DE102011050772A1 - Gripping device, particularly ring gripper for gripping of objects, particularly vessels such as bottles or containers, has gripping element arranged around central axis, where electromotive drive is provided for adjusting gripping element - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Greifeinrichtung zum Ergreifen von Gegenständen gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. The present invention relates to a gripping device for gripping objects according to the features of the preamble of claim 1.
Um Gegenstände, insbesondere Gefäße, wie etwa Flaschen, Behälter oder andersartige Behältnisse, wie etwa Umverpackungen, beispielsweise umzusetzen, sind Greifeinrichtungen in Form so genannter Greiftulpen oder Greifglocken bekannt. Diese verfügen über wenigstens zwei vorzugsweise gleichmäßig um einen Mittelpunkt bzw. eine Mittelachse herum verteilt gegenüberliegend angeordnete Greifelemente, welche vermittels eines Aktuators gemeinsam derart betätigt werden können, dass sich diese Greifelemente synchron zur Mittelachse hin oder von dieser weg bewegen. In order to implement objects, in particular vessels, such as bottles, containers or other types of containers, such as outer packaging, for example, gripping devices in the form of so-called gripping tulips or gripping bells are known. These have at least two gripping elements preferably distributed uniformly around a center or a central axis, which can be jointly actuated by means of an actuator in such a way that these gripping elements move synchronously with or away from the central axis.
Die einzelnen Greifelemente sind so ausgeführt, dass sie eine markante Kontur eines zu ergreifenden Gegenstands im weitesten Sinne formschlüssig um- bzw. von oben her gesehen zumindest hintergreifen, wenn sie sich in ihrer beispielsweise bei einem Ergreifen von Außen her zur Mittelachse hin bewegten Eingriffsposition bzw. -stellung befinden. Bei einem Ergreifen durch eine Öffnung des Gegenstands von Innen her befinden sich die Greifelemente entsprechend von der Mittelachse weg bewegt in ihrer Eingriffsposition bzw. -stellung. The individual gripping elements are designed so that they positively engage around a distinctive contour of an object to be gripped in the broadest sense or seen from above at least when they move in their example in a gripping from the outside to the central axis moved engagement position or position. When gripped by an opening of the article from the inside, the gripping elements are correspondingly moved away from the central axis in their engaged position or position.
Beispiele für solche markante Konturen sind ein Kragen oder ein Wulst oder ein umlaufend abstehender Flansch beispielsweise am Hals bzw. unterhalb einer Gefäßöffnung oder eines Gefäßverschlusses, beispielsweise bei einem Schraubverschluss einer Flasche, oder ein beispielsweise aufgebördelter Wulst, welcher z.B. unmittlebar eine Gefäßöffnung umgibt, wie etwa bei einem Kronkorkenverschluss einer Flasche. Examples of such prominent contours are a collar or a bead or a peripherally projecting flange, for example at the neck or below a vessel opening or a vessel closure, for example in the case of a screw cap of a bottle, or a bead, for example flared, which e.g. ummittlebar surrounds a vessel opening, such as in a crown cap closure of a bottle.
Befinden sich die Greifelemente nicht in der Eingriffsposition bzw – -stellung, wird dies im Nachfolgenden als Freiposition bzw. -stellung bezeichnet. If the gripping elements are not in the engaged position or position, this will be referred to below as a free position or position.
Die bekannten Greifeinrichtungen können zunächst in zwei Gruppen unterteilt werden. Bei einer ersten Gruppe erfolgt eine Verstellung der Greifelemente aus deren Freistellung in die Eingriffstellung und umgekehrt zumindest in einer Richtung gegen eine biege- und/oder federelastische Rückstellkraft. Dabei kann entweder die Freistellung oder die Eingriffstellung als Ruhestellung ausgebildet sein, welche die Greifelemente ohne äußere Krafteinwirkung einnehmen. Bei einer zweiten Gruppe erfolgt die Verstellung der Greifelemente aus deren Freistellung in die Eingriffstellung und umgekehrt frei von biege- und/oder federelastischen Rückstellkräften. Ruhestellung kann hierbei jede Stellung sein, welche die Greifelemente einnehmen, sobald eine zum Verstellen aus deren Freistellung in die Eingriffstellung und umgekehrt vorgesehene Krafteinwirkung eines Aktuators aufgehoben wird. The known gripping devices can initially be divided into two groups. In a first group, an adjustment of the gripping elements from their release into the engaged position and vice versa takes place in at least one direction against a bending and / or resilient restoring force. In this case, either the release or the engagement position may be formed as a rest position, which occupy the gripping elements without external force. In a second group, the adjustment of the gripping elements from their exemption in the engaged position and vice versa free of bending and / or elastic restoring forces. In this case, rest position can be any position which the gripping elements occupy, as soon as a force action of an actuator intended for adjustment from its release into the engagement position and vice versa is reversed.
Es ist offensichtlich, dass insbesondere ein Halten entweder der Freistellung oder der Eingriffstellung gegen eine biege- und/oder federelastische Rückstellkraft den Nachteil eines hohen Energieeinsatzes bzw. Energieverbrauchs durch permanentes Entgegenwirken gegen die Rückstellkraft zur Folge hat. It is obvious that in particular holding either the free position or the engaged position against a bending and / or elastic restoring force has the disadvantage of a high energy input or energy consumption by permanently counteracting the restoring force result.
Kommen dann noch energieintensive Aktuatoren zum Einsatz, wie etwa pneumatische oder elektrostatische oder elektromagnetische Aktuatoren, summiert sich der Energieeinsatz bzw. Energieverbrauch schnell in eine für den Betrieb solcher Greifeinrichtungen unwirtschaftliche Höhe. If energy-intensive actuators are then used, such as pneumatic or electrostatic or electromagnetic actuators, the energy input or energy consumption quickly adds up to an uneconomical height for the operation of such gripping devices.
