Vakuumgreifer sind Greifsysteme in der Automatisierungstechnik, die mittels Unterdruck Werkstücke sicher und materialschonend aufnehmen, transportieren und positionieren.

Funktionsweise

Ein Vakuumgreifer nutzt das physikalische Prinzip des Unterdrucks, um Werkstücke sicher zu greifen und zu transportieren. Durch die Reduzierung des Luftdrucks innerhalb des Greifsystems im Vergleich zur Umgebung entsteht eine Differenz zum Umgebungsdruck, wodurch eine Haltekraft aufgebaut wird. Dies ermöglicht eine materialschonende Handhabung ohne mechanische Klemmen oder Greifbacken.

Die Erzeugung des Vakuums erfolgt entweder durch aktive Vakuumerzeuger wie Pumpen und Ejektoren oder durch passives Absaugen der Luft über spezielle Saugmechanismen. Je nach Anwendung kann das Vakuum kontinuierlich aufrechterhalten oder gezielt gesteuert werden, um ein sicheres Halten und schnelles Lösen des Werkstücks zu gewährleisten.

Einflussfaktoren auf die Haltekraft

Die Effektivität eines Vakuumgreifers hängt von mehreren Faktoren ab:

• Oberflächenbeschaffenheit: Glatte, dichte Oberflächen ermöglichen eine bessere Abdichtung, während raue oder poröse Materialien größere Herausforderungen darstellen.
• Dichtheit des Systems: Je geringer die Leckage, desto stabiler ist der Unterdruck und damit die Haltekraft.
• Vakuumniveau: Die Differenz zwischen Umgebungsdruck und Unterdruck bestimmt die maximale Haltekraft.
• Größe und Form des Greifelements: Ein größerer Saugnapf verteilt die Haltekraft auf eine größere Fläche, während spezielle Formen eine Anpassung an unregelmäßige Geometrien ermöglichen.

Das Prinzip des Vakuumgreifers ermöglicht eine flexible, effiziente und materialschonende Handhabung in der Automatisierungstechnik und ist ein unverzichtbarer Bestandteil zahlreicher industrieller Prozesse.

Typen von Vakuumgreifern

Vakuumgreifer sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich, die sich je nach Anwendung, Werkstückbeschaffenheit und technischen Anforderungen unterscheiden. Die Wahl des geeigneten Greifertyps hängt von Faktoren wie Material, Oberfläche, Gewicht und Form des Werkstücks ab. Die wichtigsten Typen sind:

Saugnapf-Greifer: Funktionsweise, Einsatzbereiche und Vorteile

Ein Saugnapf-Greifer, auch als Vakuum-Sauggreifer bezeichnet, ist eine bewährte Lösung in der Automatisierungstechnik. Durch die Vielfalt an Bauformen und Materialien lassen sich Saugnapf-Greifer in unterschiedlichste industrielle Anwendungen integrieren.

Funktionsweise

Beim Ansetzen des Saugnapfs an das Werkstück wird Luft entzogen, sodass das Werkstück durch den entstehenden Unterdruck gehalten wird. Die Haltekraft hängt wesentlich von der Dichtheit der Verbindung zwischen Saugnapf und Werkstückoberfläche ab. Zur Freigabe wird der Unterdruck ausgeglichen, wodurch der Saugnapf seine Haftung verliert.

Arten von Saugnäpfen

Saugnapf-Greifer sind in unterschiedlichen Bauformen erhältlich, um sich an verschiedene Oberflächen und Anwendungen anzupassen:

• Flachsaugnäpfe sind ideal für glatte, ebene oder leicht gewölbte Oberflächen wie Glas oder Kunststoffplatten. Sie bieten hohe Stabilität und ermöglichen schnelle Greifzyklen.
• Ovale Saugnäpfe sind für längliche oder zylindrische Werkstücke wie Rohre oder Profile konzipiert und bieten eine größere Kontaktfläche für besseren Halt.
• Balgsaugnäpfe verfügen über Falten zur Kompensation von Höhendifferenzen oder Schwingungen. Sie eignen sich besonders für unebene, empfindliche oder flexible Materialien wie Textilien oder Elektronikbauteile.
• Spezialformen sind für spezifische Anwendungen wie das Greifen von Beuteln, Flaschen oder flexiblen Verpackungen optimiert. Diese Varianten bestehen oft aus speziellen Materialien, um die Haftung zu verbessern.

