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Die Erfindung betrifft eine Luftspareinrichtung
für eine
zur Vakuumerzeugung dienende Saugvorrichtung, mit einem einerseits
von einer Unterdruckquelle beaufschlagbaren und andererseits mit einem
zeitweilig einem gewissen Unterdruck auszusetzenden Absaugbereich
verbundenen oder verbindbaren Unterdruckkanal, in dessen Verlauf
ein in Richtung zum Absaugbereich sperrendes und bei Anliegen einer
ersten Druckdifferenz in Richtung zur Unterdruckquelle öffnendes
erstes Rückschlagventil eingeschaltet
ist, und mit einem einerseits von einer Überdruckquelle beaufschlagbaren Überdruckkanal, der
unter Umgehung des ersten Rückschlagventils andererseits
ebenfalls mit dem Absaugbereich verbunden oder verbindbar ist, um
diesem zeitweilig einen Überdruckimpuls
zuführen
zu können.
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Aus dem Produktkatalog "Der Pneumatic-Katalog
98", Seite 2.4/12-1,
der Anmelderin geht eine als "Vakuum-Saugdüse" bezeichnete Saugvorrichtung
hervor, die mit einer Luftspareinrichtung ausgestattet ist, um den
Luftverbrauch zu minimieren. Die Saugvorrichtung enthält eine
Ejektoreinrichtung als Unterdruckquelle, die durch ein Magnetventil
an einen Unterdruckkanal angelegt werden kann, der sich mit einem
beispielsweise in einem Saugnapf befindlichen Absaugbereich verbinden läßt. Wird
der Saugnapf an der Oberfläche
eines Gegen standes plaziert und durch die Unterdruckquelle evakuiert,
haftet der Gegenstand an und kann transportiert oder auf sonstige
Weise gehandhabt werden. Zum Ablegen des Gegenstandes wird dem Absaugbereich
im Saugnapf ein als Abwurfimpuls bezeichenbarer Überdruckimpuls zugeführt, und
zwar unter Umgehung des im Unterdruckkanal befindlichen Rückschlagventils.
Die Unterdruckquelle wird hierbei vorübergehend außer Kraft
gesetzt.
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Die bekannte Luftspareinrichtung
ist mit einem Druckschalter ausgestattet, der die Unterdruckquelle
abschaltet, wenn sich im Absaugbereich ein ausreichendes Vakuum
eingestellt hat. Fällt
das Vakuum unter einen vorgegebenen Wert ab, veranlaßt der Druckschalter
eine neuerliche Inbetriebnahme der Unterdruckquelle. Bedingt durch
Leckage im System, ergibt sich insgesamt die Notwendigkeit für eine lange
Betriebsdauer der Unterdruckquelle und damit verbunden ein relativ
großer
Luftverbrauch, um den Unterdruck durch eine geeignete Ejektoreinrichtung
zur Verfügung
zu stellen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine im Vergleich zum Stand der Technik hinsichtlich des Einspareffektes
noch wirksamere Luftspareinrichtung zu schaffen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß in den
Verlauf des Überdruckkanals
ein in Richtung zur Überdruckquelle
sperrendes und bei Anliegen einer zweiten Druckdifferenz in Richtung
zum Absaugbereich öffnendes
zweites Rückschlagventil eingeschaltet
ist, wobei die beiden Rückschlagventile hinsichtlich
ihres Ansprechverhaltens so ausgelegt sind, daß das im Überdruckkanal sitzende zweite Rückschlagventil
bei einer höheren
Druckdifferenz öffnet
als das im Unterdruckkanal sitzende erste Rückschlagventil.
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Auf diese Weise befinden sich im
Unterdruckkanal und im Überdruckkanal
zwei parallelgeschaltete, gegensinnig wirkende Rückschlagventile, die bei deaktiviertem
Zustand sowohl der Überdruckquelle
als auch der Unterdruckquelle den Absaugbereich zuverlässig abdichten.
