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Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung zum Greifen von ferromagnetischen Gegenständen, mit einem Magneten, der durch einen Aktor zwischen einer Aktivstellung zum Greifen der Gegenstände und einer Passivstellung verlagerbar ist.
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Aus der
DE 20 2005 004 456 U1 ist z.B. eine Greifvorrichtung mit einem längsverschieblich in einem Gehäuse geführten Magneten bekannt. Wird der Magnet aus dem Gehäuse herausgeschoben, lassen sich ferromagnetische Werkstücke greifen. Durch Einziehen des Magneten in das Gehäuse kann das anhaftende Werkstück gelöst werden, wobei die Stirnseite des Gehäuses als Abstreifer für das Werkstück dient. Ein schaltbarer Dauermagnet für die Verwendung in einem Lasthebesystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist in der
DE 15 14 732 A beschrieben. Die
EP 0 129 127 A1 beschreibt einen Magnetgreifer mit umschaltbaren Magneten, aufweisend einen Permanentmagneten und einem verschiebbaren Anker. Bei den bekannten Greifvorrichtungen besteht Raum für Optimierungen, insbesondere hinsichtlich einem Aufnehmen und Ablegen eines Werkstücks.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Greifvorrichtung mit hohen Haltekräften und insbesondere auch geringen Resthaltekräften zu schaffen. Ein geringer Krafteinsatz beim Aktivieren/Deaktivieren der Greifvorrichtung ist wünschenswert.
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Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Greifvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Greifvorrichtung dient zum Greifen und insbesondere auch zum Anheben von ferromagnetischen Gegenständen mit einem Magneten. Der Magnet ist durch einen Aktor zwischen einer Aktivstellung zum Greifen der Gegenstände und einer Passivstellung zum Loslassen verlagerbar.
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Bei der Greifvorrichtung ist ein Polschuh mit einer Anlagefläche für die zu greifenden Gegenstände vorgesehen, wobei der Polschuh ein ferromagnetisches Material aufweist, und wobei der Magnet den Polschuh bezüglich einer Längsachse nach außen zumindest teilweise umgibt und der Magnet relativ zum Polschuh entlang der Längsachse verlagerbar ist.
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Dies hat den Vorteil, dass vergleichsweise hohe Magnetkräfte zur Handhabung schwerer Lasten erreicht werden können. Durch Vorsehen der Anlagefläche am Polschuh kann die Greifvorrichtung durch Verlagerung des Magnets von der Aktivstellung in die Passivstellung verbracht werden, so dass gegriffene Gegenstände auf einfache Weise losgelassen werden können.
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Der Magnet führt bei Verlagerung zwischen der Aktivstellung und der Passivstellung um die Längsachse eine Drehbewegung durch. Damit ist eine Hubbewegung mit einer Drehbewegung kombiniert. Zwischen Aktivstellung und Passivstellung führt der Magnet eine Drehbewegung von maximal 90° um die Längsachse aus, entlang der der Magnet verlagerbar ist. Dadurch können Resthaltekräfte reduziert werden, insbesondere dann, wenn der Polschuh einen ggf. durch eine Einlage gefüllten Spalt aufweist. Zum Erreichen einer Drehbewegung kann der Magnet in einer, insbesondere am Polschuh oder am Gehäuse der Greifvorrichtung ausgebildeten, Kulissenführung oder durch einen Drehmotor geführt sein.
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Der Polschuh ist vorzugsweise aus ferromagnetischem Material ausgebildet. Dieses Material sollte eine möglichst geringe magnetische Remanenz aufweisen, um ein zeitnahes Ablegen oder Aufnehmen von Gegenständen zu ermöglichen.
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Der Magnet ist vorzugsweise als Permanentmagnet ausgebildet. In Bezug auf den Magneten ist zudem denkbar, dass dieser mehrere Nordpole und mehrere Südpole aufweist.
