DE102020105733A1

DE102020105733A1 - Greifelement für eine Vakuumgreifeinrichtung sowie Vakuumgreifeinrichtung

Info

Publication number: DE102020105733A1
Application number: DE102020105733.4A
Authority: DE
Inventors: Mario Trautner; Marco Prueglmeier
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2021-09-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Greifelement (10) für eine Vakuumgreifeinrichtung, mit einem Saugelement (14), welches an eine Oberfläche eines zu greifenden Bauteils (12) anlegbar ist und mittels welchem gemeinsam mit dem Bauteil (12) ein Saugvolumen (16) begrenzbar ist, welches mittels einer Druckeinstelleinrichtung mit einem Unterdruck beaufschlagbar ist, und mit einem zwischen einer eine fluidische Verbindung zwischen dem Saugvolumen (16) und der Druckeinstelleinrichtung freigebenden Öffnungsstellung (22) und einer die fluidische Verbindung zwischen dem Saugvolumen (16) und der Druckeinstelleinrichtung verschließenden Verschließstellung (20) verstellbaren Stellelement (18), wobei das Stellelement (18) durch Kontakt mit dem Bauteil (12) von der Verschließstellung (20) in die Öffnungsstellung (22) verstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Greifelement für eine Vakuumgreifeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs sowie eine Vakuumgreifeinrichtung.
Die WO 2010/088925 A1 offenbart einen Sauggreifer mit einem Rahmen und einer Vakuumkammer. Die Vakuumkammer ist zu zumindest einer Seite hin durch ein Saugpad begrenzt. Bei einer Seite des Saugpads, welche von der Vakuumkammer abgewandt ist, handelt es sich um eine Greifseite. Die Greifseite des Saugpads ist zumindest bereichsweise von einer Membran überzogen, welche Saugöffnungen aufweist, über welche ein Gasstrom durch die Saugöffnungen der Membran und durch das Saugpad hindurch in die Vakuumkammer strömen kann, um einen Unterdruck zu applizieren. Wenigstens eine dieser Saugöffnungen ist öffenbar und schließbar für den Gasstrom, wobei das Öffnen und Schließen durch eine selbstregulierende mechanische Schließeinrichtung erfolgen kann. Wenigstens eine Saugglocke ist an wenigstens einer der Saugöffnungen vorgesehen. Diejenigen Saugöffnungen, welche keinen Kontakt zu einer Oberfläche eines zu greifenden Bauteils haben, werden selektiv verschlossen, wodurch ein zusätzlicher Luftstrom durch die Membran und durch das Saugpad in die Vakuumkammer signifikant reduziert werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Greifelement für eine Vakuumgreifeinrichtung sowie eine Vakuumgreifeinrichtung zum Greifen eines Kraftfahrzeugbauteils zu schaffen, welche ein besonders einfaches Verschließen einer fluidischen Verbindung zwischen einer Druckeinstelleinrichtung und nicht mit einem Bauteil in Kontakt stehenden Greifelementen ermöglichen, um ein besonders sicheres Aufnehmen des Bauteils, insbesondere des Kraftfahrzeugbauteils mittels des Greifelements beziehungsweise der Vakuumgreifeinrichtung zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Greifelement für eine Vakuumgreifeinrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs sowie durch eine Vakuumgreifeinrichtung zum Greifen des Kraftfahrzeugbauteils mit den Merkmalen von Patentanspruch 9 gelöst.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Greifelement für eine Vakuumgreifeinrichtung, welche ein Saugelement umfasst. Das Saugelement ist an einer Oberfläche eines zu greifenden Bauteils, insbesondere eines Kraftfahrzeugbauteils, anlegbar. Mittels des Saugelements ist gemeinsam mit dem Bauteil ein Saugvolumen begrenzbar. Das Saugvolumen ist mittels einer Druckeinstelleinrichtung mit einem Unterdruck beaufschlagbar. Das Greifelement umfasst des Weiteren ein Stellelement, welches zwischen einer Öffnungsstellung und einer Verschließstellung verstellbar ist. In der Öffnungsstellung gibt das Stellelement eine fluidische Verbindung zwischen dem Saugvolumen und der Druckeinstelleinrichtung frei. In der Verschließstellung verschließt das Stellelement die fluidische Verbindung zwischen dem Saugvolumen und der Druckeinstelleinrichtung. Das Greifelement ist somit dazu eingerichtet, durch Anlegen des Saugelements an das Bauteil, über den in dem Saugvolumen eingestellten Unterdruck das Bauteil aufzunehmen, beispielsweise um das Bauteil zu transportieren. Um das Saugvolumen besonders effizient mit dem Unterdruck beaufschlagen zu können, ist es vorgesehen, dass das Stellelement in die Öffnungsstellung verstellbar ist, in welcher das Saugvolumen mit dem Unterdruck beaufschlagbar ist, und in die Verschließstellung verstellbar ist, in welcher die fluidische Verbindung zwischen der Druckeinstelleinrichtung und dem Saugvolumen unterbrochen ist, wodurch ein Einstellen eines Drucks in dem Saugvolumen mittels der Druckeinstelleinrichtung unterbleibt. Um das Stellelement besonders einfach und zuverlässig von der Verschließstellung in die Öffnungsstellung verstellen zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Stellelement durch Kontakt mit dem Bauteil von der Verschließstellung in die Öffnungsstellung verstellbar ist. Das bedeutet, dass in einem kontaktfreien Zustand des Stellelements mit dem Bauteil das Stellelement in der Verschließstellung angeordnet ist. Bei Auftreten eines Kontakts des Stellelements mit dem Bauteil wird das Stellelement infolge des Kontakts von der