DE4129289A1 - Saugnapf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Saugnapf zum Aufnehmen eines Gegenstandes, so daß der Gegenstand zu einer gewünschten Position gebracht werden kann.

Bisher wurde ein an eine Vakuumsauganlage angeschlossener Saugbecher oder -napf verwendet, um bspw. einen dünnen platten­ förmigen Gegenstand zu einer gewünschten Position zu bringen. Derartige saugnäpfe weisen im allgemeinen einen Grundkörper und einen als einstückige Verlängerung des Grundkörpers aus­ gebildeten Saugmantel auf. Zusätzlich ist der Saugnapf über ein Verbindungselement an einem Roboterarm angebracht und wird bspw. zur Förderung eines Gegenstandes benutzt. Wird ein an die Vakuumsauganlage angeschlossener Schlauch mit dem Grundkör­ per des Saugnapfes verbunden, damit die Vakuumsauganlage Luft aus dem Inneren des Saugmantels saugen oder ziehen kann, wird der Gegenstand unter Unterdruck des Saugmantels von dem Saug­ napf aufgenommen und gehalten, um zu einer gewünschten Posi­ tion gebracht zu werden.

Ein derartiger herkömmlicher Saugnapf wird nun anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben.

Um einen von dem Saugnapf 2 aufgenommenen und gehaltenen Gegenstand W zu fördern, wird das äußere Ende eines dünnen und elastischen Saugmantels 4 des Saugnapfes 2 in Kontakt mit dem Gegenstand W gebracht. Dann wird die Vakuumsauganlage einge­ schaltet, um durch eine Durchgangsöffnung 7, die in einem Grundkörper 6 und einem an dem Grundkörper 6 befestigten Adapter 8 ausgebildet ist, Luft aus dem Inneren des Saugman­ tels 4 abzusaugen oder abzuziehen. Folglich dient der Saug­ mantel 4 zum Aufnehmen und Halten des Gegenstandes W mit seinem äußeren Ende unter dem Unterdruck des Saugmantels 4, während der Gegenstand zu einer gewünschten Position gebracht wird.

Um die Form des Saugmantels im Schnitt gesehen richtig auszu­ nutzen, ist dieser entsprechend der Form, dem Gewicht etc. des zu fördernden Gegenstandes entweder als Kreis oder als Ellipse ausgebildet.

Wird beim Stand der Technik der Gegenstand W durch den Saug­ napf 2 aufgenommen und gehalten, so stößt das Ende des Saug­ mantels 4 jedoch gegen den Gegenstand W. Eine Kontaktfläche zwischen Saugnapf 2 und Gegenstand W wird entsprechend dem Druck, d. h. dem Vakuum zum Absaugen oder Abziehen der Luft aus dem Inneren des Saugmantels 4, vergrößert oder verkleinert. Wird, während der Saugnapf 2 den Gegenstand W, wie bspw. in Fig. 1 gezeigt aufnimmt und hält, das Vakuum, d. h. der Unter­ druck in dem Saugmantel 4 erhöht, so wird die Fläche einer Kontaktoberfläche 9 des Saugmantels 4 mit dem Gegenstand W, wie in Fig. 2 gezeigt, vergrößert. Insbesondere, wenn der Druck zum Absaugen oder Abziehen der Luft aus dem Inneren des Saugmantels 4 zum Zeitpunkt des Aufnehmens des Gegenstandes W durch den Saugnapf 2 erhöht oder erniedrigt wird, wechselt die Fläche der Kontaktoberfläche 9 zwischen Saugmantel 4 und Gegenstand W. Die Anziehungs- oder Saugkraft des Saugmantels variiert gegenüber dem Gegenstand also entsprechend dem Wechsel der Kontaktfläche.

Wird das Vakuum zum Absaugen der Luft aus dem Inneren des Mantels bei einem Anfangszustand festgelegt, so ist der theo­ retische Wert der Anziehungs- oder Saugkraft demnach nur kompliziert berechenbar und daher die Genauigkeit der Berech­ nung gering.

Beim oben beschriebenen Saugnapf wird die Position, an der der Saugnapf den Gegenstand aufnimmt und hält, verschoben, um einen Teil des Saugmantels von dem Gegenstand zu entfernen. Erreicht das Innere des Saugnapfes Atmosphärendruck, so wird der Gegenstand von dem Saugmantel gelöst und fällt herab.

