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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung zum Greifen von Deckeln für Laborgefäße.
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Greifvorrichtungen zum Greifen von Deckeln für Laborgefäße sind an sich bekannt. Sie werden vor allem in Vorrichtungen zum Verschrauben und Entschrauben von Deckeln für Laborgefäße verwendet.
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Herkömmliche Greifvorrichtungen zum Greifen von Deckeln weisen einen preumatischen Öffnungsmechanismus auf. Jede Pneumatikeinrichtung stellt eine Kontaminationsgefahrenquelle zur Kontaminierung chemischer oder biologischer Substanzen, welche in Laborgefäßen vorgehalten werden, dar.
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Die Laborgefäße sind oftmals in einem Gestell (engl.: rack) in einem zweidimensionalen Feld (engl.: array) angeordnet. In dieser Anordnung müssen von einzelnen Laborgefäßen die Deckel gegriffen werden. Der Platz zu benachbarten Laborgefäßen ist begrenzt. Daher sollten die Greifbacken der Deckelgreifvorrichtung nur so weit geöffnet werden, wie es notwendig ist, um nicht an benachbarte Laborgefäße anzustoßen.
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Es gibt eine Vielzahl von unterschiedlichen Greifvorrichtungen. Greifvorrichtungen sind beispielsweise aus der
GB 2018220 A ,
DE 10 2016 111 125 A1 ,
DE 31 33 205 C2 ,
EP 1 415 773 B1 ,
DE 30 48 522 C2 ,
DE 20 2008 016 152 U1 ,
US 2008/0289463 A1 ,
US 2016/0332271 A1 ,
US 5,222,421 ,
US 5,481,951 ,
US 4,667,908 ,
DE 39 10 801 A1 oder
DE 36 17 493 A1 bekannt.
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Diese bekannten Greifvorrichtungen weisen oftmals einen komplizierten Mechanismus auf, um zwei einander gegenüberliegende Greifbacken zusammenzudrücken oder zu öffnen.
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Aus der
DE 29 04 378 A1 geht eine Greifvorrichtung des Zangentyps mit zwei schwenkbaren Greifarmen hervor, welche relativ einfach ausgebildet ist. Die Greifarme sind wie eine Zange mit einem gemeinsamen Gelenk angeordnet. An einem Ende der Zange sind Greifbacken ausgebildet. Am anderen Ende sind Führungsschlitze in den Greifarmen eingebracht, in welche jeweils Führungsstifte eingreifen. Die Führungsstifte sind an einem Führungselement befestigt, das mittels eines Pneumatikzylinders derart bewegt werden kann, dass die Zange geöffnet und geschlossen wird. Diese Greifvorrichtung dient zum Greifen von an einer Drehbank oder anderen Werkzeugmaschinen gefertigten Werkstücken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Greifvorrichtung zum Greifen von Deckeln für Laborgefäße zu schaffen, welche einfach ausgebildet ist, mit welcher Deckel unterschiedlicher Größe zuverlässig gegriffen werden können und mit welcher die Deckel auch bei begrenztem Platz gegriffen werden können.
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Die Aufgabe wird durch eine Greifvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung zum Greifen von Deckeln für Laborgefäße umfasst eine Greifeinheit mit einem Grundkörper, an dem zwei Greifhebel jeweils mit einem Ende schwenkbar mit jeweils einem Schwenkgelenk befestigt sind, wobei an den vom jeweiligen Schwenkgelenk entfernten Ende der Greifhebel jeweils ein Greifbacken ausgebildet ist, so dass die Greifbacken zueinander weisend angeordnet sind. Es ist ein Führungselement vorgesehen, das am Grundkörper verschieblich gelagert ist. Am Führungselement oder an den Greifhebeln sind jeweils zwei innere und äußere Führungsflächen ausgebildet und die Greifhebel oder das Führungselement weisen jeweils ein Gegenführungselement auf, welches jeweils zwischen einer der inneren und einer der äußeren Führungsflächen angeordnet ist, so dass beim Verschieben des Führungselementes die Greifhebel mit ihren Greifbacken auseinandergeschwenkt oder zusammengedrückt werden.
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Der Öffnungsmechanismus mittels des Führungselementes, den Führungsflächen und den Gegenführungselementen ist sehr einfach ausgebildet und erlaubt eine geradlinige Bewegung in eine Öffnungs- bzw. Schließbewegung der Greifhebel direkt umzusetzen. Hierdurch ist es möglich, die Greifhebel gesteuert zu öffnen und zu schließen und auch unterschiedlich weit zu öffnen, so dass auch bei begrenzten Raumverhältnissen, wie zum Beispiel in einem Gestell angeordneten Laborgefäßen, gezielt in den Zwischenraum zwischen benachbarten Laborgefäßen die Greifhebel eingeführt werden können und einen Deckel eines Laborgefäßes gegriffen werden kann.
