DE102015205157A1 - Holding device, in particular for holding loads on surfaces, and method for operating a holding device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung (1), insbesondere zum Halten von Lasten an Oberflächen, umfassend zumindest eine Haftkrafterzeugungseinheit (3) zur Erzeugung einer Haftkraft zwischen der Haltevorrichtung (1) und einer Oberfläche, eine Aufnahmeeinheit (10) zum Aufnehmen einer Last, sowie eine Steuereinheit (11) zum Steuern der Haftkrafterzeugungseinheit (3), gekennzeichnet durch eine Haftkraftmesseinheit zum Bestimmen der Haftkraft zwischen der Haltevorrichtung (1) und der Oberfläche und eine Ausbildung der Steuereinheit (11) in Abhängigkeit von der mit der Haftkraftmesseinheit ermittelten Haftkraft die Haftkrafterzeugungseinheit (3) zu steuern.The invention relates to a holding device (1), in particular for holding loads on surfaces, comprising at least one adhesive force generating unit (3) for generating an adhesive force between the holding device (1) and a surface, a receiving unit (10) for receiving a load, and a Control unit (11) for controlling the adhesive force generating unit (3), characterized by an adhesion force measuring unit for determining the adhesion force between the holding device (1) and the surface and a design of the control unit (11) in dependence on the adhesive force determined by the adhesion force unit, the adhesive force generating unit (3 ) to control.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. The invention relates to a device and a method according to the preamble of the independent claims.
Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung mit einer Haftkrafterzeugungseinheit, einer Lastaufnahmeeinheit und einer Steuereinheit, um die Haltevorrichtung dauerhaft auf einer Oberfläche zu halten. The invention relates to a holding device with an adhesive force generating unit, a load receiving unit and a control unit to hold the holding device permanently on a surface.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch Unterdruckhaltevorrichtungen, wie beispielsweise eine Saugnapfhalterung, eine Saugglockenhalterung, wobei die Saugglocke manuell oder mittels einer elektrisch, mechanisch oder hydraulisch betriebenen Pumpe evakuiert wird. Subject matter of the present invention are also vacuum holding devices, such as a Saugnapfhalterung, a suction cup holder, wherein the suction cup is evacuated manually or by means of an electrically, mechanically or hydraulically operated pump.
Ferner sind auch Vorrichtungen, deren Haftkraft zwischen der Vorrichtung und einer Oberfläche beispielsweise durch magnetische, elektromagnetische und/oder elektroadhäsive Verbindungen hergestellt wird, Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Furthermore, devices whose adhesive force between the device and a surface is produced for example by magnetic, electromagnetic and / or electro-adhesive compounds, the subject of the present invention.
Aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Haltevorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Haftkrafterzeugungseinheit zur Erzeugung einer Haftkraft zwischen der Haltevorrichtung und einer Oberfläche nicht dauerhaft betrieben werden muss, sondern in Abhängigkeit von der Haftkraft zwischen der Haltevorrichtung und der Oberfläche und somit auch von der durch die Haltevorrichtung aufgenommene Last angesteuert wird. Dies spart einerseits Energie ein, und andererseits wird ein verschleißarmer Betrieb der Haltevorrichtung gewährleistet. Insbesondere bei einer batteriebetriebenen Haltevorrichtung, kann dadurch die Betriebszeit erheblich erhöht werden. The holding device according to the invention with the features of the independent claim has the advantage that the adhesive force generating unit for generating an adhesive force between the holding device and a surface does not have to be operated permanently, but in dependence on the adhesive force between the holding device and the surface and thus of the is picked up by the holding device recorded load. This saves on the one hand energy, and on the other hand, a low-wear operation of the holding device is ensured. In particular, in a battery-powered holding device, thereby the operating time can be increased considerably.
