VAKUUMERZEUGER NACH DEM EJEKTORPRINZIP

Abstract

 Ein Vakuumerzeuger besitzt einen mehrstufigen Ejektor mit mehreren in Reihe angeordneten Düsen. Durch die Düsen wirkt ein über einen Druckluftanschluss (22) zuführbarer Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit zu einem Luftauslass (28) geleitet, so dass in einem kommunizierenden, die Düsen umgebenen Raum (20) ein Unterdruck erzeugbar ist.
Um basierend auf einem mehrstufigen Ejektor eine schnelle Aufhebung des Vakuums bei niedrigem Luftbedarf zu ermöglichen, ist in dem Luftauslass (28) ein Abschaltventil (32) vorgesehen, mittels dessen der Luftauslass (28) luftdicht verschließbar ist, wobei der Raum (20, 30), in welchem der Unterdruck erzeugbar ist, eine Belüftungsöffnung (66) aufweist, die durch ein Belüftungsventil verschlossen ist, mittels dessen im Zusammenspiel mit dem Abschaltventil (32) ein Belüftungskanal (66) zum Belüften des Raumes (20, 30) in welchem der Unterdruck erzeugbar ist, öffenbar ist.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Vakuumerzeuger nach dem Ejektorprinzip, der einen mehrstufigen Ejektor mit mehreren in Reihe angeordneten Düsen aufweist, durch die ein über einen Druckluftanschluss zuführbarer Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit zu einem Luftauslass geleitet wird, so dass in einem kommunizierenden, die Düsen umgebenden Raum ein Unterdruck erzeugbar ist.

[0002] Derartige Vakuumerzeuger finden insbesondere in industriellen Fertigungsanlagen in großen Stückzahlen Verwendung. Sie haben den Vorteil, dass sie sich über die vorhandenen Druckluftnetze speisen lassen. In der Regel benötigen sie auch keine weiteren elektrischen Anschlüsse für ihre Steuerung und können daher ohne weiteres in individuelle Greifvorrichtungen integriert werden.

[0003] Bekannt sind Vakuumerzeuger mit einstufigen Ejektoren, bei denen es üblich ist, einen als Schalldämpfer ausgebildeten Luftauslass zu dem Zwecke zu verschließen, um das Vakuum möglichst schnell abzubauen, so dass die von einem beispielsweise angeschlossenen Greifer gehaltenen Werkstücke schnell freigegeben werden können. Nachteilig bei einstufigen Ejektoren ist ihr hoher Energiebedarf, da aufgrund des schlechten Wirkungsgrades bei der Unterdruckerzeugung ein besonders hoher Bedarf an Druckluft besteht, um ein Werkstück sicher halten zu können. Zu dem muss bei einstufigen Ejektoren die Druckluft angelegt bleiben, um das Vakuum zu brechen, wodurch ein beträchtlicher zusätzlicher Luftbedarf erforderlich ist.

[0004] Beispielsweise aus der DE 600 23 654 T2 ist ein Vakuumerzeuger der eingangs genannten Art genannt, bei welchem der Ejektor mehrstufig ausgebildet ist. Mehrstufig bedeutet, dass zwei, vorzugsweise aber drei oder mehr Düsen hintereinander mit der Druckluft überströmt werden, so dass sich ein bestimmtes Unterdruckniveau unter einem geringeren Verbrauch an Druckluft einstellen lässt.

[0005] Allerdings ist es bei derartigen mehrstufigen Ejektoren nicht hinreichend, den Luftauslass zur Belüftung zur Freigabe eines Werkstückes zu verschließen, da die Rückbelüftung wegen der engeren Querschnitte für eine schnelle Aufhebung der Haltekräfte nicht geeignet ist. In der Regel wird daher bei den bekannten mehrstufigen Ejektoren Druckluft über einen Bypass direkt in die Vakuumkammer geleitet, um die Freigabe schnellstmöglich bewirken zu können. Es hat sich aber gezeigt, dass durch den freien Luftauslass einerseits und die zusätzlich erzwungene Belüftung der Vakuumkammer eine erhebliche Menge an Druckluft benötigt wird, so dass der Wirkungsgradvorteil mehrstufiger Ejektoren insbesondere bei kurzen Taktzeiten und damit verbundenen häufigen Abblasevorgängen teilweise wieder zunichte gemacht wird.