Durch
Zusätzlich zu den bereits genannten energetischen Nachteilen ist an dieser Greifeinrichtung die geringe Hebekraft nachteilig, die durch die Reibung zwischen den Greifelementen und dem Rohr und die Federkraft der Spiralfeder begrenzt ist. In addition to the aforementioned energetic disadvantages, the low lifting force is disadvantageous in this gripping device, which is limited by the friction between the gripping elements and the tube and the spring force of the coil spring.
Durch
Nachteilig hieran ist das nicht zufrieden stellende Loslassen gegriffener Gegenstände, da Reibungskräfte zwischen den Fortsätzen und der markanten Kontur ein Zurückpendeln der Greifelemente verhindern können. Weitere Nachteile ergeben sich durch den Einsatz von Druckluft zur Betätigung der Greifeinrichtung. Diese muss unter hohem Energieeinsatz hergestellt und unter hohen Verlusten zur Greifeinrichtung transportiert werden. A disadvantage of this is the unsatisfactory release of gripped objects, since frictional forces between the extensions and the distinctive contour can prevent the gripping elements from swinging back. Further disadvantages result from the use of compressed air for actuating the gripping device. This must be produced under high energy consumption and transported under high losses to the gripping device.
Durch
Nachteilig hieran ist der hohe Energieeinsatz durch Verwendung von Druckluft zur Betätigung der Greifeinrichtung. Diese muss wie bereits erwähnt erst unter hohem Energieeinsatz hergestellt und anschließend unter hohen Verlusten zur Greifeinrichtung transportiert werden. Ein weiterer Nachteil ergibt sich durch eine nur begrenzte Hebekraft der Greifeinrichtung wegen des Haltens von Gegenständen durch Reibungskräfte zwischen den Greifelementen und einem gegriffenen Gegenstand. The disadvantage of this is the high energy input by using compressed air for actuating the gripping device. As already mentioned, this must first be produced under a high energy input and then transported to the gripping device at high losses. Another disadvantage results from an only limited lifting force of the gripping device for holding objects by frictional forces between the gripping elements and a gripped object.
Durch
Nachteilig hieran sind zum Einen der hohe Energieeinsatz durch Verwendung von Druckluft zur Betätigung der Greifeinrichtung, welche unter hohem Energieeinsatz hergestellt und anschließend unter hohen Verlusten zur Greifeinrichtung transportiert werden muss, und zum Anderen, dass dieser hohe Energieeinsatz nochmals potenziert wird durch die zur Ausführung beispielsweise eines vollständigen Umsetzvorgangs notwendige Überwindung der Rückstellkraft. Disadvantages of this are on the one hand the high energy input by using compressed air for actuating the gripping device, which must be produced with high energy input and then transported at high losses to the gripping device, and on the other hand, that this high energy use is further potentiated by the execution of for example one complete conversion process necessary overcoming the restoring force.
Durch
Nachteilig hieran ist wiederum der hohe Energieeinsatz durch Verwendung von Druckluft zur Betätigung der Greifeinrichtung, welche unter hohem Energieeinsatz hergestellt und anschließend unter hohen Verlusten zur Greifeinrichtung transportiert werden muss. Um die Greifelemente in Eingriffstellung zu bringen muss darüber hinaus eine vermittels biegeelastischer Verformung des Federteils erzeugte federelastische Rückstellkraft überwunden werden. Hierdurch ergibt sich ein unzufriedenstellend hoher Energieeinsatz zum Betrieb bzw. zur Betätigung der Greifeinrichtung. The disadvantage of this in turn is the high energy consumption by using compressed air for actuating the gripping device, which must be produced with high energy input and then transported under high losses to the gripping device. In order to bring the gripping elements in the engaged position beyond a means of bending elastic deformation of the spring member produced resilient restoring force must be overcome. This results in an unsatisfactory high energy input for operation or for the operation of the gripping device.
Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung einer verbesserten Greifeinrichtung mit einem im Vergleich zum Stand der Technik geringeren Energieeinsatz bzw. Energieverbrauch und einer dadurch gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Energiebilanz bei deren Betrieb. The object of the invention is the development of an improved gripping device with a lower compared to the prior art energy consumption or energy consumption and thereby improved over the prior art energy balance in their operation.
Die obige Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche beschrieben. The above object is achieved by the features of the independent claim. Further advantageous embodiments are described by the subclaims.
Demnach ist eine Greifeinrichtung zum Ergreifen von Gegenständen mit mindestens einem Greifelement vorgesehen. Das mindestens eine Greifelement ist um eine Mittelachse herum angeordnet. Accordingly, a gripping device for gripping objects with at least one gripping element is provided. The at least one gripping element is arranged around a central axis.
Die Mittelachse bildet beispielsweise eine Orientierungsachse für einen zu ergreifenden Gegenstand. Beispielsweise kann die Mittelachse zum Ergreifen eines Gegenstands mit einer Symmetrieachse des Gegenstands in Übereinstimmung zu bringen sein, bzw. als gedachte Orientierungshilfe hierfür dienen. The central axis forms, for example, an orientation axis for an object to be grasped. For example, the central axis for gripping an object may be to be matched with an axis of symmetry of the object, or serve as an imaginary orientation aid for this purpose.
Die Greifeinrichtung umfasst wenigstens einen elektromotorischen Antrieb zur Verstellung der Greifelemente aus einer Freistellung in eine Eingriffstellung mit einem zu ergreifenden Gegenstand und umgekehrt. The gripping device comprises at least one electromotive drive for adjusting the gripping elements from an exemption in an engaged position with an object to be gripped and vice versa.
Ist nur ein Greifelement vorgesehen, so kann dies einseitig einer Mittelachse oder vorzugsweise zumindest teilweise um eine Mittelachse herum angeordnet sein. If only one gripping element is provided, this may be arranged on one side of a central axis or preferably at least partially around a central axis.