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Die Greifhebel sind jeweils an einem Ende mit einem Schwenkgelenk schwenkbar am Grundkörper befestigt und am anderen Ende befindet sich jeweils ein Greifbacken. Hierdurch ist im Vergleich zu einem zangenartigen Greifelement, wie es beispielsweise aus der
DE 29 04 378 A1 bekannt ist, der Schwenkwinkel im Verhältnis zum Weg, den der Greifbacken einer Schwenkbewegung zurücklegt, klein. Hierdurch wird die Schrägstellung der Greifbacken gegenüber dem zu greifenden Deckel gering gehalten. Dies erlaubt einerseits das zuverlässige Greifen unterschiedlich großer Körper, insbesondere unterschiedlich großer Deckel. Andererseits können die Greifbacken bei beengten Raumverhältnissen zuverlässig in entsprechende Freiräume eingefügt werden, da sie nur eine geringe Schrägstellung aufweisen und selbst nicht viel Platz benötigen.
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Es kann eine Einrichtung zum Verstellen des Abstandes der Schwenkgelenke vorgesehen sein. Diese Einrichtung kann bspw. eine Gewindespindel mit zwei, z.B. abschnittsweise, gegenläufigen Gewinden umfassen, an welche die Schwenkgelenke jeweils mit einer Mutter gekoppelt sind. Durch Drehen der Spindel werden die beiden Schwenkgelenke voneinander entfernt oder aufeinander zu bewegt. Hierdurch ist es möglich, den Winkel, mit welchem die Greifbacken einen Deckel greifen, einzustellen. So können unterschiedlich große Deckel zuverlässig gegriffen werden. Hierfür kann die Gewindespindel ein-, zwei oder mehrgängig ausgebildet sein.
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Das Führungselement wird vorzugsweise mittels einer Feder derart beaufschlagt, dass in entspanntem Zustand der Feder die Greifbacken zusammengedrückt sind. Die Feder ist in diesem entspannten Zustand jedoch nicht vollständig entspannt sondern lediglich geringfügig vorgespannt. Hierdurch kann ein Deckel alleine aufgrund der Federspannung in der Greifvorrichtung gehalten werden. Die Vorspannung der Feder ist vorzugsweise einstellbar.
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Das Führungselement kann mit einer Führungsstange verbunden sein, welche in einer am Grundkörper ausgebildeten Führungsbuchse geführt ist. Die Greifhebel sind etwa spiegelsymmetrisch zur Führungsstange angeordnet. Mittels der Führungsstange wird das Führungselement zum Öffnen und Schließen der Greifvorrichtung betätigt. Die Führungsstange ist vorzugsweise etwa entlang einer Längsmittelachse der Greifvorrichtung angeordnet.
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Die Greifhebel sind vorzugsweise spiegelsymmetrisch zur Längsmittelachse der Greifvorrichtung so angeordnet, dass sie die Längsmittelachse nicht kreuzen.
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Zum Betätigen des Führungselementes kann ein Aktuator vorgesehen sein, der das Führungselement linear verschiebt. Der Aktuator ist vorzugsweise ein mittels eines Elektromotors angetriebener Spindelantrieb. Elektromotoren sind im Gegensatz zu pneumatischen und hydraulischen Stellelementen für Reinräume- und kontaminationsgefährdete-Anwendungen geeignet.
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Weiterhin kann ein Motor zum Drehen der Greifeinheit vorgesehen sein. Der Motor ist wiederum bevorzugt ein Elektromotor, insbesondere ein Schrittmotor, so dass der Drehwinkel der Greifeinheit exakt gesteuert werden kann.
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Der Motor wird vorzugsweise von einer Steuereinrichtung angesteuert, mit welcher das Drehmoment eingestellt werden kann, mit welchem die Greifeinheit gedreht wird. Hierdurch kann das auf die Deckel ausgeübte Drehmoment eingestellt werden.
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Der Motor ist vorzugsweise mittels einer rohrförmigen Welle an die Greifeinheit gekoppelt. Hierdurch kann die Führungsstange durch die Welle hindurch geführt werden. An der Führungsstange kann der Aktuator zum linearen Verschieben des Führungselementes angreifen. Die Greifeinheit, der Motor zum Drehen der Greifeinheit und der Aktuator zum linearen Verschieben des Führungselementes können somit in einer Linie zueinander angeordnet sein. Je nach zu Verfügung stehendem Bauraum können jedoch auch andere Anordnungen zweckmäßig sein. So kann der Motor zum Drehen der Greifeinheit ein Stück entfernt von der rohrförmigen Welle angeordnet sein und mittels eines Riemens eine Drehbewegung auf die Welle übertragen. Hierdurch können der Motor zum Drehen der Greifeinheit und der Aktuator bezüglich der Drehwelle bzw. der Führungsstange seitlich nebeneinander angeordnet sein.