Das Vakuum ist in der Kanalverbindung zwischen dem Absaugbereich
und den beiden Rückschlagventilen
eingesperrt, so daß über lange
Zeit ein gewünscht
hohes Vakuum aufrechterhalten werden kann, was die Inbetriebnahme der
Unterdruckquelle erübrigt.
Indem das Ansprechverhalten des dem Überdruckkanal zugeordneten zweiten
Rückschlagventils
auf eine höhere
Druckdifferenz ausgelegt ist, kann während des Saugbetriebes ein
unerwünschtes
Nachströmen
von Luft in den in der Evakuierungsphase befindlichen Absaugbereich
ausgeschlossen werden. Der Überdruckimpuls läßt sich
ohne Probleme in einer Höhe
einspeisen, die diese höhere
Druckdifferenz überwinden
kann.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Die Rückschlagventile werden zweckmäßigerweise
so ausgelegt, daß die
zum Öffnen
des im Unterdruckkanal befindlichen ersten Rückschlagventils erforderliche
erste Druckdifferenz in der Größenordnung
von etwa 0,1 bar oder darunter liegt. Bei dem im Überdruckkanal
befindlichen zweiten Rückschlagventil
erfolgt eine Auslegung vorzugsweise dahingehend, daß die zum Öffnen erforderliche
zweite Druckdifferenz in der Größenordnung
von 1 bar oder darüber
liegt.
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Um den konstruktiven Aufbau zu vereinfachen
und die notwendigen Anschlußmaßnahmen
auf ein Minimum zu reduzieren, sind der Überdruckkanal und der Unterdruckkanal
zweckmäßigerweise
zumindest auf der dem Absaugbereich zugeordneten Seite ihrer Rückschlagventile
zu einem gemeinsamen Ausgangskanal zusammengeführt. Darüber hinaus ist von Vorteil,
wenn die beiden Kanäle
auch auf der dem Absaugbereich entgegengesetzten Seite ihrer Rückschlagventile
zusammengefaßt
sind und einen gemeinsamen Eingangskanal bilden. Dieser kann dann
nach Bedarf abwechselnd mit einer Unterdruckquelle oder einer Überdruckquelle
beaufschlagt werden.
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Speziell bei der vorgenannten Ausgestaltung läßt sich
die Luftspareinrichtung sehr einfach installieren. In fluidtechnischer
Hinsicht sind lediglich eine zum Absaugbereich führende Fluidleitung und eine zur Überdruckquelle
und Unterdruckquelle führende Fluidleitung
an den Ausgangskanal bzw. den Eingangskanal anzuschließen. Dies
prädestiniert
die Luftspareinrichtung als Nachrüstobjekt für bereits existierende Saugvorrichtungen.
Sie läßt sich
beispielsweise ohne weiteres in eine bereits vorhandene, zu einem
Absaugbereich führende
Saugleitung zwischenschalten.
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Ein weiterer Vorteil der Luftspareinrichtung besteht
darin, daß sie
nicht notwendigerweise auf einen Betrieb im Zusammenhang mit einem
Druckschalter bzw. Drucksensor angewiesen ist. Es kann beispielsweise
vorgesehen sein, daß die
Bedienperson die angeschlossene Unterdruckquelle nach persönlicher
Entscheidung abschaltet, wenn ein ausreichendes Anhaften eines handzuhabenden
Gegenstandes an einem Saugnapf oder Saugteller festgestellt wurde.
Bedingt durch die fluiddichte Einsperrung des evakuierten Volumens,
wird dann das aufgebaute Vakuum zuverlässig aufrechterhalten, bis zum
Ablegen des Gegenstandes durch Aktivierung der Überdruckquelle ein Überdruck-
bzw. Abwurfimpuls erzeugt wird.
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Gleichwohl ergibt sich auch bei der
erfindungsgemäßen Luftspareinrichtung
im Zusammenhang mit einem Drucksensor bzw. Druckschalter eine besonders
komfortable Bedienungsweise. Dies insbesondere dann, wenn der Drucksensor
mit Anschlußmöglichkeiten
versehen ist, die seinen Anschluß an eine elektronische Steuereinrichtung
ermöglichen,
beispielsweise an eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS).
