DE10150126B4

DE10150126B4 - Haltevorrichtung für einen Gegenstand sowie Haltesystem

Info

Publication number: DE10150126B4
Application number: DE2001150126
Authority: DE
Inventors: Michael Denzler; Thorsten Dr. Steinkopff
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-10-11
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2021-10-12
Also published as: DE10150126A1

Abstract

Haltevorrichtung für einen Gegenstand, mit wenigstens einem auf den zu haltenden Gegenstand aufsetzbaren Haltekopf (11) und mit wenigstens einer Einrichtung (20) zum Erzeugen eines Unterdrucks zwischen dem Gegenstand und dem Haltekopf (11), dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Einrichtung (20) zum Erzeugen des Unterdrucks als wenigstens ein piezoelektrischer Biegewandler ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine Haltevorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Haltesystem gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 11.
Haltevorrichtungen und -systeme sind bereits seit langem und in vielfältigsten Ausführungsformen bekannt. Beispielsweise werden in der industriellen Montage und Bestückung pneumatische System zum Transport von Bauteilen und Komponenten eingesetzt. Dazu verfügt eine entsprechende Haltevorrichtung beispielsweise zunächst über wenigstens einen auf den zu haltenden Gegenstand aufsetzbaren Haltekopf. Weiterhin kann die Haltevorrichtung wenigstens eine Einrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks zwischen dem Gegenstand und dem Haltekopf aufweisen. Im Betrieb der Haltevorrichtung erfolgt das Festhalten des Gegenstands durch Erzeugen eines Unterdrucks zwischen dem Gegenstand und dem dicht abschließenden Haltekopf, der beispielsweise als Saugkopf ausgebildet sein kann.
Solche Haltevorrichtungen weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. So erfordern pneumatische Systeme zunächst einen relativ großen Bauraum für Ventile, Schläuche, Pumpen, verläßlich dichte Verbindungen zwischen den einzelnen Bauelementen und dergleichen. Weiterhin sind derartige Haltevorrichtungen und Haltesysteme konstruktiv relativ aufwendig und damit kostenintensiv.

Aus der DE 25 49 514 B1 geht beispielsweise eine Haltevorrichtung für einen becherförmigen Gegenstand hervor. Der Haltekopf der Haltevorrichtung ist ein Saugkopf. Der Gegenstand wird mittels Unterdruck gehalten. Im Gegensatz zur bereits beschriebenen Haltevorrichtung wird hier zur Unterdruckerzeugung ein Kolben in einer zylindrischen Ausnehmung des Saugkopfs bewegt.

Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Haltevorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß damit auf einfache und kostengünstige Weise ein Gegenstand zuverlässig gehalten werden kann.

Weiterhin soll ein entsprechend verbessertes Haltesystem bereitgestellt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Haltevorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie das Haltesystem mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 11. Weitere Vorteile, Merkmale, Details, Aspekte und Effekte der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung beschrieben sind, gelten dabei selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Haltesystem, und umgekehrt.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Haltevorrichtung für einen Gegenstand bereitgestellt, mit wenigstens einem auf den zu haltenden Gegenstand aufsetzbaren Haltekopf und mit wenigstens einer Einrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks zwischen dem Gegenstand und dem Haltekopf. Die Haltevorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Einrichtung zum Erzeugen des Unterdrucks als wenigstens ein piezoelektrischer Biegewandler ausgebildet ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Haltevorrichtung können Gegenstände nunmehr auf einfache Weise sicher gehalten werden.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der zwischen dem zu haltenden Gegenstand und dem darauf aufgesetzten Haltekopf einzustellende Unterdruck mittels eines piezoelektrischen Biegewandlers erzeugt wird.