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Die Gegenführungselemente sind vorzugsweise als Gleitelemente ausgebildet. Die Gleitelemente können Kugellager oder Gleitstifte, beispielsweise aus einem Material mit geringem Reibungskoeffizient, wie zum Beispiel PTFE, sein. Diese Gleitelemente können entlang der Führungsflächen gleiten, wobei hier auch das Abrollen eines Kugellagers entlang der Führungsfläche als gleitend angesehen wird.
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Die Gegenführungselemente sind vorzugsweise mit geringem Spiel zwischen jeweils einer der inneren und einer der äußeren Führungsflächen angeordnet. Hierdurch ist ein jedes Gegenführungselement jeweils entweder nur mit einer der inneren oder nur mit einer der äußeren Führungsflächen in Kontakt. Das Spiel beträgt vorzugsweise wenige µm, damit die Hysterese der Greifvorrichtung möglichst gering ist. Das Spiel ist vorzugsweise an den Endbereichen der Führungsflächen gering, um so definierte Endpositionen der Greifbacken im geöffneten und geschlossenen Zustand der Greifvorrichtung zu erzielen. In den Zwischenbereichen kann durchaus ein größeres bzw. großes Spiel ausgebildet sein, welches zwar eine entsprechend große Hysterese verursacht aber eine Leichtgängigkeit sicher stellt.
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Die Führungsflächen können etwa geradlinig mit einer bestimmten Neigung gegenüber der Längsmittelachse der Greifvorrichtung ausgebildet sein. Hierdurch werden beim Verschieben des Führungselementes die Greifbacken proportional zum Bewegungsweg des Führungselementes geöffnet bzw. geschlossen.
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Die Führungsflächen können jedoch auch eine Kurvenbahn mit gegenüber der Längsmittelachse der Greifvorrichtung unterschiedlich geneigten Bahnabschnitten bilden, wobei die in Nähe an der Längsmittelachse angeordneten Bahnabschnitte vorzugsweise eine geringere Neigung gegenüber der Längsmittelachse als die weiter entfernt angeordneten Bahnabschnitte aufweisen. Die stärker geneigten Bahnabschnitte führen beim Zurücklegen des gleichen Weges des Führungselementes zu einer stärkeren Öffnung oder Schließung der Greifbacken als die weniger geneigten Abschnitte der Führungsflächen. Andererseits erzeugen die weniger geneigten Führungsflächen beim Schließen eine größere Schließkraft als die stärker geneigten Abschnitte. Hohe Schließkräfte sind insbesondere im zusammengedrückten Zustand der Greifvorrichtung notwendig, weshalb die weniger geneigten Bahnabschnitte nahe an der Längsmittelachse bevorzugt sind.
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Vorzugsweise ist die Neigung der Führungsflächen so ausgebildet, dass zum Öffnen der Greifvorrichtung das Führungselement in Richtung zu den Greifbacken zu verschieben ist und in seiner Endstellung benachbart zu den Greifbacken zu liegen kommt. Hierdurch dient das Führungselement als Auswerfer für einen zwischen den Greifbacken gegriffenen Deckel. Das Führungselement kann hierzu noch einen in seiner Endstellung in dem Bereich zwischen den Greifbacken vorstehenden Vorsprung aufweisen. Dieser Vorsprung kann auch federbeaufschlagt sein. Somit werden beim Verschieben zum Öffnen der Greifbacken nicht nur die Greifbacken geöffnet, sondern auch gleichzeitig ein Deckel oder ein sonstiger, sich zwischen den Greifbacken befindlicher Körper ausgeworfen. Die Greifbacken besitzen Schneidkanten, um die Körper sicher zu greifen. Dies kann jedoch dazu führen, dass die Körper bzw. die Deckel an den Greifbacken haften, obwohl diese schon ein Stück geöffnet sind. Durch die Beaufschlagung mit dem Führungselement werden sie dann endgültig ausgeworfen. Sind die Führungsflächen am Führungselement ausgebildet und die Gegenführungselemente an den Greifhebeln angeordnet, dann weisen die Führungsflächen mit zunehmender Entfernung von den Greifbacken einen größere Abstand zur Längsmittelachse der Greifvorrichtung auf, damit ein Schließen der Greifbacken ausgeführt wird, wenn das Führungselement in Richtung zu den Greifbacken bewegt wird. Sind hingegen die Führungsflächen an den Greifhebeln und die Gegenführungselemente am Führungselement angeordnet, so ist der Abstand der Führungsflächen zur Längsmittelachse umso geringer, je weiter die Führungsflächen von den Greifbacken entfernt sind.