Dies ermöglicht
insbesondere auch einen Anschluß an
eine bereits vorhandene elektronische Steuerung, die durch einfache Umprogrammierung
auf den angestrebten Luftsparbetrieb umgestellt werden kann.
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Bei einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform
ist die Luftspareinrichtung als kompakte Baueinheit ausgeführt, die über Anschlußmittel
verfügt,
um die zur Unterdruckquelle, zur Überdruckquelle und zum Absaugbereich
führenden
Fluidleitungen anschließen
zu können.
Besonders vorteilhaft ist dies, um die Luftspareinrichtung als Nachrüstbausatz
für bereits
bestehende konventionelle Saugvorrichtungen einsetzen zu können. Die
Nachrüsteinheit kann
sehr einfach zwischen eine vorhandene Ansaugleitung eingeschaltet
werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Luftspareinrichtung in
unmittel barer Nähe
des Absaugbereiches plaziert werden kann, so daß das abzusperrende Volumen
relativ klein ist und sich ein weiterer Spareffekt einstellt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand
der beiliegenden Zeichnung näher
erläutert.
Im einzelnen zeigen:
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1 eine
bevorzugte Bauform der erfindungsgemäßen Luftspareinrichtung in
schematischer Darstellung im Längsschnitt,
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2 ein
Schaltbild der Luftspareinrichtung aus 1 in einer bevorzugten Anwendungsform
in Verbindung mit einer Saugvorrichtung,
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3 eine
weitere Ausführungsform
der Luftspareinrichtung in einer der 1 entsprechenden
Darstellungsweise und
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4 ein
Schaltbild der Luftspareinrichtung aus 3, wiederum in Zusammenhang mit einer Saugvorrichtung.
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Die Zeichnung zeigt die Luftspareinrichtung 1 in
Form einer individuellen Baueinheit, welche in 2 und 4 durch
eine gestrichelte Umrahmung markiert ist und die sich besonders
als Nachrüsteinheit
für bestehende
Saugvorrichtungen empfiehlt. Eine solche Saugvorrichtung mit ihren
wesentlichen Bestandteilen ist in zwei verschiedenen Ausführungsformen
in den 2 und 4 bei 2, 2' schematisch
dargestellt.
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Jede Saugvorrichtung 2, 2' enthält eine
innerhalb einer strichpunktierten Umrahmung schematisch abgebildete
Unterdruckquelle 3 sowie eine ebenfalls umrahmt hervorgehobene Überdruckquelle 4.
Diese sind jeweils mit einem Steuerventil 5, 6 ausgestattet,
durch die es möglich
ist, der Luftspareinrichtung 1 wahlweise einen Überdruck
oder einen Unterdruck aufzuschalten.
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Die Unterdruckquelle 3 verfügt jeweils über eine
Ejektoreinrichtung 7, die aus einer Druckquelle P mit Druckluft
gespeist werden kann. Solange Druckluft durch die Ejektoreinrichtung 7 hindurchströmt, wird
nach dem Strahlpumpenprinzip an einem angeschlossenen Saugkanal 8 eine
Saugwirkung hervorgerufen. Der Betriebszustand läßt sich durch das zugeordnete
erste Steuerventil 5 vorgeben, mit dem sich die Luftströmung durch
die Ejektoreinrichtung 7 nach Wahl freigeben oder unterbrechen läßt.
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Innerhalb der Überdruckquelle 4 läßt sich durch
das dieser zugeordnete zweite Steuerventil 6 die Strömung von
Druckluft aus wiederum einer Druckquelle P in einen Speisekanal 11 steuern.
Je nach Schaltstellung des zweiten Steuerventils 6 wird die
Druckluftströmung
freigegeben oder unterbrochen.
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Es versteht sich, daß die beiden
Druckquellen P identisch sein können
und in aller Regel von einem am Einsatzort zur Verfügung gestellten
Druckluftnetz gebildet werden.