Verschließstellung in die Öffnungsstellung verstellt. Hierdurch ist vorteilhafterweise das Saugvolumen lediglich dann fluidisch mit der Druckeinstelleinrichtung verbunden, wenn das Stellelement in Kontakt mit dem Bauteil steht. Bei dem Kontakt des Stellelements mit dem Bauteil ist somit das Saugvolumen mit dem Unterdruck beaufschlagbar, wohingegen das Beaufschlagen des Saugvolumens mit dem Unterdruck unterbleibt, wenn das Stellelement kontaktfrei zu dem Bauteil angeordnet ist. Insbesondere wird das Saugvolumen lediglich bei einer Anlage des Stellelements an dem Bauteil mit dem Unterdruck beaufschlagt, insbesondere lediglich dann, wenn das Saugvolumen dicht zu einer Umgebung des Greifelements hin abgegrenzt ist, wodurch die Druckeinstelleinrichtung besonders effizient betreibbar ist. Bei der dichten Abgrenzung des Saugvolumens zu der Umgebung des Greifelements hin kann ein Ziehen von Luft aus der Umgebung mittels der Druckeinstelleinrichtung zumindest im Wesentlichen vermieden werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Stellelement eine Öffnung aufweist, über welche der Durchgang in der Öffnungsstellung bereitstellbar ist und welche durch Komprimieren des Stellelements entlang dessen Längserstreckungsrichtung öffenbar ist. Infolge des Kontakts des Stellelements mit dem Bauteil wird das Stellelement entlang dessen Längserstreckungsrichtung zusammengepresst und somit komprimiert. Infolge des Komprimierens des Stellelements wird dieses in die Öffnungsstellung verstellt, wodurch der Durchgang durch Aufweiten der Öffnung bereitgestellt wird. Über den Durchgang ist das Saugvolumen mittels der Druckeinstelleinrichtung mit einem Unterdruck beaufschlagbar. Das Öffnen des Durchgangs erfolgt somit besonders zuverlässig beim Anlegen des Stellelements an das Bauteil infolge des Komprimierens des Stellelements entlang dessen Längserstrecku ngsrichtu ng.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stellelement von der Verschließstellung in die Öffnungsstellung verstellbar ist, bei einer entlang einer Längserstreckungsrichtung auf das Stellelement wirkenden Kraft, welche eine vorgegeben Grenzkraft überschreitet. Das bedeutet, dass das Stellelement von der Verschließstellung in die Öffnungsstellung verstellt wird, sobald die entlang der Längserstreckungsrichtung auf das Stellelement wirkende Kraft die vorgegebene Grenzkraft überschreitet. Unterschreitet die Kraft die Grenzkraft oder entspricht die Kraft der Grenzkraft, dann ist das Stellelement in der Verschließstellung gehalten und somit die Öffnung verschlossen. Insbesondere wird die Grenzkraft derart gewählt, dass bei der auf das Stellelement wirkenden Kraft, welche die vorgegebene Grenzkraft überschreitet, das Greifelement sicher an dem Bauteil anliegt, wodurch das Saugvolumen sicher mittels des Saugelements und des Bauteils abgegrenzt ist, um ein besonders effizientes Beaufschlagen des Saugvolumens mit dem Unterdruck zu gewährleisten. Insbesondere liegt das Saugelement sicher an dem zu greifenden Bauteil an, wenn das Stellelement entlang seiner Längserstreckungsrichtung wenigstens um einen vorgegebenen Längenabschnitt komprimiert ist. Die Komprimierung des Verstellelements um den vorgegebenen Längenabschnitts resultiert in der auf das Stellelement wirkenden Kraft, wobei das Überschreiten der Grenzkraft signalisiert, dass das Stellelement zumindest um den vorgegebenen Längenabschnitt komprimiert ist. Das Komprimieren des Stellelements entlang dessen Längserstreckungsrichtung um den vorgegebenen Längenabschnitt resultiert somit in dem Überschreiten der Grenzkraft durch die auf das Stellelement wirkende Kraft. Es wird somit sichergestellt, dass das Stellelement lediglich dann in die Öffnungsstellung verstellt wird, wenn das Saugelement sicher an dem Bauteil anliegt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Stellelement einen fluidisch mit der Druckeinstelleinrichtung verbindbaren Luftführungskanal aufweist, die Öffnung fluidisch mit dem Luftführungskanal verbunden ist und die Öffnung in einer den Luftführungskanal begrenzenden Wandung des Stellelements angeordnet ist. Das Stellelement ist somit hohl ausgebildet, wobei ein Hohlraum des Stellelements den Luftführungskanal bereitstellt. Über den Luftführungskanal ist das Saugvolumen mit der Druckeinstelleinrichtung fluidisch verbindbar, wodurch über den Luftführungskanal das Saugvolumen mit dem Unterdruck beaufschlagbar ist. Die Öffnung ist in der den Luftführungskanal begrenzenden Wandung des Stellelements vorgesehen, wodurch die Öffnung einen Durchgang von dem Saugvolumen in den Luftführungskanal in ihrer geöffneten Stellung freigibt. Hierbei ist die Öffnung in einem Wandungsbereich der Wandung angeordnet, welcher bei Kontakt des Stellelements mit dem Bauteil kontaktfrei zu dem Bauteil angeordnet ist. Ein Verschließen der Öffnung mittels des Bauteils infolge des Kontakts des Stellelements mit dem Bauteil kann hierdurch vorteilhafterweise vermieden werden. Es kann somit sichergestellt werden, dass bei dem Kontakt des Stellelements mit dem Bauteil infolge des Kontakts das Stellelement in die Öffnungsstellung verstellbar ist, in welcher die Öffnung sicher freigegeben ist. Ein Verdecken der Öffnung mittels des Bauteils bei einem Anlegen des Stellelements an das Bauteil kann somit besonders sicher vermieden werden.