Beispielsweise kann eine Greifeinrichtung mit nur einem einseitig einer Mittelachse angeordneten Greifelement asymmetrisch ausgeführt sein. Dabei kann eine dem Greifelement von der Mittelachse in Richtung einer Verstellung des Greifelements aus der Freistellung in die Eingriffstellung gesehen gegenüberliegende Wandung beispielsweise einer Aufnahmeöffnung für einen zu ergreifenden Gegenstand mit einer markanten Kontur eines zu ergreifenden Gegenstands korrespondierend ausgeführt sein. Wird das Greifelement aus seiner Freistellung in seine Eingriffstellung verstellt, verschiebt es den zu ergreifenden Gegenstand gegen diese mit der markanten Kontur korrespondierende Wandung, so dass der Gegenstand gegriffen und anschließend beispielsweise durch Anheben umgesetzt werden kann. For example, a gripping device with only one side of a central axis arranged gripping element can be designed asymmetrically. In this case, a gripping element viewed from the central axis in the direction of an adjustment of the gripping element from the release in the engagement position opposite wall, for example, a receiving opening for an object to be gripped with a distinctive contour of an object to be gripped be designed to correspond. If the gripping element is moved out of its free position into its engagement position, it shifts the object to be gripped against this wall corresponding to the marked contour, so that the object can be gripped and subsequently reacted, for example, by lifting.
Bei einer Greifeinrichtung mit nur einem zumindest teilweise um eine Mittelachse herum angeordneten Greifelement ist demgegenüber vorgesehen, dass das Greifelement bei dessen Verstellung aus der Freistellung in die Eingriffstellung mit Ausnahme einer gegebenenfalls nicht vom Greifelement eingenommenen Umfangsposition von allen Seiten gleichermaßen auf den zu ergreifenden Gegenstand einwirkt oder zumindest sich auf diesen zubewegt. In a gripping device with only one gripping element arranged at least partially around a central axis, it is provided that the gripping element acts equally on the object to be gripped from all sides during its adjustment from the release into the engaged position, with the exception of a circumferential position which may not be assumed by the gripping element at least to move towards this.
Ein Ausführungsbeispiel einer Greifeinrichtung mit nur einem zumindest teilweise um eine Mittelachse herum angeordneten Greifelement kann eine um die Mittelachse herum angeordnete elastische Manschette vorsehen, welche beispielsweise durch Stauchung in Richtung parallel zur Mittelachse durch Knickung und/oder Beulung normal zur Mittelachse hin oder von dieser weg ausgebaucht werden kann. Eine alternative Ausgestaltung ergibt sich durch einen außerhalb oder in einer solchen Manschette verlaufenden Zug, welcher durch Verkürzung des Zuges eine von der Manschette umgebene Aufnahmeöffnung für einen zu ergreifenden Gegenstand verjüngt. Eine Kombination beider Ausgestaltungen ist grundsätzlich denkbar. Die Erfindung sieht in jedem Fall vor, die Stauchung und/oder die Verkürzung beispielsweise eines Zuges mit dem Ziel einer Verjüngung einer Aufnahmeöffnung durch eine entsprechende Reaktion der Manschette vermittels eines elektromotorischen Antriebs vorzunehmen. Wichtig ist hervorzuheben, dass eine solche Aufnahmeöffnung keinesfalls die Form einer Kreisfläche aufweisen muss, beispielsweise kann die Aufnahmeöffnung die Form einer Kreisringfläche aufweisen, welche beispielsweise von innen her verjüngt wird. Ebenfalls sind andere, beliebige Geometrien für eine gegebenenfalls vorgesehene, durch das Greifelement zum Ergreifen eines Gegenstands zu verjüngende Aufnahmeöffnung geeignet. An embodiment of a gripping device with only one arranged at least partially around a central axis gripper element may provide an around the central axis arranged elastic sleeve, which bulges, for example, by compression in the direction parallel to the central axis by buckling and / or buckling normal to the central axis or away from the latter can be. An alternative embodiment results from a train running outside or in such a cuff, which by shortening the tension tapers a receiving opening surrounded by the cuff for an object to be gripped. A combination of both embodiments is conceivable in principle. The invention provides in any case, make the compression and / or shortening, for example, a train with the aim of rejuvenation of a receiving opening by a corresponding reaction of the cuff by means of an electric motor drive. It is important to emphasize that such a receiving opening must by no means have the shape of a circular area, for example, the receiving opening may have the shape of a circular ring surface, which is for example tapered from the inside. Likewise, any other desired geometries are suitable for an optionally provided receiving opening to be tapered by the gripping element for gripping an object.
Die Erfindung umfasst neben den beschriebenen Ausführungen von Greifeinrichtungen mit nur einem Greifelement auch Greifeinrichtungen mit zwei oder mehr Greifelementen, deren Greifelemente vermittels mindestens eines elektromotorischen Antriebs aus einer Freistellung in eine Eingriffstellung mit einem zu ergreifenden Gegenstand und umgekehrt verstellt werden. Die Greifelemente solcher Greifeinrichtungen sind im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Greifeinrichtungen mit nur einem Greifelement um eine Mittelachse verteilt angeordnet. Ein Gegenstand wird von diesen ergriffen, indem die Greifelemente ihre Verstellung aus deren Freistellungen in deren Eingriffstellungen vornehmlich gleichförmig und vorzugsweise zeitgleich ausführen, so dass ein zu ergreifender Gegenstand beispielsweise zwischen, vornehmlich jedoch ausschließlich von den Greifelementen gefasst wird. The invention comprises in addition to the described embodiments of gripping devices with only one gripping element and gripping devices with two or more gripping elements, the gripping elements by means of at least one electromotive drive from an exemption in an engaged position with an object to be gripped and vice versa are adjusted. The gripping elements of such gripping devices are distributed around a central axis with only one gripping element, in contrast to the above-described gripping devices arranged. An object is grasped by these by the gripping elements perform their adjustment of their exemptions in their engagement positions primarily uniformly and preferably at the same time, so that an object to be gripped, for example, between, but mainly taken only by the gripping elements.