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Der Magnet umgibt den Polschuh bezüglich einer Längsachse nach außen zumindest teilweise. Dabei ist denkbar, dass der Magnet den Polschuh über zumindest 30 Prozent, vorzugsweise über zumindest 50 Prozent, seines Mantels oder Außenumfangs umgibt. Da der Polschuh entlang der Längsachse eine größere Höhe als der Magnet aufweisen kann, sind die voranstehenden Angaben nicht zwingend mit einem Umgeben der Außenfläche des Polschuhs gleichzusetzen. Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann der Magnet den Polschuh vollständig umgeben, beispielsweise im Falle eines kreiszylindrischen Polschuhs über einen Winkel von 360 °(Grad).
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Im Konkreten weist der Magnet eine Magnetisierungsrichtung von wenigstens einem Nordpol zu wenigstens einem Südpol auf.
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Die Magnetisierungsrichtung ist eine Vorzugsrichtung, entlang welcher im räumlichen Mittel die Feldlinien von Nordpol nach Südpol verlaufen.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Magnetisierungsrichtung orthogonal zur Längsachse verlaufen. Damit lässt sich mithilfe des Polschuhs über eine definierte Fläche eine hohe Kraftwirkung erreichen.
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Der Polschuh kann parallel zu der Längsachse oder entlang der Längsachse in mehrere Bestandteile, vorzugsweise in zwei Bestandteile, geteilt sein und die Bestandteile können voneinander beabstandet sein. So kann zwischen den Bestandteilen ein Spalt, beispielsweise ein Luftspalt, vorgesehen sein. Durch diese Ausgestaltung mit einer Beabstandung oder einem Spalt, wodurch in Aktivstellung des Magneten dessen Magnetfeld weitergeleitet wird, ist beim Deaktivieren der Greifvorrichtung vergleichsweise wenig Energie erforderlich. Dabei werden keine oder allenfalls vernachlässigbar geringe Resthaltekräfte erzeugt. Eine mehrteilige Ausgestaltung des Polschuhs ist denkbar. Im Falle zweier Bestandteile können diese zwei Hälften des Polschuhs bilden.
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In vorteilhafter Weise kann die Beabstandung zwischen den Bestandteilen durch eine Einlage aus nicht ferromagnetischem Material ausgefüllt sein. Auf diese Weise ist die Beabstandung oder der Spalt zwischen den Bestandteilen vor Umwelteinflüssen geschützt, wobei in Aktivstellung des Magneten dessen Magnetfeld weiterhin weitergeleitet wird. Als nicht ferromagnetisches Material kann beispielsweise Kunststoff oder Aluminium dienen. Eine einteilige Ausgestaltung des Polschuhs ist denkbar (Sandwichbauweise), so dass der Polschuh als ein Bauteil vorzugsweise mit durchgehender Außenfläche gehandhabt werden kann.
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Im Konkreten kann die Greifvorrichtung ein Gehäuse aufweisen. Der Polschuh kann durch mindestens ein Zwischenelement, das ein nicht ferromagnetisches Material aufweist, vom Gehäuse getrennt sein. Damit ist der Polschuh nicht unmittelbar, sondern mittels eines Zwischenelements am Gehäuse befestigt. Dadurch sind Polschuh und Gehäuse voneinander magnetisch entkoppelt, so dass eine ggf. auf das Gehäuse wirkende Magnetkraft nicht oder nur in vernachlässigbarer Weise auf den Polschuh einwirkt. Das Gehäuse kann auch als „Magnetgehäuse“ bezeichnet werden.
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Das Gehäuse kann den Magnet und den Polschuh zumindest teilweise aufnehmen. Unabhängig davon kann das Gehäuse an seiner Mantelfläche Nuten zur Befestigung, beispielsweise von Sensoren, aufweisen. Das Gehäuse kann aus nicht ferromagnetischem Material ausgebildet sein, beispielsweise Aluminium oder Kunststoff.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann sich der Polschuh in seinem Querschnitt entlang der Längsachse von der Anlagefläche weg verjüngen. Auf diese Weise lässt sich eine hohe Magnetkraft zur Handhabung schwerer Lasten erreichen, wobei durch die Verjüngung beim Deaktivieren der Greifvorrichtung vergleichsweise wenig Energie erforderlich ist. Dabei werden keine oder allenfalls vernachlässigbar geringe Resthaltekräfte erzeugt. Der Polschuh kann infolge der Verjüngung kegelförmig (kreisförmiger Querschnitt) oder trapezförmig (rechteckiger Querschnitt) ausgebildet sein.