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Die Saugvorrichtung 2, 2' beinhaltet
des weiteren mindestens ein Saugmittel 12, beim Ausführungsbeispiel
in Gestalt eines Saugnapfes oder Saugtellers. Dieses Saugmittel 12 definiert
einen offenen Raum, der einen Absaugbereich 13 bildet. Wird
das Saugmittel 12 mit der offenen Seite voraus an der Oberfläche eines
Gegenstandes angesetzt und der Absaugbereich 13 evakuiert,
erfolgt durch den entstehenden Unterdruck ein Anhaften des Gegenstandes
an dem Saugmittel 12. Durch Manipulation des Saugmittels 12 läßt sich
anschließend
der anhaftende Gegenstand transportieren, positionieren oder auf
andere weise handhaben.
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Zum Evakuieren des Absaugbereiches 13 wird
die Unterdruckquelle 3 herangezogen, deren Saugkanal 8 mit
dem Absaugbereich 13 in Verbindung steht. Bei Erreichen
des gewünschten
Vakuums kann die Unterdruckquelle 3 durch Aktivierung des ersten
Steuerventils 5 abgeschaltet werden. Soll der anhaftende
Gegenstand anschließend
wieder abgelegt werden, wird dem Absaugbereich 13 aus dem Speisekanal 11 durch
Aktivierung der Überdruckquelle 4 ein Überdrucksignal
zugeführt,
das den Unterdruck aufhebt.
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Das Deaktivieren der Unterdruckquelle 3 nach
Aufbau des gewünschten
Vakuums kann prinzipiell ohne Sensorik allein durch Aktion des Bedienpersonals
erfolgen. Dies gilt vor allem für
mit der Saugvorrichtung ausgestattete einfachere Maschinen und Geräte. Vor
allem dann, wenn die Saugvorrichtung in einen automatischen Ablauf
eingegliedert ist, empfiehlt sich jedoch eine Aktivierung der Unterdruckquelle 3 und
vorzugsweise auch der Überdruckquelle 4 unter
Einschaltung einer geeigneten Sensorik. Eine solche ist bei den
Ausführungsbeispielen vorhanden
und enthält
einen als Druckschalter ausgebildeten Drucksensor 14, der
im System an einer Stelle einen Druck erfaßt, der dem im Absaugbereich 13 herrschenden
Druck entspricht oder zumindest Rückschlüsse auf den darin herrschenden
Druck zuläßt. Dieser
Drucksensor veranlaßt
druckabhängig das
Ein- und Ausschalten der Unterdruckquelle 3, um den im
Absaugbereich 13 herrschenden Unterdruck auf einem vorbestimmten
Pegel oder innerhalb eines vorbestimmten Bereiches zu halten. Zur
Koordination des Ganzen ist eine vorzugsweise als speicherprogrammierbare
Steuerung (SPS) ausgebildete elektronische Steuereinrichtung 15 vorhanden, über die auch
die Aktivierung und Deaktivierung der Überdruckquelle 4 gesteuert
werden kann.
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Durch die in die Saugvorrichtung 2, 2' integrierte
Luftspareinrichtung 1 läßt sich
die Zeitdauer und Frequenz des Betriebes der Unterdruckquelle 3 und
damit der zum Erzeugen der Saugwirkung bzw. des Unterdruckes erforderliche
Luftverbrauch sehr gering halten. Zwei bevorzugte Ausführungsformen der
Luftspareinrichtung 1 werden nachstehend auch unter Bezugnahme
auf die 1 und 3 näher erläutert. Soweit übereinstimmende
Bestandteile vorhanden sind, wurden hierbei identische Bezugszeichen verwendet.
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Die als kompakte Baueinheit ausgeführte Luftspareinrichtung 1 verfügt über ein
vorzugsweise blockartiges Gehäuse 16,
in dem ein Unterdruckkanal 17 und ein Überdruckkanal 18 verlaufen.