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Die Greifbacken weisen vorzugsweise in der Draufsicht eine gestufte Greiffläche auf, wobei sich die Stufen etwa parallel zu der Längsmittelachse der Greifvorrichtung erstrecken und entlang einer Kreissegmentfläche angeordnet sind, welche etwa konzentrisch zu der Längsmittelachse der Greifvorrichtung ausgebildet ist. Hierdurch können zylindrische Körper mit unterschiedlichem Durchmesser zuverlässig gegriffen werden, wobei sie jeweils an vier, durch die Stufen eines Greifbackens ausgebildeten Kanten anliegen. Je nach Größe des Deckels sind dies unterschiedliche Kanten von unterschiedlichen Stufen.
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Alternativ können die Greifbacken jeweils nur eine oder zwei parallel zur Längsmittelachse der Greifvorrichtung ausgebildete Greifkanten aufweisen. Diese Greifkanten sind vorzugsweise als Schneidkanten ausgebildet. Dies ist insbesondere zweckmäßig, wenn mit der Greifvorrichtung Deckel aus Kunststoff gegriffen werden sollen. Diese können dann zuverlässig mit den Schneidkanten erfasst werden.
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Die Greifbacken können mit ihren Greifflächen mit gegenüber der Längsmittelachse der Greifvorrichtung unterschiedlich geneigten Abschnitten ausgebildet sein. Hierdurch können die Greifbacken zylinderförmige Körper mit unterschiedlichem Durchmesser greifen, wobei jeweils einer der Teilabschnitte der Greifbacken etwa plan auf der Mantelfläche des zylinderförmigen Körpers anliegt. Dies ist insbesondere zum Greifen unterschiedlich großer Deckel mit einer zylinderförmigen Wandung vorteilhaft.
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Die mit der oben erläuterten Greifvorrichtung erzielbaren Vorteile werden nachfolgend kurz zusammengefasst:
- - Es ist eine gezielte Steuerung der Öffnungs- und Schließbewegung möglich. Die Greifbacken können unterschiedlich weit geöffnet bzw. zusammengefahren werden.
- - Es können Deckel von Laborgefäßen zuverlässig gegriffen werden, selbst wenn nur eine geringe Lücke um den jeweiligen Deckel frei ist.
- - Es kann ein automatisches Auswerfen beim Öffnen der Deckel erfolgen.
- - In die Greifvorrichtung kann eine Dreheinrichtung mit einem Motor integriert werden, so dass die Greifvorrichtung selbst zum Verschrauben bzw. Entschrauben von Deckeln auf Laborgefäßen verwendet werden kann.
- - Die Führungsflächen und die entsprechenden Gegenführungselemente bilden eine Kulissenführung. Die Führungsflächen können so gestaltet werden, dass eine beliebige Weg-Kraft-Umsetzung der Bewegung des Führungselementes in eine Greifkraft der Greifbacken umgesetzt werden kann.
- - Die Antriebe (Aktuator; Dreheinrichtung) können elektrisch ausgebildet sein, so dass die Greifvorrichtung für einen Reinraum- oder Kontaminationsgefäße-Anwendung geeignet ist.
- - Es können unterschiedlich große Deckel zuverlässig gegriffen werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft näher anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
- 1 eine Greifvorrichtung in perspektivischer Ansicht,
- 2 eine Greifeinheit, welche ähnlich einer bei der Greifvorrichtung der 1 verwendeten Greifeinheit ist und sich nur durch die Länge von Greifhebel unterscheidet, in perspektivischer Ansicht,
- 3 die Greifeinheit aus 1 in einer Schnittansicht,
- 4 die Greifeinheit aus 3 zusammen mit einer Führungsstange mit einem Koppelelement für einen elektromagnetischen Aktuator in einer Teilschnittansicht,
- 5 die Greifeinheit aus 3 mit einer Führungsstange, welche an pneumatischen Aktuator gekoppelt ist, in einer Teilschnittansicht,
- 6 eine Greifvorrichtung in perspektivischer Ansicht mit einem pneumatischen Aktuator,
- 7 die Ausführungsform einer Greifeinheit mit langen Greifhebeln gemäß 2 in einer Teilschnittansicht,
- 8 einen Greifbacken in der Draufsicht, und
- 9 den Greifbacken aus 8 in einer Teilschnittansicht mit der Blickrichtung von der Seite.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Greifvorrichtung 1 umfasst eine Greifeinheit 2, eine Dreheinheit 3 zum Drehen der Greifeinheit 2 und eine Aktuatoreinheit 4 zum Betätigen der Greifeinheit 2 (1).
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Die Greifeinheit 2 weist einen Grundkörper 5 auf, an dem zwei Greifhebel 6 jeweils mit einem Ende schwenkbar, mit jeweils einem Schwenkgelenk 7 befestigt sind. An dem vom jeweiligen Schwenkgelenk 7 entfernten Ende der Greifhebel 6 ist jeweils ein Greifbacken 8 ausgebildet. Die Greifbacken 8 der beiden Greifhebel 6 sind zueinander weisend angeordnet (2, 3).