Es hat sich als weiterhin vorteilhaft gezeigt, wenn das Stellelement einen Schlitz aufweist, welcher in einer Verschließstellung fluidisch dicht ist und welcher in einer Öffnungsstellung zu der Öffnung aufgebogen ist. Dieser Schlitz ist in der Verschließstellung fluidisch dicht, wodurch das Saugvolumen fluidisch von der Druckeinstelleinrichtung getrennt ist. Um das Stellelement von der Verschließstellung in die Öffnungsstellung zu verstellen, wird Material des Stellelements im Bereich des Schlitzes verbogen, wodurch der Schlitz aufgebogen wird. Der aufgebogene Schlitz stellt die Öffnung bereit, über welche das Saugvolumen fluidisch mit der Druckeinstelleinrichtung verbunden ist, wodurch das Saugvolumen mit dem Unterdruck beaufschlagbar ist. Über das Verstellen des Schlitzes ist der Durchgang besonders einfach freigebbar und verschließbar.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Greifelement aus einer elastischen Membran gebildet ist. Die Elastizität des Greifelements und insbesondere des Stellelements ermöglicht ein besonders einfaches Verstellen des Stellelements zwischen der Öffnungsstellung und der Verschließstellung, insbesondere durch Aufbiegen und Rückstellen des Schlitzes. Darüber hinaus kann bei dem Ausbilden des Saugelements aus der elastischen Membran das Saugelement besonders sicher und dicht an einer Oberfläche des Bauteils angelegt werden, wobei aufgrund der Elastizität der Membran sich das Saugelement in seiner Kontur an eine Außenkontur der Oberfläche des Bauteils anpasst und an diese anlegt. Hierbei ist das Greifelement aus einem elastischen Kunststoff gebildet, wodurch das Greifelement besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Stellelement in dessen Öffnungsstellung vollständig in dem Saugvolumen angeordnet ist. Das bedeutet, dass das Stellelement erst von der Verschließstellung in die Öffnungsstellung verstellt wird, wenn das Stellelement vollständig in das Saugvolumen komprimiert ist, insbesondere infolge des Kontakts mit dem Bauteil. Das bedeutet, dass das Greifelement an das Bauteil angelegt wird, wodurch das Stellelement durch Kontakt mit dem Bauteil solange komprimiert wird, bis das Saugelement an dem Bauteil anliegt und das Saugelement gemeinsam mit dem Bauteil das Saugvolumen vollständig begrenzt. Hierbei ist aufgrund der Komprimierung des Stellelements infolge des Kontakts mit dem Bauteil das Stellelement vollständig in dem Saugvolumen angeordnet. Sobald das Stellelement vollständig in dem Saugvolumen angeordnet ist, wird das Stellelement von der Verschließstellung in die Öffnungsstellung verstellt, wodurch das Saugvolumen mit dem Unterdruck beaufschlagbar ist. Hierbei kann infolge des Komprimierens des Stellelements vollständig in das Saugvolumen die Kraft entlang der Längserstreckungsrichtung auf das Stellelement wirken, welche die vorgegebene Grenzkraft überschreitet, wodurch das Stellelement von der Verschließstellung in die Öffnungsstellung verstellt wird. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass das Saugvolumen erst dann mittels der Druckeinstelleinrichtung mit dem Unterdruck beaufschlagbar ist, wenn das Saugvolumen vollständig und dicht von dem Saugelement gemeinsam mit dem Bauteil begrenzt und umschlossen ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Saugelement eine hohlzylinderförmige Dichtlippe aufweist und eine erste Mittelachse des Stellelements mit einer zweiten Mittelachse der Dichtlippe zusammenfällt. Insbesondere ist das Stellelement hohlzylinderförmig ausgebildet. Somit ist das Stellelement mittig von der Dichtlippe radial umschlossen angeordnet. Hierdurch ist das Stellelement mittig zu dem Saugvolumen zumindest bereichsweise in dem Saugvolumen angeordnet. Das mittige Anordnen des Stellelements relativ zu der hohlzylinderförmigen Dichtlippe ermöglicht ein besonders sicheres Anordnen des Greifelements an einer Oberfläche des Bauteils. Des Weiteren kann aufgrund der mittigen Anordnung des Stellelements in dem Saugvolumen ermöglicht werden, dass die durch den Kontakt mit dem Bauteil auf das Stellelement wirkende Kraft zumindest im Wesentlichen in Längserstreckungsrichtung des Stellelements auf das Stellelement wirkt. Hierdurch kann eine Gefahr eines Umknickens oder Abknickens des Stellelements infolge des Kontakts mit dem Bauteil zumindest im Wesentlichen vermieden werden. Bei einem Anlegen des Greifelements an das Bauteil kann somit ermöglicht werden, dass das Stellelement besonders sicher durch Kontakt mit dem Bauteil von der Verschließstellung in die Öffnungsstellung verstellt wird.