Bei derartigen piezoelektrischen Biegewandlern, die auch als Piezoaktoren bezeichnet werden, wird der Effekt ausgenutzt, daß sich diese bei Anlegen einer elektrischen Spannung ausdehnen beziehungsweise zusammenziehen. Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Ausgestaltungsformen piezoelektrischer Biegewandler beschränkt. Einige nicht ausschließliche Beispiele geeigneter piezoelektrischer Biegewandler werden im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Haltevorrichtung wird es nunmehr möglich, einen Unterdruck zwischen dem Gegenstand und dem Haltekopf unter Ausnutzung des piezoelektrischen Effekts direkt elektrisch erzeugen zu können. Dabei kann der Unterdruck beispielsweise eine Saugwirkung hervorrufen. Die Erzeugung einer solchen Saugvorrichtung erfolgt somit rein elektrisch, was zu einer Reihe von Vorteilen führt.

So ist die erfindungsgemäße Haltevorrichtung beispielsweise in kompakter Bauweise realisierbar, so daß hierfür im Vergleich zu den bisher bekannten pneumatischen Systemen nur ein geringer Bauraumbedarf erforderlich ist. Weiterhin werden keinerlei pneumatische Komponenten benötigt. Dies führt zum einen zu einem kostengünstigen Gesamtsystem und weiterhin zu einem nur geringen Wartungsbedarf. Weiterhin wird eine universelle Halterungsmöglichkeit für unterschiedlichste Einsatzmöglichkeiten, Einsatzorte, Einsatzmedien und dergleichen geschaffen. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Haltevorrichtung als piezoelektrische Saughalterung ausgebildet sein.

Die Haltevorrichtung kann beispielsweise Bestandteil von Montageautomaten, Bestückungsautomaten, Bearbeitungsautomaten, Haltesystemen, Transportsystemen und dergleichen sein. Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Einsatzmöglichkeit der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung beschränkt.

Erfindungsgemäß soll die Haltevorrichtung wenigstens einen Haltekopf mit wenigstens einer Einrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks aufweisen. Selbstverständlich kann pro Haltevorrichtung auch mehr als ein Haltekopf vorgesehen sein, wobei jeder Haltekopf selbstverständlich auch mehr als eine Einrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks aufweisen kann. Die jeweils geeignete Anzahl von Halteköpufen und Einrichtungen zum Erzeugen eines Unterdrucks pro Haltevorrichtung ergeben sich je nach Bedarf und Einsatzart für die Haltevorrichtung.

Weiterhin ist die Erfindung nicht auf bestimmte Ausgestaltungsformen für den Haltekopf beschränkt. Wichtig ist lediglich, daß der Haltekopf auf den zu haltenden Gegenstand aufgesetzt werden kann, daß anschließend zwischen dem Haltekopf und dem Gegenstand ein Unterdruck erzeugt werden kann und daß dieser Unterdruck zu einer dichten Anlage des Haltekopfs an dem zu haltenden Gegenstand führt.

Vorteilhaft kann der wenigstens eine Haltekopf aus einem flexiblen Material gebildet sein. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Gummi- oder Weichpolymerformteil handeln. Natürlich ist die Erfindung nicht auf die genannten Beispiele beschränkt.

Vorzugsweise kann der wenigstens eine piezoelektrische Biegewandler im Haltekopf integriert sein.

Wenn in einem solchen Fall der piezoelektrische Biegewandler elektrisch angesteuert wird, bewirkt dies eine Krümmung, insbesondere eine konkave Krümmung des gesamten Haltekopfs. Bei einer entsprechenden elektrischen Ansteuerung des Haltekopfs wird dann das Volumen zwischen dem Haltekopf und der Oberfläche des zu haltenden Gegenstands, beispielsweise einer planen Bauteil- oder Komponentenfläche, vergrößert. Bei hinreichend dichtem Abschließen entsteht ein Unterdruck und es kommt zu einer Saugwirkung. Auf Grund dieser Saugwirkung wird der zu haltende Gegenstand solange fest mit der Haltevorrichtung verbunden, bis der zwischen Haltekopf und Gegenstand erzeugte Unterdruck wieder aufgehoben wird.

Durch die Integration des piezoelektrischen Biegewandlers innerhalb des Haltekopfs wird weiterhin vorteilhaft erreicht, daß der piezoelektrische Biegewandler vor äußeren Einflüssen und Beschädigungen geschützt ist.