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Die Greifeinheit 2 weist ein Führungselement 9 auf, das an einer Führungsstange 10 befestigt ist. Die Führungsstange 10 ist in einer Führungsbuchse 11 verschieblich gelagert, sodass das Führungselement 9 am Grundkörper 5 verschieblich angeordnet ist. Eine Längsachse der Führungsstange 10 bildet auch eine Längsmittelachse 12 der Greifvorrichtung 1. Die Greifhebel 6 sowie das Führungselement 9 sind spiegelsymmetrisch zur Längsmittelachse 12 angeordnet und ausgebildet.
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Die Führungsstange 10 erstreckt sich vom Führungselement 9 durch die Dreheinheit 3 hindurch bis zur Aktuatoreinheit 4. Die Führungsstange 10 kann mit ihrem vom Führungselement 9 entfernten Ende in der Aktuatoreinheit 4 angeordnet sein, oder auch diese durchsetzen und in einem separaten Führungsbacken 13 (1) verschieblich gelagert sein.
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Die Greifvorrichtung 1 wird üblicherweise so eingesetzt, dass die Greifhebel 6 mit ihren Greifbacken 8 nach unten zeigen. Deshalb ist in der vorliegenden Beschreibung mit der Richtung nach unten eine Richtung ausgehend von der Dreheinheit 3 bzw. Aktuatoreinheit in Richtung zu den Greifbacken 8 und mit einer Richtung nach oben eine Richtung ausgehend von der Greifeinheit 2 in Richtung zur Dreheinheit 3 bzw. Aktuatoreinheit 4 gemeint. Selbstverständlich kann die Greifvorrichtung 1 im Gebrauch auch so angeordnet sein, dass die Greifbacken 8 zur Seite oder nach oben weisen, auch wenn dies nicht so üblich ist.
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Der Grundkörper 5 ist von einem etwa quaderförmigen Gehäuse 16 mit zwei Breitseitenwandungen 14, zwei Schmalseitenwandungen 15 umgeben. Am Grundkörper 5 ist mittig eine Durchgangsöffnung ausgebildet, wobei der Grundkörper 5 einen hohlzylindrischen Zylinderabschnitt 17 aufweist, der sich im Bereich der Durchgangsöffnung vom Deckel nach unten erstreckt. In diesem Zylinderabschnitt 17 ist die Führungsbuchse 11 angeordnet, welche sich nach unten über den Zylinderabschnitt 17 hinaus erstreckt und an ihrem oberen Rand einen Ringsteg ausbildet, mit welchem sie von oben an den Deckel 16 anliegt. Am Grundkörper 5 ist ein weiterer, oberer Zylinderabschnitt 18 ausgebildet, der wiederum konzentrisch zur Durchgangsöffnung bzw. zur Längsmittelachse 12 angeordnet ist und einen etwas größeren Innendurchmesser als der untere Zylinderabschnitt 17 aufweist, so dass für den Ringsteg der Führungsbuchse 11 ausreichend Platz vorhanden ist.
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Am Rand des Deckels 16 sind zwei vertikale, streifenförmigen Wandungsabschnitte ausgebildet, welche jeweils eine Gewindebohrung aufweisen, so dass der Deckel 16 mit entsprechenden Schrauben (nicht dargestellt) mit dem durch die Breitseitenwandungen 14 und Schmalseitenwandungen 15 gebildeten, rohrförmigen Gehäusekörper verbunden werden kann.
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Die Schwenkgelenke 7 der Greifhebel 6 werden jeweils von einer Welle 19 durchgriffen. Der Grundkörper 5 weist zwei vertikale Wandungsabschnitte auf, welche am Rand eines Deckelabschnittes 5/1 des Grundkörpers sich nach unten erstrecken, und so parallel und mit etwas Spiel innerhalb eines oberen Abschnittes 14/1 (2) der beiden gegenüberliegenden Breitseitenwandungen 14 angeordnet sind. Der Deckelabschnitt 5/1 und die vertikalen Wandungsabschnitte bilden somit im Querschnitt ein nach unten offenes U-Profil. Die Wellen 19 sind mit ihren Enden an den vertikalen Wandungsabschnitten des Grundkörpers 5 befestigt.
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Die Greifhebel 6 weisen im Bereich zwischen dem Schwenkgelenk 7 und den Greifbacken 8 eine schlitzförmige Ausnehmung 20 (2) auf, welche sich parallel zu den Breitseitenwandungen 14 erstreckt. Die schlitzförmige Ausnehmung 20 weist eine lichte Weite auf, so dass das Führungselement 9, welches plattenförmig ausgebildet ist, hierin mit etwas Spiel Platz hat.