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vakuumgreifeinrichtung zum Greifen eines Kraftfahrzeugbauteils mit mehreren Greifelementen, wie sie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Greifelement beschrieben worden sind. Des Weiteren umfasst die Vakuumgreifeinrichtung eine Druckeinstelleinrichtung, mit welcher die Greifelemente fluidisch verbindbar sind und über welche die Saugvolumina der Greifelemente jeweils mit einem Unterdruck beaufschlagbar sind. Insbesondere sind über das jeweilige Freigeben beziehungsweise Verschließen der jeweiligen Durchgänge zu den jeweiligen Saugvolumina die Saugvolumina der Greifelemente unabhängig voneinander mit dem Unterdruck beaufschlagbar. Insbesondere werden lediglich die Saugvolumina mit einem Unterdruck beaufschlagt, bei welchen die zugeordneten Stellelemente durch Kontakt mit dem Kraftfahrzeugbauteil von der Verschließstellung in die Öffnungsstellung verstellt sind, wodurch die fluidische Verbindung zwischen der Druckeinstelleinrichtung und dem jeweiligen Saugvolumen freigegeben ist. Bei der Vakuumgreifeinrichtung kann somit die Druckeinstelleinrichtung besonders effizient betrieben werden, da ein Luftziehen über Greifelemente, welche kontaktfrei zu dem Bauteil angeordnet sind, zumindest im Wesentlichen unterbunden werden kann. Dies wird dadurch bewirkt, dass die Stellelemente der kontaktfrei zu dem Kraftfahrzeugbauteil angeordneten Greifelemente in der Verschließstellung angeordnet sind, in welcher die fluidische Verbindung zwischen dem jeweiligen Saugvolumen und der Druckeinstelleinrichtung verschlossen ist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

1 eine schematische Schnittansicht eines Greifelements für eine Vakuumgreifeinrichtung, welches an ein Bauteil, vorliegend ein Kraftfahrzeugbauteil, anlegbar ist in seinem von dem Kraftfahrzeugbauteil beabstandeten Zustand, in welchem ein Stellelement des Greifelements in einer Verschließstellung angeordnet ist, in welcher eine fluidische Verbindung zwischen einem mittels des Greifelements zumindest bereichsweise abgegrenzten Saugvolumen und einer Druckeinstelleinrichtung verschlossen ist, wodurch eine Beaufschlagung des Saugvolumens mit einem Unterdruck unterbleibt;
2 eine schematische Schnittansicht des Greifelements in seinem an das Kraftfahrzeugbauteil angelegten Zustand, in welchem ein Saugelement des Greifelements gemeinsam mit einer Oberfläche des Kraftfahrzeugbauteils das Saugvolumen begrenzt und vollständig umschließt und das Stellelement infolge eines Kontakts mit dem Kraftfahrzeugbauteil in eine Öffnungsstellung verstellt ist, in welcher die fluidische Verbindung zwischen der Druckeinstelleinrichtung und dem Saugvolumen freigegeben ist, wodurch das Saugvolumen mittels der Druckeinstelleinrichtung mit einem Unterdruck beaufschlagbar ist;
3a - 3c jeweilige Perspektivansichten beziehungsweise eine teilgeschnittene Perspektivansicht des Greifelements mit dem in der Verschließstellung angeordneten Stellelement; und
4a - 4c jeweilige Perspektivansichten beziehungsweise eine teilgeschnittene Perspektivansicht des Greifelements mit dem in der Öffnungsstellung angeordneten Stellelement.

In den 1 und 2 ist ein Greifelement 10 einer Vakuumgreifeinrichtung jeweils geschnitten dargestellt. Die Vakuumgreifeinrichtung umfasst insbesondere mehrere Greifelemente 10, welche einzeln und insbesondere unabhängig voneinander mit einem Unterdruck beaufschlagbar sind. Für das Beaufschlagen der Greifelemente 10 mit dem Unterdruck umfasst die Vakuumgreifeinrichtung eine Druckeinstelleinrichtung, mit welcher die Greifelemente 10 fluidisch verbindbar sind. Die Greifelemente 10 sind an ein Bauteil, vorliegend an ein Kraftfahrzeugbauteil 12, anlegbar, um das Kraftfahrzeugbauteil 12 mittels der Vakuumgreifeinrichtung aufzunehmen. Das mittels der Vakuumgreifeinrichtung aufgenommene Kraftfahrzeugbauteil 12 ist mittels der Vakuumgreifeinrichtung transportierbar, insbesondere innerhalb einer Produktionsanlage. Die Greifelemente 10 sind vielseitig in Produktionsanlagen einsetzbar und ermöglichen einen besonders schonenden Umgang mit dem Kraftfahrzeugbauteil 12. Darüber hinaus sind die Greifelemente 10 besonders gut an formlabile Folien als das Kraftfahrzeugbauteil 12 anpassbar, wodurch diese formlabilen Folien mittels der Vakuumgreifeinrichtung besonders sicher und einfach aufnehmbar sind.