Materialien der Saugnäpfe

Die Wahl des Materials ist entscheidend für die Lebensdauer und Beständigkeit des Greifers:

• Silikon (SI): Temperaturbeständig und lebensmittelecht, häufig in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie verwendet.
• Naturkautschuk (NR): Sehr elastisch und abriebfest, für allgemeine Anwendungen geeignet.
• Nitrilkautschuk (NBR): Öl- und fettbeständig, besonders in der Metallbearbeitung oder Automobilindustrie verbreitet.
• Polyurethan (PU): Hohe Abriebfestigkeit und Flexibilität, ideal für raue Oberflächen und dynamische Prozesse.

Vorteile und Einschränkungen

Saugnapf-Greifer bieten zahlreiche Vorteile in der Automatisierung:

• Materialschonende Handhabung verhindert mechanische Beschädigungen empfindlicher Werkstücke.
• Hohe Anpassungsfähigkeit durch eine Vielzahl an Formen und Materialien.
• Einfache Integration in bestehende Automatisierungssysteme und Robotik.
• Schnelle Greifzyklen, ideal für Hochgeschwindigkeitsprozesse in der Verpackungs- und Montageindustrie.

Dennoch gibt es einige Einschränkungen:

• Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzung: Staub oder Partikel können die Abdichtung verschlechtern und die Greifleistung mindern.
• Poröse oder raue Oberflächen: Diese reduzieren den Unterdruck und beeinträchtigen die Haltekraft.
• Verschleißanfälligkeit: Saugnäpfe müssen regelmäßig auf Materialermüdung geprüft und gegebenenfalls ausgetauscht werden.

Der Saugnapf-Greifer ist ein vielseitiges Werkzeug in der Automatisierungstechnik, das durch seine Flexibilität, Materialschonung und schnelle Greifzyklen überzeugt. Die richtige Wahl von Saugnapfform, Material und Vakuumerzeugung ermöglicht eine optimale Anpassung an spezifische Anforderungen und eine effiziente Integration in Produktionsprozesse.

Modulare Saugnapf-Greifer

Modulare Saugnapf-Greifer ermöglichen eine effiziente Handhabung von Werkstücken, ohne dass eine zusätzliche Vakuumpumpe erforderlich ist. Durch mechanische Kompression erzeugen sie einen starken Unterdruck an den Saugnäpfen, wodurch flache oder leicht gewölbte Objekte mit glatten oder leicht rauen, luftundurchlässigen Oberflächen sicher gegriffen werden können.

Flexibilität für unterschiedliche Robotersysteme

Diese Greifer sind roboterunabhängig und lassen sich problemlos mit herkömmlichen 2-Finger-Greifern kombinieren. Dadurch sind sie sowohl für Industrieroboter als auch für Cobots optimal einsetzbar.

Typische Anwendungsbereiche

• Greifen flacher Bauteile: Sicheres Handling von großflächigen und empfindlichen Materialien wie Glasplatten, Displays, Kunststoffabdeckungen.
• Verpackungshandling: Automatisiertes Einlegen von Waren in Schachteln, das Stapeln von Behältern.
• Maschinenbeladung und -entnahme: Automatisierte Handhabung von Werkstücken in Produktionslinien, beispielsweise das Be- und Entladen von CNC-Maschinen oder Spritzgussanlagen.
• Montageprozesse: Integration in Fertigungslinien zur Positionierung und Fixierung von Bauteilen.

Zwei leistungsstarke Varianten

• Single Vacuum Gripper ToolCube – Kompakte Lösung für präzise Anwendungen.
• Double Vacuum Gripper ToolCube – Zwei Saugflächen für maximale Stabilität bei größeren Werkstücken.

Diese modularen Greifer bieten eine vielseitige, leistungsfähige Lösung für automatisierte Handhabungsaufgaben und tragen zur Optimierung von Produktionsprozessen bei.

Flächengreifer

Der Flächengreifer erzeugt ein Vakuum über eine großflächige Saugzone, die entweder aus vielen kleinen, unabhängig arbeitenden Saugnäpfen oder einer durchgehenden Saugmatte besteht. Die Haltekraft entsteht durch den Druckunterschied zwischen der Umgebungsluft und dem Unterdruck im Greifer. Dank seiner flexiblen Bauweise kann er Objekte unterschiedlicher Größe, Form und Oberflächenstruktur ohne Umrüsten greifen.