Demnach umfasst die Erfindung auch eine Greifeinrichtung zum Ergreifen von Gegenständen mit mindestens zwei vorzugsweise gleichmäßig um eine Mittelachse herum verteilt und bevorzugt gegenüberliegend angeordneten Greifelementen, welche wenigstens einen elektromotorischen Antrieb zur Verstellung der Greifelemente aus einer Freistellung in eine Eingriffstellung mit einem zu ergreifenden Gegenstand und umgekehrt umfasst. Accordingly, the invention also includes a gripping device for gripping objects with at least two preferably uniformly distributed around a central axis around and preferably oppositely arranged gripping elements, which comprises at least one electromotive drive for adjusting the gripping elements from an exemption into an engaged position with an object to be gripped and vice versa ,
Es kann ein elektromotorischer Antrieb für je ein Greifelement oder ein gemeinsamer elektromotorischer Antrieb für mehrere Greifelemente, beispielsweise für alle Greifelemente vorgesehen sein. Grundsätzlich ist auch denkbar, mehrere elektromotorische Antriebe für ein Greifelement vorzusehen. It can be provided for a gripper element or a common electric motor drive for a plurality of gripper elements, for example, for all gripper elements an electric motor drive. In principle, it is also conceivable to provide a plurality of electromotive drives for a gripping element.
Bei den Gegenständen kann es sich beispielsweise um Gefäße, wie etwa Flaschen, Behälter oder andersartige Behältnisse, wie etwa Umverpackungen handeln. The articles may be, for example, vessels, such as bottles, containers or other types of containers, such as outer packaging.
Handelt es sich bei den Gegenständen um Gefäße, können diese von außen her oder alternativ oder zusätzlich beispielsweise durch eine Gefäßöffnung hindurch von innen her gegriffen werden. Beispielsweise kann wenigstens ein Greifelementepaar vorgesehen sein, welches in Eingriffstellung einen Gegenstand an derselben Umfangsposition sowohl von außen her, als auch durch eine Gefäßöffnung von innen her greift. Dabei können mehrere Greifelementepaare gleichmäßig verteilt um eine Mittelachse gegenüberliegend angeordnet vorgesehen sein, oder es können zusätzlich zu einem oder mehreren solchen Greifelementepaaren ein oder mehrere einzelne Greifelemente vorgesehen sein, welche in ihrer Eingriffstellung den Gegenstand von außen oder von innen her greifen. If the objects are vessels, they can be grasped from the outside or alternatively or additionally, for example through a vessel opening, from the inside. For example, at least one pair of gripper elements can be provided, which engages an object in the engaged position an object at the same circumferential position both from the outside, as well as through a vessel opening from the inside. In this case, a plurality of pairs of gripper elements may be uniformly distributed around a central axis, or one or more individual gripping elements may be provided in addition to one or more gripper element pairs, which in their engaged position grasp the article from the outside or from the inside.
Der elektromotorische Antrieb kann ein Getriebe umfassen. Besonders geeignet ist beispielsweise ein Getriebe mit einem Schneckengetriebe bzw. einem Schneckentrieb oder einer Gewindespindel, da dies jede beliebige Stellung, beispielsweise eine einmal angefahrene Endstellung, ohne weiteren Energieeinsatz zu halten in der Lage ist. The electric motor drive may comprise a transmission. For example, a transmission with a worm gear or a worm gear or a threaded spindle is particularly suitable since this is capable of keeping any position, for example a final position once approached, without further use of energy.
Alternativ hierzu kann der elektromotorische Antrieb frei von einem Getriebe bzw. getriebelos ausgeführt sein. Alternatively, the electric motor drive can be carried out free of a gear or gearless.
Der elektromotorische Antrieb kann als externer Antrieb ausgebildet sein, der beispielsweise unabhängig von der Greifeinrichtung ist. Der externe Antrieb kann an der Greifeinrichtung befestigt sein oder entfernt von der Greifeinrichtung angeordnet und mit einem Ausgangsorgan, beispielsweise einer Triebeinrichtung, mit der Greifeinrichtung verbunden sein. Ein solcher externer Antrieb zeichnet sich durch eine einfache und damit kostengünstige Auswechselbarkeit aus. Eine mit einem derartigen externen Antrieb ausgeführte Greifeinrichtung ist kostengünstig in der Herstellung, Montage, Wartung und Instandsetzung. Der externe Antrieb kann vermittels eines Ausgangsorgans mit der Greifeinrichtung, insbesondere mit den Greifelementen verbunden sein. Vorzugsweise sind die Greifeinrichtung und der externe Antrieb modular aufgebaut, so dass beispielsweise zur pneumatischen Betätigung ursprünglich vorgesehene Greifeinrichtungen vermittels eines externen Antriebs zu Verbesserung der Energiebilanz nachgerüstet werden können. The electromotive drive can be designed as an external drive, which is independent of the gripping device, for example. The external drive can be attached to the gripping device or arranged away from the gripping device and connected to an output member, such as a drive device, with the gripping device. Such an external drive is characterized by a simple and thus cost interchangeability. An executed with such an external drive gripping device is inexpensive to manufacture, assembly, maintenance and repair. The external drive can be connected by means of an output member with the gripping device, in particular with the gripping elements. Preferably, the gripping device and the external drive are modular, so that, for example, for pneumatic actuation originally provided gripping devices can be retrofitted by means of an external drive to improve the energy balance.
Alternativ kann der elektromotorische Antrieb als interner Antrieb ausgebildet sein, der in die Greifeinrichtung integriert oder von der Greifeinrichtung umfasst ist. Ist der interne Antrieb in die Greifeinrichtung integriert kann die Greifeinrichtung einen Teil des elektromotorischen Antriebs, beispielsweise dessen Ausgangsorgan umfassen oder zumindest ein Teil der Greifeinrichtung durch wenigstens einen Teil des elektromotorischen Antriebs, beispielsweise durch ein Ausgangsorgan des elektromotorischen Antriebs, beispielsweise eine elektromotorisch verstellbar angetriebene Triebeinrichtung, umfasst sein. Alternatively, the electromotive drive can be designed as an internal drive, which is integrated into the gripping device or is encompassed by the gripping device. If the internal drive is integrated in the gripping device, the gripping device may comprise a part of the electromotive drive, for example its output member or at least a part of the gripping device through at least a part of the electromotive drive, for example by an output member of the electromotive drive, for example an electrically driven drive device, includes his.
