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Die Erfindung betrifft einen Sauggreifer.
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Sauggreifer, auch Vakuumsauggreifer oder Vakuumheber genannt, sind grundsätzlich bekannt. Sie weisen einen Saugbalg auf, der mit einer Saugöffnung auf das anzuhebende Bauteil aufgesetzt wird. Der Druck im Saugbalg und damit zwischen Sauggreifer und Werkstück wird durch Anschließen an einen Vakuum-Erzeuger reduziert. Der Umgebungsdruck drückt dann das Bauteil gegen den Sauggreifer, woraus eine Haltekraft resultiert. Die Haltekraft ist umso größer, je höher die Druckdifferenz zwischen Umgebungsdruck und Druck im Sauggreifer ist, weshalb es auf eine gute Abdichtung zwischen Bauteil und Sauggreifer ankommt.
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Sollen Bauteile mit unterschiedlichen Geometrien gegriffen werden, so sind bislang Sonderbetriebsmittel nötig an denen mehrere Sauggreifer entsprechend der zu greifenden Geometrie angeordnet werden. Diese Sonderbetriebsmittel sind jedoch entweder bauteilgebunden oder es werden Wechselsysteme verwendet, die aufwendige Zustellmittel verwenden um geänderte Geometrien greifen zu können.
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Für Greifaufgaben, bei denen hohe Kräfte auftreten können, wie z.B. die Entnahme eines Bauteils aus einem Fertigungswerkzeug, besteht die Möglichkeit konturgebundene Flächensauger einzusetzen. Derartige Flächensauger sind in dem Verlauf ihrer Saugöffnung an die Oberflächenkontur des aufzuhebenden Bauteils angepasst, so dass eine optimale Anlage und Saugwirkung gewährleistet wird. Jedoch sind konturgebundene Flächensauger nicht flexibel.
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In der Automobilindustrie werden mehrere Bauteilderivate in einer Linie gefertigt, wie z.B. in der Dachfertigung von CFK-Dächern. Es ist wünschenswert, solche Bauteilderivate, die in ihrer Form voneinander abweichen können, auf einfache und kostengünstige Weise handhaben zu können.
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Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung einen Sauggreifer anzugeben, der flexibel für Bauteile mit unterschiedlichen Oberflächenkonturen einsetzbar ist. In einem weiteren Aspekt soll der Sauggreifer große Greifkräfte übertragen können und insbesondere kostengünstig herstellbar und betreibbar sein.
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Gelöst wird die Aufgabe durch einen Sauggreifer nach Patentanspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Es wird ein Sauggreifer angegeben mit einem Grundkörper, der einen Anbindungsabschnitt für eine Anbindung an ein Handhabungsgerät aufweist. Mit dem Anbindungsabschnitt kann der Sauggreifer an einem Handhabungsgerät befestigt werden. Das Handhabungsgerät kann z.B. ein Mehrachsroboter sein. Die Befestigung kann z.B. mittels einer Schraubverbindung, einer Rastverbindung o.ä. erfolgen. Mittels des Handhabungsgeräts kann der Sauggreifer auf das zu greifende Bauteil aufgesetzt werden und das gegriffene Bauteil bewegt werden.
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Weiterhin weist der Grundkörper einen Saugbalgträger auf, an dem ein Saugbalg befestigt ist, wobei der Saugbalg einen zwischen dem Saugbalgträger und einer Saugöffnung verlaufenden Saugkanal umschließt. Der Saugbalgträger dient hierbei einerseits der Befestigung des Saugbalgs. Weiterhin bildet der Saugbalgträger gemeinsam mit dem Saugbalg den Saugkanal aus. Vorzugsweise erstreckt sich der Saugbalg von dem Saugbalgträger entlang einer Längsachse und endet in einer Saugöffnung. Der Sauggreifer wird mit der Saugöffnung auf ein zu greifendes Bauteil aufgesetzt. Durch Anlegen eines Unterdrucks an den Saugkanal wird der Druck zwischen Bauteil und Sauggreifer reduziert und das Bauteil durch den Umgebungsdruck an den Sauggreifer gedrückt und dort fixiert.
