Handhabungstechnik

Wie greif´ ich das?

Im Gegensatz zum Menschen, der mit geschickten Händen über ausgesprochene Universalwerkzeuge verfügt, benötigt man in der Automatisierungstechnik besondere Greifzeuge. Der Einsatz immer besserer Handhabungstechnik erweitert sich seit Jahren stürmisch.

Bild 3: Greifer für textile Gebilde. 1 Rotorbürste, 2 Lagenstapel, 3 Gegenhalter, 4 Tischfläche, 5 Anschlagfläche.

Dazu gehören auch die Komponenten eines Industrieroboters, die den Kontakt zum Arbeitsgegenstand herstellen. Es sind die Endeffektoren, Greiferwechselsysteme und eine Greifer- oder Fingersensorik. Greifeinheiten berühren die Arbeitsgegenstände und müssen auf die unterschiedlichsten Formen, Abmessungen und Objekteigenschaften abgestimmt sein. Nach dem physikalischen Prinzip ergibt sich folgende grobe Ordnung:

  • Fingergreifeinheiten
  • Zangengreifeinheiten
  • Saugergreifeinheiten
  • Magnetgreifeinheiten
  • Sondergreifer

Technisches Greifen hat viele interessante Facetten. Es muss den Anforderungen, die von der Handhabungsaufgabe gestellt werden, genügen. Das sind die Bereiche Arbeitsraum, Bewegungsgenauigkeit und Arbeitsgeschwindigkeit. Einige Beispiele sollen das illustrieren.

Bild 1: Greifen in beengter Umgebung. a) Greifer geöffnet und in Greifposition, b) Werkstück gegriffen, 1 Bandführungskante. 2 Greiferfinger, 3 Stahlband, 4 Blattfeder, 5 bewegliche Greifbacke, 6 Werkstück, 7 feste Greifbacke, 8 Fingerhalterung, 9 Armanschluss, 10 Hubleiste.

Wenn es eng wird
Zangengreifer benötigen einen mehr oder weniger großen Freiraum für die Bewegungen der Finger. Ist der Einsatzort ein enger Kanal, dann muss die Greifermechanik etwas anders aufgebaut sein. Das Bild 1 zeigt einen Winkelgreifer, dessen oberer Finger ein bewegliches Fingerglied aufweist. Dieses wird aber nicht gesteuert, sondern beugt sich zwangsweise beim Schließen des Greiferfingers. Diese Bewegung wird durch ein Stahlband erzeugt, das vom Greifergehäuse bis zum Fingerglied führt. Durch die Geometrie der Mechanik kommt der scheinbare Zugeffekt zustande. Wenn der Zugang zum Werkstück auch seitlich möglich wäre, dann kann man natürlich auch die Stirnflächen als Griffflächen benutzen. Ebenso kann man einen Sauger oder eine der Wölbung angepasste Saugplatte einsetzen, die das Objekt auf der Mantelfläche anpackt. Bei heißen Werkstücken bis 200 Grad Celsius könnte man Sauger aus Silikonkautschuk verwenden.

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Greiferwechsel sparen
Der Greiferwechsel ist eine Möglichkeit, um etwas Flexibilität beim Greifen zu bekommen. Der Wechselgreifer ist dann mit anders gestalteten Greiforganen versehen. Diese Greifer werden in einem Greifermagazin (-bahnhof) in der Peripherie bereit gehalten. Der Greiferwechsel kann in wenigen Sekunden automatisch erledigt werden. Trotzdem ist es eine Nebenhandlung, die Zykluszeit verbraucht. Um verschiedene Teile ohne Greiferwechsel anpacken zu können, kann man auch Kombinationsgreifer entwerfen. Beim Greifer nach Bild 2 sind Sauger für die Aufnahme von Flachteilen vorhanden, aber auch Klemmbacken für das Greifen von Rundteilen. Das Flachteil könnte ein Bauteil oder eine Stapelzwischenlage (Sperrholzplatte, Pappe) sein. Eine andere Kombinationsvariante ist Saugluft und Elektromagnet für das Greifen dünner Eisenbleche. Zuerst wird mit dem Sauger das Blech angehoben, ein zweites Teil haftet nicht an, und dann wird der Magnet zugeschaltet. Die Haltekraft vervielfacht sich somit. Das erlaubt dann schnelle Bewegungen des Roboters. Auch die Handhabung von Eisenblechen und Aluminiumtafeln im ständigen Wechsel wäre mit einem einzigen Greifer möglich. Solche Greifer hält der Markt bereit.

Bild 4: Aufwälzgreifer für Folien und Tragebeutel aus Folie. 1 Gehäuse, 2 Anfahrbewegung, 3 Greifrolle, 4 Gummischicht, 5 Folienstapel, 6 Motor.

Aufwälzgreifen
Die Bezeichnung basiert auf dem Verhalten der Greiforgane, dünne Folien oder Textilien durch Berührung „anzubaggern“ und dann beispielsweise durch Kneifen zu halten (Bild 3). Aktive Elemente sind Rotorbürsten und Reibbänder. Der Arm mit der Rotorbürste fährt auf das Objekt zu, setzt auf und wälzt das Material gegen die Halteleiste. Das jetzt gefaltete Material wird vom Stapel abgehoben. Das Durchwölben zur Falte ist wichtig, damit man nur die oberste Lage, beispielsweise ein textiles Gebilde, entnimmt. Eine anhaftende zweite Lage soll dabei abfallen und zurückbleiben.

Der Greifer in Bild 4 macht es physikalisch auf ähnliche Weise. Zwei gummierte Reibwalzen setzen auf das Arbeitsgut auf. Sie laufen gegensinnig. Greifobjekt ist eine Folie, die dabei mittig gefaltet wird. Nach dem Abheben vom Stapel werden die Rollen zurückgedreht und geben das Objekt am Zielpunkt wieder frei. Die Kneif-Klemm-Technik verlangt ein ausreichend flexibles dünnes Greifobjekt.

Bild 5: Luftstrahl-Doppelgreifer. 1 Anschluss, 2 Druckluftkanal, 3 Fügeteil, 4 Düsenbohrung.

Halten mit Luftstrahl
Etwas ungewöhnlich sind sie schon und selten in Anwendung, die Luftstrahlgreifer. Leichte Kleinteile mit Bohrung lassen sich damit auch ohne harte Klemmbacken aufnehmen. Beim Greifer nach Bild 5 wird der Strahldruck aus einer Druckluftdüse ausgenutzt, um in der Peripherie aufgenommene Teile auf dem Greifdorn zu halten. Die Teile werden nicht mechanisch geklemmt. Die Haltekraft hängt vor allem vom Abstrahlwinkel der Düsenbohrungen, von der sekundlichen Durchflussmenge und von der Strömungsgeschwindigkeit ab. Wird die Druckluft abgeschaltet, gibt der Greifer die Fügeteile frei. Beim dargestellten Doppelgreifer ist der Dornabstand auf das Montagebasisteil abgestimmt. Im Greifer entsteht im Beispiel sozusagen eine bereits vorgefügte Baugruppe, bestehend aus Scheibe und Mutter. Der Greifer hat kein einziges mechanisch bewegtes Bauteil. Das Greifprinzip lässt sich auch für das Greifen von runden oder eckigen Scheiben ohne Mittelbohrung abwandeln. Die Düsen sind dann ringförmig um das Greifobjekt angeordnet.

Stefan Hesse

Literatur
Hesse, S.: Greifertechnik – Effektoren für Roboter und Automaten. Carl Hanser Verlag München 2011

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