In weiterer Ausgestaltung kann der wenigstens eine piezoelektrische Biegewandler mit wenigstens einer Steuereinrichtung verbunden sein. Über die Steuereinrichtung wird der piezoelektrische Biegewandler elektrisch angesteuert. Dabei kann die Steuereinrichtung beispielsweise Mittel zum Erzeugen einer variablen elektrischen Spannung aufweisen. Wie im weiteren Verlauf der Beschreibung noch näher erläutert wird, ist die Höhe der elektrischen Spannung unter anderem dafür erforderlich, inwieweit sich der piezoelektrische Biegewandler biegt. Je weiter sich der piezoelektrische Biegewandler biegen beziehungsweise krümmen kann, desto größer kann der Unterdruck zwischen dem Haltekopf und dem zu haltenden Gegenstand werden. Über die angelegte Spannung kann somit auch der Unterdruck und damit die Saugwirkung gesteuert beziehungsweise geregelt werden.

Vorteilhaft kann die Steuereinrichtung wenigstens einen elektronischen Rechner aufweisen. Weiterhin kann die Steuereinrichtung Mittel aufweisen, mit Hilfe derer der Unterdruck zwischen dem zu haltenden Gegenstand und dem Haltekopf erzeugt und gesteuert wird. Bei diesen Mitteln kann es sich beispielsweise um Bestandteile des wenigstens einen elektronischen Rechners, um elektronische Bauteile, Komponenten, Schaltungen, Schaltungsteile, um geeignete Programmittel, beziehungsweise Software, und dergleichen handeln.

Vorteilhaft kann der Haltekopf mit einem Halteelement verbunden sein. Über ein derartiges Halteelement kann der Haltekopf mit weiteren Komponenten der Haltevorrichtung, mit Komponenten eines Haltesystems oder dergleichen verbunden sein. Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Ausgestaltungsformen für das Halteelement beschränkt. Beispielsweise kann das Halteelement in Form einer Haltestange ausgebildet sein, wobei diese Haltestange vorzugsweise als Hohlprofil ausgebildet ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann der Haltekopf hinreichend starr mit dem Halteelement verbunden sein. Wenn das Halteelement als Hohlprofil ausgebildet ist, kann die elektrische Kontaktierung des piezoelektrischen Biegewandlers vorzugsweise im Inneren des Halteelements geführt werden. Das vereinfacht zum einen den konstruktiven Aufbau der Haltevorrichtung. Zum anderen ist dadurch die elektrische Kontaktierung vor äußeren Einflüssen und Beschädigungen geschützt.

Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Grundfläche des piezoelektrischen Biegewandlers beschränkt. Beispielsweise kann die Grundfläche rechteckig ausgebildet sein, was zu einem streifenförmigen Biegewandler führen kann. Denkbar ist auch eine Grundfläche in Form eines regelmäßigen Sechsecks oder dergleichen. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der piezoelektrische Biegewandler jedoch eine runde Grundfläche auf. In diesem Fall stellt der piezoelektrische Biegewandler einen Kreisscheibenbieger dar. Jeder Bestandteil des piezoelektrischen Biegewandlers ist dabei vorzugsweise eine Scheibe.

Wenn an einen als Kreisscheibenbieger ausgebildeten piezoelektrischen Biegewandler ein elektrisches Feld angelegt wird, resultiert daraus ein relativ hoher Hub des Biegewandlers, wie im weiteren Verlauf der Beschreibung noch näher erläutert wird. Zudem zeichnet sich ein Kreisscheibenbieger durch eine gute Stabilität aus. Üblicherweise ist der Kreisscheibenbieger selbsttragend. Eine Auflage des Kreisscheibenbiegers ist beispielsweise nicht punktförmig, sondern erstreckt sich über den Umfang des Kreisscheibenbiegers. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Kreisscheibenbieger nur fixiert werden muß. Als weitere Vorteile sind eine im Vergleich zu anderen Bauformen erhöhte Blockierkraft, eine erhöhte Steifigkeit und eine relativ hohe Resonanzfrequenz zu nennen. Zudem kann zur Herstellung des Kreisscheibenbiegers auf bewährte Verfahren zur Herstellung von keramischen Mehrschichtaktoren zurückgegriffen werden.