[0006] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Vakuumerzeuger zu schaffen, der basierend auf mehrstufigen Ejektor eine schnelle Aufhebung des Vakuums bei niedrigem Luftbedarf ermöglicht.

[0007] Erfindungsgemäß wir die Aufgabe dadurch gelöst, dass in dem Luftauslass ein Abschaltventil vorgesehen ist, mittels dessen der Luftauslass luftdicht verschließbar ist, wobei der Raum, in welchem der Unterdruck erzeugbar ist, eine Belüftungsöffnung aufweist, die durch ein Belüftungsventil verschlossen ist, mittels dessen im Zusammenspiel mit dem Abschaltventil ein Belüftungskanal zum Belüften des Raumes mit dem Unterdruck geöffnet werden kann.

[0008] Die Belüftung des Raumes, in welchem der Unterdruck erzeugt werden kann, erfolgt entweder durch einen in die Umgebung mündenden Belüftungskanal und/oder eine Verbindung des Belüftungskanals mit einem unter Druckluft stehenden Raum, beispielsweise dem Kanal, welcher zum Einleiten eines Druckluftimpulses zum Auslösen des Abschaltventils dienen kann. Die Drucklufterzeugung selbst wird vorzugsweise beim Einleiten eines Druckluftimpulses über ein0en anderen Anschluss abgeschaltet, da sie für das Brechen des Vakuums nicht erforderlich ist, um den Druckluftbedarf zu senken.

[0009] Vorzugsweise ist das Belüftungsventil als Differenzdruckventil ausgebildet. Dies bedeutet im vorliegenden Fall, dass unter dem Unterdruck das Belüftungsventil verschlossen bleibt, weil an einem beweglichen Dichtelement auf der anderen Seite der über eine Verbindung wirkende Umgebungsdruck anliegt. Die Freigabe erfolgt dann schlicht durch den Druckanstieg im zuvor evakuierten, beispielsweise nach Auslösen des Abschaltventils.

[0010] Im einfachsten Fall ist die Belüftungseinrichtung dann so beschaffen, dass das als Differenzdruckventil ausgeführte Belüftungsventil zwischen dem Belüftungskanal zu dem Raum um die Düsen und einem Verbindungskanal in die Umgebung angeordnet ist, wobei der Querschnitt des Verbindungskanals vorzugsweise größer ist als der Querschnitt des Belüftungskanals. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Ausbildung der Querschnittsverhältnisse ein sicheres Belüften der Vakuumkammer erreichen lässt, wenn eine schnelle Freigabe des Werkstückes gewünscht ist, insbesondere wenn durch das Öffnen des Belüftungsventils Druckluft durch den Belüftungskanal in den zuvor evakuierten Bereich strömen kann.

[0011] Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Durchmesser des Belüftungskanals von 2 mm und ein Durchmesser des Verbindungskanals von 1,5 mm vorgesehen.

[0012] Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform bei welcher das Belüftungsventil ein bewegliches Element, vorzugsweise eine Kugel aufweist, das in einer Ventilkammer frei zwischen einer den Belüftungskanal verschließenden Stellung und einer den Verbindungskanal verschließenden Stellung beweglich ist, wobei in einer Zwischenposition der Kugel eine Verbindung zwischen dem Verbindungskanal und dem Belüftungskanal freigegeben ist. Der Vorteil der zweiten Abdichtung besteht darin, dass nach dem Belüften der Vakuumkammer ein unnötiger Austritt von Druckluft durch den Verbindungskanal durch Verschließen desselben vermieden wird. Auch dies kommt einer Minderung des Druckluftverbrauchs entgegen.

[0013] Wie bereits angesprochen, kann in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zusätzlich vorgesehen sein, dass die Ventilkammer mit einem Druckluftkanal in Verbindung steht, durch welchen ein Druckluftimpuls zum Auslösen des Abschaltventils einleitbar ist. Auf diese Weise kann der zum Abschalten genutzte Druckluftimpuls zusätzlich zum Belüften der Vakuumkammer genutzt werden, so dass sich die Reaktionszeit beim Belüften der Vakuumkammer weiter vermindert. Der Verschluss des Verbindungskanals ist hierbei besonders vorteilhaft, da der Druckluftimpuls dann maximal für die Belüftung genutzt werden kann.