Der Aufbau der einzelnen Greifelemente 10 der Vakuumgreifeinrichtung wird im Folgenden näher beschrieben. Jedes der Greifelemente 10 weist ein Saugelement 14 auf, welches an einer Oberfläche des zu greifenden Kraftfahrzeugbauteils 12 anlegbar ist. Das Saugelement 14 ist vorliegend als hohlzylinderförmige Dichtlippe aus einer elastischen Membran gebildet. Die Dichtlippe ist über ihren Umfang, wie in 2 erkannt werden kann, an das Kraftfahrzeugbauteil 12 anlegbar. In seinem an das Kraftfahrzeugbauteil 12 angelegten Zustand schließt das Saugelement 14 gemeinsam mit dem Kraftfahrzeugbauteil 12 ein Saugvolumen 16 vollständig ein. Das bedeutet, dass das Saugvolumen 16 in dem an das Kraftfahrzeugbauteil 12 angelegten Zustand des Saugelements 14 durch das Saugelement 14 und das Kraftfahrzeugbauteil 12 vollständig begrenzt und abgedichtet ist. In seinem von dem Kraftfahrzeugbauteil 12 beabstandeten Zustand des Saugelements 14 wird das Saugvolumen 16 bereichsweise von dem Saugelement 14 begrenzt und ist zu einer Umgebung des Greifelements 10 offen ausgebildet. Hierbei ist das Saugvolumen 16 bereichsweise durch eine virtuelle Anlagefläche des Saugelements 14 an dem Kraftfahrzeugbauteil 12 definiert. Dieses Saugvolumen 16 ist mittels der Druckeinstelleinrichtung mit dem Unterdruck beaufschlagbar, wodurch mittels des jeweiligen Greifelements 10 das Kraftfahrzeugbauteil 12 aufnehmbar ist.
Um sicherzustellen, dass lediglich die Saugvolumina 16 mit einem Unterdruck beaufschlagt werden, deren zugeordnet Greifelemente 10 an der Oberfläche des Kraftfahrzeugbauteils 12 anliegen, wodurch das jeweilige Saugvolumen 16 dicht abgeschlossen ist, umfasst jedes Greifelement 10 ein Stellelement 18. Das Stellelement 18 ist zwischen einer in 1 gezeigten Verschließstellung 20 und einer in 2 gezeigten Öffnungsstellung 22 verstellbar. In der Verschließstellung 20 des Stellelements 18 ist eine fluidische Verbindung zwischen der Druckeinstelleinrichtung und dem Saugvolumen 16 verschlossen, so dass ein Beaufschlagen des Saugvolumens 16 mit dem Unterdruck in der Verschließstellung 20 des Stellelements 18 unterbleibt. Bei der Anordnung des Stellelements 18 in der Öffnungsstellung 22 ist eine fluidische Verbindung zwischen der Druckeinstelleinrichtung und dem Saugvolumen 16 freigegeben, wodurch das Saugvolumen 16 mit dem Unterdruck beaufschlagbar ist.
Das Stellelement 18 ist vorliegend hohlzylinderförmig ausgebildet, wobei ein von dem Stellelement 18 begrenzter Hohlraum einen Luftführungskanal 24 begrenzt, über welchen die fluidische Verbindung zwischen dem Saugvolumen 16 und der Druckeinstelleinrichtung bereitstellbar ist. Über den Luftführungskanal 24 ist Luft aus dem Saugvolumen 16 absaugbar, wodurch das Saugvolumen 16 mit dem Unterdruck beaufschlagbar ist. Das Stellelement 18 weist in dessen Verschließstellung 20 einen fluidisch dichten Schlitz 26 auf. Durch Komprimieren des Stellelements 18 entlang dessen Längserstreckungsrichtung wird der Schlitz 26 zu einer Öffnung 28 aufgebogen. Über die Öffnung 28 ist das Saugvolumen 16 fluidisch mit dem Luftführungskanal 24 und über den Luftführungskanal 24 mit der Druckeinstelleinrichtung verbunden. Durch Komprimieren des Stellelements 18 entlang dessen Längserstreckungsrichtung wird somit das Stellelement 18 von der den Schlitz 26 aufweisenden Verschließstellung 20 in die die Öffnung 28 aufweisende Öffnungsstellung 22 verstellt. Das Stellelement 18 ist insbesondere durch Kontakt mit dem Kraftfahrzeugbauteil 12 komprimierbar, indem das Stellelement 18 an das Kraftfahrzeugbauteil 12 angelegt und das Greifelement 10 an das Kraftfahrzeugbauteil 12 angepresst wird. Folglich ist das Stellelement 18 infolge des Kontakts mit dem Kraftfahrzeugbauteil 12 von der Verschließstellung 20 in die Öffnungsstellung 22 verstellbar. Hierbei ist es vorgesehen, dass das Stellelement 18 erst dann von der Verschließstellung 20 in die Öffnungsstellung 22 verstellt wird, in welcher das Stellelement 18 die Öffnung 28 aufweist, wenn mittels des Saugelements 14 das Saugvolumen 16 vollständig gegen das Kraftfahrzeugbauteil 12 abgedichtet ist. In diesem vollständig abgedichteten Zustand des Saugvolumens 16 ist das Stellelement 18 so weit komprimiert, dass dieses vollständig in dem Saugvolumen 16 angeordnet ist. Um sicherzustellen, dass das Saugvolumen 16 erst dann mit dem Unterdruck mittels der Druckeinstelleinrichtung beaufschlagt wird, wenn das Saugvolumen 16 vollständig mit dem Saugelement 14 in dem Kraftfahrzeugbauteil 12 abgedichtet ist, ist es vorgesehen, dass der Schlitz 26 zu der Öffnung 28 aufgebogen wird, sobald das Saugelement 14 über dessen gesamten Umfang an dem Kraftfahrzeugbauteil 12 anliegt. Infolge des Anliegens des Saugelements 14 über dessen gesamten Umfang an dem Kraftfahrzeugbauteil 12 ist das Stellelement 18 vollständig in dem Saugvolumen 16 angeordnet. Bei der vollständigen Anordnung des Stellelements 18 in dem Saugvolumen 16 wirkt wenigstens eine durch die