etwa plan am Umfang des jeweiligen Deckels 34 an. Die Länge der Greifhebel 6 kann an die jeweilige Anwendung angepasst sein. In den beiliegenden Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele mit unterschiedlich langen Greifhebeln 6 gezeigt, wobei die Figuren 1, 3, 4, 5 und 6 ein Ausführungsbeispiel mit kurzen Greifhebeln und Figur 2, 7 ein Ausführungsbeispiel mit langen Greifhebeln zeigt.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, dass die Greifbacken mit ihren Greifflächen mit gegenüber der Längsmittelachse 12 der Greifvorrichtung 1 unterschiedlich geneigten Abschnitten ausgebildet sind.
Nachfolgend wird ein drittes Ausführungsbeispiel einer Greifeinheit 2 anhand der Figuren 10 bis 14 erläutert. Dieses dritte Ausführungsbeispiel der Greifeinheit 2 entspricht im Grundaufbau den beiden oben erläuterten Ausführungsbeispielen der Greifeinheit 2, weshalb gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Beschreibungen dieser Teile werden nachfolgend nicht nochmals wiederholt, weshalb für diese Teile die obigen Ausführungen gelten, sofern nachfolgend nichts anderes ausgeführt ist. Die Greifeinheit 2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel kann in die oben erläuterten Greifvorrichtungen 1 eingesetzt werden und mit dieser verwendet werden. Alle drei Ausführungsbeispiele der Greifeinheiten 2 sind beliebig austauschbar.
Die Greifeinheit 2 des dritten Ausführungsbeispiels weist im Gegensatz zu den oben erläuterten Greifeinheiten 2 vier Greifhebel 6 auf.
Die Greifhebel 6 sind jeweils an einem in der Draufsicht kreisförmigen Grundkörper 5 mit einem nach oben weisenden oberen Zylinderabschnitt 18 schwenkbar angeordnet. Der in der Draufsicht kreisförmige Grundkörper 5 bildet eine Kreisscheibe, an deren Unterseite vier vertikal nach unten abstehende Stege 35 angeformt sind. Die Stege 35 bilden in der Ansicht von unten ein Kreuz.
An jeweils einer Seitenfläche eines der Stege 35 ist jeweils einer der Greifhebel 6 schwenkbar gelagert. Die Greifhebel 6 weisen jeweils einen Parallellenker 36 auf. Die Parallellenker 36 sind jeweils aus zwei zueinander parallel angeordnete Schwenkhebel 37 ausgebildet. Die Schwenkhebel 37 eines Parallellenkers 36 sind jeweils an einen der Stege 35 mit einem Schwenkgelenk 38 schwenkbar befestigt. Am anderen Ende des Parallellenkers 36 ist jeweils ein Greifabschnitt 39 des jeweiligen Greifhebels 6 vorgesehen. Die Schwenkhebel 37 sind mit ihren vom Grundkörper 5 entfernten Enden jeweils schwenkbar mittels eines Schwenkgelenkes 40 am Greifabschnitt 39 schwenkbar befestigt. Der Greifabschnitt 39 weist einen breiten Endbereich auf, an dem die Schwenkhebel 37 schwenkbar befestigt sind und verjüngen sich nach unten hin. Am unteren Endbereich bilden die Greifabschnitte 39 jeweils einen nach innen weisenden Greifbacken 8. Im Bereich der Greifbacken 8 ist der Greifabschnitt 39 zu einem dünnen, etwa Stift- oder stangenförmigen Greifbackenabschnitt 41 ausgebildet.
Die Greifbackenabschnitte 41 verlaufen etwa parallel zur Längsmittelachse 12 der Greifeinheit 2 bzw. Greifvorrichtung 1. Da die Greifhebel 6 jeweils mit einem der Parallellenker 36 ausgebildet sind, behalten die Greifbackenabschnitte 41 beim Schwenken der Greifhebel 6 ihre zur Längsmittelachse 12 parallele Position. Die Greifbackenabschnitte 41 werden beim Schwenken der Schwenkhebel 6 bezüglich der Längsmittelachse 12 nach außen bzw. innen bewegt, wobei sie jedoch nicht gegenüber der Längsmittelachse 12 schräggestellt werden. Mittels dieser Schwenkbewegung der Greifhebel 6 werden beim Öffnen und Schließen der Greifeinheit 2 die Greifhebel geradlinig radial nach außen oder innen bzgl. der Längsmittelachse 12 bewegt. Es gab interne Versuche mit einem anderen Mechanismus, bei welchem die Greifarme in der Draufsicht entlang einem spiralförmigen Weg in Richtung zur und weg von der Längsmittelachse 12 bewegt wurden. Dies hat sich jedoch nicht bewährt, da ein solcher Mechanismus viel Platz um das Reaktionsgefäß herum benötigt, um dieses sicher greifen zu können. Die in der Draufsicht geradlinige Schwenkbewegung ist daher von erheblichem Vorteil.
