Greifer für Behälter

Die Erfindung betrifft einen Greifer der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art .

Solche Greifer, sogenannte Klammergreifer, werden in Gefäßtransportsystemen oder Gefäßbehandlungssystemen in mechanisch gesteuerten Ausführungen oder ungesteuerten, durch das Einbringen und Ausbringen der Behälter betätigten Ausführungen verwendet. Mechanisch gesteuerte Klammergreifer sind beispielsweise aus EP 0 659 683 A bekannt. Von Behältern betätigte Klammergreifer sind aus DE 297 13 510 U bekannt. Die Greifer werden häufig durch einen Kraftspeicher z.B. in GreifSchwenkrichtung beaufschlagt, wobei der Kraftspeicher Elastomer-, Spiral- oder Schraubendruckfedern umfassen kann.

BehältertransportSysteme, insbesondere Flaschen- Transportsysteme, müssen hohe Anforderungen bezüglich der mikrobiologischen Verhältnisse und der Reinigung erfüllen, und über lange Standzeiten und bei hohen Arbeitsfrequenzen betriebssicher sein. Wegen der Nachteile mechanischer Federn ist in der Flaschentransport-Technik schon vorgeschlagen worden, magnetisch kooperierende Permanentmagneten als magnetische Federn zu verwenden, die hinsichtlich der mikrobiologischen Verhältnisse, der Reinigung und der Standzeiten Vorteile bieten.

Wenngleich Permanentmagneten für eine einzige Greifgroße eines Behälters eine exakt einstellbare Greifkraft gewährleisten, haben sie dennoch wie mechanische Federn den

Nachteil, bei Verwendung ein- und desselben Greifers für unterschiedliche Greifgrößen von Behältern innerhalb eines vorbestimmten Greifbereiches aufgrund einer progressiven oder degressiven Kennlinie keine gleichbleibenden Greifkräfte zu erzeugen. Es wäre jedoch wünschenswert, unabhängig von der jeweiligen Greifgroße jeden Behälter mit derselben Greifkraft zu klammern. Erfahrungsgemäß variiert die Greifgröße im Greifbereich beispielsweise zwischen Durchmessern von etwa 24 mm bis 38 mm, insbesondere bei Kunststoff-Flaschen wie PET-Flaschen. Das Problem der mit unterschiedlichen Greifgrößen der Behälter variierenden Greifkräfte ein- und desselben Greifers ließ sich bisher nicht lösen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Greifer der eingangs genannten Art anzugeben, der unabhängig von den unterschiedlichen Greifgrößen der Behälter eine zumindest im Wesentlichen gleiche Greifkraft zum sicheren Halten der Behälter aufbringt .

Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst .

Durch die Kombination gleichzeitig wirkender, einander abstoßender und einander anziehender Permanentmagneten, derart, dass bei Relativbewegungen der Permanentmagneten die Summe der Abstoß- und Anzugskräfte zumindest im Wesentlichen konstant ist, wenn sich die Greiferarme voneinander weg oder zueinander hin bewegen, wird innerhalb des Greifbereiches bei unterschiedlichen Greifgrößen stets die gleiche Greifkraft erzeugt. Im selben Maß wie der Anteil der aus z.B. einer Abstoßkraft resultierenden Greifkraft abnimmt, nimmt der Anteil der aus z.B. einer

Anzugskraft resultierenden Greifkraft zu. Behälter unterschiedlicher Greifgrößen werden so in gleicher Weise sicher gehalten.