1. Vakuumerzeugung: Ein Ejektor, eine Vakuumpumpe oder ein Gebläse erzeugt den Unterdruck im Greifsystem.
2. Werkstückaufnahme: Die Saugfläche passt sich der Kontur des Werkstücks an und dichtet die Kontaktfläche möglichst gut ab.
3. Halte- und Transportphase: Das Werkstück wird durch die gleichmäßig verteilte Saugkraft stabil gehalten, ohne punktuelle Belastung oder mechanische Klemmkräfte.
4. Werkstückfreigabe: Durch Belüftung oder schnelles Abschalten des Vakuums wird das Werkstück gelöst.

Dank integrierter Rückschlagventile oder Mehrkammer-Systeme können Flächengreifer auch ungleichmäßige oder durchbrochene Oberflächen (z. B. gelochte Bleche oder Kartonagen mit Aussparungen) sicher greifen, da sich nur die benötigten Saugpunkte aktivieren.

Arten von Flächengreifern

Je nach Anwendung kommen verschiedene Bauformen zum Einsatz, die sich in ihrer Konstruktion und Funktionsweise unterscheiden.

• Vakuum-Flächengreifer: Eine universelle Lösung, die eine durchgehende Saugfläche mit mehreren integrierten Vakuumkammern kombiniert. Diese Greifer bestehen in der Regel aus einer Grundplatte mit flexibler Dichtfläche (häufig Moosgummi oder Gummi-Dichtmatten), die sich an die Kontur des Werkstücks anpasst.
• Schaumstoffgreifer verwenden ein weiches, flexibles Dichtungsmaterial aus Schaumstoff, um eine optimale Anpassung an unebene oder poröse Oberflächen zu gewährleisten. Diese Greifer sind ideal für Werkstücke mit rauen, strukturierten oder wechselnden Geometrien.
• Mehrkammer- oder Matrix-Greifer: Ein modulares Vakuumsystem, das aus mehreren unabhängigen Vakuumzellen besteht. Diese Kammern lassen sich gezielt aktivieren, um sich flexibel an Werkstückgröße, Form und Positionierung anzupassen.

Berührungslose Vakuumgreifer (Bernoulli-Greifer)

Berührungslose Vakuumgreifer sind innovative Greifsysteme, die empfindliche oder luftdurchlässige Werkstücke mittels Luftströmungen und Druckdifferenzen greifen, ohne dabei direkten Kontakt mit der Oberfläche zu haben.

So funktionieren Bernoulli-Greifer

Berührungslose Greifer basieren auf dem Bernoulli-Effekt, einem physikalischen Prinzip, das beschreibt, wie sich ein Druckunterschied durch die Beschleunigung eines Luftstroms erzeugen lässt:

1. Drucklufteinlass: Über präzise ausgelegte Düsen im Greifer wird Druckluft mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen.
2. Erzeugung eines Unterdrucks: Durch die schnelle Strömung der Luft entsteht ein lokaler Unterdruck (gemäß dem Bernoulli-Prinzip), der das Werkstück sanft anzieht.
3. Luftpolster als Tragschicht: Zwischen dem Greifer und dem Werkstück bildet sich eine dünne Luftschicht. Dieses Polster sorgt dafür, dass kein direkter Kontakt stattfindet.
4. Stabilisierung des Werkstücks: Die Strömungskräfte wirken nicht nur zum Ansaugen, sondern auch zur Stabilisierung des Werkstücks, sodass es sicher in Position bleibt.
5. Loslassen des Werkstücks: Nach dem Stopp der Druckluftzufuhr wird das Werkstück freigegeben.

Da kein direkter mechanischer Kontakt mit dem Werkstück besteht, sind diese Greifer ideal für empfindliche, dünne oder poröse Materialien, die durch mechanische Greifer beschädigt oder durch traditionelle Vakuumtechnik nicht sicher gehalten werden könnten.

Aufbau und Materialien

• Materialien: Je nach Einsatzgebiet bestehen Bernoulli-Greifer aus Aluminium, Edelstahl oder Hochleistungskunststoffen. Diese Materialien gewährleisten eine hohe Beständigkeit gegen Verschleiß und Korrosion sowie eine präzise Fertigungstoleranz für industrielle Anwendungen.
• Düsen- und Luftkanalsysteme: Die speziell geformten Luftauslässe sind darauf optimiert, die Strömungsverhältnisse so zu gestalten, dass eine maximale Haltekraft bei minimalem Luftverbrauch erreicht wird.
• Verschiedene Größen und Formen: Bernoulli-Greifer sind in unterschiedlichen Durchmessern und Geometrien erhältlich, um sich an verschiedenste Werkstückformen und -größen anzupassen. Dies ermöglicht eine flexible Integration in automatisierte Handhabungssysteme.