Besonders bevorzugt kann wenigstens ein Greifelement als Teil wenigstens eines elektromotorischen Antriebs ausgebildet sein oder einen Teil wenigstens eines elektromotorischen Antriebs umfassen, oder von einem Teil eines elektromotorischen Antriebs umfasst werden. Particularly preferably, at least one gripping element can be formed as part of at least one electromotive drive or comprise a part of at least one electromotive drive, or can be covered by a part of an electromotive drive.
Beispielsweise kann die Greifeinrichtung oder ein Teil der Greifeinrichtung, beispielsweise eine oder mehrere Greifelemente beispielsweise Rotor oder Stator oder Ausgangsorgan, wie etwa eine verstellbar angetriebene Triebeinrichtung eines elektromotorischen Antriebs sein oder hiervon umfasst werden. For example, the gripping device or a part of the gripping device, for example, one or more gripping elements, for example rotor or stator or output member, such as an adjustable driven drive device of an electromotive drive or be thereof.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem elektromotorischen Antrieb um einen Linearantrieb. Unter dem Begriff Linearantrieb sind hierbei elektromotorische Antriebe mit oder ohne Getriebe zusammengefasst, welche zu einer translatorischen Bewegung deren Ausgangsorgane führen. Linearantriebe ermöglichen eine Bewegung der Greifelemente von deren Freistellung nach deren Eingriffstellung und umgekehrt in gerader Linie oder einem anderen vorgegebenen Verlauf. Ein solcher anderer vorgegebener Verlauf ergibt sich beispielsweise durch eine einseitige gelenkige Lagerung der Greifelemente an einer Grundpartie der Greifeinrichtung. Dabei wirkt der Linearantrieb mit seinem Ausgangsorgan jeweils von der gelenkigen Lagerung eines Greifelements beabstandet und von einer Achse entlang der Längserstreckung des Greifelements verschieden auf das jeweilige Greifelement ein, welches als Folge hiervon mit seinem von der gelenkigen Lagerung entfernten freien Ende eine kreisbogenförmige Bewegung ausführt. Particularly preferably, the electromotive drive is a linear drive. The term linear drive here electromotive drives are combined with or without gear, which lead to a translational movement of their output organs. Linear drives allow movement of the gripping elements of their release after the engagement position and vice versa in a straight line or another predetermined course. Such another given course results, for example, by a one-sided articulated mounting of the gripping elements on a base part of the gripping device. In this case, the linear drive acts with its output member each spaced from the articulated mounting of a gripping element and an axis along the longitudinal extent of the gripping element different to the respective gripping element, which as a result thereof carries out with its remote from the articulated bearing free end a circular arc-shaped movement.
Bei dem Linearantrieb kann es sich um einen oder mehrere auch als Gewindestangenantriebe bezeichnete Kugelgewindetriebe, Rollengewindetriebe, wie etwa Planetenrollengewindetriebe und Rollengewindetriebe mit Rollenrückführung, sowie elektromechanische Linearantriebe, wie etwa Linearmotoren mit elektrodynamischem Wirkprinzip, sowie Piezoaktoren oder um eine Kombination hieraus handeln. Wichtig ist hervorzuheben, dass Aktuatoren, welche eine Bewegung eines Ausgangsorgans vermittels elektrostatischem und/oder elektromagnetischem Wirkprinzip vorsehen, vorzugsweise keine Linearantriebe im Sinne der Erfindung sind. Ein wesentlicher Grund, diese Aktuatoren auszugrenzen liegt darin, dass sie zu ihrer Funktion eine Rückstellkraft benötigen, welche zumindest in einer Verstellrichtung durch hohen Energieeinsatz überwunden werden muss. Darüber hinaus benötigen sie für die Dauer des Haltens einer gegen die Rückstellkraft eingenommenen Stellung einen ständigen Energieeinsatz. Bei Aktuatoren mit elektrostatischem und elektromagnetischem Wirkprinzip handelt es sich beispielsweise um eine durch Biegeelastizität und/oder durch Federkraft erzeugte Rückstellkraft. The linear drive can be one or more ball screw drives also referred to as threaded rod drives, roller screw drives, such as planetary roller screws and roller screw drives with roller return, as well as electromechanical linear drives, such as linear motors with electrodynamic operating principle, as well as piezo actuators or a combination thereof. It is important to emphasize that actuators which provide for movement of an output element by means of electrostatic and / or electromagnetic action principle are preferably not linear drives in the sense of the invention. A major reason to exclude these actuators is that they require a restoring force to their function, which must be overcome at least in an adjustment by high energy input. In addition, they require a constant use of energy for the duration of holding a position taken against the restoring force. Actuators with an electrostatic and electromagnetic action principle are, for example, a restoring force generated by bending elasticity and / or by spring force.
Demgegenüber ist die Verwendung elektromechanischer Linearantriebe mit magnetostriktivem oder thermoelektrischem Wirkprinzip alternativ oder zusätzlich zu den bereits erwähnten Ausgestaltungen eines elektromotorischen Antriebs grundsätzlich denkbar. In contrast, the use of electromechanical linear drives with a magnetostrictive or thermoelectric operating principle is conceivable as an alternative or in addition to the already mentioned embodiments of an electromotive drive.