Jeder vorgesehene Permanentmagnet ist bipolar mit einem magnetischen Nordpol N und einem magnetischen Südpol S. Dabei kann jeder Permanentmagnet gleichzeitig magnetisch mit zwei weiteren, entsprechend platzierten bipolaren Permanentmagneten so kooperieren, dass jeder seiner Pole mit einem Gegenpol (anziehend) oder einem gleichen Pol (abstoßend) eines weiteren Permanentmagneten zusammenwirkt. Unter anderem zur Sicherstellung eindeutiger magnetischer Verhältnisse wird einem Konzept der Vorzug gegeben, bei dem ein gleichzeitig mit zwei weiteren Permanentmagneten kooperierender Permanentmagnet aus zwei bipolaren Permanentmagnetkörpern besteht, die mit ihren Gegenpolen zueinander weisen. Diese Gegenpole sind zweckmäßig durch ein dazwischen gesetztes Trennelement getrennt und können von diesem passiviert sein, so dass nur die beiden anderen Pole, deren jeder zu einem weiteren Permanentmagneten weist, magnetisch aktiv sind. Jeder weitere Permanentmagnet, der mit einem Permanentmagneten zusammenwirkt, könnte ein einzelner bipolarer Permanentmagnetkörper sein. Zweckmäßig sind jedoch auch die weiteren Permanentmagneten analog gestaltet, d.h., sie bestehen aus zwei bipolaren Permanentmagnetkörpern, von denen gegebenenfalls nur einer zur magnetischen Kooperation einen aktiven Pol verwendet.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform werden die Permanentmagneten so ausgebildet und angeordnet, dass bei den gegenseitigen Relativbewegungen zwischen den einander abstoßenden und den einander anziehenden Permanentmagneten

die Summe der Flussdichten in den Magnetfeldern der Permanentmagneten im Wesentlichen konstant ist, zumindest innerhalb des vorgegebenen Greifbereiches, der die üblichen unterschiedlichen Behältergrößen abdeckt.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform sind erste und zweite Permanentmagneten mit gleichen, einander abstoßenden Polaritäten oder entgegengesetzten, einander anziehenden Polaritäten mit den Greiferarmen oder mit daran angeordneten Greiferarmverlängerungen verbunden. Ein dritter Permanentmagnet ist auf einen der ersten und zweiten Permanentmagneten ausgerichtet. Dieser dritte Permanentmagnet hat bei ersten und zweiten einander abstoßenden Permanentmagneten die entgegengesetzte Polarität und bei ersten und zweiten einander anziehenden Permanentmagneten die gleiche Polarität wie der erste oder der zweite Permanentmagnet . Nähern sich zwei einander abstoßende Permanentmagneten unter Vergrößerung der Abstoßkraft, nimmt gleichzeitig durch die relative Entfernung der einander anziehenden Permanentmagneten die Anzugskraft entsprechend ab, und umgekehrt.

Zur Unterstützung bzw. zur Vergleichmäßigung des Kraftverlaufs kann sogar ein vierter Permanentmagnet auf den jeweils anderen der ersten und zweiten Permanentmagneten ausgerichtet sein.

Hierbei ist es zweckmäßig, den dritten, und vorzugsweise auch den vierten, Permanentmagneten stationär zu lagern, während sich die ersten und zweiten Permanentmagneten mit den Greiferarmen bzw. den Greiferarmverlängerungen bewegen, wenn die Greiferarme schwenken.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist der dritte Permanentmagnet mit einem dritten, schwenkbar gelagerten Greiferarm oder dessen Greiferarmverlängerung verbunden. Der dritte Greiferarm ist zweckmäßig, um bei unterschiedlichen Greifgrößen der Behälter das Zentrum jedes ergriffenen Behälters an derselben Position z.B. in Bezug auf die Schwenklager der Greiferarme, zu positionieren. Diese Maßnahme ist z.B. in Füllanlagen vorteilhaft, damit das Füllventil jeweils ordnungsgemäß eingeführt werden kann. Damit der dritte Greiferarm korrekt mit den ersten und zweiten Greiferarmen kooperiert, wird er mit einem der ersten und zweiten Greiferarme gegensinnig drehgekoppelt, damit alle Greiferarme relativ zueinander nur vorbestimmte Bewegungen ausführen können.

Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform ist ebenfalls ein dritter, schwenkbar gelagerter Greiferarm vorgesehen und mit einem der ersten und zweiten Greiferarme gegensinnig drehgekoppelt. An nur einem der ersten und zweiten Greiferarme oder dessen Greiferarmverlängerung ist ein Permanentmagnet angeordnet, der aus zwei bipolaren Permanentmagnetkörpern besteht und mit entgegengesetzten aktiven Polaritäten wirkt. Zwei weitere Permanentmagneten mit gleichen aktiven Polaritäten jeweils wie die zugewandte aktive Polarität des zweiten Permanentmagneten sind beiderseits des zweiten Permanentmagneten stationär angeordnet. Nur der zweite Permanentmagnet, der aus den beiden Permanentmagnetkörpern, gegebenenfalls mit einem dazwischengesetzten Trennelement, besteht, bewegt sich mit dem einen Greiferarm und relativ zu den anderen, stationären Permanentmagneten.

Der erste und dritte (bzw. vierte) Permanentmagnet kann im Hinblick auf eindeutige magnetische Verhältnisse auch jeweils aus zwei Permanentmagnetkörpern bestehen, und braucht zur Zusammenarbeit mit dem zweiten Permanentmagneten jeweils nur eine aktive Polarität oder nur einen aktiven Pol .

Dabei wird der dritte Greiferarm durch die Magnetkraft z.B. von der Seite der Schwenklager der Greiferarme in einer Richtung zum Eingriff in eine zwischen den ersten und zweiten Greiferarmen definierte Greiföffnung beaufschlagt, um die Zentrierwirkung für den ergriffenen Behälter zu erzeugen.

Die Greiferarme sollte jeweils gegensinnig drehgekoppelt sein, damit der Greifer eine definierte Greifläge einnimmt. Zur gegensinnigen Drehkopplung können bei den Schwenklagern angeordnete Zahnräder oder Zahnsegmente jeweils paarweise kämmen .

Zum Passivieren der nicht benötigten Pole bzw. Polaritäten der bipolaren Permanentmagnetkörper kann jeweils ein Trennelement dazwischen gesetzt sein. Gegebenenfalls wird auch ein Magnetschlusskörper eingesetzt.

Um eine hohe Leistungsdichte und lange Standzeiten zu erzielen, ist es zweckmäßig, wenn die Permanentmagneten bzw. Permanentmagnetkörper sehr leistungsfähig sind, und zumindest überwiegend seltene Erden oder Ferrit oder chemische Elemente der dritte Gruppe des Periodensystems oder Lanthanoide enthalten.

Die Permanentmagneten bzw. Permanentmagnetkörper können untereinander gleich oder verschieden groß dimensioniert sein. Beispielsweise sind sie kreisrunde Scheiben. Andere geometrische Formen, wie z.B. die eines Würfels, Blocks oder Stabs, sind ebenfalls möglich.

Bei einer Ausführungsform, bei der nur der zweite Permanentmagnet an einer Greiferarmverlängerung angeordnet und die ersten und dritten Permanentmagneten stationär gelagert sind, können die Scheibendurchmesser des zweiten Permanentmagneten kleiner oder größer gewählt werden als die Scheibendurchmesser bei den ersten und dritten Permanentmagneten, vorzugsweise meist größer. Hingegen ist der Scheibendurchmesser beim zweiten Permanentmagneten gegebenenfalls kleiner als bei den ersten und dritten Permanentmagneten, wenn alle drei Permanentmagneten auf Greiferarmverlängerungen angebracht sind.

Im Hinblick auf einwandfreie mikrobiologische Verhältnisse und für Reinigungszyklen mit gegebenenfalls für die Permanentmagneten aggressiven Medien oder wegen für Lebensmittel-Standards kritischen Eigenschaften der Permanentmagneten ist es zweckmäßig, die Permanentmagneten bzw. die Permanentmagnetkörper jeweils in nichtmagnetisches Material, vorzugsweise Edelstahl, einzukapseln.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform eines Greifers mit zwei Greiferarmen,

Fig. 2 schematisch eine andere Ausführungsform eines Greifers mit zwei Greiferarmen,

Fig. 3 schematisch eine weitere Ausführungsform eines Greifers mit zwei Greiferarmen,

Fig. 4 schematisch eine weitere Ausführungsform eines Greifers mit drei Greiferarmen,

Fig. 5 schematisch eine weitere Ausführungsform eines Greifers mit drei Greiferarmen,

Fig. 6 ein Diagramm der Greifkraft oder Magnetkräfte über der Behälter-Greifgroße,

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine konkrete Ausführungsform eines Greifers, etwa entsprechend Fig. 4, und

Fig. 8 eine Draufsicht auf eine konkrete Ausführungsform eines Greifers, etwa gemäß Fig. 5.