Dies wird erreicht durch die erfindungsgemäße Haltevorrichtung, insbesondere zum Halten von Lasten an Oberflächen, umfassend zumindest eine Haftkrafterzeugungseinheit zur Erzeugung einer Haftkraft zwischen der Haltevorrichtung und einer Oberfläche, eine Aufnahmeeinheit zum Aufnehmen einer Last, sowie eine Steuereinheit zum Steuern der Haftkrafterzeugungseinheit, gekennzeichnet durch eine Haftkraftmesseinheit zum Bestimmen der Haftkraft zwischen der Haltevorrichtung und der Oberfläche und eine Ausbildung der Steuereinheit in Abhängigkeit von der mit der Haftkraftmesseinheit ermittelten Haftkraft, die Haftkrafterzeugungseinheit zu steuern. This is achieved by the holding device according to the invention, in particular for holding loads on surfaces, comprising at least one adhesive force generating unit for generating an adhesive force between the holding device and a surface, a receiving unit for receiving a load, and a control unit for controlling the adhesive force generating unit, characterized by an adhesion force measuring unit for determining the adhesion force between the holding device and the surface and a configuration of the control unit in dependence on the adhesive force determined by the adhesion force measuring unit to control the adhesive force generating unit.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in unabhängigem Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim device are possible.
Zweckmäßigerweise ist die Haftkrafterzeugungseinheit als Strömungsmaschine, bevorzugt als Ventilator, Gebläse und/oder Verdichter mit einer Saugglocke ausgestaltet. In dieser Ausgestaltungsform lässt sich in einfacher Weise eine Haftkraft zwischen der Haltevorrichtung und einer Oberfläche durch einen Druckunterschied zwischen einem Volumen, welches von der Saugglocke und einem von der Saugglocke überdeckten Teil der Oberfläche gebildet wird, und der äußeren Umgebung erzeugen. Je nach Größe der Saugglocke und damit der Größe des Volumens, in welchem der Unterdruck herrscht, kann unter den zuvor genannten Strömungsmaschinen ausgewählt werden, bzw. Kombinationen aus dieses Strömungsmaschinen eingesetzt werden. Conveniently, the adhesive force generating unit is configured as a turbomachine, preferably as a fan, blower and / or compressor with a suction cup. In this embodiment, an adhesive force between the holding device and a surface can be easily generated by a pressure difference between a volume formed by the suction cup and a part of the surface covered by the suction cup and the external environment. Depending on the size of the suction cup and thus the size of the volume in which the negative pressure prevails, can be selected from the aforementioned flow machines, or combinations of these flow machines are used.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Saugglockenrand mit einem Dichtelement versehen werden. Dies hat den Vorteil, dass die Leckage zwischen äußerer Umgebung und dem Volumen aus von der Saugglocke und der Oberfläche umschlossenen Volumen reduziert wird, und dadurch die Haftkraft zwischen Haltevorrichtung und Oberfläche langsamer abnimmt. In a further embodiment of the invention, the suction cup rim can be provided with a sealing element. This has the advantage that the leakage between the external environment and the volume of volume enclosed by the suction cup and the surface is reduced, and thereby the adhesive force between the holding device and the surface decreases more slowly.
Solch ein Dichtelement ist vorzugsweise, aus einem weichen, verformbaren Material aufgebaut und eignet sich daher gut, um etwaige Zwischenräume zwischen Saugglockenrand und einer Oberfläche auszufüllen. So kann die Haltevorrichtung auch auf nicht ganz ebenen bzw. raueren Oberflächen eingesetzt werden. Such a sealing element is preferably constructed of a soft, deformable material and is therefore well suited to fill any gaps between suction cup rim and a surface. Thus, the holding device can also be used on not quite even or rougher surfaces.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Haftkraftmesseinheit eine Druckmessfunktion. So kann beispielsweise ein mechanischer, ein mikromechanischer oder ein Piezo-Drucksensor zwischen Saugglockenrand und Dichtelement bzw. zwischen Dichtelement und der Oberfläche angebracht sein. Bei Erkenntnis der Auflagefläche des Drucksensors kann aus dem ermittelten Druck auf die Haftkraft geschlossen werden. Diese Drucksensoren sind im Allgemeinen sehr robust und aufgrund ihrer geringen Baugröße kostengünstig herzustellen. In a further embodiment of the invention, the adhesion force measuring unit comprises a pressure measuring function. Thus, for example, a mechanical, a micromechanical or a piezo-pressure sensor between Saugglockenrand and sealing element or between the sealing element and the surface may be appropriate. Upon knowledge of the bearing surface of Pressure sensor can be closed from the determined pressure on the adhesive force. These pressure sensors are generally very robust and inexpensive to produce due to their small size.