Die Greifeinheit 2 des dritten Ausführungsbeispiels weist ähnlich wie die Greifeinheiten 2 der oben erläuterten Ausführungsbeispiele ein Führungselement 9 auf, welches mit entsprechenden Gegenführungselementen 25 zusammenwirkt, die an den Greifhebeln 6 angeordnet sind.
Das Führungselement 9 ist gleichermaßen wie bei den oben erläuterten Ausführungsbeispielen am unteren Ende einer Führungsstange 10 befestigt. Die Ausbildung und Anordnung der Führungsstange 10 entspricht auch dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel (siehe zum Beispiel Figur 3). Das Führungselement 9 weist vier Flügel 42 auf, welche in der Draufsicht kreuzförmig mit einem geringen Versatz im Zentrum angeordnet sind. Ein jeder Flügel 42 weist eine nach oben mündende, sacklochförmige Ausnehmung 21 auf. Diese Ausnehmungen bilden jeweils eine innere Führungskante bzw. Führungsfläche 22, eine äußere Führungskante bzw. Führungsfläche 23 sowie einen Bodenabschnitt 24. Die Führungsflächen 22, 23 verlaufen von unten nach oben mit zunehmendem Abstand zur Längsmittelachse 12.
Am Greifabschnitt 9 ist am oberen Endbereich jeweils eines der Gegenführungselemente 25 angeordnet, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine drehbar gelagerte Scheibe ist, welche insbesondere als Kugellager ausgebildet ist. Der Abstand zwischen der jeweils inne- ren Führungsfläche 22 und der benachbarten äußeren Führungsfläche 23 ist so ausgebildet, dass das Gegenführungselement 25 zwischen den jeweils gegenüberliegenden Führungsflächen 22, 23 mit etwas Spiel aufgenommen werden kann.
Die Funktionsweise des Führungselementes 9 und der Gegenführungselemente 25 ist genau die Gleiche, wie bei den oben erläuterten Ausführungsbeispielen. Wird das Führungselement 9 in der Greifeinheit 2 mittels der Führungsstange 10 ein Stück nach oben bewegt, so rollen die Gegenführungselemente 25 entlang der entsprechenden äußeren Führungsflächen 23, wodurch der jeweilige Flebelarm 6 nach innen, d.h. in Richtung zur Längsmittelachse 12 geschwenkt wird. Beim Absenken des Führungselementes rollen die Gegenführungselemente 25 entlang der inneren Führungsflächen 22, wodurch die Hebelarme 6 nach außen und damit weg von der Längsmittelachse 12 gedrückt werden. Durch das Bewegen des Führungselementes 9 nach oben bzw. unten können die vier Greifbacken 8 synchron auseinander- oder zusammengefahren werden. Die Greifeinheit 2 kann so geöffnet oder geschlossen werden.
Die oben zu dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel erläuterten Abwandlungen des Führungselementes (geradlinige Führungsflächen oder Führungsflächen mit unterschiedlich geneigten Abschnitten; Führungsflächen am Schwenkhebel 6 und Gegenführungselemente 25 am Führungselement 9 angeordnet), insbesondere der Führungskanten bzw. Führungsflächen gelten gleichermaßen für das dritte Ausführungsbeispiel.
An der Unterseite des Führungselementes 9 kann optional ein Distanzhalter 43 angeordnet sein. Der Distanzhalter 43 weist einen Stift 44 auf, der konzentrisch zur Längsmittelachse 12 angeordnet und am Führungselement 9 befestigt ist. Am unteren Endbereich des Stiftes 44 ist eine den Stift 44 umgreifende Niederhalterbuchse 45 vorgesehen. Die Niederhalterbuchse 45 ist in Vertikalrichtung verschieblich auf dem Stift 44 angeordnet, wobei am Stift 44 ein Anschlag und an der Niederhalterbuchse 45 ein entsprechender Gegenanschlag vorgesehen sind, so dass die Niederhalterbuchse 45 nicht über eine untere Endposition hinaus bewegt werden kann. Um den Stift 44 ist eine Schraubenfeder 46 angeordnet, die zwischen der Niederhalterbuchse 45 und dem Führungselement 9 eingespannt ist und die Niederhalterbuchse 45 weg vom Führungselement 9 drückt.