Ein Greifer G, ein sogenannter Klammergreifer für BehältertransportSysteme oder Behälterbehandlungsmaschinen, insbesondere für Flaschen, ist in Fig. 1 schematisiert gezeigt und weist erste und zweite Greiferarme 1, 2 mit eine Greiföffnung definierenden Greifenden 3, 4 auf, die in beabstandeten Schwenklagern 5, 6 schwenkbar gelagert sind und jenseits der Schwenklager Greiferarmverlängerungen 8, 9 besitzen. Die Greiferarme 1, 2 sind beispielsweise in einer GreifStellung für eine Greifgroße d gezeigt. Die beiden Greiferarme 1, 2 sind beispielsweise über bei den Schwenklagern 5 , 6 vorgesehene Zahnräder oder Zahnradsegmente 7 gegensinnig drehgekoppelt. An den

Greiferarmverlängerungen 8, 9 ist jeweils ein erster Permanentmagnet Pl und ein zweiter Permanentmagnet P2 angebracht. Die ersten und zweiten Permanentmagneten Pl, P2 haben einander zugewandt gleiche Polaritäten, z.B. N, und stoßen einander ab. Auf den zweiten Permanentmagneten P2 ist ein dritter, stationärer Permanentmagnet P3 ausgerichtet, dessen aktive Polarität (S) der aktiven Polarität (N) des zweiten Permanentmagneten P2 entgegengesetzt ist, so dass gleichzeitig die zweiten und dritten Permanentmagneten P2, P3 einander anziehen.

Die Permanentmagneten Pl, P2 und P3 sind so ausgebildet und angeordnet, dass bei aufgrund der Arbeitsbewegungen des Greifers G auftretenden Relativbewegungen zwischen den Permanentmagneten die Summe der Abstoß- und der Anzugskräfte zumindest im Wesentlichen konstant ist. Dies soll anhand Fig. 6 erläutert werden.

Auf der vertikalen Achse des Diagramms in Fig. 6 ist die Greifkraft F bzw. die von jeweils zwei Permanentmagneten erzeugte Kraft aufgetragen, während die horizontale Achse die Greifgroße d repräsentiert. Mit zunehmender Greifgroße d nimmt die Abstoßkraft (Kurve a; S/S oder N/N) zwischen den ersten und zweiten Permanentmagneten Pl, P2 zu. Hingegen nimmt mit zunehmender Greifgröße d gleichzeitig die Anzugskraft zwischen den zweiten und dritten Permanentmagneten P2, P3 (Kurve b, S/N; N/ S) ab. Die Summe (obere Kurve σF in Fig. 6) der Anzugs- und Abstoßkräfte ist innerhalb eines vorbestimmten Greifbereiches, z.B. zwischen dl und d2, zumindest im Wesentlichen konstant. Beispielsweise überdeckt der Greifbereich dl bis d2 Flaschengreifgroßen oder -durchmesser zwischen 24 mm und 38 mm (z.B. gemessen am Flaschenhals).

Die Ausführungsform in Fig. 2 weist ebenfalls die ersten und zweiten Greiferarme 1, 2 auf. Nur der erste Greiferarm 1 besitzt eine Greiferarmverlängerung 8, an der der zweite Permanentmagnet P2 ' angebracht ist, der aus zwei bipolaren Permanentmagnetkörpern 10, 11 besteht, von denen die entgegengesetzten Polaritäten N und S aktiv sind. Der erste und der dritte Permanentmagnet Pl, P3 sind auf den zweiten Permanentmagneten P2 ' ausgerichtet und stationär angeordnet, derart, dass der erste Permanentmagnet Pl und der zweite Permanentmagnet P2 ' einander anziehen und gleichzeitig der dritte Permanentmagnet P3 und der zweite Permanentmagnet P2 ' einander abstoßen. Die Wirkung ist gleich wie bei der Ausführungsform in Fig. 1.