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Haftkraftmesseinheit eine direkte Kraftmessfunktion. So kann beispielsweise ein mechanischer, ein mikromechanischer oder ein Piezo-Kraftsensor zwischen Saugglockenrand und Dichtelement bzw. zwischen Dichtelement und der Oberfläche angebracht sein. Bei einer vorigen Kalibration des Kraftsensors kann direkt auf die Haftkraft geschlossen werden. Diese Kraftsensoren sind im Allgemeinen ebenfalls sehr robust und aufgrund ihrer geringen Baugröße kostengünstig herzustellen. In a further advantageous embodiment of the invention, the adhesion force measuring unit comprises a direct force measuring function. Thus, for example, a mechanical, a micromechanical or a piezoelectric force sensor between suction cup edge and sealing element or between the sealing element and the surface may be attached. In a previous calibration of the force sensor can be closed directly to the adhesive force. These force sensors are generally also very robust and inexpensive to produce due to their small size.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Haftkraftmesseinheit eine Druckmessfunktion umfasst. Durch Kenntnis des Unterdrucks, der in dem Volumen herrscht, welches von Saugglocke und der Oberfläche eingeschlossen wird, des äußeren Umgebungsdrucks und der Fläche, die die Saugglocke auf der Oberfläche abdeckt, kann in besonders einfacher Weise auf die Haftkraft geschlossen werden, die zwischen der Haltevorrichtung und der Oberfläche wirkt. In a further embodiment of the invention it is provided that the adhesion force measuring unit comprises a pressure measuring function. By knowing the negative pressure prevailing in the volume enclosed by the suction cup and the surface, the external ambient pressure and the surface covering the suction cup on the surface, it is possible in a particularly simple manner to deduce the adhesive force between the holder and the surface works.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Haftkraftmesseinheit eine Abstandsmessfunktion, die dazu ausgebildet ist, den Abstand zwischen Haltevorrichtung und Oberfläche zu ermitteln. Durch solch eine Abstandsmessfunktion lässt sich in vorteilhafter Weise ermitteln, ob sich der Abstand zwischen Haltevorrichtung und Oberfläche vergrößert, und ob dadurch unmittelbar ein Unterschreiten einer Mindesthaftkraft zwischen Haltevorrichtung und Oberfläche bevorsteht. Dadurch wird gewährleistet, dass die Haftkrafterzeugungseinheit zur Erzeugung bzw. Erhaltung einer Haftkraft zwischen der Haltevorrichtung und der Oberfläche angesteuert wird, bevor die Haftkraft einen Mindestwert unterschreitet. Diese Ausgestaltung ist insbesondere bei einer komprimierbaren Dichtung am Saugglockenrand von Vorteil, wie beispielswiese einer komprimierbaren Moosgummi-Dichtlippe, die sich in Abhängigkeit des in der Unterdruckkammer herrschenden Unterdrucks verformt.In a further embodiment of the invention, the adhesion force measuring unit comprises a distance measuring function, which is designed to determine the distance between the holding device and the surface. By such a distance measuring function can be determined in an advantageous manner, whether the distance between the holding device and the surface increases, and whether imminent falling below a minimum adhesion force between the holding device and the surface is imminent. This ensures that the adhesive force generating unit is actuated to produce or maintain an adhesive force between the holding device and the surface before the adhesive force falls below a minimum value. This embodiment is particularly advantageous in the case of a compressible seal on the suction-cup edge, such as, for example, a compressible foam rubber sealing lip which deforms as a function of the negative pressure prevailing in the vacuum chamber.
Zweckmäßigerweise weist die Haltevorrichtung eine Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem Kontroll- und/oder Steuermodul auf. Dabei kann es sich sowohl um eine kabelgebundene als auch um eine kabellose Schnittstelle, insbesondere eine WLAN-, eine Bluetooth- oder eine sonstige Funkverbindung oder um eine Infrarot-Schnittstelle handeln. Dies hat den Vorteil, dass sich die Haltevorrichtung auch fernsteuern lässt, bzw. dass sich mehrere Haltevorrichtungen untereinander vernetzen können. Conveniently, the holding device has a communication interface for communication with a control and / or control module. This can be both a wired and a wireless interface, in particular a WLAN, a Bluetooth or other wireless connection or an infrared interface. This has the advantage that the holding device can also be remotely controlled, or that several holding devices can network with each other.