Wie man anhand der Figuren 12 und 13 erkennen kann, kann die Greifeinheit 2 mit der Niederhalterbuchse 45 auf die Oberseite eines Deckels 34 eines Reaktionsgefäßes aufgesetzt werden. Mit diesem Distanzhalter 43 wird sichergestellt, dass die Greifeinheit 2 nicht zu tief am Reaktionsgefäß angreift, sondern mit ihren Greifbacken 8 nur den Deckel 34 greift. Dies ist insbesondere zweckmäßig, wenn man mit der Greifeinheit 2 den Deckel vom Reaktionsgefäß abschrauben möchte. Dann darf die Greifeinheit 2 nur am Deckel 34 und nicht am Reaktionsgefäß selbst angreifen. Dies wird mit Hilfe des Distanzhalters 43 sichergestellt. Weiter- hin dient der Feder-beaufschlagte Distanzhalter 43 dazu, dass beim Öffnen der Greifeinheit 2 der Deckel nach unten aus der Greifeinheit 2 herausgedrückt und ausgeworfen wird.
Es kann jedoch auch Anwendungen geben, bei welchen das Reaktionsgefäß und nicht der Deckel gegriffen werden soll. Kann zum Beispiel nicht sichergestellt werden, dass alle Deckel korrekt auf den jeweiligen Reaktionsgefäße geschraubt sind, dann ist es sicherer, das jeweilige Reaktionsgefäß als eine schräg auf dem Reaktionsgefäß sitzenden Deckel zu greifen. Bei solchen Anwendungen ist es zweckmäßig, die Greifeinheit 2 ohne einen solchen Distanzhalter 43 zu verwenden. Bei einer solchen Anwendung kann es auch zweckmäßig sein, die Greifbackenabschnitte 41 länger auszugestalten, als es in den Figuren 10 - 13 gezeigt ist.
Reaktionsgefäße 47 werden oftmals in einem Gestell 48 vorgehalten (Figur 14). Das Gestell 48 wird oftmals auch als Rack bezeichnet. Die Reaktionsgefäße 47 sind mit möglichst hoher Packungsdichte in einem regelmäßigen, insbesondere quadratischen Raster angeordnet. Die Reaktionsgefäße 47 sind mit möglichst geringem Abstand zueinander angeordnet. Da die Reaktionsgefäße und deren Deckel üblicherweise in der Draufsicht kreisförmig ausgebildet sind, bildet sich in einem solchen Gestell um ein jedes Reaktionsgefäß 47 vier Zwischenbereiche 49 aus, welche auch als Zwickel bezeichnet werden. Diese Zwickel 49 sind in der Draufsicht an den vier Ecken eines Quadrates, das ein jedes Reaktionsgefäß 47 umschließt, angeordnet.
Mit der Greifeinheit 2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel kann mit jeweils einem der vier Greifhebel 6 in einen der Zwickel 49, die um ein Reaktionsgefäß herum angeordnet sind, eingefahren werden und das Reaktionsgefäß selbst oder das Reaktionsgefäß an seinem Deckel sicher und zuverlässig gegriffen werden. Da die Greifbackenabschnitte 41 dünne, langgestreckte, vertikal ausgerichtete Stift- bzw. stangenförmige Elemente sind, können sie in kleinste Zwickelbereiche zuverlässig eingeschoben werden. Hierbei ist auch von Vorteil, dass beim Ausschwenken der Hebelarme 6 die Greifbackenabschnitte 41 ihre parallele Position bezüglich der Längsmittelachse 12 beibehalten.
Diese Greifeinheit 2 ist somit zum Greifen unterschiedlich großer Reaktionsgefäße bzw. von Reaktionsgefäßen mit unterschiedlich großen Deckeln geeignet. Die Reaktionsgefäße können in einem Gestell eng aneinander liegend angeordnet sein. Trotzdem können sie zuverlässig gegriffen werden.
Durch das mittels dem Führungselement 9 zwangsgeführte Schließen der Greifeinheit 2 können Deckel fest gefasst werden, so dass hohe Drehmomente von der Greifeinheit 2 auf den Deckel übertragen werden können. Es hat sich gezeigt, dass die von der Greifeinheit auf die Deckel ausgeübten Drehmomente größer sein können, als die üblicherweise von Menschen beim Öffnen oder Schließen maximal anlegbaren Drehmomente sind.