Am Gehäuse 16 vorgesehene,
in der Zeichnung jedoch nicht näher
dargestellte Anschlußmittel
ermöglichen eine
fluidische Verbindung zwischen der Eingangsseite 21 des
Unterdruckkanals 17 und dem Saugkanal 8 sowie
zwischen der Eingangsseite 22 des Überdruckkanals 18 und
dem Speisekanal 11. In vergleichbarer Weise sind nicht
näher dargestellte
Anschlußmittel
vorhanden, um die Ausgangsseiten 23 des Unterdruck- und Überdruckkanals 17, 18 mit
einem zum Absaugbereich 13 führenden Arbeitskanal 24 zu
verbinden.
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Der Arbeitskanal 24 befindet
sich vorzugsweise in einer starren oder flexiblen Fluidleitung,
gleiches gilt für
den Saugkanal 8 und den Speisekanal 11, wenngleich
auch jeweils eine in ein geeignetes Gehäuse integrierte Kanalbauweise
möglich
wäre.
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Die Ausgangsseiten 23 des
Unterdruckkanals 17 und des Überdruckkanals 18 sind
noch im Innern des Gehäuses 16 zu
einem gemeinsamen Ausgangskanal 25 zusammengeführt, an
den der Arbeitskanal 24 angeschlossen ist.
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Beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 sind auch die beiden Eingangsseiten 21, 22 zusammengefaßt, wobei
der entsprechende Eingangskanal bei 26 gekennzeichnet ist.
An diesen Eingangskanal 26 schließt sich ein Zwischenkanal 27 an,
der sich in den Saugkanal 8 und den Speisekanal 11 aufspaltet. Diese
Bauform hat den Vorteil, daß mit
dem Zwischenkanal 27 und dem Arbeitskanal 24 nur
zwei Fluidkanäle
bzw. zugeordnete Fluidleitungen an das Gehäuse 16 der Luftspareinrichtung 1 angeschlossen werden
müssen.
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Abweichend hiervon sind beim Ausführungsbeispiel
der 3 und 4 die Eingangsseiten 21, 22 separat
zur Außenfläche des
Gehäuses 16 geführt und
getrennt voneinander mit dem Saugkanal 8 bzw. dem Speisekanal 11 verbunden.
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In den Verlauf des Unterdruckkanals 17 ist
im Innern des Gehäuses 16 ein
erstes Rückschlagventil 30 eingeschaltet.
Es ist so orientiert, daß es
in Richtung zum Absaugbereich sperrt und eine Fluidströmung von
der Eingangsseite 21 des Unterdruckkanals 17 zum
Ausgangskanal 25 hin verhindert. In der Gegenrichtung vermag
das erste Rückschlagventil 30 zu öffnen, wenn
an den beiden von ihm abgetrennten Kanalabschnitten ein als erste
Druckdifferenz bezeichneter Mindestwert einer Druckdifferenz anliegt.
Um die gewünschte
Auslegung vorzugeben, enthält
das erste Rückschlagventil 30 ein
bewegliches erstes Ventilglied 32a, das durch eine erste
Federeinrichtung 33a mit vorgegebener Kraft in die Schließstellung
vorgespannt wird.
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Die Auslegung des ersten Rückschlagventils 30 ist
beim Ausführungsbeispiel
so getroffen, daß die zu
seinem Öffnen
erforderliche erste Druckdifferenz etwa 0,1 bar beträgt oder
noch geringfügig
darunter liegt.
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In Parallelschaltung zu dem ersten
Rückschlagventil 30 ist
in den Überdruckkanal 18 ein
zweites Rückschlagventil 31 eingeschaltet.
Seine Wirkungsrichtung ist derjenigen des ersten Rückschlagventils 30 allerdings
entgegengesetzt, indem es in Richtung zur Überdruckquelle 4 sperrt
und in Richtung zum Absaugbereich 13 öffnet, wenn an ihm eine zweite
Druckdifferenz anliegt, die beim Ausführungsbeispiel mindestens 1
bar beträgt.
Wiederum wird die für
die Schließstellung
des zugeordneten zweiten Ventilgliedes 32b verantwortliche
Schließkraft
von einer zweiten Federeinrichtung 33b geliefert.
