Benimmregeln für Werkstücke

Mit dem Begriff „Werkstückverhalten“ bezeichnet man alle zeitlich aufeinanderfolgende Zustände während der Zuführung eines oder mehrerer Werkstücke in eine Montage-, Prüf-, Test-, Arbeits- oder Verpackungsmaschine. Das Interesse ist nicht neu, wie die Literaturangaben zeigen. Man unterscheidet zwischen Ruhe- und Bewegungsverhalten. Zum Ruheverhalten gehören zum Beispiel Standsicherheit, Stapelfähigkeit, Unordnungsgrad, Kippverhalten.

Das Verhalten wird durch äußere Kräfte hervorgerufen und ist durch die Teileform und andere Merkmale geprägt. Allerdings können sich diese verändern, weil die Werkstücke arbeitsgangbedingten Änderungen unterliegen und dann möglicherweise mit einer anderen Form auch ein anderes Verhalten zeigen. Nun gibt es außerdem bezüglich des Handhabens einen deutlichen Widerspruch:

Werkstücke soll man im Prozess möglichst lange führen und sich nicht selbst überlassen. Andererseits bieten gerade freie Bewegungen von Einzelstücken oft prozesstaugliche Vorteile, besonders beim selbsttätigen Ordnen.

Oft genügen schon kleine Veränderungen, um zu einem gewünschten Werkstückverhalten zu kommen. Selbsttätiges Ordnen ist dann mit weniger Aufwand realisierbar. Mitunter helfen auch Versuche weiter, ehe man sich für eine Handhabungsvariante entscheidet. Jedenfalls soll man besonders bei Massenteilen (Massenprozessen) analytisch daran denken.

Selbstpositionierung und Selbstorientierung

Geometrische Hilfsflächen können das Montieren eines Bauteils durch Selbstpositionierung unterstützen. In Bild 1 sieht man, wie ein Bauteil in ein Montagebasisteil eingebracht wird. Die exakte Auflage auf der Funktionsfläche ist das erstrebte Ziel. Unterstützung bieten hier die schrägen Einweiserflächen am Basisteil. Allerdings muss der Greifer, der das Objekt im Griffpunkt anfasst, über ein nachgiebiges Handgelenk (beispielsweise Federelemente in mehreren Achsen) verfügen. Nur dann wird das Fügeteil in die Endposition gezwungen und „satt“ aufliegen.

Werkstücke unterscheiden sich meist deutlich im Bewegungsverhalten (Rollen, Gleiten, Richtungsstabilität, Stoßempfindlichkeit, Schüttfähigkeit…) voneinander. Leicht kegelförmige Blechringe rollen beispielsweise im Kreis und nicht gerade, wie eine exakte Zylinderwalze. Das lässt sich für das Ordnen nutzen, wie man in Bild 2 sieht. Der abrollende Ring legt sich stets mit dem kleinen Durchmesser an die Rinnenaußenseite an. Damit wird ankommendes Arbeitsgut von selbst in die Kanäle A und B orientierungsgenau gelenkt. Die Ringe sind dann je Sorte geordnet.

In Bild 3 wird eine Lösung gezeigt, mit der ebenfalls Kegelteile in einem Schwingsystem im Durchlauf geordnet werden können. Die Teile laufen auf der Wendel eines Vibrationswendelförderers. An einem einfachen Kippkanteneinsatz stürzen Teile ab, wenn sie auf der kleinen Stirnfläche aufliegen. Liegen sie dagegen mit dem großen Durchmesser auf, dann können sie die Stelle, man bezeichnet das als Schikane, ohne Absturz passieren und befinden sich in „Richtiglage“, wie sie für den nächsten Arbeitsgang gebraucht werden. Damit das funktioniert, muss der Abstand b, abhängig von den Teiledurchmessern und dem Winkel der Kippkante, festgelegt werden. Das lässt sich mit den Diagrammen (nach Boothroyd) ermitteln.

Gleiten und Hängen

Die Hängefähigkeit von Werkstücken ist eine wertvolle Eigenschaft beim selbsttätigen Zuführen. Alle pilzartigen Teile sind hängefähig, aber auch Teile mit Greiföffnungen sind es und solche mit einer gabelförmigen Gestalt. Einige Beispiele kann man in Bild 4 sehen. Das Gleiten auf schrägen Schienen ist technisch leicht realisierbar und die Teile nehmen dabei einen stabilen Zustand ein.

Es gibt natürlich große Verhaltensunterschiede, wenn man Werkstücke einzeln oder im Verband laufen lässt. Bei einer Linienanordnung können beispielsweise geradverzahnte Stirnräder nicht mehr in einer Rinne abrollen, weil sie sich gegenseitig an den Zähnen verhaken. Bei schrägverzahnten Stirnrädern tritt dieser Effekt nicht mehr auf. Lässt man Schrauben in einer Rinne mit Abdeckblech gleiten, dann können kleine geometrische Details dazu führen, dass sie sich gegen die Deckschiene verklemmen. Der Nachlauf ist gestört. Das Bild 5 zeigt das bei Schrauben mit angepresster Scheibe. Wird das Aufsteigen durch Geometrieveränderungen an der Schraube verhindert, dann ist auch das Gleiten im Verband störungsfrei möglich.

Was beeinflusst das Werkstückverhalten?

An erster Stelle ist der Verhaltenstyp zu nennen. Man unterscheidet (nach Frank) 12 Typen (Bild 6). Jeder Typ weist eigene Merkmale und spezifische Eigenheiten auf, die das Verhalten prägen. Das hat natürlich auch Auswirkungen auf die Auswahl von Handhabungsgeräten. Sie sollen möglichst gut zum jeweiligen Verhaltenstyp passen. Weiterhin sind physikalische Eigenschaften, kennzeichnende Formelemente (Bohrung, Nut, Fase…) und die Größe des Objekts von Bedeutung. Mikroteile verhalten sich überdies deutlich anders als solche aus der Makrowelt und verschmutzte Teile wiederum anders als Teile mit sauberer Oberfläche. he