Vorteilhaft ist ferner, wenn die Haltevorrichtung eine Energieversorgungseinheit aufweist. Dabei kann es sich beispielsweise um ein fest verbautes oder auswechselbares Batterie- bzw. Akkumodul handeln. Dadurch ist gewährleistet, dass die Haltevorrichtung zumindest eine gewisse Zeit lang energieautark betrieben werden kann. It is also advantageous if the holding device has a power supply unit. This may be, for example, a permanently installed or replaceable battery or accumulator module. This ensures that the holding device can be operated energy self-sufficient at least for a certain time.
Zweckmäßigerweise umfasst die Haltevorrichtung Mittel zur Bestimmung einer Position und/oder Bewegung, insbesondere eine Inertialsensorik. Ferner kann es sich dabei auch um ein GPS-Modul handeln. Es ist auch denkbar, dass zu diesem Zweck die Kommunikationsschnittstelle zur Funktriangulation verwendet wird. Unter Inertialsensorik können ferner mechanische Sensoren oder mikromechanische Sensoren wie beispielsweise Beschleunigungssensoren oder Drehratensensoren verstanden werden. Dies hat den Vorteil, dass über diese Mittel erkannt wird, ob und in welche Richtung sich die Haltevorrichtung bewegt und gegebenenfalls die Bewegung durch Erhöhung der Haftkraft gestoppt werden kann. So ist es beispielsweise denkbar, dass die Haltevorrichtung, die an einer schrägen oder an einer senkrechten Wand angebracht ist, durch eine zu hohe aufgenommene Last ins Rutschen gerät. In diesem Fall wird die Rutschbewegung detektiert und es kann die Haftkrafterzeugungseinheit angesteuert werden, um die Haftkraft zwischen der Haltevorrichtung und der Oberfläche zu erhöhen. Advantageously, the holding device comprises means for determining a position and / or movement, in particular an inertial sensor. Furthermore, it may also be a GPS module. It is also conceivable that the communication interface for radio triangulation is used for this purpose. Inertial sensors may also be understood as meaning mechanical sensors or micromechanical sensors such as, for example, acceleration sensors or yaw rate sensors. This has the advantage that it is recognized via these means whether and in which direction the holding device moves and, if appropriate, the movement can be stopped by increasing the adhesive force. So it is conceivable, for example, that the holding device, which is attached to an oblique or on a vertical wall, by a too high load recorded slipping. In this case, the slipping motion is detected and the adhesive force generating unit can be driven to increase the adhesive force between the holder and the surface.
Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Haltevorrichtung, insbesondere zum Halten von Lasten an Oberflächen, wobei eine Haftkrafterzeugungseinheit zum Erzeugen einer Haftkraft gesteuert wird, ist vorgesehen, dass eine Haftkraft zwischen der Haltevorrichtung und der Oberfläche bestimmt wird, und dass die Haftkrafterzeugungseinheit in Abhängigkeit der mit der Haftkraftmesseinheit bestimmten Haftkraft gesteuert wird. Die Vorteile dieses Verfahrens sind analog zu obigen Ausführungen unter anderem darin zu sehen, dass die Haftkrafterzeugungseinheit nicht durchgängig betrieben werden muss, sondern sie in Abhängigkeit von einer bestimmten Haftkraft betrieben wird. So kann die Haftkrafterzeugungseinheit beispielsweise abgeschaltet werden, sobald eine zum Halten einer bestimmten Last an einer Oberfläche Mindesthaftkraft zwischen der Haltevorrichtung und der Oberfläche vorliegt. In a method for operating a holding device, in particular for holding loads on surfaces, wherein an adhesive force generating unit is controlled to generate an adhesive force, it is provided that an adhesive force between the holding device and the surface is determined, and that the adhesive force generating unit depending on Adhesive force measuring unit is controlled certain adhesion. The advantages of this method are analogous to the above statements, inter alia, that the adhesive force generating unit does not have to be operated consistently, but it is operated in response to a certain adhesive force. For example, the adhesive force generating unit may be switched off as soon as there is a minimum adhesion force between the holding device and the surface for holding a specific load on a surface.