Komprimierung des Stellelements 18 entlang dessen Längserstreckungsrichtung auftretende Kraft auf das Stellelement 18. Über eine Größe und/oder Geometrie des Schlitzes und/oder über eine Materialwahl des Stellelements 18 kann eine Grenzkraft vorgegeben werden, ab deren Überschreiten durch die auf das Stellelement 18 entlang dessen Längserstreckungsrichtung wirkende Kraft der Schlitz 26 zu der Öffnung 28 aufgeweitet wird. Folglich wird das Stellelement 18 erst dann von der Verschließstellung 20 in die Öffnungsstellung 22 verstellt, wenn das Stellelement 18 derart komprimiert ist, dass dieses vollständig in dem Saugvolumen 16 angeordnet ist, wodurch die entlang der Längserstreckungsrichtung auf das Stellelement 18 wirkende Kraft die vorgegebene Grenzkraft überschreitet. Über das Sicherstellen, dass die fluidische Verbindung zwischen dem Saugvolumen 16 und der Druckeinstelleinrichtung erst dann bereitgestellt wird, wenn das Saugvolumen 16 vollständig abgedichtet ist, kann mittels der Druckeinstelleinrichtung in jeweiligen das Kraftfahrzeugbauteil 12 greifenden Greifelementen 10 der Unterdruck besonders energieeffizient bereitgestellt werden. Greifelemente 10, welche kontaktfrei zu dem Kraftfahrzeugbauteil 12 angeordnet sind, werden nicht mit dem Unterdruck beaufschlagt.
Vorliegend ist das Stellelement 18 mittig zu dem Saugelement 14 angeordnet, wodurch eine Mittelachse des hohlzylinderförmigen Stellelements 18 mit einer Mittelachse des hohlzylinderförmigen Saugelements 14 zusammenfällt. Das Stellelement 18 ragt in seiner Verschließstellung entlang der Mittelachse des Saugelements 14 über das Saugelement 14 über. Bei einem Annähern des Greifelements 10 an das Kraftfahrzeugbauteil 12 tritt das Stellelement 18 vor dem Saugelement 14 mit dem Kraftfahrzeugbauteil 12 in Kontakt, da das Stellelement 18 über das Saugelement 14 vorspringt. Bei Anlegen des Greifelements 10 an das Kraftfahrzeugbauteil 12 kann hierdurch eine gleichmäßige Komprimierung des Stellelements 18 entlang dessen Längserstreckungsrichtung sichergestellt werden. Vorliegend weist das Stellelement 18 an seinem freien Ende einen Teller 30 auf, welcher bei Anlegen des Greifelements 10 an dem Kraftfahrzeugbauteil 12 mit einer Oberfläche des Kraftfahrzeugbauteils 12 kontaktierbar ist. Der Teller 30 überragt die Hohlzylinderform des Stellelements 18 radial. Der Teller 30 ermöglicht ein sicheres Positionieren des freien Endes des Stellelements 18 an dem Kraftfahrzeugbauteil 12 bei dem Anlegen des Greifelements 10 an das Kraftfahrzeugbauteil 12.
In den 3a - 3c ist das Greifelement 10 in unterschiedlichen Perspektivansichten sowie in 3c in einer teilgeschnittenen Perspektivansicht gezeigt. Hierbei ist das Stellelement 18 in der Verschließstellung 20 angeordnet, in welcher eine den Luftführungskanal 24 begrenzende Wandung 32 des Stellelements 18 den fluidisch geschlossenen Schlitz 26 aufweist.
In den 4a - 4c ist das Greifelement 10 ebenfalls in unterschiedlichen Perspektivdarstellungen sowie in 4c in einer teilgeschnittenen Perspektivansicht gezeigt, wobei das Stellelement 18 in der Öffnungsstellung 22 angeordnet ist. Hierbei weist die den Luftführungskanal 24 begrenzende Wandung 32 die Öffnung 28 auf, über welche der Luftführungskanal 24 fluidisch mit dem Saugvolumen 16 verbunden ist.
Dem beschriebenen Greifelement 10 beziehungsweise der beschriebenen mehrere Greifelemente 10 umfassenden Vakuumgreifeinrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Optimierung eines Materialflusses innerhalb einer Fertigung nötig ist, um steigenden Anforderungen gemäß der Industrie 4.0 gerecht werden zu können. Um einen Materialfluss vollautomatisch gestalten zu können, bedarf es neben einer autonomen Bereitstellung und Sortierung von Gütern, insbesondere von Kraftfahrzeugbauteilen, insbesondere Kleinteilen in Form von Schüttgut, einer Funktion, diese greifen zu können. Zum Greifen von Bauteilen gibt es eine Reihe an Lösungen. Gängige Greifsysteme in der Industrie stellen mechanische Greifer, pneumatische Greifer sowie magnetische Greifer dar. Diese Greifer werden in der Regel an einem Roboter befestigt. Eine räumliche Bewegung des mittels des Greifers, vorliegend der Vakuumgreifeinrichtung, gegriffenen Kraftfahrzeugbauteils 12 wird durch einen Roboter umgesetzt, welcher in einer Knickarm/Gelenkbauweise und/oder in einer Portalbauweise ausgeführt sein kann. Für eine Objekterkennung können 3D-Stereokameras verwendet werden. Anhand von mittels der 3D-Stereokameras bereitgestellten Tiefeninformationen können Greifpunkte für die Greifer exakt berechnet werden. Ein richtiger Griff sowie eine Trajektorienberechnung von Roboterarmen des Roboters können mit Hilfe künstlicher Intelligenz erfolgen. Vorliegend ist die Vakuumgreifeinrichtung mittels des Roboters aufnehmbar, wobei mittels der Vakuumgreifeinrichtung das Kraftfahrzeugbauteil 12 zu halten ist. Hierdurch ist mittels des Roboters das Kraftfahrzeugbauteil 12 bewegbar.