[0014] Das Abschaltventil selbst ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass es gegen die Wirkung einer Rückstellfeder aus einer den Luftauslass freigebenden in eine den Luftauslass abdichtende Stellung beweglich ist. Sobald der Druckluftimpuls für die Abschaltung des Vakuum, beispielsweise zur Freigabe eines gehaltenen Werkstückes aus unterbrochen wird, wird entsprechend der Luftauslass wieder freigegeben und in dem Raum um den mehrstufigen Ejektor wird wiederum ein Unterdruck erzeugt.

[0015] Wie auch beim Stand der Technik üblich kann ein Schalldämpfer vorgesehen sein, durch welchen die Luft aus dem Vakuumerzeuger in die Umgebung abblasbar ist, um das Umgebungsgeräusch zu vermindern.

[0016] Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eingegangen. Es zeigen:

Fig. 1

eine Ansicht eines Vakuumerzeugers im verlegten Zustand;

Fig. 2

einen Schnitt des montierten Vakuumerzeugers nach Fig. 1.

[0017] Fig. 1 zeigt die Einzelteile eines Vakuumerzeugers 10, dessen Funktion nachfolgend anhand von Fig. 2, die den Vakuumerzeuger 10 im Querschnitt zeigt, näher erläutert wird. Der Vakuumerzeuger 10 besteht aus einem Gehäuse 12, in das verschiedene Bohrungen eingelassen sind. In einer ersten Bohrung 14 (siehe Fig. 2) ist ein Düsenkörper 16 eingesetzt, der innenseitig mehrere in Reihe angeordnete Düsen aufweist, über die nachdem Ejektorprinzip über kommunizierende Öffnungen 18 in dem Düsenkörper 16 ein Unterdruck in einer Vakuumkammer 20 zwischen dem Düsenkörper 16 und der Wandung der Bohrung 14 erzeugbar ist. Die hierzu notwendige Druckluft, die in den Düsen zu einem Luftstrom hoher Geschwindigkeit beschleunigt wird, wird über einen Druckluftanschluss 22 bereitgestellt, der über einen Adapter 24 und einen Dichtring 26 an dem Gehäuse 10 im Bereich der Öffnung der Bohrung 14 angeflanscht ist.

[0018] Wie aus Fig. 2 gut zu erkennen ist, ist die Bohrung 14 von dem Druckluftanschluss 22 aus gesehen leicht konisch ausgeführt, wobei an dieser Stelle zu erwähnen ist, dass Vakuumerzeuger nach dem Ejektorprinzip, die mehrstufig mit mehreren Düsen in Reihe ausgebildet sind, aus dem Stand der Technik bereits bekannt sind.

[0019] Die für die Erzeugung des Vakuums in der Vakuumkammer 14 benötigte Druckluft strömt dann über einen Luftauslass 28, an welchen zweckmäßigerweise ein Schalldämpfer angeschlossen ist, in die Umgebung aus. Das in der Vakuumkammer entstehende Vakuum 14 kann über eine mit ihr in Verbindung stehende Querbohrung 30 genutzt werden, die beispielsweise mit einem oder mehreren Sauggreifern in Verbindung steht, die für das Handling von Blechteilen gedacht sind.

[0020] Im Bereich des Luftauslasses 28 ist ein Abschaltventil 32 vorgesehen, das in einer Ventilbohrung 34 angeordnet ist, die den Luftauslass 28 kreuzt, wobei die Ventilbohrung 34 als Blindbohrung ausgeführt ist. In der Ventilbohrung 34 sitzt ein Ventilschieber 36, während die für die Montage des Vakuumerzeugers 10 notwendige Öffnung 38 (siehe Fig. 2) mittels eines Blindstopfens und einem Dichtring 42 dicht verschlossen ist. Zwischen dem Ventilschieber 36 und dem Bohrungsgrund 44 der Ventilbohrung 34 und dem Bohrungsgrund 44 ist eine Rückholfeder 46 angeordnet, die den Ventilschieber 36 im Normalfall in einer Stellung hält, in welcher der Luftauslass 28 geöffnet ist. Der Ventilschieber 36 ist über ein Distanzstück 48 an dem Blindstopfen 40 abgestützt, wobei um das Distanzstück 48 eine Luftkammer 50 verbleibt. Diese Luftkammer 50 steht über einen Luftkanal 52 mit einem zweiten Druckluftanschluss 54 in Verbindung, über welchen ein sogenannter Abblasimpuls zugeführt werden kann, auf dessen Bedeutung später noch näher eingegangen wird.