Der Vorteil bei diesem Verfahren besteht ferner darin, dass die Betriebszeiten der Haftkrafterzeugungseinheit reduziert werden, und dadurch Energie und Kosten sowie der Verschleiß der Haftkrafterzeugungseinheit reduziert werden.The advantage of this method is further that the operating times of the adhesive force generating unit are reduced, and thereby energy and cost and the wear of the adhesive force generating unit can be reduced.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Haftkrafterzeugungseinheit bei Unterschreiten einer durch die Haftkraftmesseinheit bestimmten Haftkraft zur Erhöhung der Haftkraft angesteuert wird. Dadurch ist gewährleistet, dass immer eine genügend hohe Haftkraft zwischen Haltevorrichtung und Oberfläche besteht.Furthermore, it is advantageous if the adhesive force generating unit is actuated when it falls below an adhesion force determined by the adhesion force measuring unit to increase the adhesive force. This is ensures that there is always a sufficiently high adhesive force between the holding device and the surface.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Haftkrafterzeugungseinheit periodisch für ein Zeitintervall angesteuert wird. Abhängig von der Größe bzw. des Gewichts der zu haltenden Last oder von der Oberflächenbeschaffenheit der Oberfläche kann beispielsweise die Haftkrafterzeugungseinheit für 20 Sekunden eingeschaltet werden, danach für 20 Sekunden ausgeschaltet werden und sich diese Abfolge periodisch wiederholen. Die Steuerung der Haftkrafterzeugungseinheit über sich periodisch wiederholende Zeitintervalle hat den Vorteil, dass sie unabhängig von äußerer Sensorik ist, und je nach Anwendungsfall individuell bzw. beliebig einstellbar ist. Furthermore, it is expedient if the adhesive force generating unit is activated periodically for a time interval. Depending on the size or weight of the load to be held or the surface finish of the surface, for example, the adhesive force generating unit may be turned on for 20 seconds, then turned off for 20 seconds, and this sequence repeated periodically. The control of the adhesive force generating unit over periodically repeating time intervals has the advantage that it is independent of external sensors, and is adjustable individually or as desired depending on the application.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigen: Show it:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In
Die Haltevorrichtung
Die Funktionsweise der Haltevorrichtung
Über die bekannte Beziehung ∆p = F/A kann hieraus die resultierende Haftkraft berechnet werden. Bei einer angenommen Fläche die die Saugglocke
Durch die auftretende Leckage am System wird der Druckunterschied zwischen dem Volumen, welches von der Saugglocke
Die Haftkrafterzeugungseinheit
Die Saugglocke
Die Haftkrafterzeugungseinheit
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Haftkrafterzeugungseinheit als Saugglocke
In einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung wird die Haftkraft durch Elektroadhäsion erzeugt. Die hierbei verwendeten Haftelektroden können flexibel und flach ausgestaltet sein, und passen sich daher sehr gut unebenen, runden oder rauen Oberflächen an. Die Haftleistung der Haftelektroden ist hierbei größtenteils unabhängig vom Untergrund. Die Haftkrafterzeugungseinheit
Es ist zweckmäßig, wenn das Akkumodul 14 austauschbar ist und einem bestimmten Standard entspricht. In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung lassen Sich Akkumodule eines bestimmten Standards von Elektrowerkzeugen entnehmen und in die Haltevorrichtung einsetzen. Weiterhin ist es denkbar, dass die Haltevorrichtung
Zweckmäßigerweise ist in einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Haltevorrichtung
Ergänzend oder alternativ kann die Ausführungsform aus
Alternativ oder ergänzend kann die Haltevorrichtung
Die vorliegende Erfindung kann in den verschiedensten Bereichen eingesetzt werden. Dies kann beispielsweise im professionellen Handwerker- wie auch im Heimwerkerbereich der Fall sein. So können die Aufnahmeeinheiten
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, insbesondere bei Verwendung der Haltevorrichtung
In
In
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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