Bei der Beförderung eines Gegenstandes mit geringer Steifig­ keit neigt der Gegenstand zum Herabfallen. Folglich entsteht ein Zwischenraum zwischen dem Gegenstand und der Saugoberflä­ che des Saugnapfes, der eine Unterbrechung des Vakuums be­ wirkt, wodurch der Gegenstand während der Beförderung von dem Saugmantel gelöst wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Saug­ napf der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der theo­ retische Wert der Anziehungskraft einfach und zuverlässiger berechnet werden kann und ein entsprechendes Vakuum zum Absau­ gen der Luft leicht erzeugt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Inneren eines Saugnapfes eine Vakuumkammer ausgebildet ist, daß eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen mit geringerem Durchmesser, die die Vakuumkammer und eine Saugoberfläche des Saugnapfes miteinander verbinden, vorgesehen ist, wobei die Durchgangsöffnungen von um sie herum ausgebildeten Trennwänden derart umschlossen sind, daß eine Anzahl kleiner Vakuumkammern gebildet wird, wodurch es möglich wird, den Gegenstand zu befördern ohne den Gegenstand von dem Saugnapf zu trennen, selbst wenn während der Bewegung des Gegenstandes ein Spalt zwischen dem Gegenstand und der Saugoberfläche entsteht.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß bei einem Saugnapf zur Aufnahme und zum Halten eines Gegen­ standes ein Grundkörper über ein Verbindungselement mit einer Vakuumsauganlage gekoppelt ist, daß in einstückiger Verlänge­ rung des Grundkörpers ein Saugmantel ausgebildet ist und daß im Inneren des Saugnapfes eine Vakuumkammer ausgebildet ist, die mit dem Inneren des Saugmantels in Verbindung steht.

In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens weist der Saugnapf eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen mit geringerem Durch­ messer über die die Vakuumkammer mit einer Saugoberfläche des Saugmantels in Verbindung steht, sowie die Durchgangsöffnungen umgebende Trennwände auf die eine Anzahl kleinerer Vakuumkam­ mern bilden.

Vorzugsweise bestehen die um die Durchgangsöffnungen ausgebil­ deten Trennwände im wesentlichen aus einer Vielzahl von Rip­ pen, durch die die Kontaktfläche des Saugmantels mit dem Gegenstand vergrößert wird.

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Er­ findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, den Ansprüchen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines herkömmlichen Saugnapfes,

Fig. 2 einen Querschnitt eines herkömmlichen Saugnapfes,

Fig. 3 eine Ansicht von unten auf eine erste Ausführungs­ form eines erfindungsgemäßen Saugnapfes,

Fig. 4 einen Längsschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 3 und

Fig. 5 eine Ansicht von unten auf eine zweite Ausführungs­ form eines erfindungsgemäßen Saugnapfes.

In den Fig. 3 und 4 ist mit Ziffer 10 ein Saugnapf nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezeichnet. Der Saugnapf 10 weist im wesentlichen einen Grundkörper 12, der mit einer nicht dargestellten Vakuumsauganlage in Verbin­ dung steht, sowie einen Saugmantel 14 auf der eine einstücki­ ge Verlängerung des Grundkörpers 12 bildet.

Der Grundkörper 12 ist im wesentlichen zylinderförmig ausge­ bildet und über ein nicht dargestelltes Verbindungselement an dem Ende eines Roboterarmes angebracht. Der Grundkörper 12 weist eine erste Vakuumkammer 16 auf, deren Kapazität oder Volumen groß genug ist, um die erste Vakuumkammer 16 unter Vakuum zu halten. In einer oberen Wand des Grundkörpers 12 ist eine Durchgangsöffnung 18 ausgebildet, die eine Verbindung zwischen der nicht dargestellten Vakuumsauganlage und der ersten Vakuumkammer 16 bildet.