Wird beispielsweise ein mit einem Deckel geschlossenes Reaktionsgefäß von der Greifeinheit 2 gehalten und zu einem statischen Greifbacken bewegt, der das Reaktionsgefäß mit hohen
Kräften halten kann, dann kann von einem solchen Reaktionsgefäß der Deckel zuverlässig abgezogen oder abgeschraubt werden. Dies erlaubt die Verwendung einer solchen Greifeinheit 2 in einem automatischen Prozess, in welchem eine Vielzahl von Reaktionsgefäßen ge- handhabt werden. Finden im Reaktionsgefäß beispielsweise Reaktionen statt, die zu einem Unterdrück führen, dann bewirkt dies, dass der Deckel mit hohen Kräften am Reaktionsgefäß gehalten wird. Selbst in solchen Fällen kann der Deckel mit dieser Greifeinheit 2 zuverlässig entfernt werden, sofern eine entsprechende Halteeinrichtung für das Reaktionsgefäß vorgesehen ist, das entsprechend hohe Kräfte aufnehmen kann.
Bezugszeichenliste
1 Greifvorrichtung 26 Ring
2 Greifeinheit 27 Federelement
3 Dreheinheit 30 28 konische Ausnehmung
4 Aktuatoreinheit 29 Spitze
5 Grundkörper 30 Halteplatte
6 Greifhebel 31 Lager
7 Schwenkgelenk 32 Backen
8 Greifbacken 35 33 Stufe
9 Führungselement 34 Deckel
10 Führungsstange 35 Steg
11 Führungsbuchse 36 Parallellenker
12 Längsmittelachse 37 Schwenkhebel
13 Führungsbacken 40 38 Schwenkgelenk
14 Breitseitenwandung 39 Greifabschnitt
15 Schmalseitenwandung 40 Schwenkgelenk
16 Gehäuse 41 Greifbackenabschnitt
17 unterer Zylinderabschnitt 42 Flügel
18 oberer Zylinderabschnitt 45 43 Distanzhalter
19 Welle 44 Stift
20 schlitzförmige Ausnehmung 45 Niederhalterbuchse
21 Ausnehmung 46 Schraubenfeder
22 innere Führungsfläche 47 Reaktionsgefäß
23 äußere Führungsfläche 50 48 Gestell
24 Bodenabschnitt 49 Zwischenbereich/Zwickel
25 Gegenführungselement

Claims

Patentansprüche
1. GreifVorrichtung zum Greifen von Laborgefäßen umfassend
eine Greifeinheit (2) mit einem Grundkörper (5), an dem zumindest zwei Greifhebel (6) jeweils mit einem Ende schwenkbar mit jeweils einem Schwenkgelenk (7; 38) befestigt sind, wobei an den vom jeweiligen Schwenkgelenk (7; 38) entfernten Ende der Greifhebel (6) jeweils ein Greifbacken (8) ausgebildet ist, so dass die Greifbacken (8) zueinander weisend angeordnet sind,
wobei
ein Führungselement (9) vorgesehen ist, das am Grundkörper (5) verschieblich gelagert ist und am Führungselement (9) oder an den Greifhebeln (6) jeweils zwei innere und äußere Führungsflächen (22, 23) ausgebildet sind, und die Greifhebel (6) oder das Führungselement (9) jeweils ein Gegenführungselement (25) aufweisen, welches jeweils zwischen einer der inneren und einer der äußeren Führungsflächen (22, 23) angeordnet ist, so dass beim Verschieben des Führungselementes (9) die Greifhebel (6) mit ihren Greifbacken (8) auseinandergeschwenkt oder zusammengedrückt werden.
2. Greifvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Führungselement (9) mittels einer Feder (27) derart beaufschlagt ist, dass im entspannten Zustand der Feder (27) die Greifbacken (8) zusammen gedrückt sind, wobei eine Vorspannung der Feder (27) vorzugsweise einstellbar ist.
3. Greifvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Führungselement (9) mit einer Führungsstange (10) verbunden ist, welche in einer am Grundkörper (5) ausgebildeten Führungsbuchse (11) geführt ist und die Greifhebel (6) etwa spiegelsymmetrisch zur Führungsstange (10) angeordnet sind.
4. Greifvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstange (10) etwa entlang einer Längsmittelachse (12) der Greifvorrichtung (1) angeordnet ist.
5. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Greifhebel (6) spiegelsymmetrisch und/oder rotationssymmetrisch zu einer Längsmittelachse (12) der Greifvorrichtung (1) angeordnet sind, ohne dass sie die Längsmittelachse (12) kreuzen.
6. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Greifeinheit (2) drei oder vier Greifhebel aufweist.