In weiterer Ausgestaltung kann der piezoelektrische Biegewandler, insbesondere wenn er als Kreisscheibenbieger ausgebildet ist, wenigstens ein Mittel zur Reduzierung seiner Eigensteifigkeit aufweisen. Durch die Reduzierung der Eigensteifigkeit kann ein erhöhter Hub im Biegewandler erreicht werden. Insbesondere handelt es sich bei dem Mittel zur Reduzierung der Eigensteifigkeit um ein Loch. Das Loch ist im Biegewandler vorteilhaft derart angeordnet, daß bei einem solchen Biegewandler für einen bestimmten Hub weniger Energie erforderlich ist, als dies bei einem entsprechenden Biegewandler ohne Loch der Fall wäre. Das Loch kann beispielsweise als Bohrung oder Durchbohrung des Biegewandlers ausgebildet sein.

Die vorliegende Erfindung. ist nicht auf bestimmte Ausgestaltungsformen für den piezoelektrischen Biegewandler beschränkt. Die jeweils angemessene Ausgestaltungsform ergibt sich je nach Anwendungsfall und Einsatzgebiet für den piezoelektrischen Biegewandler.

Nachfolgend werden einige nicht ausschließliche, exemplarische Beispiele möglicher Ausführungsformen für den Biegewandler beschrieben.

Vorteilhaft kann der piezoelektrische Biegewandler wenigstens eine erste Schicht und wenigstens eine zweite Schicht aufweisen. Dabei kann die erste und/oder zweite Schicht elektrisch angesteuert sein. Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn der piezoelektrische Biegewandler aus einer elektrisch angesteuerten Schicht und einer weiteren Schicht besteht. In einem solchen Fall wird die elektrisch angesteuerte Schicht bei elektrischer Ansteuerung piezoelektrisch reagieren und sich entweder verlängern oder verkürzen. Dadurch entstehen in den beiden Schichten jeweils unterschiedliche geometrische Änderungen. Für einen als Kreisscheibenbieger ausgebildeten piezoelektrischen Biegewandler bedeutet dies, daß sich die benachbarten Schichten geometrisch unterschiedlich ändern werden, was zu einer entsprechenden Krümmung beziehungsweise Biegung des Kreisscheibenbiegers führt.

Beispielsweise kann der piezoelektrische Biegewandler wenigstens eine piezoelektrisch aktive Schicht und wenigstens ein Elektrodenpaar aufweisen. Dabei ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Anzahl von piezoelektrisch aktiven Schichten und Elektrodenschichten beschränkt. Weiterhin kann der piezoelektrische Biegewandler auch piezoelektrisch inaktive Schichten aufweisen. Die jeweils geeignete Ausgestaltung des piezoelektrischen Biegewandlers ergibt sich dabei je nach Anwendungsfall, insbesondere nach der Größe des durch den Biegewandler erreichbaren Hubs.

Bei der piezoelektrisch aktiven Schicht kann es sich beispielsweise um eine piezoelektrisch aktive Keramikschicht handeln. Unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes, das über das wenigstens eine Elektrodenpaar eingebracht wird, kommt es jeweils zu einer Abmessungsänderung (Verkürzung) der entsprechenden piezoelektrisch aktiven Schicht entlang einer flächenhaften (lateralen) Ausdehnung der Schicht.

Dabei hängt die tatsächliche Abmessungsänderung jeder Schicht und damit ein Ausmaß der Verbiegung, beziehungsweise des Hubs des Biegewandlers, unter anderem von der Stärke des elektrischen Feldes ab, das in der piezoelektrisch aktiven Schicht wirkt.

Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des piezoelektrischen Biegewandlers kann dieser mindestens eine piezoelektrisch aktive und mindestens eine piezoelektrisch inaktive Schicht aufweisen. Zur Erzeugung der Verbiegung des Biegewandlers wird an einer Grenzfläche zwischen den Schichten ein deutlicher Sprung in der mechanischen Spannung erzeugt.

Gemäß einer anderen beispielhaften Ausgestaltung kann der piezoelektrische Biegewandler wenigstens eine erste piezoelektrische Keramikschicht, wenigstens eine zweite piezoelektrische Keramikschicht sowie wenigstens ein Elektrodenpaar aufweisen. Bei den piezoelektrischen Keramikschichten kann es sich vorteilhaft um piezoelektrisch aktive Keramikschichten handeln.

Beispielsweise besteht ein derartiger Biegewandler aus mehreren piezoelektrisch aktiven Keramikschichten und dazwischen angeordneten inneren Elektrodenschichten. Jede der inneren Elektrodenschichten dient der Erzeugung der elektrischen Felder in den benachbarten piezoelektrisch aktiven Keramikschichten. Jede der piezoelektrisch aktiven Keramikschichten ist in Dickenrichtung der Keramikschicht und damit in Stapelrichtung des piezoelektrischen Biegewandlers polarisiert. Beim Polarisieren werden bei Anlegen alternierender Polaritäten an benachbarten Elektrodenschichten in benachbarten Keramikschichten entgegengesetzte Polarisationsrichtungen erzeugt. Durch die elektrische Ansteuerung der Elektrodenschichten im Betrieb des Biegewandlers, das heißt durch Erzeugung elektrischer Felder parallel zu den Polarisationsrichtungen, kommt es zu lateralen Abmessungsänderungen entlang der Keramikschichten. Die Keramikschichten werden senkrecht zu den Polarisationsrichtungen und damit zu den Dickenrichtungen der Keramikschichten verkürzt.

Ebenso ist es denkbar, daß zwischen benachbarten piezoelektrisch aktiven Keramikschichten wenigstens zwei voneinander elektrisch isolierte Elektrodenschichten angeordnet sind. Damit lassen sich gleichgerichtete Polarisationsrichtungen in den benachbarten Keramikschichten induzieren.

Ein derart ausgestalteter piezoelektrischer Biegewandler ist beispielsweise in der älteren Patentanmeldung 101 30 895.7 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung miteinbezogen wird.

Vorteilhaft können zur Erzeugung einer Verbiegung, beziehungsweise zur Erzeugung eines Hubs des Biegewandlers, nur piezoelektrisch aktive Keramikschichten verwendet werden. In diesem Fall wird die Erzeugung des Hubs ohne piezoelektrisch inaktive Schichten erreicht. Dazu sind die in den Keramikschichten erzeugbaren lateralen Abmessungsänderungen unterschiedlich. Um eine möglichst gute Abstimmung der Abmessungsänderungen zu erhalten, ist jeweils zwischen zwei piezoelektrisch aktiven Keramikschichten eine Elektrodenschicht vorhanden. Die Elektrodenschichten sind im Vergleich zu den Keramikschichten sehr dünn und fungieren daher nicht als piezoelektrisch inaktive Schichten im vorstehend genannten Sinn. Mit Hilfe der Elektrodenschichten wird jeweils eine bestimmte Polarisation der benachbarten Keramikschichten erzeugt. Zudem dienen die Elektrodenschichten der Erzeugung der für die Abmessungsänderungen benötigten elektrischen Felder. Sowohl die Polarisationen als auch die elektrischen Felder, beziehungsweise die Stärken der elektrischen Felder, können sehr einfach und genau eingestellt werden.

Vorteilhaft kann in einer Stapelrichtung des piezoelektrischen Biegewandlers ein Gradient der lateralen Abmessungsänderungen der Keramikschichten erzeugt werden, beziehungsweise erzeugbar sein. Das bedeutet, daß sich im Betrieb des Biegewandlers das Ausmaß der Abmessungsänderungen von Keramikschicht zu Keramikschicht in Stapelrichtung des Schichtverbunds sukzessive in eine Richtung ändert, das heißt entweder größer oder kleiner wird.

Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Materialien für die piezoelektrisch aktiven beziehungsweise inaktiven Schichten beschränkt. Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die piezoelektrischen Schichten jeweils aus dem gleichen oder aber aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind.

Vorzugsweise können die piezoelektrischen Schichten als Keramikschichten, insbesondere als Bleizirkonattitanat-Schichten (PZT) ausgebildet sein. Die Elektrodenschichten können beispielsweise aus einer Silber-Palladium Paste hergestellt sein. Natürlich sind auch andere Materialien für die Elektrodenschichten denkbar.

Vorteilhaft können alle Keramikschichten ein gleiches Keramikmaterial aufweisen. Das hat beispielsweise den Vorteil, daß bei hinreichend gleicher Polarisation der Keramikschichten nahezu keine Biegung auf Grund eines unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterschiedlichen Keramikmaterials auftritt. Es kommt daher zu keiner thermisch induzierten Verbiegung. Denkbar ist aber auch, daß die Keramikschichten unterschiedliches Keramikmaterial aufweisen. Vorteilhaft ist dabei, wenn die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Keramikmaterialien ähnlich sind.

Beispielsweise weisen die piezoelektrischen Schichten im wesentlichen gleiche Schichtdicken auf. „Im wesentlichen gleich" bedeutet in diesem Fall, daß eine Toleranz von bis zu 10 % zulässig sein kann. Wenn die Schichtdicken der Schichten gleich sind und die Schichten aus dem gleichen Material bestehen, kann eine unterschiedliche Abmessungsänderung dadurch erzeugt werden, daß bei gleicher Polarisation unterschiedliche elektrische Feldstärken auf die Schichten einwirken. Unterschiedliche Abmessungsänderungen sind auch dadurch möglich, daß die Schichten unterschiedliche Polarisationen aufweisen und gleichen oder ähnlichen elektrischen Feldstärken ausgesetzt werden. Die Feldstärken werden vorteilhaft dabei so gewählt, daß es im Betrieb des Biegewandlers zu keiner Änderung der Polarisation der Keramikschichten kommt, was auch als Nachpolung bezeichnet wird.

Vorteilhaft können die Schichten jedoch unterschiedliche Schichtdicken aufweisen. Sowohl beim Polarisieren der Schichten als auch im Betrieb des Biegewandlers können die Elektrodenschichten bei alternierender Beschaltung mit den gleichen elektrischen Potentialen beaufschlagt werden. Dies führt dazu, daß bei gleicher elektrischer Ansteuerung der Elektrodenschichten unterschiedliche Abmessungsänderungen der piezoelektrischen Schichten hervorgerufen werden können.

Vorzugsweise kann der piezoelektrische Biegewandler zumindest bereichsweise eine Vorverformung aufweisen. Die Vorverformung kann dabei vorteilhaft so gewählt sein, daß sie der Kontur des Haltekopfes in einer Weise angepaßt ist, daß eine Haltewirkung besonders einfach erzielt werden kann. Beispielsweise kann die Vorverformung im Sinne einer „Saughalterung" ausgebildet sein.

In weiterer Ausgestaltung kann der piezoelektrische Biegewandler als monolithischer Schichtverbund ausgebildet sein. Monolithisch bedeutet in diesem Fall, daß der Biegewandler durch gemeinsames Sintern (Co-Firing) der piezoelektrischen Schichten, insbesondere der Keramikschichten und der dazwischen angeordneten Elektrodenschichten, hergestellt werden kann. Beispielsweise werden zum Herstellen eines monolithischen piezoelektrischen Biegewandlers mehrere, mit Elektrodenmaterial bedruckte keramische Grünfolien übereinandergestapelt, laminiert, gegebenenfalls entbindert und nachfolgend gesintert. Die Grünfolien sind dabei beispielsweise so gewählt, daß durch das Sintern Schichtdicken der Keramikschichten im Bereich zwischen 20 μm und 500 μm resultieren.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Haltesystem zum Halten wenigstens eines Gegenstands bereitgestellt, das erfindungsgemäß durch wenigstens eine wie vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Haltevorrichtung gekennzeichnet ist.