[0021] In dem Druckluftkanal 52 ist eine Belüftungsbohrung 54 vorgesehen, in welcher ein Verschluss 56 eingeschraubt ist. Der Verschluss 56 weist mittig eine Verbindungsbohrung 58 auf, die in die Umgebung mündet. Der Verschlussstopfen 56 ist an einem Ende mit einer Ventilkammer 62 ausgebildet, in welcher eine Dichtkugel 64 frei beweglich ist. Die Dichtkugel 64 ist in der Ventilkammer 62 frei zwischen einem ersten Ventilsitz gemäß der Stellung in Fig. 2, in welchem sie einen Belüftungskanal 66 zur Vakuumkammer 20 hin abdichtet, und einem zweiten Ventilsitz beweglich, in welcher sie den Verbindungskanal 58 abdichtet. Die Dichtwirkung der Dichtkugel 64, die im Zusammenwirken mit den beiden Ventilsitzen ein Belüftungsventil bildet, arbeitet nach dem Differenzdruckprinzip, d. h. solange in der Ventilkammer 62 ein höherer Druck wirkt als in der Vakuumkammer 20, wird letztere durch die Dichtkugel 64 verschlossen. Es hat sich ferner gezeigt, dass der Durchmesser des Entlüftungskanals 58 zum Erreichen einer besonders guten Funktion des Belüftungsventils vorzugsweise größer ist als der Durchmesser des Belüftungskanals 66, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser des Entlüftungskanals 58 2 mm, während der Belüftungskanal 66 mit einem Durchmesser von 1,5 mm ausgeführt ist. Dabei ist es ausreichend, dass der über den Verbindungskanal 58 anliegende Umgebungsdruck auf die Kugel 64 wirkt.

[0022] Zur Vakuumerzeugung mit Hilfe des Vakuumerzeugers 10 wird an dem ersten Luftanschluss 22 eine Druckluft von beispielsweise +6 bar (P) angelegt. Diese durchströmt den Ventilkörper 16 und erzeugt dabei nach dem bekannten Ejektorprinzip einen Unterdruck in der Vakuumkammer 20, mit Hilfe derer auch der mit der Vakuumkammer 20 in Verbindung stehende Raum 30, der beispielsweise entfernt von dem Vakuumerzeuger 10 durch einen an einer Werkstückoberfläche anliegenden Greifer verschlossen ist. Ein typischer Unterdruck, wie er beispielsweise für das Handling von Blechen im Automobilbau eingesetzt wird, liegt bei -0,85 bar (V). Die mehrstufige Konstruktion eines Vakuumerzeugers spart gegenüber einstufigen Ejektoren dabei erfahrungsgemäß bis zu 50% an Druckluftbedarf während das Vakuum aufrechterhalten wird.

[0023] Soll der evakuierte Raum 30 nun beispielsweise zur Freigabe eines Werkstückes belüftet werden, kann über den zweiten Druckluftanschluss 54 ein Druckluftimpuls eingeleitet werden. Dieser gelangt durch den Druckluftkanal 52 in die Luftkammer 50 und bewegt dadurch den Ventilschieber 36 gegen die Rückstellkraft der Rückstellfeder 46 in eine den Luftkanal 28 verschließende Stellung. Die an dem ersten Druckluftanschluss 22 zugeführte Druckluft kann nun den Düsenkörper 16 nicht mehr durchströmen, sondern gelangt durch die Ejektoröffnungen 18 in die Vakuumkammer 20 und den evakuierten Raum 30 und belüftet diesen. Es ist anzumerken, dass die über den Druckluftanschluss 22 zugeführte Druckluft zum Brechen des Vakuums gar nicht unbedingt benötigt wird und daher zur Vermeidung eines unerwünschten Verlustes an Druckluft vorzugsweise abgeschaltet bzw. unterbrochen wird, wenn der Druckluftimpuls durch den Druckluftkanal 52 eingeleitet wird. Da bei mehrstufigen Ejektoren die Querschnitte aber recht klein sind, wird zur zusätzlichen Belüftung der Vakuumkammer 20 noch der Belüftungskanal 66 eingesetzt. Bedingt durch den Druckanstieg in der Vakuumkammer 20, der bald den Umgebungsdruck übersteigt, hebt sich die Dichtkugel 64 aus ihrem dem Belüftungskanal verschließenden Sitz, so dass die über den Druckluftkanal 52 zugeführte Druckluft auch auf diesem Wege in die Vakuumkammer 20 gelangen und zur Evakuierung des evakuierten Raumes 30 beitragen kann. Bedingt dadurch, dass sich die Dichtkugel 64 an den zweiten Sitz anlegt, in welchem der Entlüftungskanal 58 verschlossen wird, können auch keine unnötigen Verluste an Druckluft auftreten, die den Druckluftbedarf des Vakuumerzeugers 10 insgesamt vergrößern könnten.