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Alternativ oder ergänzend zur voranstehend beschriebenen Querschnittsverjüngung kann am Polschuh entlang der Längsachse von der Anlagefläche weg eine Materialänderung von einem ferromagnetischen Material zu einem nicht ferromagnetischen Material ausgebildet sein. Im Konkreten kann der Polschuh – bezogen auf die Anlagefläche – einen proximalen Abschnitt bestehend aus einem ferromagnetischen Material und einen sich – an der von der Anlagefläche abgewandten Seite des proximalen Abschnitts – an den proximalen Abschnitt anschließenden distalen Abschnitt aus einem nicht ferromagnetischen Material aufweisen, beispielsweise aus Aluminium oder Kunststoff.
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Vorteilhafterweise kann der Polschuh an der Anlagefläche einen Reibring aufweisen. Damit ist eine Relativbewegung zwischen dem gegriffenen Gegenstand und dem Polschuh des Magneten weitestgehend verhindert.
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Im Konkreten kann der Magnet als Ring, insbesondere als Kreisring, als Kreisabschnitt oder Bogenabschnitt, als Hufeisenmagnet oder als Stabmagnet ausgebildet sein. Damit kann die Greifvorrichtung auf die zu handhabenden Gegenstände abgestimmt werden. Der Magnet kann an einer Magnethalterung befestigt sein, die zur Verlagerung des Magneten, beispielsweise mittels eines Aktors, dienen kann.
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In vorteilhafter Weise kann der Magnet in der Aktivstellung an oder nahe einer Ebene angeordnet sein, in der die Anlagefläche verläuft. Magnetkräfte können dann durch den Polschuh auf den zu greifenden Gegenstand ausgeübt werden. Mit anderen Worten kann der Magnet in Aktivstellung in einem bezogen auf die Anlagefläche proximalen Abschnitt des Polschuhs angeordnet sein. Bei dem proximalen Abschnitt kann es sich – entlang der Längsachse gesehen – um einen an die Anlagefläche angrenzenden Teil des Polschuhs handeln. An der von der Anlagefläche abgewandten Seite des proximalen Abschnitts kann sich ein distaler Abschnitt des Polschuhs anschließen. Dabei kann es sich um einen zweiten Teil oder eine zweite Hälfte des Polschuhs handeln.
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Vorteilhafter Weise kann bei Vorliegen der Aktivstellung das der Anlagefläche zugewandte untere Ende des Magneten von einer Ebene, in der die Anlagefläche verläuft, um einen Mindestabstand beabstandet sein. Dadurch wird ein Abstandsspalt, zum Beispiel ein Luftspalt, gebildet. Dies erleichtert ein Loslassen eines Gegenstands von der Greifvorrichtung. Es kann ein Einlegeelement aus nicht ferromagnetischem Material, insbesondere aus Aluminium oder Kunststoff, im Abstandsspalt vorgesehen sein (Abstandshalteplatte). Dadurch ist der Abstandsspalt durch ein Einlegeelement gefüllt, so dass auch einzelne Abschnitte eines ergriffenen Gegenstands nicht bis zum Magneten gelangen können. Dies trägt zu einem zuverlässigen Loslassen von Gegenständen bei. Das Einlegeelement kann einen scheibenförmigen Querschnitt aufweisen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann der Magnet in der Passivstellung von der Anlagefläche weg verlagert sein, so dass der Magnet den Polschuh nicht oder nur an einem distalen Abschnitt des Polschuhs umgibt. Dabei kann es sich – entlang der Längsachse gesehen – um einen "oberen Teil" oder die "obere Hälfte" des Polschuhs handeln. Ein Loslassen eines Gegenstands von der Greifvorrichtung ist damit erleichtert.