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Das Führungselement 9 ist am unteren Ende der Führungsstange 10 befestigt und erstreckt sich in Horizontalrichtung durch beide schlitzförmigen Ausnehmungen 20 der beiden Greifhebel 6. Das Führungselement 9 weist zwei nach oben mündende, sacklochförmige Ausnehmungen 21 auf. Diese Ausnehmungen bilden jeweils eine innere Führungskante bzw. Führungsfläche 22, eine äußere Führungskante bzw. Führungsfläche 23 sowie einen Bodenabschnitt 24. Die Führungsflächen 22, 23 verlaufen von unten nach oben mit zunehmendem Abstand zur Längsmittelachse 12.
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Im Bereich der schlitzförmigen Ausnehmungen 20 der Greifhebel 6 ist jeweils ein Gegenführungselement 25 angeordnet, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine drehbar gelagerte Scheibe ist, welche insbesondere als Kugellager ausgebildet ist. Der Abstand zwischen der jeweils inneren Führungsfläche 22 und der benachbarten äußeren Führungsfläche 23 ist so ausgebildet, dass das Gegenführungselement 25 zwischen den jeweils gegenüberliegenden Führungsflächen 22, 23 mit etwas Spiel aufgenommen werden kann.
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Die Führungsstange 10 erstreckt sich vom Führungselement 9 nach oben durch die Führungsbuchse 11 ein Stück nach oben. Das obere Ende der Führungsstange 10 endet im Bereich des oberen Zylinderabschnitts 18. Die Zylinderstange ist am oberen Ende mit einem Außengewinde versehen, so dass ein Ring 26 mit einem Innengewinde auf die Führungsstange 10 aufgeschraubt werden kann. Zwischen dem Ring 26 und dem Ringsteg der Führungsbuchse 11 ist ein Federelement 27 angeordnet, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Schraubenfeder ist. Das Federelement 27 steht unter einer gewissen Vorspannung, so dass es die Führungsstange 10 und damit das Führungselement 9 nach oben drückt. Die Vorspannung kann durch Verstellen des Ringes 26 in seiner Position an der Führungsstange 10 verändert werden. Weiterhin können Beilagscheiben zwischen dem Ring 26 und dem Federelement 27 eingesetzt werden, um die Federspannung zu erhöhen.
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Alternativ zum Vorsehen einer linearen Feder kann das Federelement 27 auch als nichtlineare Feder, bspw. als Tellerfeder ausgebildet sein. Auf diese Weise sind die Greifkräfte beim Klemmen der Greifbacken 8 hoch und beim Öffnen der Greifbacken 8 geringer. Eine ähnliche Kraft-Weg-Charakteristik lässt sich durch Beaufschlagung der Greifbacken 8 im geschlossenen Zustand mit einer weiteren Kraft erzielen. Diese Kraft kann bspw. in Form eine passiven Permanentmagneten bereitgestellt werden, der derart angeordnet ist, dass zwischen einem der beweglichen Bauteile (z.B. Ring 26) und einem der feststehenden Bauteile (z.B. oberer Zylinderabschnitt 18) der Greifvorrichtung 1 eine Beaufschlagung mit einer magnetischen Kraft erfolgt.
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Die nach oben weisende Stirnseite der Führungsstange 10 weist eine konische Ausnehmung auf. An dieser konischen Ausnehmung liegt ein zweiter Teil der Führungsstange 10 an, welcher als separates Bauteil ausgebildet ist. Diese obere Führungsstange 10/2 kann mittels der Aktuatoreinheit 4 gegen die untere Führungsstange 10/1 drücken und sie so verschieben. Wird die obere Führungsstange 10/2 angehoben, so folgt die untere Führungsstange 10/1 durch die Wirkung des Federelementes 27 der Bewegung der oberen Führungsstange 10/2. Die obere Führungsstange 10/2 weist eine nach unten zeigende Spitze 29 auf, welche formschlüssig in die konische Ausnehmung 28 der unteren Führungsstange 10/1 passt. Selbstverständlich können die Stirnflächen der beiden Führungsstangen 10/1 und 10/2 ebenflächig oder anders geformt sein, um entsprechend zusammenwirken zu können.
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Mit der Bewegung der Führungsstange 10 wird auch das Führungselement ein Stück nach oben und unten bewegt. Hierbei befinden sich die Gegenführungselemente 25 in den jeweiligen Führungsausnehmungen 21, so dass bei einer Bewegung nach unten die Gegenführungselemente 25 durch die inneren Führungsflächen 22 nach außen gedrückt werden, womit sich die Greifhebel 6 öffnen und bei einer Bewegung nach oben die Gegenführungselemente 25 durch die äußeren Führungsflächen 23 nach innen gedrückt werden, so dass die Greifhebel 6 mit ihren Greifbacken 8 zusammengedrückt werden. In 4 ist die zusammengedrückte bzw. geschlossene Stellung dargestellt und in 3 die auseinandergedrückte bzw. geöffnete Stellung gezeigt. Durch Verschieben der Führungsstange 10 kann somit die Greifeinheit 2 gesteuert geöffnet bzw. geschlossen werden.