Die Ausführungsform in Fig. 3 weist einander überkreuzende erste und zweite Greiferarme 1, 2 auf, deren jeder eine Greiferarmverlängerung 8, 9 besitzt, an denen die ersten und zweiten Permanentmagneten Pl, P2 mit entgegengesetzten aktiven Polaritäten N, S angebracht sind. Dem zweiten Permanentmagneten P2 ist der dritte stationär angeordnete Permanentmagnet P3 mit der gleichen aktiven Polarität S zugeordnet. Gegebenenfalls ist sogar ein vierter Permanentmagnet P4 mit der gleichen aktiven Polarität N auf den ersten Permanentmagneten Pl ausgerichtet (gestrichelt angedeutet) . Die ersten und zweiten Permanentmagneten Pl, P2 ziehen einander an, während gleichzeitig die zweiten und dritten und die ersten und vierten Permanentmagneten einander abstoßen.

In dem Greifer G in Fig. 4 sind wie in Fig. 1 die ersten und zweiten, mit Schwenkarmverlängerungen ausgebildeten Greiferarme 1, 2 in ihren Schwenklagern 5, 6 schwenkbar.

Zusätzlich ist in einem eigenen Schwenklager 13 ein dritter Schwenkarm 12 schwenkbar gelagert. Die Schwenklager 5, 6, 13 befinden sich beispielsweise auf einer Linie. Der dritte Schwenkarm 12 greift in die Greiföffnung zwischen den Greifenden der ersten und zweiten Greiferarme 1, 2 von der Seite der Schwenklager 5, 6, 13 her ein, um einen ergriffenen Behälter unabhängig von der Greifgröße in einem Zentrum Z zu zentrieren. Der dritte Greiferarm 12 überkreuzt die ersten und zweiten Greiferarme 1, 2 und besitzt eine Greiferarmverlängerung 15. An den drei Greiferarmverlängerungen sind bipolare Permanentmagneten Pl , P2 , P3 angeordnet , wobei die ersten und zweiten Permanentmagneten Pl, P2 mit gleichen aktiven Polaritäten N, N aufeinander ausgerichtet sind, während der dritte Permanentmagnet P3 die entgegengesetzte aktive Polarität S hat und auf den zweiten Permanentmagneten P2 ausgerichtet ist .

In der Ausführungsform in Fig. 5 ist analog zu Fig. 4 zusätzlich zu den ersten und zweiten Greiferarmen 1, 2 der dritte Greiferarm 12 vorgesehen. Nur der zweite Greiferarm 2 besitzt die Greiferarmverlängerung 9. Auf dieser Greiferarmverlängerung 9 ist der zweite Permanentmagnet P2 ' angeordnet, der wie in Fig. 2 aus zwei

Permanentmagnetkörper 10, 11 besteht und entgegengesetzte aktive Polaritäten (S, N) hat. Die ersten und dritten Permanentmagneten Pl, P3 sind auf den zweiten Permanentmagneten P2 ausgerichtet und jeweils stationär gelagert. Die ersten und zweiten Permanentmagneten Pl, P2 stoßen einander ab, während die dritten und zweiten Permanentmagneten P2, P3 einander anziehen.

In den Fig. 1 bis 5 sind die Permanentmagneten symbolisch mit nur einer Polarität gezeigt, obwohl es sich jeweils um bipolare Permanentmagneten oder Permanentmagnetkörper handelt. D.h., es ist jeweils nur die für die Greiferbetätigungsfunktion aktive Polarität (N oder S) angedeutet, hingegen nicht der jeweils andere, gegebenenfalls passivierte Pol oder die passive andere Polarität.