Eine für einen Montagebereich von Kleinteilen in einem Fahrzeugmontagewerk relevanteste Bauform des Stands der Technik stellt ein Balgsauger mit wenigstens einem Kunststoffbalg dar. Bei dem flexiblen Kunststoffbalg ist ein Ausgleich von Oberflächenkonturen des Kraftfahrzeugbauteils 12 in gewissen Grenzen möglich. Durch Anordnung mehrerer Kunststoffbalge nebeneinander kann eine besonders hohe Saugkraft bei erweiterter nutzbarer Fläche erreicht werden. Dadurch, dass jeder Kunststoffbalg seine eigene Unterdrucköffnung zur Herstellung einer Haltekraft mit dem Kraftfahrzeugbauteil 12 hat, ist sicherzustellen, dass bei Anlegen der Kunststoffbalge jeder der Kunststoffbalge eine luftdichte Verbindung mit dem Kraftfahrzeugbauteil 12 eingeht. Ist einer der Kunststoffbalge nicht luftdicht mit dem Kraftfahrzeugbauteil 12 verbunden, ist aufgrund eines in dem Balgsauger auftretenden Druckabfalls ein sicheres Aufnehmen des Kraftfahrzeugbauteils 12 nicht möglich. Bei dem Balgsauger sind alle Kunststoffbalge über eine Druckquelle miteinander verbunden, wodurch Kunststoffbalge mit keinem oder nur teilweisem Kontakt mit dem Kraftfahrzeugbauteil 12 ein Entweichen von Luft ermöglichen lassen würden, wodurch ein Einstellen eines Unterdrucks mittels des Balgsaugers am Kraftfahrzeugbauteil 12 nicht möglich ist. Hieraus ergibt sich für den Balgsauger ein geringer Spielraum, was ein räumliches Auftreffen der Kunststoffbalge mit dem Kraftfahrzeugbauteil 12 betrifft. Ventilschaltungen für ein aktives Ansteuern einzelner Kunststoffbalge zur Sicherstellung des Unterdrucks ist aufwendig.
Diese Nachteile können durch die Vakuumgreifeinrichtung sowie durch die jeweiligen Greifelemente 10 überwunden werden. Das Greifelement 10 wirkt durch seine Bauform wie eine Membran. Mehrere Greifelemente 10 können beliebig an der Vakuumgreifeinrichtung angeordnet werden, wobei die jeweiligen Greifelemente 10 erst bei einem hinreichenden Bauteilkontakt mit dem Kraftfahrzeugbauteil 12 einen Unterdruck zwischen dem Greifelement 10 und dem Kraftfahrzeugbauteil 12 ermöglichen. In einem nicht betätigten Zustand des Stellelements 18 und somit in dessen Verschließstellung 20 wird ein in dem Luftführungskanal 24 vorliegender Unterdruck nicht mit einer über das offene Saugvolumen 16 verbundenen Umgebung ausgeglichen werden.
Hierfür weist das Greifelement 10 das Saugelement 14 auf, bei welchem es sich um die kreisförmig angeordnete äußere Dichtlippe handelt. Mittig in dem Saugvolumen 16 befindet sich das Stellelement 18, welches vorliegend als hohle Noppe mit einer Schlitzung auf seiner äußeren Seite ausgebildet ist. In der Verschließstellung 20 des Stellelements 18 ist der Schlitz 26 geschlossen und dicht. Wird das Stellelement 18 betätigt, dann wird der Schlitz 26 zu der Öffnung 28 geöffnet und gibt einen Durchgang von dem Saugvolumen 16 zu dem Luftführungskanal 24 frei. Mehrere Greifelemente 10 können auf einem Träger angeordnet werden, über welchen ein Druckluftbeziehungsweise Vakuumanschluss der jeweiligen Greifelemente 10 mit der Druckeinstelleinrichtung ermöglicht wird. Der Träger kann aus einem luftdurchlässigen Material gebildet sein, welches zu einer Umgebung des Trägers hin abgedichtet ist, wobei der Träger eine fluidische Verbindung zwischen der Druckeinstelleinrichtung und den jeweiligen Greifelementen 10, welche mit dem Träger verbunden sind, freigibt.
Erst bei einem Bauteilkontakt des jeweiligen Greifelements 10 mit dem Kraftfahrzeugbauteil 12 und nach einer automatischen Abdichtung des Saugelements 14 gegen das Kraftfahrzeugbauteil 12 wird der Schlitz 26 zu der Öffnung 28 geöffnet, wodurch ein Druckausgleich zwischen dem Luftführungskanal 24 und dem Saugvolumen 16 stattfinden kann, wodurch im Saugvolumen 16 ein Unterdruck eingestellt werden kann. In dem in 1 gezeigten beabstandeten Zustand des Greifelements 10 von dem Kraftfahrzeugbauteil 12, in welchem das Stellelement 18 in der Verschließstellung 20 angeordnet ist, ist ein Druckausgleich zwischen dem Saugvolumen 16 und einer Umgebung des Greifelements 10, insbesondere zu atmosphärischem Druck, möglich.