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Bei wirksamer Unterdruckquelle 3 läßt das schon
bei einer geringen Druckdifferenz öffnende erste Rückschlagventil 30 eine
Evakuierung des Absaugbereiches 13 zu. Da die Ansprechschwelle
des zweiten Rückschlagventils 31 größer ist
als das maximal erzielbare Vakuum, bleibt dieses zweite Rückschlagventil 31 während der
Absaugphase zuverlässig
geschlossen.
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Hat sich der gewünschte Unterdruck im Absaugbereich 13 eingestellt,
bewirkt der Drucksensor 14 ein Abschalten der Unterdruckquelle 3.
Dadurch schließt
das erste Rückschlagventil 30 sofort,
so daß der
Absaugbereich 13 sowie die zwischen diesem und den beiden
Rückschlagventilen 30, 31 befindlichen
Kanäle
zur Umgebung hin zuverlässig
abgesperrt und abgedichtet sind, so daß das erzeugte Vakuum aufgebaut
bleibt und sich zumindest nur äußerst langsam
abbauen kann. Sollte das Vakuum unter die notwendige Schwelle fallen,
veranlaßt
der Drucksensor 14 sofort ein neuerliches Absaugen.
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Soll das Vakuum im Absaugbereich 13 abgebaut
werden, wird durch die Überdruckquelle 4 ein Überdruck-Abwurfimpuls
erzeugt, der auf Grund seiner Höhe
in der Lage ist, das zweite Rückschlagventil 31 zu öffnen und
in den Absaugbereich 13 zu gelangen.
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Der Drucksensor 14 kann
prinzipiell extern an beliebiger geeigneter Stelle im Vakuumnetz
angebracht sein. Beim Ausführungsbeispiel
ist er als Bestandteil der Luftspar-Baueinheit ausgeführt und
an das Gehäuse 16 angebaut.
Anschlußmittel 34 ermöglichen
dabei die elektrische Verbindung mit der elektronischen Steuereinrichtung 15.
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Damit ein am Saugmittel 12 gehaltener
Gegenstand nicht mit zu starker Wucht abgeworfen wird, kann in den Überdruckkanal 18,
zweckmäßigerweise
auf der der Überdruckquelle 4 zugewandten Seite
des zweiten Rückschlagventils 31,
eine hinsichtlich der Drosselungsintensität vorzugsweise variabel einstellbare
Drosseleinrichtung 35 eingeschaltet sein.
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Der Drucksensor 14 kann
bei Bedarf auch in das Gehäuse 16 der
Luftspareinrichtung 1 integriert sein.
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Der Drucksensor 14 kann
sein Drucksignal an beliebiger Stelle des auf der dem Absaugbereich 13 zugewandten
Seite der Rückschlagventile 30, 31 liegenden
Kanalsystems abgreifen. Beim konstruktiven Ausführungsbeispiel der 1 und 3 erhält
er das Drucksignal aus dem betreffenden Kanalabschnitt des Überdruckkanals 18.
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Die 1 und 3 zeigen im übrigen auch noch
eine besonders vorteilhafte konstruktive Realisierung der beiden
Rückschlagventile 30, 31.
Deren Ventilglieder 32a, 33a sind koaxial zueinander
angeordnet und greifen teleskopartig verschiebbar ineinander ein,
so daß sich
ein extrem geringer Platzbedarf einstellt. Eines der Ventilglieder 32b verfügt in axialer Verlängerung über einen
Stößel 36,
der eine den Unterdruckkanal 17 vom Überdruckkanal 18 abteilende
Trennwand 37 unter Abdichtung verschieblich durchsetzt
und auf dessen freies Ende das andere Ventilglied 32a relativ
verschiebbar aufgesetzt ist.
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Die beiden Ventilglieder 32a, 32b werden durch
die Federeinrichtungen 33a, 33b in voneinander
entgegengesetzte Richtungen in die jeweilige Schließstellung
vorgespannt, wobei sich diese Federeinrichtungen 33a, 33b an
der Trennwand 37 abstützen
können.
Es handelt sich vorzugsweise um sich in Richtung zum jeweiligen
Ventilglied konisch verjüngende
Federeinrichtungen.