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Zweckmäßigerweise kann der Aktor als pneumatische Kolben-Zylinder-Einheit oder als elektrischer Antrieb ausgebildet sein. Der elektrische Antrieb kann als Elektromotor oder als Hubmagnet (Elektromagnet/Spule) ausgeführt sein. Dies ist von Vorteil, wenn keine Druckluft/kein Unterdruck vorhanden ist. Ein netzunabhängiger Betrieb ist möglich. Bei einer pneumatischen Kolben-Zylinder-Einheit kann an der Greifvorrichtung auf elektrische Energie verzichtet werden.
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Der Polschuh kann insbesondere als ein sich entlang einer Mittellängsachse erstreckender Körper ausgebildet sein. Die Mittellängsachse kann parallel zur Längsachse ausgebildet sein. Dabei kann der Polschuh einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweisen. Ebenfalls denkbar ist, dass der Polschuh einen rechteckförmigen oder quadratischen Querschnitt aufweist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1, 2 in schematischen Darstellungen eine erste Ausführungsform einer Greifvorrichtung;
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3, 4 in schematischen Darstellungen eine zweite Ausführungsform einer Greifvorrichtung; und
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5, 6 in schematischen Darstellungen eine dritte Ausführungsform einer Greifvorrichtung.
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Dabei zeigt die jeweils erste Figur (1, 3 und 5) die Aktivstellung des Magneten und die jeweils zweite Figur (2, 4 und 6) die Passivstellung.
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1 und 2 zeigen eine Greifvorrichtung zum Greifen und Anheben von ferromagnetischen Gegenständen, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist.
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Die Greifvorrichtung 10 weist einen Magneten 12 auf, der durch einen Aktor (nicht dargestellt) zwischen einer Aktivstellung (siehe 1) und einer Passivstellung (siehe 2) verlagerbar ist.
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Die Greifvorrichtung 10 weist einen Polschuh 16 mit einer Anlagefläche 18 für die zu greifenden Gegenstände auf. Der Polschuh 16 weist ein ferromagnetisches Material auf.
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Der Magnet 12 umgibt den Polschuh 16 bezüglich einer Längsachse 20 nach außen. Der Magnet 12 ist relativ zum Polschuh 16 entlang der Längsachse 20 verlagerbar.
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Der Magnet 12 weist eine Magnetisierungsrichtung 22 von wenigstens einem Nordpol 24 zu wenigstens einem Südpol 26 auf. Die Magnetisierungsrichtung 22 verläuft orthogonal zur Längsachse 20.
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Der Polschuh 16 ist parallel zu der Längsachse 20 in zwei Bestandteile oder Hälften 28, 30 geteilt und die Bestandteile 28, 30 sind voneinander beabstandet. Zwischen den Bestandteilen 28, 30 befindet sich ein Spalt oder eine Beabstandung 32.
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Die Beabstandung 32 zwischen den Bestandteilen 28, 30 ist durch eine Einlage 34 aus nicht ferromagnetischem Material ausgefüllt. Dabei kann der Polschuh 16 einteilig ausgebildet sein (Sandwichbauweise).
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Der Magnet 12 ist als Kreisring ausgebildet. Der Magnet 12 ist in der Aktivstellung (siehe 1) an oder nahe einer Ebene angeordnet, in der die Anlagefläche 18 verläuft. Mit anderen Worten kann sich der Magnet 12 in der Aktivstellung in einem bezogen auf die Anlagefläche 18 proximalen Abschnitt 36 befinden.
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Im Konkreten kann bei Vorliegen der Aktivstellung das der Anlagefläche 18 zugewandte untere Ende des Magneten 12 von der Ebene, in der die Anlagefläche 18 verläuft, um einen Mindestabstand beabstandet sein.
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Der Magnet 12 ist in der Passivstellung (siehe 2) von der Anlagefläche 18 weg verlagert, so dass der Magnet 12 den Polschuh 16 nicht oder nur an einem distalen Abschnitt 38 des Poolschuhs 16 umgibt.
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Der Magnet 12 kann bei Verlagerung zwischen der Aktivstellung und der Passivstellung um die Längsachse 20 eine Drehbewegung durchführen (nicht dargestellt).