Derartige Haltesysteme können beispielsweise im Zusammenhang mit der industriellen Montage und Bestückung, generell mit dem Halten von Gegenständen, mit dem Transport von Gegenständen und dergleichen eingesetzt werden. Dabei kann vorgesehen sein, daß das Haltesystem über mehrere Haltevorrichtungen verfügt. Die jeweils geeignete Anzahl von Haltevorrichtungen ergibt sich dabei aus dem Einsatzgebiet sowie der Funktion des Haltesystems.

Nachfolgend wird nun die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Seitenansicht eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung; und
2 in schematischer Querschnittsansicht ein Ausführungsbeispiel für einen piezoelektrischen Biegewandler.
In 1 ist zunächst eine Haltevorrichtung 10 für einen Gegenstand dargestellt, wobei die Haltevorrichtung 10 als Saugvorrichtung ausgebildet ist. Mittels einer solchen Haltevorrichtung 10, die Bestandteil eines entsprechenden Haltesystems sein kann, können beispielsweise Bauteile und Komponenten im Bereich der industriellen Montage und Bestückung gehalten und transportiert werden. Dabei erfolgt das Halten eines entsprechenden Gegenstands durch Erzeugung eines Unterdrucks zwischen dem Gegenstand (nicht dargestellt) und einem Haltekopf 11. Der Haltekopf 11 ist als flexibles Gummi- oder Weichpolymerformteil ausgebildet. In seinem Fußbereich ist der Haltekopf 11 an einem Halteelement 12 hinreichend starr befestigt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Halteelement 12 um eine Haltestange in Form eines Hohlprofils.
Innerhalb des Haltekopfs 11 ist eine Einrichtung 20 zum Erzeugen eines Unterdrucks integriert, bei der es sich im vorliegenden Beispiel um einen piezoelektrischen Biegewandler handelt. Der piezoelektrische Biegewandler 20, der im Zusammenhang mit 2 noch näher beschrieben wird, ist über eine elektrische Kontaktierung 21 mit einer nicht dargestellten Spannungsquelle, insbesondere einer Spannungsquelle zum Erzeugen einer veränderlichen elektrischen Spannung, verbunden. Der Biegewandler 20 weist eine an die Kontur des Haltekopfes 11 angepaßte Vorverformung auf.
Wenn nun der piezoelektrische Biegewandler 20, der in Form eines Kreisscheibenbiegers ausgebildet ist, elektrisch angesteuert wird, bewirkt dies eine konkave Krümmung des Biegewandlers 20. Da der Biegewandler 20 innerhalb des Haltekopfs 11 integriert ist, verformt sich bei elektrischer Ansteuerung somit auch der Haltekopf 11 entsprechend der Krümmung des Biegewandlers 20. Dadurch wird das Volumen zwischen dem Haltekopf 11 und dem zu haltenden Gegenstand vergrößert. Bei hinreichend dichtem Abschließen zwischen Haltekopf 11 und dem zu haltendem Gegenstand entsteht ein Unterdruck. Dadurch kommt es zu einer Saugwirkung, über die der Gegenstand sicher von der Haltevorrichtung 10 gehalten werden kann, und zwar solange, bis der Unterdruck erneut abgebaut wird.
Die Ausgestaltung eines geeigneten piezoelektrischen Biegewandlers 10 ist im Zusammenhang mit 2 in größerem Detail dargestellt. Gemäß 2 weist der piezoelektrische Biegewandler 20 zunächst einen monolithischen Aufbau auf, der aus einer Anzahl piezoelektrisch aktiver Keramikschichten 23, 24, 25, 26 gebildet ist. Die Keramikschichten sind jeweils aus gleichem Keramikmaterial gebildet. Bei dem Keramikmaterial handelt es sich im vorliegenden Beispiel um ein Bleizirkonattitanat (PZT). Die Polarisationen, dargestellt durch die Pfeile P, der Keramikschichten 23, 24, 25, 26 sind vom Betrag her ungefähr gleich. Die Polarisationen benachbarter Keramikschichten sind parallel zueinander, aber einander entgegengerichtet. Ebenso weisen die Keramikschichten 23 bis 26 jeweils unterschiedliche Schichtdicken auf. Diese können beispielsweise zwischen 50 und 150 μm liegen und nehmen im vorliegenden Beispiel in Stapelrichtung S des piezoelektrischen Biegewandlers 20 ab. Zwischen den Keramikschichten 23 bis 26 sind innere Elektrodenschichten 27, 28, 29 angeordnet. Den Abschluß in Stapelrichtung S des monolithischen piezoelektrischen Biegewandlers 20 bilden zwei äußere Elektrodenschichten 30, 31. Die einzelnen Elektrodenschichten 27 bis 31 sind über entsprechende elektrische Kontaktierungen 21 mit der Spannungsquelle (nicht dargestellt) verbunden.
Bei dem piezoelektrischen Biegewandler 20 handelt es sich beispielsweise um einen Kreisscheibenbieger mit einer runden Grundfläche. Zur Reduzierung der Eigensteifigkeit kann der Kreisscheibenbieger 22 ein Loch aufweisen. Bei dem Loch 37 (siehe 3) kann es sich um eine Durchbohrung des Kreisscheibenbiegers 22 in Stapelrichtung S handeln.
Im Betrieb des Biegewandlers 20 werden die inneren und äußeren Elektrodenschichten 27 bis 31 alternierend mit den Potentialen 32, 33, 34, 35, 36 beaufschlagt. Im vorliegenden Beispiel können die Potentiale 33 und 35 beispielsweise 100 Volt und die Potentiale 32, 34 und 36 beispielsweise 0 Volt betragen. Durch die Kombination von verschiedenen Schichtdicken der piezoelektrisch aktiven Keramikschichten 23 bis 26 und gleichen Potentialdifferenzen zwischen den Elektrodenschichten 27 bis 31 werden die Keramikschichten 23 bis 26 unterschiedlich starken elektrischen Feldern ausgesetzt, was durch unterschiedlich lange Pfeile F dargestellt ist. Es resultieren unterschiedliche Abmessungsänderungen, die durch unterschiedlich große Pfeile A dargestellt sind, wobei ein Gradient G der lateralen Abmessungsänderungen im Schichtverbund 22, beziehungsweise im Kreisscheibenbieger, erzeugt wird.

