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Werkobjekte sicher erfassenZugriff auf Befehl

Ohne Greifer sind so manche Automaten, Manipulatoren oder Roboter nichts anderes als zahnlose Tiger. Technische Hände, so genannte Endeffektoren, sind als Greifer für maschinelles Handhaben unverzichtbar. Sie sollen die menschlichen Griffe ersetzen können, wenigstens teilweise. Die Flexibilität von Handhabungseinrichtungen wird nun wesentlich durch das Vermögen der Greifsysteme bestimmt. In Sachen "Flexibilität" stellen sie aber einen Engpass dar; bis heute. So bleibt es in vielen Fällen beim spezialisierten Greifer, von denen es mittlerweile sehr viele gibt. Eine gewisse Universalität kann dann nur durch einen automatisierten Greiferwechsel erreicht werden.

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Greifer für eine Selbstbedienung

Werkobjekte sicher erfassen: Zugriff auf Befehl

Mit automatischen "Handhabungswerkzeugen" bezeichnet man gelegentlich jene Greifer, die wie ein Werkzeug an CNC-Maschinen eingesetzt werden. Sie haben den Werkstückfluss innerhalb der Werkzeugmaschine zu bewältigen. Üblicherweise werden solche Greifer mit einem gängigen Werkzeugschaft ausgerüstet, damit sie im Werkzeugspeicher genauso wie die Maschinenwerkzeuge eingesetzt werden können. Ein solcher Greifer ist in Bild 1 zu sehen. Es handelt sich im Beispiel um einen Weldonschaft. Das ist ein Flächenspannfutter für Werkzeuge mit seitlichen Mitnehmerflächen.

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Der Antrieb des Greifers geschieht mit Druckluft, Kühlschmiermittel oder Federkraft. Ein M-Befehl (Zusatzfunktion bei der NC-Programmierung) steuert den Greifer an, der sich im Werkzeugspeicher der Maschine befindet. Es gibt diese Greifer in verschiedenen Baugrößen, auch für Traglasten bis 60 Kilogramm. Bei kleinen Positions- und Winkelunterschieden zwischen Arbeitsspindelachse und Greiferachse ist der Greifer (optional) in bis zu vier Achsen selbstausgleichend. Damit wird eine kräftemäßige Überlastung der beteiligten Elemente beim Klemmgriff vermieden. Man kann den Greifbereich durch einen Austausch mit angepassten Greiforganen in weiten Grenzen beeinflussen. Das Bild 2 zeigt das an einem Beispiel. Die Greifbacken können auch eine andere Form haben.

Klemmen mit Gewichtskraft

Bei mechanisch wirkenden Greifern steht immer die Frage, wie wird die Haltekraft aufgebracht und welche Energieart steht überhaupt zur Verfügung. Üblich sind elektrische und fluidische Aktoren. Im Schwerlastbereich sind es meistens hydraulische Antriebe. Bei einem Greifer für handgeführte Manipulatoren, so genannte Balancer (Ausgleichsheber), lässt sich die Gewichtskraft des Werkstücks ausnutzen. Man kann sie rein mechanisch so umlenken, dass beim Anheben das Teil zwischen den Greifklauen geklemmt wird. Das kann man in Bild 3 sehen. Das Objekt, beispielsweise ein Stangenabschnitt, muss allerdings beim Aufnehmen hohl liegen, damit die Greifklaue das Teil unterfahren kann. Unbelastet hält eine Zugfeder die Greifklauen offen.

Halten mit Magnetkraft

Magnetgreifer können ferromagnetische Werkstücke auf technisch elegante Weise kraftpaarig halten. Das soll an einem Greifer für handgeführte Manipulatoren gezeigt werden. Eine interessante Greiferkonstruktion zeigt das Bild 4. Greifobjekt ist hier ein Bauteil für eine Montagebaugruppe. Das Objekt kann zwei verschiedene Orientierungen annehmen. Die Griffflächen sind allerdings unterschiedlich: Eine Fläche ist die Mantelfläche des Zylinders, die zweite Fläche hat Kreisringform, wenn das Objekt stehend angefasst werden muss. Damit man das Teil in beiden Orientierungen mit einem Greifern anfassen kann, wurden die Kontaktflächen negativ in die Polplatte des Magnetgreifers eingearbeitet. Ein Permanentmagnetfeld hält das Teil, auch während der Bewegung im Raum. Das Feld wird beim Freigeben des Teils neutralisiert, wenn der eingebaute Elektromagnet eingeschaltet wird. Im stromlosen Zustand bleibt die Haftkraft deshalb beliebig lange erhalten. Das gewährleistet auch für den Fall Sicherheit, dass der Strom ausfällt. Damit beim gegriffenen Teil kein Restmagnetismus zurückbleibt, kann man Schaltungen einsetzen, die beim Ablegen ein Gegenfeld aufbauen. Die Resthaftkraft beträgt nach dem Abschalten kaum mehr als drei Prozent der Nennhaftkraft, was vernachlässigbar ist.

Beachte die Greifbackenbewegung

Wie schließen sich die Greiforgane bei einem mechanischen Klemmgreifer? Das kann durchaus eine Betrachtung wert sein. Beim Parallelbackengreifer ist die Schließbewegung der Backen einfach. Sie ist geradlinig und auf die Greifermittelachse zulaufend. Das macht keine Probleme. Es gibt aber viele andere Getriebe, die zu verschiedenartigen Bewegungsverläufen führen. Dadurch kann es auch zu Verschiebungen des Objekts beim Greifen kommen. In Bild 5 wird ein grober Überblick über einige typische Mechanik-Lösungen gezeigt. Man kann unterscheiden in

  • Parallelbewegung als Kurven-, Kreis- oder Geradschiebung
  • Drehbewegung um einen festen Punkt
  • kombinierte Winkelbewegung mit kurzem Linearhub am Ende der Schließbewegung
  • allgemeine ebene Bewegung der Greiforgane

So kann sich beim Winkelgreifer der Greifmittelpunkt verschieben, wenn sich der Werkstückdurchmesser etwas ändert. Es sind aber auch Möglichkeiten gegeben, eine Bewegungsachse zu integrieren, um damit Werkstücke im Greifer drehen zu können. Dafür wird natürlich ein zusätzlicher Antrieb gebraucht - elektrisch oder pneumatisch. Das kann Beschickungsvorgänge vereinfachen. Mitunter sinken dann die Anforderungen, die an eine Handhabungseinrichtung gestellt werden müssen.   he

So kann sich beim Winkelgreifer der Greifmittelpunkt verschieben, wenn sich der Werkstückdurchmesser etwas ändert. Es sind aber auch Möglichkeiten gegeben, eine Bewegungsachse zu integrieren, um damit Werkstücke im Greifer drehen zu können. Dafür wird natürlich ein zusätzlicher Antrieb gebraucht – elektrisch oder pneumatisch. Das kann Beschickungsvorgänge vereinfachen. Mitunter sinken dann die Anforderungen, die an eine Handhabungseinrichtung gestellt werden müssen.

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