Beispielsweise kann der einen Linearantrieb umfassende oder als Linearantrieb ausgeführte elektromotorische Antrieb bevorzugt mindestens einen Piezoaktor umfassen oder durch einen solchen Piezoaktor gebildet sein. Es ist an sich bekannt, dass zum Aufbau eines zuvor erwähnten Piezoaktors Piezoelemente so eingesetzt werden, dass unter Ausnutzung des so genannten Piezoeffekts eine Steuerung einer Linearbewegung vorgenommen werden kann. Die Piezoelemente sind aus Piezolagen bestehend aus einem Material mit einer geeigneten Kristallstruktur so aufgebaut, dass bei Anlage einer äußeren elektrischen Spannung an Innenelektroden, welche die Piezolagen jeweils einschließen, eine mechanische Reaktion der Piezoelemente erfolgt. Ein Piezoaktor besteht dabei aus einem oder mehreren an ihren Stirnflächen miteinander typischerweise durch Verkleben miteinander verbundenen Piezoelementen sowie aus entlang dem Piezoelement verlaufenden Außenelektroden zur elektrischen Kontaktierung der Innenelektroden. In Abhängigkeit von der Kristallstruktur und der Anlagebereiche der elektrischen Spannung stellt die mechanische Reaktion einen Druck oder Zug in eine vorgebbare Richtung dar. Derartige Piezoaktoren eignen sich beispielsweise für Anwendungen, bei denen Hubbewegungen unter hohen Betätigungskräften ablaufen. For example, the electric motor drive comprising a linear drive or designed as a linear drive may preferably comprise at least one piezoactuator or be formed by such a piezoactuator. It is known per se that for the construction of a previously mentioned piezoelectric actuator piezoelectric elements are used so that by utilizing the so-called piezoelectric effect, a control of a linear movement can be made. The piezoelectric elements are constructed of piezoelectric layers consisting of a material having a suitable crystal structure such that when an external electrical voltage is applied to internal electrodes, which respectively enclose the piezoelectric layers, a mechanical reaction of the piezoelectric elements takes place. In this case, a piezoactuator consists of one or more piezoelements connected to one another at their end faces, typically by gluing together, and of external electrodes extending along the piezoelectric element for electrical contacting of the internal electrodes. Depending on the crystal structure and the contact areas of the electrical voltage, the mechanical reaction represents a pressure or tension in a predeterminable direction. Piezoactuators of this kind are suitable, for example, for applications in which lifting movements take place under high actuating forces.
Vorzugsweise umfasst der elektromotorische Antrieb einen Torquemotor. Preferably, the electric motor drive comprises a torque motor.
Bei einem Torquemotor handelt es sich um einen getriebelosen Direktantrieb mit sehr hohen Drehmomenten und verhältnismäßig kleinen Drehzahlen im Falle eines rotierenden Motors. Ein Torquemotor kann alternativ zu einer Ausführung als rotierender Motor auch zur Ausführung lediglich einer Schwenk- bzw. Kippbewegung ausgestaltet sein. Beispielsweise kann der allgemein als Rotor bezeichnete, die Schwenk- bzw. Kippbewegung ausführende Teil eines Torquemotors direkt und unverdrehbar mit einem oder mehreren Greifelementen verbunden sein, welche bei einer abwechselnden Betätigung des Torquemotors aus der Freistellung in die Eingriffstellung und umgekehrt verschwenkt werden können. Der Torquemotor kann hierbei die Schwenkachse eines einseitig gelenkig an einer Grundpartie angeordneten Greifelements bilden oder umfassen. A torque motor is a gearless direct drive with very high torques and relatively low speeds in the case of a rotating motor. A torque motor may alternatively be designed as a rotating motor for performing only a pivoting or tilting movement. For example, the part of a torque motor, which is generally referred to as the rotor and carries out the pivoting or tilting movement, can be directly and non-rotatably connected to one or more gripping elements, which can be pivoted out of the release position into the engaged position and vice versa during an alternating actuation of the torque motor. The torque motor can in this case form or comprise the pivot axis of a one-sided articulated arranged on a base part gripping element.
Torquemotoren können beispielsweise als permanenterregte bürstenlose Gleichstrommotoren, als geschaltete Reluktanzmotoren oder als Asynchronmotoren ausgeführt sein. Torquemotoren sind als Innen- und Außenläufer herstellbar. Als Außenläufer weisen sie den Vorteil eines höheren Drehmoments bei gleichen Außenabmessungen auf. Torque motors can be designed, for example, as permanent-magnet brushless DC motors, as switched reluctance motors or as asynchronous motors. Torque motors can be produced as internal and external rotor. As external rotor, they have the advantage of higher torque at the same outer dimensions.
Sich durch die Verwendung eines oder mehrerer Torquemotoren für den elektromotorischen Antrieb ergebende Vorteile sind beispielsweise, dass Torquemotoren im Vergleich zu Elektromotoren mit Getrieben unter geringerem Herstellungsaufwand eine wesentlich präzisere Ausführung von Bewegungsabläufen sicherstellen, da Getriebe nur mit hohem Aufwand spielarm gebaut werden können. Darüber hinaus wird das wirksame Massenträgheitsmoment eines im Vergleich zu einem langsam laufenden Torquemotor schnelllaufenden Elektromotors im Quadrat zur Getriebeübersetzung auf die langsame Seite übertragen. Advantages resulting from the use of one or more torque motors for the electromotive drive are, for example, that torque motors, compared to electric motors with gears, ensure a much more precise execution of motion sequences with lower production costs, since gearboxes can only be built with low outlay in a play-free manner. In addition, the effective moment of inertia of a high speed compared to a slow-running torque motor electric motor is transmitted in square to the gear ratio on the slow side.