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Der Polschuh 16 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf und ist als senkrechter Kreiszylinder ausgebildet.
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3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform einer Greifvorrichtung 10' zum Greifen und Anheben von ferromagnetischen Gegenständen.
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Die zweite Ausführungsform entspricht zu weiten Teilen der ersten Ausführungsform, so dass auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. Gleiche oder funktional gleiche Komponenten sind mit identischen Bezugszeichen versehen.
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Abweichend von der ersten Ausführungsform weist die zweite Ausführungsform einen ringförmigen Magneten 12' auf, der in Richtung der Längsachse gesehen einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
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Der Polschuh 16' weist einen rechteckigen Querschnitt auf und ist als senkrechter Zylinder mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet. Der Polschuh 16' ist parallel zu der Längsachse 20 in zwei Bestandteile 28', 30' geteilt und die Bestandteile 28', 30' sind voneinander beabstandet. Die Beabstandung oder der Spalt 32' ist durch eine Einlage 34' aus nicht ferromagnetischem Material ausgefüllt.
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Die erste und die zweite Ausführungsform der Greifvorrichtung können weitere Komponenten umfassen, die in den Ansprüchen, insbesondere in den Ansprüchen 6, 7, 8 und 14, sowie im allgemeinen Beschreibungsteil beschrieben sind.
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5 und 6 zeigen eine dritte Ausführungsform einer Greifvorrichtung 10'' zum Greifen und Anheben von ferromagnetischen Gegenständen.
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Die dritte Ausführungsform entspricht zu weiten Teilen der ersten Ausführungsform, so dass auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. Gleiche oder funktional gleiche Komponenten sind mit identischen Bezugszeichen versehen.
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Die Greifvorrichtung 10'' weist ein Gehäuse 40 auf. Das Gehäuse 40 nimmt den Magnet 12 und den Polschuh 16 in seinem Inneren auf. Der Polschuh 16'' ist durch mindestens ein Zwischenelement (nicht dargestellt), das ein nicht ferromagnetisches Material aufweist, vom Gehäuse 40 getrennt.
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Der Polschuh 16'' verjüngt sich in seinem Querschnitt entlang der Längsachse 20 von der Anlagefläche 18 weg. Der Polschuh 16'' weist einen kreisförmigen Querschnitt auf und ist kegelförmig ausgebildet.
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Bei Vorliegen der Aktivstellung (siehe 5) ist das der Anlagefläche 18 zugewandte untere Ende des Magneten 12 von der Ebene, in der die Anlagefläche 18 verläuft, um einen Mindestabstand beabstandet sein. Es wird ein Abstandsspalt, zum Beispiel ein Luftspalt, gebildet. Ein Einlegeelement 39 aus nicht ferromagnetischem Material ist im Abstandsspalt angeordnet (Abstandshalteplatte). Das Einlegeelement 39 weist einen scheibenförmigen Querschnitt auf.
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Der Magnet 12 ist als Kreisring ausgebildet und an einer Magnethalterung 42 zur Verlagerung des Magneten 12 befestigt.
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Der Magnet 12 ist durch einen Aktor 14 zwischen der Aktivstellung zum Greifen der Gegenstände (siehe 5) und einer Passivstellung (siehe 6) verlagerbar. Der Aktor 14 ist als pneumatische Kolben-Zylinder-Einheit 41 ausgebildet. Die Magnethalterung 42 kann als Kolben dienen, der im Zylinder 44 verlagert werden kann.
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Zur Betätigung des Kolbens sind pneumatische Druckanschlüsse 46, 48 vorgesehen. Durch Beaufschlagen der Druckanschlüsse 46, 48 mit Druckluft oder Unterdruck lässt sich der Kolben im Zylinder 44 verlagern. Dadurch kann der Magnet 12 in die Aktivstellung oder die Passivstellung verbracht werden.
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Der Polschuh 16'' kann parallel zur Längsachse 20 in mehrere Bestandteile geteilt sein und die Bestandteile können voneinander beabstandet sein. Die Beabstandung oder der Spalt kann durch eine Einlage aus nicht ferromagnetischem Material ausgefüllt sein.
