Handhabungstechnik

Erst ordnen, dann eingeben

Wie man Schüttgutteile orientiert
Ordnen im Luftstrom (nach Rybarczyk) 1 Wirbelrohr, 2 Drehimpuls-Luftzufuhr, 3 Zentrier- und Aufnahmedorn, 4 Sensoren für Anwesenheit und Orientierungskontrolle, 5 Druckluftanschluss für Luftpolster, 6 Werkstück, 7 Luftdüse, 8 Luftkanal, 9 schwenkbare Abführschiene.

Werden Werkstücke im Haufwerk (Schüttgut) angeliefert, dann muss man diese vor der Einspeisung in ein Fertigungssystem in den meisten Fällen erstmal ordnen. Zwar soll man unter dem Aspekt der Wertschöpfung eine in der Teilefertigung schon erreichte Ordnung nicht wieder aufgeben, aber bei Kleinteilen ist das „Neuordnen“ oft billiger als der Transport geordneter Teile in Magazinen inklusive deren Rücktransport. Die technischen Verfahren zum Orientieren von Werkstücken sind deshalb wichtig und auch sehr vielgestaltig.

Mechanisch wie eh und je

Verfahren, die markante Merkmale in der Außenkontur von Werkstücken ausnutzen, sind oft recht einfach im Aufbau, aber leider unflexibel. Die konstruktive Ausarbeitung erfordert spezielle Erfahrungen und meistens geht es nicht ohne Experimente ab. Ihre Anwendung findet man deshalb hauptsächlich bei Massenprodukten mit langer Laufzeit, wie beispielsweise Schreibgeräte, Kugelschmierköpfe, Knöpfe oder Schrauben. Knöpfe haben häufig eine konvex-konkave Form. Im Beispiel nach Bild 1 wird die Wölbung für das Ordnen ausgenutzt, um die beiden möglichen Orientierungen auseinander zu halten. Sie laufen beim Abkippen in getrennte Kanäle. Sensoren und eine raffinierte Steuerung sind gänzlich überflüssig.

Technisch einfach sind auch die Walzenordnungseinrichtungen. Ihr Einsatz beschränkt sich aber auf schaftlastige Teile mit Kopf, wie sie insbesondere Maschinenschrauben, Niete und Bundhülsen darstellen. Das Prinzip wird in Bild 2 gezeigt. Die Teile gelangen aus einem Bunker auf ein gegenläufig rotierendes Walzenpaar und können sich aushängen. Durch die Neigung der Walzen gleiten sie langsam zur Ausgabestelle. Es ist ein sehr sanftes und werkstückschonendes Verfahren. Walzenabstand und Drehzahl sind stufenlos einstellbar. Die Teile werden am Walzenende in ein Rinnenmagazin übernommen oder man lässt sie an einem Freistich in ein Schachtmagazin fallen. Es werden Zuführleistungen bis etwa 400 Teile je Minute erreicht.

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Pneumatisch geht’s auch

Das Orientieren relativ leichter Teile kann auch in einer Luftströmung erfolgen. Man nutzt dazu verschiedene physikalische Effekte aus, wie Grenzschichtströmungen, das aerodynamische Anström-Paradoxon, den Coanda-Effekt, Strömungsablösungen und den turbulenten Freistrahl. Als Beispiel soll ein Spulenkörper aus Kunststoff dienen (Bild 3, Universität Hannover). Das Teil wird vereinzelt in ein Wirbelrohr gegeben. Zirkulierende Luft versetzt dann das Werkstück in eine leichte Drehung. Von unten eintretende Luft hält das Teil in der Schwebe. Sensoren und Luftdüsen werden nun aktiv, das Teil setzt sich jetzt auf den Zentrier- und Aufnahmedorn und erreicht somit eine definierte Position und Orientierung. Man hat allerdings immer noch zwei verschiedene Orientierungen. Deshalb sind der Aufnahmedorn und die Abführschiene schwenkbar angeordnet. Wird das Werkstück nach rechts ausgegeben, schließt sich ein Wendemanöver an. Bei der Ausgabe nach links gelangt das Teil ohne Orientierungsänderung sofort in die abführende Magazinrinne. Damit erhalten alle Teile eine einheitliche Ausrichtung. Man kann mit etwa 20 Teilen je Minute rechnen. Das Verhalten im Luftstrom lässt sich aber kaum vorhersagen, weshalb vor allem gezieltes Experimentieren zur Endlösung führen wird. Die aktiven Elemente sind aber eher nicht werkstückbezogen. Bei geschickter Anordnung der Sensoren und Düsen ist das Prinzip durchaus flexibel und auch an anders geformte Teile anpassbar.

Flexibler mit Sensor

Nehmen wir als Beispiel die Erkennung der gewölbten Seite einer Sechskantmutter als Aufgabenstellung. Jede Mutter wird beim Zuführen in eine Montagestation nochmals auf Seitenlage geprüft. Dafür eignet sich ein induktiver, analoger Abstandssensor in einer Anordnung, wie es das Bild 4 zeigt. Diese Lösung ist gegenüber Verschmutzungen weitgehend unempfindlich. Würde man einen binären Näherungssensor einsetzen, dann integriert dieser bei schnellen Bewegungen und kleinen Zwischenräumen über die Fläche und liefert dann keine verlässlichen Signale. Der induktive Analogsensor erkennt dagegen, ob die gerundete oder die flache Seite oben ist. Falschlagenteile werden ausgeworfen, alle anderen Teile können die Kontrolle passieren.

Universell mit Kamera

Kamerabilder halten viele Details für eine Auswertung bereit. Die Region des besonderen Interesses (ROI) wird per Software ausgiebig untersucht. Manchmal genügt da schon eine Zeilenkamera, wenn zum Beispiel bei einem Werkstück nur vorn und hinten zu unterscheiden ist. Ein eindimensionaler Bildaufnehmer ist besonders dann zu empfehlen, wenn sich das Werkstück ohnehin beim Zuführen entlang einer linearen Bahn bewegt. Das Objekt wird dann „scheibchenweise“ erfasst. Man erhält einen Helligkeitsschnitt über das Objekt. Ein Beispiel wird in Bild 5 vorgestellt. Die Teile laufen im Vibrationswendelförderer bis zur CCD-Sensorzeile und werden erkannt. Falschlagenteile werden mit einem Druckluftimpuls in den Bunker zurück befördert. Am Vibratorauslauf ist ein Schmalförderband angeordnet. Sperren halten die nun geordneten Teile einzeln fest, bis sie abgerufen werden. Dadurch kann sich der Zapfen am Teil nicht in die Bohrung setzen. Das erhöht die Sicherheit beim Vereinzeln. Es ist damit problemlos möglich. Außerdem gleicht die Zwischenspeicherung mehrerer Teile Unregelmäßigkeiten bei der vom Zufall beeinflussten Förderung im Vibrator etwas aus.

Stefan Hesse

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