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Erfindungsgemäß ist nun der Saugbalgträger gegenüber dem Anbindungsabschnitt gelenkig gelagert und der Saugbalg weist mindestens eine ringförmig um den Saugkanal herumlaufende Hohlkammer auf. Die gelenkige Lagerung des Saugbalgträgers gegenüber dem Anbindungsabschnitts ermöglicht einen Winkelausgleich, wenn der Sauggreifer auf ein Bauteil aufgesetzt wird. Hierdurch wird eine erste Möglichkeit geschaffen, wie sich der Sauggreifer an unterschiedliche Bauteiloberflächen anpassen kann. Vorzugsweise ist die gelenkige Lagerung eine freibewegliche Lagerung, so dass der Saugbalgträger frei verschwenken kann, wenn der Saugreifer auf das Bauteil aufgesetzt wird. Die gelenkige Lagerung ist vorzugsweise im Schwerpunkt des Sauggreifers angeordnet. Eine aufwendige Steuerung des Winkelausgleichs entfällt.
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Zusätzlich zu dem Winkelausgleich durch die gelenkige Lagerung wirkt zudem die mindestens eine ringförmig um den Saugkanal herumlaufende Hohlkammer wie eine Art Puffer. Wird der Sauggreifer mit seiner Saugöffnung auf das Bauteil aufgesetzt, so kann die Hohlkammer lokal nachgeben. In Bereichen, in denen das Bauteil weiter in Richtung auf den Sauggreifer vorsteht als in anderen Bereichen, wird die Hohlkammer zwischen Bauteil und Saugbalgträger komprimiert bzw. stärker komprimiert als in den anderen Bereichen. Hierbei hat die Hohlkammer den Vorteil, dass sie sich zwar verformt, aber aufgrund der umlaufenden Kammerstruktur eine Seitwärtsbewegung des Saugbalgs quer zur Längsrichtung des Saugkanals beschränkt. Im Gegensatz zu einem Saugbalg ohne Hohlkammer weist der erfindungsgemäß verwendete Saugbalg mit der mindestens einen Hohlkammer eine bessere Stabilisierung des Bauteils relativ zum Saugbalgträger auf. Hierdurch wird das Bauteilhandling verbessert und eine bessere Positionierbarkeit erreicht. Im Zusammenwirken mit dem Winkelausgleich durch die gelenkige Lagerung wird sichergestellt, dass der Sauggreifer sich flexibel an die Bauteilkontur anpasst und umfangsseitig rund um die Saugöffnung in Anlage mit dem Bauteil gelangt. Diese flexible Anpassung ermöglicht es, Bauteile mit sehr unterschiedlichen Oberflächenkonturen, z.B. mit ebenen, konvexen, konkaven und sogar mit Freiformflächen sicher mit einem einzigen Sauggreifer aufzunehmen.
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In einer Ausgestaltung ist es vorteilhaft, wenn der Grundkörper mehrteilig aufgebaut ist und der Saugbalgträger mittels eines Kugelgelenks mit einem den Anbindungsabschnitt aufweisenden Gelenkarm verbunden ist. Das Kugelgelenk ermöglicht eine hohe Winkelbeweglichkeit und damit optimale Anpassung an die Bauteiloberflächenkontur.
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Zur Gewichtsreduzierung kann der Gelenkarm in einer Ausgestaltung beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial, wie z.B. Polyamid (PA12) ausgebildet sein. Unter Kostengesichtspunkten ist es besonders bevorzugt, wenn der Gelenkarm in einer Ausgestaltung durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt ist.
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Der Saugbalg weist mindestens eine ringförmige Hohlkammer auf. Unter ringförmig ist dabei zu verstehen, dass die Hohlkammer radial um den Saugkanal herum verläuft, d.h. das Kammervolumen der Hohlkammer erstreckt sich einmal um den Saugkanal herum. Der Querschnitt der Hohlkammer ist dabei nicht auf eine bestimmte Form festgelegt. Der durch den Saugbalg umschlossene Saugkanal kann in Längsrichtung betrachtet jeden beliebigen Querschnitt aufweisen, z.B. einen runden, viereckigen oder sonstigen Querschnitt.
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Der Saugbalg ist aus einem flexiblen Material ausgebildet, das sich elastisch verformen kann, wenn Druck auf es ausgeübt wird. Vorzugsweise ist der Saugbalg aus einem elastomeren Werkstoff ausgebildet. Wird der Sauggreifer auf ein Bauteil mit nicht ebener Oberflächenkontur aufgesetzt, so wird die mindestens eine Hohlkammer durch das Gewicht des Sauggreifers an unterschiedlichen Stellen in unterschiedlichem Maße zusammengedrückt.