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Das Spiel, mit welchem die Gegenführungselemente 25 zwischen den jeweils inneren und äußeren Führungsflächen 22, 23 aufgenommen sind, sollte gering sein, damit die hierdurch verursachte Hysterese beim Öffnen und Schließen möglichst klein ist. Andererseits sollten die Gegenführungselemente 25 nicht gleichzeitig an der inneren und äußeren Führungsfläche 22, 23 anliegen, da hierdurch sonst die Bewegung blockiert werden könnte.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die innere und die äußere Führungsfläche jeweils geradlinig ausgebildet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass die innere und äußere Führungsfläche jeweils unterschiedlich geneigte Abschnitte aufweisen, so dass die Bewegung der Führungsstange 10 unterschiedlich stark in eine Öffnungs- bzw. Schließbewegung umgesetzt wird.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird durch die Wirkung des Federelementes 27 die Greifeinheit 2 geschlossen. Es ist jedoch auch möglich, die inneren und äußeren Führungsflächen 22, 23 an das gegenüber der Längsmittelachse 12 zu neigen, so dass sie ihren Abstand von unten nach oben bezüglich der Längsmittelachse verringern. Bei einer solchen Ausgestaltung der Führungsflächen 22, 23 würde bei einer Bewegung des Führungselementes 9 nach oben die Greifeinheit 2 geöffnet werden, wodurch die Federwirkung des Federelementes 27 zur einer Öffnung der Greifeinheit führen würde.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Führungselement 9 seitlich durch die beiden schlitzförmigen Ausnehmungen 20 der Greifhebel 6. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die Greifhebel lediglich plattenförmig auszubilden, wobei Gegenführungselemente 25 auf beiden Seiten der Greifhebel 6 angeordnet sein können, wobei dann das Führungselement 9 so ausgebildet ist, dass es auf beiden Seiten der Greifhebel 6 anliegt. Dies kann beispielsweise durch eine schlitzförmige Ausnehmung im Führungselement bewirkt werden, in welchem die Greifhebel 6 sich befinden.
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Es ist jedoch auch grundsätzlich möglich, den Greifhebel 6 plattenförmig auszubilden und ein plattenförmiges Führungselement 9 vorzusehen, das nur an einer Seite der Greifhebel 6 angreift. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, für das Führungselement 9 und/oder die Greifhebel 6 Stützelemente vorzusehen, um einer asymmetrischen Belastung entgegenzuwirken.
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Wie man anhand von 1 sehen kann, sind die Greifeinheit 2, die Dreheinheit 3 und die Aktuatoreinheit 4 an einer gemeinsamen Halteplatte 30 befestigt, so dass die gesamte Greifvorrichtung 1 eine Einheit bildet. Der obere Zylinderabschnitt 18 der Greifeinheit 2 ist drehbar mittels geeigneter Lager 31, insbesondere Kugellager 31, gelagert (5). Die Lager 31 umgreifen den oberen Zylinderabschnitt 18 im unteren Bereich. Im oberen Bereich des oberen Zylinderabschnittes 18 wird dieser von einem Backen 32 umfasst, der an die Dreheinheit 3 gekoppelt ist. Der Backen 32 ist mit dem oberen Zylinderabschnitt 18 derart verbunden, dass eine drehfeste Verbindung zwischen dem Backen 32 und der oberen Zylindereinheit 18 besteht. Hierdurch kann die Dreheinheit 3 eine Drehbewegung auf die Greifeinheit 2 übertragen. Die drehfeste Verbindung zwischen dem Backen und der Zylindereinheit 18 kann formschlüssig (z.B. mittels Nuten und Federn), kraftschlüssig (z.B. mittels Schrauben) und/oder reibschlüssig ausgebildet sein.
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Die Dreheinheit weist einen Schrittmotor auf, so dass die Greifeinheit in einer an sich beliebigen, aber definierten Winkelstellung um die Längsmittelachse 12 drehbar einstellbar ist. Da die Führungsstange 10 zweiteilig ausgebildet ist, kann der untere Teil der Führungsstange 10/1 gegenüber dem oberen Teil der Führungsstange 10/2 gedreht werden. Der obere Teil der Führungsstange 10/2 führt lediglich eine translatorische Bewegung aus, mit welcher eine Bewegung nach unten oder nach oben ausgeführt wird. Beim Drehen des unteren Teils der Führungsstange 10/1 wird der obere Teile der Führungsstange 10/2 vorzugsweise angehoben, so dass die beiden Teile 1071 und 1072 nicht aneinander reiben.