Die in Fig. 7 gezeigte, konkrete Ausführungsform des Greifers G entspricht weitgehend der schematischen Ausführungsform von Fig. 4. Der zweite Permanentmagnet P2 ' besteht aus zwei bipolaren Permanentmagnetkörpern 10, 11 und ist in einer Einkapselung 16, beispielsweise aus Edelstahl, enthalten. Wie beim zweiten Permanentmagneten P2 ^■ angedeutet, kann zwischen den Permanentmagnetkörpern 10, 11 ein Trennelement 20 vorgesehen sein, das die zueinander weisenden Pole ((S) (N)) passiviert, so dass nur die Pole N (nach links) und S (nach rechts) aktiv sind. Die ersten und zweiten Permanentmagneten Pl, P2 ' stoßen einander ab, während die zweiten und dritten Permanentmagneten P2 ' und P3 einander anziehen. Alle drei Permanentmagneten Pl, P2 ' und P3 bewegen sich mit den Greiferarmen 1, 2, 12. Die ersten und dritten Permanentmagneten Pl, P3 bestehen hier nur aus jeweils einem bipolaren, z.B. scheibenförmigen,

Permanentmagnetkörper und haben jeweils nur eine aktive Polarität.

Bei der konkreten Ausführungsform des Greifers G in Fig. 8, der im Wesentlichen dem in Fig. 5 schematisch angedeuteten Greifer entspricht, sind die Schwenklager 5, 6, 13 auf einer Grundplatte 17 angeordnet, die in Befestigungsstellen

18 im Behältertransportsystem oder der

Behälterbehandlungsmaschine fixiert wird, z. B. auf dem Rotor einer Flaschenfüllmaschine oder eines Transportsterns. Die Grundplatte weist auf der den Greiferarmen 1, 2 abgewandten Seite zwei vorstehende Widerlager 19 auf, auf denen die ersten und dritten Permanentmagneten Pl, P3 , jeweils bestehend aus zwei bipolaren Permanentmagnetkδrpern 10, 11, stationär angeordnet sind. Der erste Greiferarm 1 besitzt die Greiferarmverlängerung 8, die z.B. nach unten abgekröpft ist und den zweiten Permanentmagneten P2 ' , der aus den zwei bipolaren Permanentmagnetkörpern 10, 11 und dem Trennelement 20 besteht, und entgegengesetzte aktive Polaritäten S, N hat. Auch die ersten und dritten Permanentmagneten Pl, P3 bestehen bei dieser Ausführungsform jeweils aus zwei bipolaren

Permanentmagnetkörpern 10, 11 und einem Trennelement 20 in Einkapselungen 16.

Die vorbeschriebenen Greifer G können gesteuert oder ungesteuert sein. Ungesteuert bedeutet, dass sie durch das Einführen des Behälters B gegen die Greifkraft geöffnet werden und die GreifStellung selbsttätig einnehmen, und zum Entnehmen des Behälters durch Keilwirkung auseinandergezwängt werden. Alternativ könnten die dargestellten Greifer jedoch auch mechanisch gesteuert werden (nicht gezeigt), d.h., z.B. durch eine Kulissenoder Nockensteuerung gegen die Greifkraft geöffnet und unter der Greifkraft geschlossen werden, um einen Behälter B einführen oder entnehmen zu können.

Die Permanentmagneten sind so ausgebildet und angeordnet, dass die Summe der Flussdichten in den Magnetfeldern bei

Relativbewegungen zumindest innerhalb des vorbestimmten Greifbereichs dl bis d2 im Wesentlichen konstant ist. Im Ergebnis ist deshalb die auf den Behälter B ausgeübte Greifkraft zumindest im Wesentlichen stets dieselbe, unabhängig davon, welche Greifgröße der Behälter B hat.

Die Permanentmagnetkörper 10, 11 sind beispielsweise kreisrunde Scheiben, deren Durchmesser und Dicken gleich oder verschieden sein können. Es handelt sich bevorzugt um sehr leistungsfähige Permanentmagneten, die z.B. unter Verwendung seltener Erden hergestellt sind.

Anstelle der vorbeschriebenen schwenkbaren Anordnung der Greifarme ist beispielsweise auch eine parallel verschiebbare Lagerung möglich. Ferner kann ein Greifarm feststehend und nur der andere, magnetisch beaufschlagte Greifarm beweglich vorgesehen sein.