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Die mindestens eine Hohlkammer ist vorzugsweise mit einem Fluid, insbesondere mit Luft gefüllt. Die mindestens eine Hohlkammer ist vorzugweise als passives Element ausgebildet, d.h. es sind keine Mittel vorgesehen um den Druck in der Hohlkammer aktiv zu verändern oder zu steuern.
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Der Saugbalg kann in einer Ausgestaltung auch zwei oder mehr Kammern aufweisen, die ringförmig um den Saugkanal herum verlaufen und in Längsrichtrichtung des Saugkanals übereinander liegen und die durch Querstege voneinander getrennt sind. Die Querstege verhindern eine übermäßige Aufweitung der Hohlkammern, wenn der Saugbalg stark komprimiert wird. Hierdurch wird eine Verformbarkeit des Saugbalgs quer zur Längsrichtung reduziert, wodurch das gegriffene Bauteil positionsgenauer gehalten und transportiert werden kann.
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In einer Ausgestaltung ist die Hohlkammer oder sind die Hohlkammern des Saugbalgs gegenüber der Umgebung vollständig geschlossen. Durch die lokale Komprimierung der Hohlkammer(n) wird der Druck in der/den Hohlkammer(n) erhöht und es baut sich ein Gegendruck auf. Dieser wirkt dann wiederum in Richtung auf das Bauteil und verstärkt den Kontakt zum Bauteil in Bereichen des Saugbalgs der nur geringfügig oder gar nicht komprimiert ist. Die Anlagekraft, mit der Bauteil und Sauggreifer aneinander liegen, wird umfangsseitig vereinheitlicht und die Dichtwirkung verbessert.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann das von der mindestens einen Hohlkammer umschlossene Kammervolumen über mindestens eine Öffnung in einer Fluidverbindung mit der Außenumgebung steht. Bei dieser Ausgestaltung kann ein Luftaustausch mit der Atmosphäre erfolgen, wenn die mindestens eine Hohlkammer komprimiert wird. Dies ermöglicht größere Verformungen des Saugbalgs in Längsrichtung. Dementsprechend ist diese Ausgestaltung besonders vorteilhaft, wenn Bauteile gegriffen werden sollen, bei denen in der Kontur der Oberfläche große Höhenunterschiede ausgeglichen werden müssen.
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Der erfindungsgemäße Sauggreifer eignet sich insbesondere dazu, auch große Bauteile unter Verwendung nur eines einzigen Saugbalgs und Saugkanals zu greifen. Die Flexibilität des Sauggreifers ermöglicht es, die Saugöffnung sehr viel größer auszubilden, als dies bei herkömmlichen Sauggreifern der Fall ist, und dennoch hohe Greifkräfte zu realisieren. So kann die Saugöffnung in einer Ausgestaltung eine Fläche im Bereich von 0,3 bis 0,5 m2 und insbesondere im Bereich von 0,35 bis 0,45 m2 aufweisen. Mit einer derartig großen Saugöffnung können bei einem angelegten Saugdruck von beispielsweise 0,6 bar Greifkräfte von bis zu 5000N realisiert werden, d.h. Bauteile von bis zu 500 kg Masse angehoben werden.
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Um den Saugdruck an dem Saugkanal anzulegen, wird dieser mit einer Vakuumerzeugungseinrichtung verbunden. Hierzu kann der Sauggreifer in einer Ausgestaltung weiterhin einen in einer Fluidverbindung mit dem Saugkanal stehenden Vakuumanschluss aufweisen. Der Vakuumanschluss kann z.B. an dem Saugbalgträger ausgebildet sein und durch Kanäle im Saugbalgträger mit dem Saugkanal in fluidischer Verbindung stehen. Die Vakuumerzeugungseinrichtung kann beispielsweise separat zum Sauggreifer vorgesehen sein und mittels Vakuumschlauch mit dem Vakuumanschluss verbunden sein.