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Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Aktuatoreinheit 4 als elektromagnetischer Aktuator (1, 4) ausgebildet. Dies kann jedoch auch ein pneumatischer Aktuator sein (5, 6). Durch die zweiteilige Ausbildung der Führungsstange liegt eine Entkopplung zwischen der Greifeinheit 2 und der Aktuatoreinheit 4 vor. Hierdurch kann die Greifeinheit 2 mit einer beliebigen Aktuatoreinheit 4 einfach kombiniert werden.
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Die Greifbacken weisen vorzugsweise eine oder mehrere vertikal verlaufende Greifkanten, insbesondere Schneidkante, auf, mit welchen die Greifbacken einen Deckel an seiner Umfangsfläche greifen und insbesondere in die Umfangsfläche des Deckels einschneiden, um diesen zu greifen (3, 4, 5). Vorzugsweise weist ein Greifbacken zwei solcher Greifkanten und der andere Greifbacken eine einzige Greifkante auf, wodurch am Umfang des Deckels eine Dreipunktauflage bewirkt wird. Es können jedoch auch eine andere Anzahl von Greifkanten, insbesondere jeweils zwei Greifkanten an einem Greifbacken, vorgesehen sein.
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Die Greifbacken 8 können jedoch auch in der Draufsicht eine gestufte Greiffläche mit mehreren Stufen 33 aufweisen. Die Stufen verlaufen etwa vertikal und entlang einer Kreissegmentfläche oder trichterförmigen Fläche, welche etwa konzentrisch oder symmetrisch zur Längsmittelachse an der Greifvorrichtung ausgebildet ist (8, 9). Hierdurch können Deckel 34 mit unterschiedlichem Durchmesser zuverlässig gegriffen werden, wobei ein jeder Greifbacken mit jeweils vier Stufen 33 am Deckel angreift (2, 7, 8). Dies erlaubt das Greifen von vier unterschiedlich großen Deckeln 34 mit einer einzigen Greifvorrichtung 1. Da bei der vorliegenden Greifvorrichtung 1 die Greifhebel 6 an einem Ende mittels eines Schwenkgelenks 7 gelagert sind, ist beim Öffnen der Greifhebel 6 die Schrägstellung im Bereich der Greifbacken 8 gering, so dass dies das Greifen unterschiedlich großer Deckel erleichtert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Stufen 33/1 bis 33/4 bzw. Greifkanten unterschiedliche gegenüber der Längsmittelachse 12 der Greifvorrichtung 1 geneigt (9). Hierdurch wird der unterschiedliche Öffnungswinkel der Greifbacken 8 bei unterschiedlich weite geöffneten Greifbacken 8 ausgeglichen und die Stufen 33/1 bis 33/4 bzw. Greifkanten liegen etwa plan am Umfang des jeweiligen Deckels 34 an.
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Die Länge der Greifhebel 6 kann an die jeweilige Anwendung angepasst sein. In den beiliegenden Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele mit unterschiedlich langen Greifhebeln 6 gezeigt, wobei die 1, 3, 4, 5 und 6 ein Ausführungsbeispiel mit kurzen Greifhebeln und 2, 7 ein Ausführungsbeispiel mit langen Greifhebeln zeigt.
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Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, dass die Greifbacken mit ihren Greifflächen mit gegenüber der Längsmittelachse 12 der Greifvorrichtung 1 unterschiedlich geneigten Abschnitten ausgebildet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Greifvorrichtung
- 2
- Greifeinheit
- 3
- Dreheinheit
- 4
- Aktuatoreinheit
- 5
- Grundkörper
- 6
- Greifhebel
- 7
- Schwenkgelenk
- 8
- Greifbacken
- 9
- Führungselement
- 10
- Führungsstange
- 11
- Führungsbuchse
- 12
- Längsmittelachse
- 13
- Führungsbacken
- 14
- Breitseitenwandung
- 15
- Schmalseitenwandung
- 16
- Gehäuse
- 17
- unterer Zylinderabschnitt
- 18
- oberer Zylinderabschnitt
- 19
- Welle
- 20
- schlitzförmige Ausnehmung
- 21
- Ausnehmung
- 22
- innere Führungsfläche
- 23
- äußere Führungsfläche
- 24
- Bodenabschnitt
- 25
- Gegenführungselement
- 26
- Ring
- 27
- Federelement
- 28
- konische Ausnehmung
- 29
- Spitze
- 30
- Halteplatte
- 31
- Lager
- 32
- Backen
- 33
- Stufe
- 34
- Deckel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- GB 2018220 A [0005]
- DE 102016111125 A1 [0005]
- DE 3133205 C2 [0005]
- EP 1415773 B1 [0005]
- DE 3048522 C2 [0005]
- DE 202008016152 U1 [0005]
- US 2008/0289463 A1 [0005]
- US 2016/0332271 A1 [0005]
- US 5222421 [0005]
- US 5481951 [0005]
- US 4667908 [0005]
- DE 3910801 A1 [0005]
- DE 3617493 A1 [0005]
- DE 2904378 A1 [0007, 0012]