7. Greifvorrichtung zum Greifen von Laborgefäßen, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend
eine Greifeinheit (2) mit einem Grundkörper (5) , an dem vier Greifhebel (6) jeweils mit einem Ende schwenkbar mit jeweils einem Schwenkgelenk (38) befestigt sind, wobei an den vom jeweiligen Schwenkgelenk (38) entfernten Ende der Greifhebel (6) jeweils ein Greifbacken (8) ausgebildet ist, so dass die Greifbacken (8) zueinander weisend angeordnet sind,
wobei die Greifhebel (6) beim Öffnen und Schließen der Greifeinheit geradlinig radial nach außen oder innen bzgl. einer Längsmittelachse (12) bewegt werden.
8. Greifvorrichtung zum Greifen von Laborgefäße, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend
eine Greifeinheit mit einem Grundkörper, an dem zumindest zwei Greifhebel jeweils mit einem Ende schwenkbar mit jeweils einem Schwenkgelenk befestigt sind, wobei an den vom jeweiligen Schwenkgelenk entfernten Ende der Greifhebel jeweils ein Greifbacken (8) ausgebildet ist, so dass die Greifbacken (8) zueinander weisend angeordnet sind, wobei
die Greifhebel jeweils einen Parallellenker (36) aufweisen, welcher schwenkbar am Grundkörper (5) angeordnet ist, wobei an dem vom Grundkörper (5) entfernten Abschnitt des Parallellenkers (36) ein Greifabschnitt (39) des Greifhebels (6) angeordnet ist, an dem jeweils einer der Greifbacken (8) ausgebildet ist.
9. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator (4) zum linearen Verschieben des Führungselementes (99 vorgesehen ist.
10. Greifvorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Aktuator (4) einen mittels eines Elektromotors angetrieben Spindelantrieb oder einen mittels eines Elektromagneten, Pneumatikzylinders oder Hydraulikzylinders angetriebenen Linearantrieb aufweist.
11. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Motor (3) zum Drehen der Greifeinheit vorgesehen ist.
12. Greifvorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Motor (3) mittels einer rohrförmigen Welle an die Greifeinheit (2) gekoppelt ist, so dass eine Führungsstange (10) durch die Welle hindurch geführt werden kann.
13. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gegenführungselemente (25) Gleitelemente sind, wie z.B. Kugellager oder Gleitstifte, welche entlang einer der inneren oder einer der äußeren Führungsflächen (22, 23) entlang gleiten.
14. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gegenführungselemente (25) mit geringem Spiel zwischen jeweils einer der inneren und einer der äußeren Führungsflächen (22, 23) angeordnet sind, so dass ein jedes Gegenführungselement (25) jeweils entweder nur mit der inneren oder nur mit der äußeren Führungsfläche (22, 23) in Kontakt steht.
15. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Führungsflächen (22, 23) etwa geradlinig mit einer bestimmten Neigung gegenüber einer Längsmittelachse (12) der Greifvorrichtung (1) ausgebildet sind.
16. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsflächen (22, 23) eine Kurvenbahn mit gegenüber einer Längsmittelachse (12) der Greifvorrichtung (1) unterschiedlich geneigten Bahnabschnitten aufweist, wobei die näher an der Längsmittelachse (12) angeordneten Bahnabschnitte vorzugsweise eine geringere Neigung gegenüber der Längsmittelachse (12) als die weiter entfernt angeordneten Bahnabschnitte aufweisen.
17. Greifvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Neigung der Führungsflächen (22, 23) so ausgebildet ist, dass zum Öffnen der Greifvorrichtung (1) das Führungselement (9) in Richtung zu den Greifbacken (8) zu verschieben ist und in seiner Endstellung derart benachbart zu den Greifbacken (8) angeordnet ist, dass es als Auswerfer für einen zwischen den Greifbacken gegriffenen Deckel (34) dient.
18. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Greifbacken (8) in der Draufsicht eine gestufte Greiffläche aufweisen, wobei sich die Stufen etwa parallel zu einer Längsmittelachse (12) der Greifvorrichtung (1) verlaufen und entlang einer Kreissegmentfläche angeordnet sind, welche etwa konzentrisch zu der Längsmittelachse der Greifvorrichtung (1) ausgebildet ist.
19. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Greifbacken (8) eine oder zwei etwa parallel zu einer Längsmittelachse (12) der Greifvorrichtung (1) ausgebildete Greifkante aufweisen.
20. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Greifbacken (8) mit ihren Greifflächen mit gegenüber einer Längsmittelachse (12) der Greifvorrichtung (1) unterschiedlich geneigten Abschnitten ausgebildet sind.
PCT/EP2020/050422 2019-01-11 2020-01-09 GREIFVORRICHTUNG ZUM GREIFEN VON LABORGEFÄßEN WO2020144275A2 (de)

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