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Zum Greifen eines Bauteils wird der Sauggreifer mit seiner Saugöffnung auf das Bauteil aufgesetzt und es wird ein Saugdruck an den Saugkanal angelegt. Hierdurch wird der Druck zwischen Sauggreifer und Bauteil gegenüber dem Umgebungsdruck reduziert. Um eine möglichst effiziente und effektive Druckreduzierung zu erreichen, wird eine dichte Auflage zwischen Saugbalg und Bauteil angestrebt. Hierzu kann an dem zu der Saugöffnung gerichteten Ende des Saugbalgs eine umlaufende Dichtung vorgesehen sein. Da diese Dichtung verschleißt, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Dichtung in einer Ausgestaltung als auswechselbare Dichtung ausgeführt ist. Die auswechselbare Dichtung kann z.B. als Meterware in Form einer Dichtschnur bezogen werden. Vorzugsweise ist die Dichtung in eine stirnseitige Dichtnut des Saugbalgs eingelegt und kraft- und formschlüssig in dieser fixiert, z.B. durch einen Hinterschnitt in der Dichtnut und ein Übermaß der Dichtung im Vergleich zur Dichtnut. Die auswechselbare Dichtung reduziert die Kosten und wartungsbedingte Stillstandzeiten des Sauggreifers. Ein frühzeitiger und häufiger Dichtungswechsel wird möglich, wodurch die übertragbaren Greifkräfte auch bei häufiger Werkzeugnutzung auf einem konstanten Niveau gehalten werden können.
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Zur weiteren Reduzierung der Wartungs- und Reparaturkosten weist in einer Ausgestaltung der Saugbalgträger eine in Richtung auf die Saugöffnung geöffnete Nut auf, in die der Saugbalg mit seinem zum Saugbalgträger gerichteten Ende form- und kraftschlüssig eingesetzt ist. Der Saugbalg kann dabei beispielsweise mit Übermaß in die Nut eingepresst werden und durch einen Hinterschnitt zusätzlich formschlüssig in dieser fixiert werden. Eine derartige Befestigung des Saugbalgs am Saugbalgträger ist besonders einfach und kostengünstig.
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Zur Reduzierung der Herstellkosten ist es in einer Ausgestaltung besonders vorteilhaft, wenn der Saugbalgträger und/oder der Saugbalg durch ein additives Fertigungsverfahren, wie z.B. 3D-Druck, hergestellt sind. Dieses Fertigungsverfahren bietet auch besonders hohe Flexibilität hinsichtlich der Form und Ausgestaltung des Saugbalgträgers und des Saugbalgs und ermöglicht z.B. die Herstellung des Saugbalgs mit mehreren Hohlkammern oder einen besonders leichten Saugbalgträger auf wirtschaftliche Art und Weise. Der Saugbalgträger wird vorzugsweise aus einem Kunststoff, wie z.B. PA12 ausgebildet. Der Saugbalg wird vorzugsweise aus einem elastischen Material ausgebildet und kann z.B. aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) ausgebildet sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff „kann“ verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
- 1 eine Schnittansicht eines beispielhaften Sauggreifers,
- 2 eine Seitenansicht eines beispielhaften Sauggreifers in einer Prinzipskizze und
- 3 Schnittansichten des Saugbalgs aus 2 an verschiedenen umfangsseitigen Positionen.
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1 zeigt einen beispielhaften Sauggreifer 1. Der Sauggreifer 1 beinhaltet einen Grundkörper 10. Dieser weist einen Gelenkarm 12 und einen Saugbalgträger 14 auf, die mittels eines Kugelgelenks 15 gelenkig mit einander verbunden sind. Der Sauggreifer 1 kann an einem nicht dargestellten Handhabungsgerät, wie z.B. einem Mehrachsroboter befestigt werden und weist hierzu einen Anbindungsabschnitt 16 auf, der am Gelenkarm 12 ausgebildet ist.
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Am Saugbalgträger 14 ist ein Saugbalg 20 befestigt, der einen Saugkanal 22 umfangsseitig umschließt. Der Saugbalg 20 ist aus einem flexiblen Material ausgebildet, vorzugsweise aus einem Elastomer. Zur Befestigung des Saugbalgs 20 am Saugbalgträger 14 weist dieser eine Nut 17 auf, in die der Saugbalg 20 mit seinem zum Saugbalgträger 14 gerichteten Ende form- und kraftschlüssig eingesetzt ist.
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Der Saugkanal 22 erstreckt sich von dem Saugbalgträger 14 entlang einer Längsrichtung L und endet an einer Saugkanalöffnung 23. An der zur Saugkanalöffnung 23 gerichteten Stirnseite des Saugbalgs 20 ist eine Dichtung 30 angeordnet, die kraft- und formschlüssig in einer Dichtnut 24 im Saugbalg 20 fixiert ist. Der Saugkanal kann im Querschnitt eine beliebige Form aufweisen, beispielsweise eine runde, ovale oder eckige Form.