Besonders bevorzugt kann wenigstens ein Greifelement als Teil wenigstens eines Torquemotors ausgebildet sein oder einen Teil wenigstens eines Torquemotors umfassen, oder von einem Teil eines Torquemotors umfasst werden. Beispielsweise kann mindestens ein Greifelement als ein Rotor oder Stator eines Torquemotors ausgebildet sein, wobei der verbleibende Teil des Torquemotors mit einer Grundpartie der Greifeinrichtung verbunden ist. Rotor oder Stator des Torqueantriebs bilden hierbei ein Ausgangsorgan des elektromotorischen Antriebs. Das Greifelement kann mit dem Ausgangsorgan verbunden sein, ein solches umfassen oder von einem solchen umfasst werden. Particularly preferably, at least one gripping element can be formed as part of at least one torque motor or comprise a part of at least one torque motor, or can be comprised by a part of a torque motor. For example, at least one gripping element as a rotor or stator be formed of a torque motor, wherein the remaining part of the torque motor is connected to a basic part of the gripping device. Rotor or stator of Torqueantriebs here form an output member of the electric motor drive. The gripping element may be connected to, comprise or be covered by the output member.
Zumindest ein oder mehrere Greifelemente sind vorzugsweise derart ausgeführt, dass sie eine markante Kontur eines zu ergreifenden Gegenstands im weitesten Sinne formschlüssig um- bzw. von der Greifeinrichtung aus entlang der Mittelachse her gesehen zumindest hintergreifen, wenn sie sich in ihrer beispielsweise bei einem Ergreifen von Außen her zur Mittelachse hin verstellten Eingriffstellung befinden. At least one or more gripping elements are preferably designed in such a way that they positively engage around a distinctive contour of an object to be gripped in the widest sense or at least engage behind from the gripping device along the central axis, when they engage in their, for example, an external gripping located to the central axis adjusted engagement position.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Greifelement derart ausgebildet ist, dass ein Gegenstand durch Reibungskräfte zwischen diesem und dem mindestens einen Greifelement gehalten wird. Alternatively or additionally, it can be provided that at least one gripping element is designed such that an object is held by frictional forces between it and the at least one gripper element.
Mindestens ein Greifelement kann mit einer federelastischen Rückstellkraft beaufschlagt sein, welche in Richtung der Eingriff- oder Freistellung eines oder mehrerer Greifelemente wirkt. Die federelastische Rückstellkraft kann beispielsweise vermittels biegeelastischer Verformung und/oder einer Federbelastung erzeugt sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, wenigstens ein Greifelement durch biegeelastische Verformung zwischen dessen Eingriffstellung und Freistellung und umgekehrt zu verstellen. At least one gripper element can be acted upon by a resilient restoring force, which acts in the direction of engagement or exemption of one or more gripping elements. The resilient restoring force can be generated for example by means of flexurally elastic deformation and / or a spring load. For example, it may be provided to adjust at least one gripping element by bending elastic deformation between its engaged position and free position and vice versa.
Alternativ können die Greifelemente derart ausgebildet sein, dass sie sowohl zur Verstellung in Richtung der Eingriffstellung, als auch in Richtung der Freistellung eines Antriebs bedürfen, wobei vorzugsweise die Greifelemente von sich aus keine bestimmte Stellung als Ruhestellung bevorzugen, sondern vielmehr jede Stellung gleichermaßen als Ruhestellung einnehmen können. Alternatively, the gripping elements may be designed such that they both require adjustment in the direction of the engagement position, as well as in the direction of the release of a drive, wherein preferably the gripping elements do not prefer a specific position as rest position, but rather occupy each position equally as a rest position can.
Die Greifelemente können als normal zur Mittelachse radial verschiebbar angeordnete Gleitsteine ausgeführt sein, welche in ihrer Position vermittels des elektromotorischen Antriebs radial zur Mittelachse verstellbar sind. The gripping elements can be embodied as sliding blocks arranged so as to be radially displaceable normal to the central axis, which are adjustable in their position by means of the electromotive drive radially to the central axis.
Die Greifelemente können als parallel zur Mittelachse axial verschiebbar angeordnete Federteile ausgeführt sein, welche in ihrer Position vermittels des elektromotorischen Antriebs parallel zur Mittelachse verschiebbar sind. Die Federteile gleiten dabei entlang einer Führungskontur, welche je nachdem, ob ein Ergreifen von außen oder von Innen her vorgesehen ist, die freien Enden der Federteile bei der axialen Verschiebung aus deren Freistellung in Richtung deren Eingriffstellung zur Mittelachse hin oder von dieser weg umlenken. Bei einem Ergreifen eines Gegenstands von außen kann die Führungskontur durch ein entsprechend geformtes, beispielsweise düsenförmiges Gehäuse gebildet sein, dessen jüngster Innenquerschnitt eine der Düsenaustrittsöffnung entsprechende Aufnahmeöffnung für einen zu ergreifenden Gegenstand bildet. Bei einem Ergreifen eines Gegenstands von innen her kann die Führungskontur durch ein pilzförmiges Gehäuse gebildet sein, ähnlich des Kerns einer umgekehrten Plug-Düse oder einer umgekehrten Aerospike-Düse. The gripping elements can be designed as axially parallel to the central axis arranged spring parts, which are displaceable in position by means of the electric motor drive parallel to the central axis. The spring parts slide along a guide contour, which, depending on whether a gripping from the outside or from the inside is provided, deflect the free ends of the spring parts in the axial displacement of their release in the direction of their engagement position to the central axis or away from it. When gripping an object from the outside, the guide contour may be formed by a correspondingly shaped, for example, nozzle-shaped housing, whose most recent inner cross section forms a receiving opening corresponding to the nozzle exit opening for an object to be gripped. In gripping an article from the inside, the guide contour may be formed by a mushroom-shaped housing, similar to the core of a reverse plug nozzle or a reverse aerospike nozzle.
Besonders bevorzugt kann die Greifeinrichtung als ein Ringgreifer ausgebildet sein. Particularly preferably, the gripping device can be designed as a ring gripper.
Es ist ersichtlich, dass die Erfindung als eine druckluftlose, elektromechanisch angesteuerte Greifeinrichtung beispielsweise für Flaschen und Behälter verwirklicht sein kann. It can be seen that the invention can be implemented as a compressed airless, electromechanically controlled gripping device, for example, for bottles and containers.