Der Saugmantel oder Saugring 14 besteht aus einem flexiblem Material und weist an seinem äußeren Umfangsrand einen dünn­ wandigen Flansch 20 auf, an dem bodenseitig eine Anziehungs- oder Saugfläche 22 ausgebildet ist. Außerdem ist konzentrisch eine Vielzahl von Vorsprüngen 24a bis 24d angeformt, die sich jeweils in Umfangsrichtung der Saugfläche 22 erstrecken und einen Teil einer Trennwand bilden. Zwischen den Vorsprüngen 24a bis 24d ist konzentrisch eine Anzahl Durchgangsöffnungen 26a bis 26c ausgebildet. Eine jede der Durchgangsöffnungen 26a bis 26c hat einen geringen Durchmesser, bspw. zwischen 0,5 und 1 mm. Eine jede der Durchgangsöffnungen 26a bis 26c steht mit der in dem Grundkörper 12 ausgebildeten ersten Vakuumkammer 16 in Verbindung. Zwischen den Durchgangsöffnungen 26a bis 26c ist eine Vielzahl von Vorsprüngen 30a bis 30c ausgebildet, die sich jeweils in radialer Richtung des Saugnapfes 10 erstrecken und einen Teil einer Trennwand darstellen. Demnach sind die Durchgangsöffnungen 26a bis 26c von den Vorsprüngen 24a bis 24d und den Vorsprüngen 30a bis 30c umringt, so daß eine Anzahl zweiter kleiner Vakuumkammern gebildet wird.

Nachfolgend wird die Funktion eines wie oben beschrieben aus­ gebildeten Saugnapfes 10 erläutert:

Der Saugnapf 10 ist an dem äußeren Ende eines Roboterarms be­ festigt. Außerdem ist der Saugnapf 10 mit einem von der nicht dargestellten Vakuumsauganlage ausgehenden Schlauch od. dgl. verbunden, so daß die Vakuumsauganlage über die erste Vakuum­ kammer 16 und die Durchgangsöffnungen 26a bis 26c Luft aus dem Inneren des Saugmantels 14 saugen oder abziehen kann.

Als Folge wird ein Gegenstand von dem Saugnapf 10 aufgenommen und gehalten, wenn der Saugmantel 10 dem Vakuum, d. h. Unter­ druck ausgesetzt ist und dann zu einer gewünschten Position gebracht. In diesem Fall übernehmen die oben beschriebenen, in der Saugoberfläche 22 des aus einem flexiblem Material be­ stehenden Saugmantels 14 ausgebildeten zweiten Vakuumkammern jeweils eine unabhängige Anziehungsfunktion und dienen dazu, zu starkes Haften des Flansches 20 an dem Gegenstand und den Eintritt von Luft zwischen dem Gegenstand und dem Saugmantel 14 zu verhindern.

Angenommen, daß bei Aufbringen einer bestimmten Kraft auf den Gegenstand, während dieser befördert wird, der Saugnapf 10 vor und zurück oder seitlich schwingt, so daß ein Teil des Saug­ napfes 10 sich vom Gegenstand löst, kommen dadurch einige Teile der in dem Boden 22 des Saugmantels 14 ausgebildeten zweiten Vakuumkammern mit Luft in Verbindung treten. In diesem Falle sind lediglich diejenigen Teile der zweiten Vakuumkam­ mern, die mit der Umgebung in Verbindung stehen, einer Unter­ brechung des Vakuums ausgesetzt. Dies hat jedoch keine Auswir­ kung auf die verbleibenden zweiten Vakuumkammern. Insbesondere erfüllen die verbleibenden zweiten Vakuumkammern jeweils unabhängig voneinander die Haltefunktion und ermöglichen dadurch den Transport des Gegenstands zu einer gewünschten Position, wobei er von dem Saugnapf 10 angezogen und gehalten wird, ohne von diesem getrennt zu werden. Da der Durchmesser der die zweiten Vakuumkammern bildenden Durchgangsöffnungen 26a bis 26c sehr viel kleiner ist als der der ersten Vakuum­ kammer 16, kann die Haltefunktion der verbleibenden zweiten Vakuumkammer durchgehend erfüllt werden, ohne daß es zu einem Ausfall der Saugfunktion der ersten Vakuumkammer 16 bei einer Unterbrechung des Vakuums kommt, so daß der Gegenstand weiter­ befördert werden kann, ohne von dem Saugnapf 10 gelöst zu wer­ den.

