Kleinteilehandling automatisieren

Handhabungstechnik senkt Kosten

Punktgenaue Handhabung von Werkstücken ist in der Massen- und Großserienfertigung zum unerlässlichen Standard geworden. Sie muss schnell und positionstreu erfolgen. Jedwedes Nachjustieren kostet Zeit, die man dafür heute nicht mehr gewähren will. Genauigkeit ist ein recht allgemeiner Begriff und bezeichnet irgendeine Qualität. Beim Handhaben von Stückgut geht es diesbezüglich um Winkel und Positionen (die Pose) eines Werkstücks, die möglichst wenig von geplanten Sollzuständen abweichen dürfen. Gelegentlich finden sich auch Möglichkeiten zur Selbstkorrektur von Positionsfehlern, beispielsweise mit Hilfe von zentrierend wirkenden mechanischen Komponenten. Einige Handhabungseinrichtungen sollen etwas näher betrachtet werden.

Bild 1: Werkstückbereitstellung zum Bohren (nach phd). 1 Taktanlage, 2 Werkstückaufnahme, 3 Schwenkeinheit, 4 Lineareinheit, 5 Hub- und Drehmodul, 6 Parallelbackengreifer.

Die Bohrstation
Das Bild 1 deutet eine solche Station im Schema an, bei der Drehteile mit Bund von einem Taktförderer herangebracht, aus einem Prisma entnommen und unter eine oder mehrere Bohrspindeln gebracht werden. Der Parallelbackengreifer fungiert hier während der Bearbeitung gleichzeitig als Spannmittel. Der Greifer muss vor Spänen, gegebenenfalls auch vor Bohremulsion, geschützt sein und die Bearbeitungskräfte sicher aufnehmen. Danach wird das Drehteil wieder in das Transportprisma zurückgelegt. Die Positionierung in der Bearbeitungsphase ist eigentlich unzureichend. Das Objekt sollte eine weitere Fixierung bezüglich der Werkstückachse bekommen, entweder in der Bohrung (Positionierdorn) oder von außen mit einem Winkelgreifer, der mit einem zentrierenden Prismabackenpaar ausgestattet ist. Die Bohrspindel fährt die vier Positionen an. Auch ein Vierspindel-Bohrkopf ließe sich einsetzen.

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Die Montagestation
Das nächste Beispiel zeigt das automatische Aufstecken von Schreibgerätekappen an einem Montageautomaten. Die Kappen werden im Vibrationswendelförderer geordnet und dann an das Schachtmagazin übergeben. Man sieht in Bild 2 dass die Kappen zunächst in den hülsenartigen Endeffektor einfallen und dort während der Bewegung zusätzlich mit Saugluft gehalten werden. Es folgt der Montagehub horizontal, wobei der Greifer zwangsweise an einer Kurvenführung läuft und dabei das Teil um 90 Grad schwenkt. Einführschrägen an den Fügeteilen ermöglichen eine Selbstausrichtung, so dass kleine Achsenabweichungen kompensiert werden. Die Leistungsfähigkeit des Systems wird hauptsächlich durch die Fallzeit des Fügeteils in den Greifer begrenzt.

Die Zuführstation
Der Aufbau einer Zubringevorrichtung hängt stark vom Werkstück und von der zu erwarteten Leistung ab. Zubringen und Zuführen sind synonyme Begriffe. Sie beinhalten die Gesamtheit der ortsverändernden Handhabungsvorgänge beim automatischen Zuführen von Arbeitsgut. Man zählt übrigens auch das Abführen mit dazu. In Bild 3 geht es um die Zuführung von Blechdeckeln. Ein gestellfestes Magazin enthält die Werkstücke. Der Zuteilschieber läuft längs an einer Linearführung. Eine gewisse Einstellbarkeit der Startposition ist über eine Gewindestange möglich. Auch gefederte Anschläge für die beiden Endpositionen würden sich gut als Hubbegrenzung eignen. Die Einstellung von Positionen wird besonders dann nötig, wenn Deckel mit verschiedenen Durchmessern zugeführt werden sollen. Die Magazinelemente müssen dann ebenfalls einstellbar sein. Das Nachfüllen des Magazins lässt sich auch automatisieren. Die Verkettung zur Deckelpresse kann mit einem Magnetförderband (Deckel stehend) und einem bogenförmigen Einlauf ins Magazin erfolgen.

Die Beschickungsstation
Am Beginn einer Arbeitslinie, die aus mehreren verketteten Maschinen besteht, braucht man meistens eine automatische Zuführeinheit, die das zu bearbeitende Werkobjekt oder ein Montagebasisteil zeitgerecht in die erste Station bringt. Zur Erklärung kann das Bild 4 dienen. Eine Spanplatte wird im Takt des Arbeitssystems bereitgestellt. Bei der gezeigten Lösung muss der Stapel in der Höhe nachgefahren werden. Man kann die Stapelhöhe beispielweise optoelektronisch abtasten und danach den Vertikalhub bis zum nächsten Signal auslösen. Es geht aber auch, wenn man mit einem Seil- oder Bandzug-Wegmesssystem die Stapelhöhe erfasst. Der Hub erfolgt dann um etwa eine Werkstückdicke.

Die Stanzstation
Werkstückhandhabung trägt bekanntlich nicht zur Wertschöpfung bei. Vieles Handhaben macht ein Werkstück nicht wertvoller. Handhabung ist ein oft unvermeidbarer, bisweilen auch teurer Hilfsprozess, der besonders dann willkommen ist, wenn er weitgehend entfallen kann. In Bild 5 wird gezeigt, wie an einer Montagelinie (sie führt in die Tiefe des Bildes) kleine Blechbiegeteile hergestellt werden. Das geschieht mit einer leistungsmäßig passenden pneumatischen Kleinpresse in einem Folgeschnitt- und Biegewerkzeug. Das Blechband kommt von einer Haspel und wird von einer Vorschubeinrichtung getaktet. Noch bevor das Teil aus dem Stanzstreifen ausgeschnitten wird, kommt der Endeffektor (Greifer), fasst das freigeschnittene Teil an und verbaut es unmittelbar nach dem Trennvorgang aus dem Stanzstreifen. Das Ordnen und Zuführen aus einem Haufwerk (einer Kiste) kann auf diese Weise völlig umgangen werden. Das Restgitter wird in Stücke getrennt und fällt in den Abfallbehälter.  

Dr.-Ing. habil. Stefan Hesse


Literatur
Hesse, S.: Grundlagen der Handhabungstechnik, 3. Aufl. Carl Hanser Verlag, München 2013
Hesse, S.; Krahn, H.; Eh, D.: Betriebsmittel Vorrichtung, 2. Aufl. Carl Hanser Verlag, München 2012
Hesse, S.: Greifertechnik - Effektoren für Roboter und Automaten. Carl Hanser Verlag, München 2011

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