Vorteile gegenüber dem Stand der Technik ergeben sich unter Anderem durch einen im Vergleich geringeren Energieeinsatz bzw. Energieverbrauch und einer dadurch verbesserten Energiebilanz beim Betrieb der Greifeinrichtung. Dadurch werden geringere Betriebskosten erzielt. Die Erzielung geringerer Betriebskosten hängt insbesondere mit dem Verzicht auf die Verwendung von Druckluft zum Betrieb der Greifeinrichtung zusammen. Im Vergleich zu einer Verwendung von Druckluft zur Betätigung der Greifeinrichtung, welche unter hohem Energieeinsatz hergestellt und anschließend unter hohen Verlusten zur Greifeinrichtung transportiert werden muss, ist die Energieumsetzung von elektrischer Energie auf mechanische Energie durch die wenigeren und unter höherem Umwandlungswirkungsgrad stattfindenden Transformationen, die ein beispielsweise als direkter elektromechanischer Antrieb ausgeführter elektromotorischer Antrieb bewirkt, besser als der Umweg über das Medium Druckluft. Advantages compared to the prior art are, inter alia, a comparatively lower energy consumption or energy consumption and a thereby improved energy balance in the operation of the gripping device. As a result, lower operating costs are achieved. Achieving lower operating costs is particularly related to the elimination of the use of compressed air to operate the gripping device. Compared to using compressed air to operate the gripping device, which must be manufactured under high energy input and then transported to the gripping device at high losses, the energy conversion from electrical energy to mechanical energy is through the fewer transformations taking place under higher conversion efficiency, such as, for example operated as a direct electromechanical drive electric motor drive, better than the detour via the medium compressed air.
Ausführungsbeispiele der Erfindung und deren Vorteile sind anhand der Zeichnungen nachfolgend näher erläutert. Für gleiche oder gleich wirkende Elemente sind gleiche Bezugszeichen verwendet. In den Figuren entsprechen die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Es zeigen in schematischer Darstellung: Embodiments of the invention and their advantages are explained in more detail below with reference to the drawings. Identical reference symbols are used for identical or equivalent elements. In the figures, the proportions of the individual elements to one another do not always correspond to the actual size ratios, since some shapes are simplified and other shapes are shown enlarged in relation to other elements for better illustration. Furthermore, for the sake of clarity, only reference symbols are shown in the individual figures, which are required for the description of the respective figure. In a schematic representation:
Die in
Die in
Die in
Die Greifeinrichtungen
Dabei kann ein elektromotorischer Antrieb
Bei der in
Bei den zu ergreifenden Gegenständen handelt es sich bevorzugt um Gefäße, insbesondere Flaschen und Behälter, welche über eine Gefäßöffnung verfügen. The objects to be handled are preferably vessels, in particular bottles and containers, which have a vessel opening.
Zum Ergreifen von Gefäßen kann vorgesehen sein, dass das oder die Greifelemente
Beispielsweise kann wenigstens ein Greifelementepaar vorgesehen sein, welches in Eingriffstellung einen Gegenstand an derselben Umfangsposition sowohl von außen her, als auch durch eine Gefäßöffnung von innen her greift. Dabei können mehrere Greifelementepaare gleichmäßig verteilt um die Mittelachse
Zumindest bei einer vorgesehenen Ergreifung des Gegenstands von außen und von innen her ist die Greifeinrichtung
Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung ergibt sich durch die Verwendung von beispielsweise unverstellbaren Fortsätzen, welche beispielsweise durch die Gefäßöffnung hindurch in das Gefäß greifen und den Fortsätzen an derselben Umfangsposition gegenüberliegend angeordnete verstellbare Greifelemente
Vorzugsweise sind das oder die Greifelemente
Der elektromotorische Antrieb
Der elektromotorische Antrieb
Alternativ kann der elektromotorische Antrieb
Bei dem elektromotorischen Antrieb
- – Rollengewindetrieb, wie etwa Planetenrollengewindetrieb,
- – Rollengewindetrieb mit Rollenrückführung,
- – elektromechanischer Linearantrieb, wie etwa
- – Linearmotor mit elektrodynamischem Wirkprinzip,
- – Piezoaktor,
- – Linearmotor mit magnetostriktivem Wirkprinzip
- – Linearmotor mit thermoelektrischem Wirkprinzip
- Roller screw, such as planetary roller screw,
- - roller screw with roller return,
- - Electromechanical linear drive, such as
- - linear motor with electrodynamic operating principle,
- - piezoelectric actuator,
- - Linear motor with magnetostrictive operating principle
- - Linear motor with thermoelectric operating principle
Zumindest die Greifelemente
Alternativ oder zusätzlich können beispielsweise das oder zumindest ein Teil der Greifelemente
Die Mimik
Bei der in
Wichtig ist hervorzuheben, dass die dargestellten Ausführungsformen lediglich Beispiele darstellen, wie die erfindungsgemäße Greifeinrichtung ausgestaltet sein kann. Sie stellen keine abschließende Begrenzung dar. It is important to emphasize that the illustrated embodiments represent only examples of how the gripping device according to the invention can be configured. They are not an exhaustive limitation.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen. The invention has been described with reference to a preferred embodiment. However, it will be apparent to those skilled in the art that modifications or changes may be made to the invention without departing from the scope of the following claims.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 0101
- Greifeinrichtung gripper
- 0202
- Mittelachse central axis
- 0303
- Greifelement gripping element
- 0404
- elektromotorischer Antrieb electric motor drive
- 0707
- Gehäuse casing
- 0808
- Mimik facial expressions
- 0909
- Ausgangsorgan output member
- 1010
- Gewindespindel screw
- 1111
- Spindelmutter spindle nut
- 1212
- externer Antrieb external drive
- 1313
- Halterung bracket
- 1414
- Greiftulpe Bell gripper
- 1515
- Linearantrieb linear actuator
- 1616
- Feder feather
- 1717
- Hintergreifung rearward engagement
- 1818
- Manschette cuff
- 1919
- Fläche area
- PP
- Betrachtungsrichtung viewing direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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