Handhabungstechnik

Mit Igelwalze und Eiskristall

Einiges über Sonder- und Standardgreifer

„Gebt mir zu essen“, krächzte er. „Ja, Herr“, sagten die Maschinen. „Sofort!“. So hat es der englische Sciencefiction-Schreiber Brain W. Aldiss in einer seiner Zukunftsgeschichten thematisiert. Damit solche Leistungen von Servicerobotern überhaupt erbracht werden können, bedarf es funktionssicherer und flexibler Greifhände, wenigstens aber einfacher Klauengreifer. Industrieroboter und an­de­re Automaten brauchen sie ebenfalls. Allgemein gesagt, sind die meisten Manipulationsmaschinen und Montageautomaten ziemlich nutzlos, wenn sie nicht über die passenden Effektoren verfügen. Die Anzahl unterschiedlicher physikalischer Effekte, die man zum Greifen von Objekten ausnutzt, weitet sich mit fortschreitender Automatisierung zunehmend aus.

Die kalte Hand

Vom Greifen durch Anfrieren hat man schon einiges gehört. Dazu gehören auch manuell geführte Greifer für sehr kleine Stücke und beispielweise biologisches Material. Erste Gefriergreifer wurden schon vor 20 Jahren gebaut. Heute aber gibt es erprobte und industrietaugliche Kältegreifer. Sie werden vor allem dort eingesetzt, wo biegeschlaffe Gegenstände ohne Beeinträchtigung der Oberflächenstrukturen angepackt werden müssen. Das sind vor allem Bekleidungstextilien, Heimtextilien, Strümpfe und immer öfter auch in mehreren Ebenen gewölbte, großflächige textile Flächengebilde, die als technische Bauteile (Bild 1) in komplexe Produkte eingehen.

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Dabei ist typisch und von Vorteil, dass beim Greifen keine mechanischen Verspannungen in das textile Gebilde eingebracht werden. Damit das Anfrieren funktioniert, sprüht der Gefriergreifer zuerst eine kleine, genau dosierte Menge Wasser auf. Durch oberflächenenergetische Prozesse verweilt das aufgebrachte Medium an der Oberfläche des Greif­objekts. Setzt nun der Greifer mit seiner Kühlfläche auf, bildet sich eine Flüssigkeitsbrücke zwischen Kühlfläche und Objekt aus. Ein Peltier-Element erzeugt die dazu erforderliche Kälte, so dass sich Eiskristalle bilden und in der Oberflächenstruktur einlagern. Das Greifobjekt haftet nun am Greifer. Zum Lösen wird das Eis mit Hilfe von Druckluft aufgetaut. Anfrieren und Lösen dauern nicht länger als jeweils eine Sekunde. Die Haltekräfte liegen bei 70 bis 80 Newton, je nach Durchmesser des Greifers (50 und 73 Mil­limeter). Bereits beim Lösen des Greifobjekts trocknet die Greifstelle ohne irgendwelche Rückstände schon wieder ab. Werden Teile von einem Stapel abgenommen, entsteht die Haftwirkung nur an der obersten Lage. Saugluftgreifer entwickeln dagegen bei porösen Flächengebilden eine unerwünschte Tiefenwirkung. Nadel- und Kratzengreifer verletzen die Textilien an der Einstichstelle, bringen Verformungskräfte ein und sind nur für bestimmte Stoffe, beispielsweise auch Schaumstoffe, einsetzbar. Gefriergreifer lassen sich schließlich ohne nennenswerten Justieraufwand anordnen oder zu einem der Objektform angepassten Greifkopf zusammenstellen.

Greifen mit Walzenpaar

Das Greifen von Folien und Netzen ist mit Klemmwalzen möglich, wie es in Bild 2 im Prinzip dargestellt wird. Die Walzen sind gummiert oder gar am Umfang mit Nadelspitzen besetzt. Sie drehen sich beim Greifen um 90° und klemmen dabei das Objekt, z.B. einen lose mit Gegenständen gefüllten Beutel. Beim Lösen laufen die Walzen rückwärts. Es ist günstig wenn gegen Ende des Greifvorganges, also nach dem faltenden Abheben noch eine Federkraft das Halten verstärkt, damit das Greifobjekt beim schnellen Manipulieren auch ausreichend fest gehalten wird. Das Greifprinzip ist für Spezialgreifer geeignet, die beutelverpacktes Kleingut anpacken sollen. Die Aufnahmetechnik gehört zur Gruppe der Aufwälzgreifer.

Greifen mit

Das ist kein aufregendes Thema, weil es jeder kennt. Aber es ist gut, wenn man sich gelegentlich daran erinnert, beispielsweise an den in Bild 3 dargestellten 3-Finger-Greifer. Es ist ein einteiliges Formstück mit drei nachgiebigen Elastomerfingern, die sich zum tridigitalen Griff schließen, wenn Vakuum bis maximal – 800 mbar angelegt wird. Beim Zugreifen entsteht eine gewisse Zentrierwirkung wie bei allen Dreifingergreifern. Allerdings ist die Positionsgenauigkeit nicht sehr genau. Der Fingerkörper ist quasi ein Verschleißteil und lässt sich relativ leicht auswechseln. Der Greifer ist nur für den Außengriff geeignet und fasst die Teile überaus oberflächenschonend an.

Für den Innengriff ist dagegen der in Bild 4 dargestellte Greifer ausgelegt. Bei einem maximalen Speisedruck von 2 bar bläht er sich ballonartig auf und hält dabei ein Hohlteil fest, beispielsweise ein Trinkglas. Der Greifbereich ist allerdings begrenzt, weshalb es eine Baureihe für unterschiedliche Greifdurchmesser gibt. Auch hier ist das Festhalten sehr schonend. Aus welchem Material der Greifkörper bestehen sollte, hängt von den Anforderungen ab, wie Temperatur, Wasserbeständigkeit, Standzeit, Chemikalienrückstände und Abdruckvermeidung.

Fingerantrieb

Sondergreifer werden immer wieder gebraucht und da kann man einen pneumatischen Kleinantrieb vorteilhaft einsetzen. Der in Bild 5 gezeigte Greifer besteht nur aus drei Teilen:

Grundplatte mit festem Finger, den um 90 Grad schwenkenden Finger und dem Pneumatikaktor. Bei einem Außendurchmesser von D = 58 Millimeter (Höhe 65 mm) entwickelt der doppeltwirkende (oder auch einfachwirkende) Drehkolben-Aktor ein Drehmoment von 0,5 Nm/bar Druck (bei D = 66 mm sind es 0,75 Nm/bar; bei D = 78 mm sind es 1,5 Nm/bar). Maximal sind 8 bar als Speisedruck zulässig. Bei einem Druck von 6 bar beträgt das Drehmoment folglich 3 Nm. Optional ist auch eine elektrische Rückmeldung der Schwenkbewegung verfügbar. Man kann sich auch Greifer für große Teile mit mehreren Einzelfingern flächenverteilt an verschiedenen Stellen gut vorstellen, beispielsweise zum Greifen von Leerpaletten oder Kästen.Stefan Hesse

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