In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform sind in dem Saugnapf 10 die erste Vakuumkammer 16 mit großem Volumen und die zweiten, kleinen Vakuumkammern ausgebildet. Die derart ausgebildeten zweiten Vakuumkammern dienen der Anziehung des Gegenstandes, wodurch der Gegenstand zu einer gewünschten Position überführbar ist, ohne daß der aufgenommene Gegenstand während der Überführung losgelassen wird.

Fig. 5 zeigt einen Saugnapf 40 nach einer zweiten Ausführungs­ form. Gleiche Teile wie in dem ersten Ausführungsbeispiel sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen, so daß ihre erneute detaillierte Beschreibung entfallen kann.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel weicht von dem ersten Aus­ führungsbeispiel dadurch ab, daß der im vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel verwendete Saugnapf 40 eine Anzahl von Rippen 42a bis 42c aufweist, die jeweils um in einer Anziehungs- oder Saugfläche 22 eines Saugmantels oder -ringes 14 ausgebildete Durchgangsöffnungen 26a bis 26c herum ausgebildet sind.

Der Saugmantel 14 besteht aus einem flexiblem Material und weist einen an seinem äußeren Umfangsrand ausgebildeten dünn­ wandigen Flansch 20 sowie bodenseitig eine Saugfläche 22 auf. Eine Vielzahl konzentrisch ausgebildeter Vorsprünge 24a bis 24d erstrecken sich in Umfangsrichtung der Saugfläche 22. Zusätzlich sind zwischen den Vorsprüngen 24a bis 26d jeweils eine Anzahl von Durchgangsöffnungen 26a bis 26c konzentrisch ausgebildet. Jede dieser Durchgangsöffnungen 26a bis 26c steht mit einer in dem Grundkörper 12 ausgebildeten ersten Vakuumkammer 16 in Verbindung. Außerdem ist eine unbestimmte Anzahl der obengenannten Rippen 42a bis 42c vorgesehen, die jeweils um eine Durchgangsöffnung 26a bis 26c herum geformt sind und sich in Umfangsrichtung erstrecken.

Nachfolgend wird die Funktion des vorliegenden Ausführungsbei­ spiels beschrieben. Während der Saugmantel 14 unter Unterdruck steht, wird ein Gegenstand durch den Saugnapf 40 aufgenommen und gehalten und zu einer gewünschten Position gebracht. Wenn der Saugnapf 40 an dem Gegenstand anliegt, werden die in der Umgebung der im Boden 22 des Saugmantels 14 ausgebildeten Durchgangsöffnungen 26a bis 26c geformten Rippen 42a bis 42c zusammengepreßt, so daß eine Kontaktfläche des Saugmantels 14 mit dem Gegenstand vergrößert wird. Damit wird das Vakuum in den Durchgangsöffnungen 26a bis 26c, die durch die Rippen 42a bis 42c abgetrennt, d. h. unterteilt werden, vergrößert, wo­ durch ein zuverlässiges Aufnehmen und Halten des Gegenstands durch den Saugnapf 40 ermöglicht wird. Entsprechend wird, selbst wenn sich ein Teil des Saugmantels 14 von dem Gegen­ stand löst, dank der vorgesehenen Anzahl von Rippen 42a bis 42c nur in die mit dem entsprechenden Teil des Saugmantels 14 verbundenen Durchgangsöffnungen 26a bis 26c Luft eingelassen, so daß das Aufnehmen und Halten des Gegenstands durch den Saugnapf 40 nicht beeinträchtigt wird.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind wie oben beschrie­ ben, die Rippen 42a bis 42c um die Durchgangsöffnungen 26a bis 26c herum geformt und mit dem Gegenstand in Eingriff bringbar. Somit kann die Kontaktfläche des Saugmantels mit dem Gegen­ stand erhöht werden und es kann vermieden werden, daß die Vakuumkammern einer Unterbrechung des Vakuums ausgesetzt werden.

Selbstverständlich ist der Saugnapf nicht auf die in den dar­ gestellten Ausführungsbeispielen verwandte Kreisform be­ schränkt, sondern kann ebenso gut ellipsenförmig sein.