[0024] Durch das zusätzliche Belüftungsventil wird der Energiebedarf des Vakuumerzeugers 10 bei schnellerer Belüftung des evakuierten Raumes 30 gegenüber einem herkömmlichen mehrstufigen Vakuumerzeuger im Betrieb nochmals um ungefähr 20% reduziert. Sobald der Abblasvorgang abgeschlossen ist, kann entweder die Druckluftzufuhr 22 zu dem Vakuumerzeuger 10 dauerhaft abgeschaltet werden oder der an dem zweiten Druckluftanschluss 54 zugeleitete Druckluftimpuls wird unterbrochen, so dass der Ventilschieber 36 durch die Rückholfeder 46 in seine in Fig. 2 gezeigte Stellung zurück bewegt wird, und sich durch die nunmehr wieder frei durch den Luftauslass 28 strömende Druckluft erneut schnell ein Vakuum in der Vakuumkammer 20 und dem Raum 30 aufbauen kann. Die Dichtkugel 64 wird dabei wieder gegen ihren den Belüftungskanal 66 verschließenden Sitz gesaugt.

Ansprüche

1. Vakuumerzeuger nach dem Ejektorprinzip, der einen mehrstufigen Ejektor mit mehreren in Reihe angeordneten Düsen aufweist, durch die ein über einen Druckluftanschluss (22) zuführbarer Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit zu einem Luftauslass (28) geleitet wird, so dass in einem kommunizierenden, die Düsen umgebenden Raum (20) ein Unterdruck erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Luftauslass (28) ein Abschaltventil (32) vorgesehen ist, mittels dessen der Luftauslass (28) luftdicht verschließbar ist, wobei der Raum (20, 30), in welchem der Unterdruck erzeugbar ist, eine Belüftungsöffnung (66) aufweist, die durch ein Belüftungsventil verschlossen ist, mittels dessen im Zusammenspiel mit dem Abschaltventil (32) ein Belüftungskanal (66) zum Belüften des Raumes (20, 30), in welchem der Unterdruck erzeugbar ist, öffenbar ist.

2. Vakuumerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Belüftungsventil als Differenzdruckventil ausgebildet ist.

3. Vakuumerzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Belüftungskanal mit einem unter Druckluft stehenden Raum verbindbar ist.

4. Vakuumerzeuger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Belüftungsventil zwischen dem Belüftungskanal (66) und einem Verbindungskanal (58) in die Umgebung angeordnet ist.

5. Vakuumerzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Verbindungskanals (58) größer als der Querschnitt des Belüftungskanals (66) ist.

6. Vakuumerzeuger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal einen Durchmesser von ungefähr 2 mm und der Belüftungskanal (66) einen Durchmesser von ungefähr 1,5 mm aufweist.

7. Vakuumerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Belüftungsventil ein bewegliches Element aufweist, das in einer Ventilkammer (62) frei zwischen einer den Belüftungskanal (66) verschließenden Stellung und einer den Verbindungskanal (58) verschließenden Stellung beweglich ist.

8. Vakuumerzeuger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkammer (62) mit einem Druckluftkanal (52) in Verbindung steht, durch welchen ein Druckluftimpuls zum Auslösen des Abschaltventils (32) einleitbar ist.

9. Vakuumerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschaltventil (32) gegen die Wirkung einer Rückstellfeder (46) aus einer den Luftauslass (28) freigebenden in eine den Luftauslass abdichtende Stellung beweglich ist.

10. Vakuumerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Schalldämpfer aufweist, über welchen die den Luftauslass durchströmende Abluft geführt ist.

Zeichnung