Ab einer gewissen Kraftausübung auf das Stellelement 18, insbesondere bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenzkraft durch die auf das Stellelement 18 wirkende Kraft, wird der Schlitz 26 zu der Öffnung 28 geöffnet. Hierbei wird mittels des Saugelements 14 das Saugvolumen 16 gegen das Kraftfahrzeugbauteil 12 abgedichtet. Über die Öffnung 28 ist ein direkter Durchgang von dem Saugvolumen 16 zu dem Luftführungskanal 24 geöffnet. Ein Unterdruck zwischen dem Saugelement 14 und dem Kraftfahrzeugbauteil 12, insbesondere an dem Saugvolumen 16, kann infolge der fluidischen Verbindung des Saugvolumens 16 mit der Druckeinstelleinrichtung eingestellt werden, wodurch eine feste Verbindung des Greifelements 10 mit dem Kraftfahrzeugbauteil 12 hergestellt ist und hierdurch ein Anheben des Kraftfahrzeugbauteils 12 mittels des Greifelements 10 ermöglicht wird.
Die Vakuumgreifeinrichtung, insbesondere das Greifelement 10, ermöglicht, dass ein Unterdruck lediglich an benötigten Stellen, vorliegend den vollständig abgedichteten Saugvolumina 16, eingestellt wird. Ein Abfall eines Unterdrucks im Vakuumgreifsystem kann zumindest im Wesentlichen vermieden werden, indem über jeweilige in der Verschließstellung 20 angeordnete Stellelemente 18 Leckagen der Vakuumgreifeinrichtung zumindest im Wesentlichen vermieden werden können. Ein aufwendiges Steuersystem mit Ventilen zum Einstellen des Unterdrucks in dem Saugvolumen 16 kann bei der beschriebenen Vakuumgreifeinrichtung mit dem wenigstenes einen Greifelement 10 vermieden werden. Das Freigeben des Einstellens des Unterdrucks in dem Saugvolumen 16 erfolgt bei dem Greifelement 10 über ein rein mechanisch wirkendes Prinzip durch Verstellen des Stellelements 18. Die Ausgestaltung des Greifelements 10 ermöglicht eine Kopplung vieler voneinander unabhängiger Greifelemente 10 in einer Vakuumgreifeinrichtung.
Bezugszeichenliste

10: Greifelement
12: Kraftfahrzeugbauteil
14: Saugelement
16: Saugvolumen
18: Stellelement
20: Verschließstellung
22: Öffnungsstellung
24: Luftführungskanal
26: Schlitz
28: Öffnung
30: Teller
32: Wand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/088925 A1 [0002]

Claims

Greifelement (10) für eine Vakuumgreifeinrichtung, mit einem Saugelement (14), welches an eine Oberfläche eines zu greifenden Bauteils (12) anlegbar ist und mittels welchem gemeinsam mit dem Bauteil (12) ein Saugvolumen (16) begrenzbar ist, welches mittels einer Druckeinstelleinrichtung mit einem Unterdruck beaufschlagbar ist, und mit einem zwischen einer eine fluidische Verbindung zwischen dem Saugvolumen (16) und der Druckeinstelleinrichtung freigebenden Öffnungsstellung (22) und einer die fluidische Verbindung zwischen dem Saugvolumen (16) und der Druckeinstelleinrichtung verschließenden Verschließstellung (20) verstellbaren Stellelement (18), dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (18) durch Kontakt mit dem Bauteil (12) von der Verschließstellung (20) in die Öffnungsstellung (22) verstellbar ist.
Greifelement (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (18) eine Öffnung (28) aufweist, über welche der Durchgang in der Öffnungsstellung (22) bereitstellbar ist und welche durch Komprimieren des Stellelements (18) entlang dessen Längserstreckungsrichtung öffenbar ist.
Greifelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (18) von der Verschließstellung (20) in die Öffnungsstellung (22) verstellbar ist bei einer entlang einer Längserstreckungsrichtung auf das Stellelement (18) wirkenden Kraft, welche eine vorgegebene Grenzkraft überschreitet.
Greifelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (18) einen fluidisch mit der Druckeinstelleinrichtung verbindbaren Luftführungskanal (24) aufweist, die Öffnung (28) fluidisch mit dem Luftführungskanal (24) verbunden ist und die Öffnung (28) in einer den Luftführungskanal (24) begrenzenden Wandung des Stellelements (18) angeordnet ist.
Greifelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (18) einen Schlitz (26) aufweist, welcher in der Verschließstellung (20) fluidisch dicht ist und welcher in der Öffnungsstellung (22) zu der Öffnung (28) aufgebogen ist.
Greifelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Greifelement (10) aus einer elastischen Membran gebildet ist.
Greifelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (18) in dessen Öffnungsstellung (22) vollständig in dem Saugvolumen (16) angeordnet ist.
Greifelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugelement (14) eine hohlzylinderförmige Dichtlippe aufweist und eine erste Mittelachse des Stellelements (18) mit einer zweiten Mittelachse der Dichtlippe zusam menfällt.
Vakuumgreifeinrichtung zum Greifen eines Kraftfahrzeugbauteils, mit mehreren Greifelementen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer Druckeinstelleinrichtung, mit welcher die Greifelemente (10) fluidisch verbindbar sind und über welche die Saugvolumina (16) der Greifelemente (10) jeweils mit einem Unterdruck beaufschlagbar sind.