Der Saugnapf nach der vorliegenden Erfindung hat die folgenden Vorteile:

Da die erste Vakuumkammer, die mit der Innenseite des Saugman­ tels in Verbindung steht, in dem Saugnapf ausgebildet ist, bleibt die Kontaktfläche des Saugmantels mit dem Gegenstand konstant, wenn Druck zum Ansaugen oder Anziehen von Luft aufgebracht wird. Dadurch ist es möglich, den theoretischen Wert der Anziehungskraft, der lediglich proportional zur Stärke des Vakuums ist, zuverlässig zu berechnen. Damit kann gleichzeitig die Steuerung der Vakuumsauganlage bezüglich der Saugkraft des Saugnapfes vereinfacht werden.

Zusätzlich weist der Saugnapf nach der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von darin ausgebildeten Durchgangsöffnungen mit kleinerem Durchmesser auf, die die innerhalb des Saugnapfes ausgebildete Vakuumkammer mit der Saugoberfläche verbinden. Der Durchmesser einer jeden Durchgangsöffnung ist klein gehal­ ten, um die effektiven Teilflächen zu verkleinern und dadurch zu verhindern, daß Luft in großen Mengen in die erste Vakuum­ kammer gelangt. Dadurch kann selbst wenn ein Teil des Gegen­ standes von dem Saugnapf gelöst ist, die Verringerung der Anziehungskraft minimiert werden. Außerdem hat die Unterbre­ chung des Vakuums keinen Einfluß auf angrenzende zweite Vakuum­ kammern, da die zweiten, kleinen Vakuumkammern durch die Durchgangsöffnungen umschließende Trennwände gebildet werden, so daß die jeweiligen zweiten Vakuumkammern den Gegenstand unabhängig voneinander anziehen und halten. So dienen, selbst wenn ein Teil des Gegenstandes von der Saugfläche des Saug­ napfes gelöst ist, die zweiten Vakuumkammern, die nicht mit dem entsprechenden gelösten Teil des Gegenstandes in Verbin­ dung stehen, der Anziehung und dem Halten des Gegenstandes und ermöglichen es daher, den Gegenstand anzuziehen und zu überführen, ohne den Gegenstand von der Saugfläche des Saug­ napfes zu lösen. Selbst bei der Beförderung eines Gegenstan­ des, wie einem Substrat mit Löchern, dessen Position nicht eindeutig festgelegt ist, ist es nicht notwendig, die Form des Saugnapfes zu ändern, da die Öffnungen in der Saugoberfläche unabhängig voneinander ausgebildet sind.

Indem eine jede der um die Öffnungen ausgeformten Rippen in Kontakt mit dem Gegenstand gebracht werden, kann die Kontakt­ fläche des Saugmantels mit dem Gegenstand vergrößert werden und somit der Grad des Vakuums der jeweiligen Durchgangsöff­ nungen erhöht werden.

Obwohl bestimmte bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht not­ wendigerweise auf die vorliegenden Ausführungsformen be­ schränkt. Im Rahmen des Schutzumfangs der Erfindung liegen vielmehr viele weitere Änderungen und Modifikationen.

Claims (3)

1. Saugnapf zur Aufnahme und zum Halten eines Gegenstandes, gekennzeichnet durch einen über ein Verbindungselement mit einer Vakuumsauganlage verbundenen Grundkörper (12), einen Saugmantel (14), der als einstückige Verlängerung des Grund­ körpers (12) ausgebildet ist, und eine Vakuumkammer (16), die innerhalb des Saugnapfes (10) ausgebildet ist und mit dem Inneren des Saugmantels (14) in Verbindung steht.

2. Saugnapf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen (26a bis 26c) mit kleine­ rem Durchmesser die Vakuumkammer (16) mit einer Saugfläche des Saugmantels (14) verbinden, und daß Trennwände (24a bis 24d) die Durchgangsöffnungen (26a bis 26c) umschließen, wobei die Trennwände (24a bis 24d) eine Anzahl kleiner Vakuumkammern bilden.

3. Saugnapf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die um die Durchgangsöffnungen (26a bis 26c) geformten Trennwände (24a bis 24d) im wesentlichen durch eine Vielzahl von Rippen (42a bis 42c) gebildet werden, und daß eine Kontaktfläche des Saugmantels (14) mit dem Gegenstand (W) durch die Rippen (42a bis 42c) vergrößert wird.