Claims

Haltevorrichtung für einen Gegenstand, mit wenigstens einem auf den zu haltenden Gegenstand aufsetzbaren Haltekopf (11) und mit wenigstens einer Einrichtung (20) zum Erzeugen eines Unterdrucks zwischen dem Gegenstand und dem Haltekopf (11), dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Einrichtung (20) zum Erzeugen des Unterdrucks als wenigstens ein piezoelektrischer Biegewandler ausgebildet ist.
Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Haltekopf (11) aus einem flexiblen Material gebildet ist.
Haltevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine piezoelektrische Biegewandler (20) im Haltekopf (11) integriert ist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine piezoelektrische Biegewandler (20) mit wenigstens einer Steuereinrichtung verbunden ist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekopf (11) mit einem Halteelement (12) verbunden ist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Biegewandler (20) eine runde Grundfläche aufweist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Biegewandler (20) wenigstens eine erste Schicht und wenigstens eine zweite Schicht aufweist und daß die erste und/oder zweite Schicht elektrisch angesteuert ist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Biegewandler (20) wenigstens eine piezoelektrisch aktive Schicht (23, 24, 25, 26) und wenigstens ein Elektrodenpaar (27, 28, 29, 30, 31) aufweist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Biegewandler (20) zumindest bereichsweise eine Vorverformung aufweist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Biegewandler (20) als monolithischer Schichtverbund ausgebildet ist.
Haltesystem zum Halten wenigstens eines Gegenstands, gekennzeichnet durch wenigstens eine Haltevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.