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Der Saugbalg 20 weist zwei Hohlkammern 25, 26 auf, die ringförmig um den Saugkanal 22 herum verlaufen und diesen radial umschließen. Die Hohlkammern 25, 26 sind durch einen Steg 27 in Längsrichtung L voneinander getrennt. Die Anzahl der Hohlkammern ist rein beispielhaft gewählt, es kann auch nur eine einzige oder mehr als zwei Hohlkammern vorgesehen sein.
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Zum Anheben eines Bauteils wir der Sauggreifer 1 mit seiner Saugöffnung 23 auf das Bauteil aufgesetzt. Es wird ein Saugdruck im Saugkanal 22 erzeugt, z.B. über eine nicht dargestellte Vakuumerzeugungseinrichtung, die über nicht dargestellte Vakuumschläuche mit einem Vakuumanschluss 40 verbunden ist. Der Vakuumanschluss 40 kann gemäß 1 in dem Saugbalgträger 14 ausgebildet sein und steht in einer Fluidverbindung mit dem Saugkanal 22, z.B. über Kanäle im Saugbalgträger 14. Der so erzeugte Unterdruck im Saugkanal bewirkt, dass das Bauteil vom Umgebungsdruck an die Dichtung 30 und den Sauggreifer 1 gedrückt wird.
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2 zeigt den beispielhaften Sauggreifer 1, der auf ein Bauteil 50 aufgesetzt ist, dass eine nicht ebene Oberflächenkontur besitzt. Das Bauteil 50 liegt auf einer Bauteilaufnahme 60, wie z.B. einem Werkzeugunterteil.
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Aufgrund des frei beweglichen Kugelgelenks 15 führt der Saugbalgträger 14 eine Schwenkbewegung aus, wenn der Sauggreifer 1 auf das Bauteil 50 aufgesetzt wird. Weiterhin geben die Hohlkammern 25 und 26 des Saugbalges lokal nach und werden zusammengedrückt. Hierbei passt sich die Höhe des Saugbalgs flexibel an den Oberflächenverlauf des Bauteils an. Je nach Oberflächenkontur des Bauteils 50 ist die Komprimierung der Hohlkammern 25 und 26 lokal unterschiedlich, beispielhaft dargestellt in 3 mit den Schnitten A-A, B-B und C-C an drei verschiedenen Positionen des Saugbalgs.
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Die Hohlkammern 25, 26 können gegenüber der Umgebung verschlossen sein. In diesem Fall führt eine lokale Kompression zu einer steigenden Druck in den Hohlkammern und zu einer Ausdehnung der Hohlkammern in anderen Bereichen. Hierdurch wird die Dichtung 30 an Stellen, die weiter von dem Saugbalgträger 14 beabstandet sind, vermehrt an das Bauteil 50 gedrückt.
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Die Hohlkammern 25, 26 können jedoch auch durch wenigstens eine Öffnung 28 (dargestellt in 1) in einer Fluidverbindung mit der Umgebung stehen. In diesem Fall erfolgt bei Komprimierung des Faltenbalgs 20 ein Druckausgleich mit der Umgebungsluft, wodurch der Faltenbalg 20 stärker komprimiert werden kann und Bauteile mit größeren Höhenunterschieden im Oberflächenverlauf abgedichtet und gegriffen werden können.
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In Kombination der Schwenkbewegung mit der Kompression der Hohlkammern wird erreicht, dass die Dichtung 30 über ihren gesamten Verlauf auf der Oberfläche des Bauteils 50 anliegt. Die erzeugte Abdichtung ist unabhängig von der Bauteiloberfläche, so dass der Sauggreifer flexibel für verschiedene Bauteile verwendet werden kann.
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Mit dem voranstehend beschriebenen Sauggreifer 1 können sehr große Saugöffnungen und hohe Saugkräfte realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sauggreifer
- 10
- Grundkörper
- 12
- Gelenkarm
- 14
- Saugbalgträger
- 15
- Kugelgelenk
- 16
- Anbindungsabschnitt
- 17
- Nut
- 20
- Saugbalg
- 22
- Saugkanal
- 23
- Saugkanalöffnung
- 24
- Dichtnut
- 25, 26
- Hohlkammern
- 28
- Öffnung
- 30
- Dichtung
- 40
- Vakuumanschluss
- 50
- Bauteil
- 60
- Bauteilaufnahme
- L
- Längsrichtung
