Handhabungstechnik

Vom Bulk zum Einzelstück

Über die Basisfunktion Zuteilen

Handhabungstechnik tritt überall dort auf, wo Werkstücke einen Fertigungsprozess durchlaufen. Sie ist heute keine Geheimwissenschaft mehr, nachdem man vor vielen Jahren komplexe Bewegungsabläufe beim Zuführen von Werkstücken in einzelne Funktionen überschaubar und transparent zergliedert hat. Eine davon ist das „Zuteilen“ von Werkstücken, besser bekannt als „Vereinzeln“, wenn nur ein einziges Teil von einem Werkstückstrang abgesondert wird. Das läuft bei automatisierten Maschinen durch eigens dafür gestaltete Zuteiler selbsttätig ab. Henry Ford würde dazu sagen: „The skill is in the machine“. Doch wie macht man das technisch? Gibt es Besonderheiten?

Zuteilen von Stückgut

Der Vorgang wird in der Richtlinie VDI 2860 wie folgt erklärt:

Zuteilen ist das (gesteuerte) Bilden von Teilmengen definierter Größe oder Anzahl und das Bewegen dieser Teilmengen zu definierten Zielorten. Es schließt die Teilfunktionen „Abteilen“ und „Weitergeben“ ein. In Gebrauch sind noch synonyme Begriffe für das Abteilen wie Portionieren, Dosieren (bei formlosen Stoffen, Fließgut) und Vorschub bei Band- und Streifenmaterial (Quasi-Fließgut). Technische Mittel für das Zuteilen sind:

•Rückhalter bzw. Sperren. Sie geben beim Abteilen in der Regel nur ein Werkstück frei, indem der Rest des Werkstückstranges zurückgehalten wird.

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•Schieber können sich gerade oder bogenförmig bewegen und dabei das unterste Teil eines Magazininhaltes abschieben. Die Schieber stellen meistens auch eine Sperre für den Rest der magazinierten Teile dar.

•Greifer übernehmen ein Teil aus einem Werkstückstrang, indem sie meistens kraftpaarig anpacken, das Teil bewegen und so vom Strang trennen. Mit Unterstützung von Bildverarbeitungssystemen gelingt das heute auch aus einer ungeordneten Menge von Werkstücken (Griff in die Kiste, Griff vom Tisch bzw. Förderband).

Die Funktionen und Teilfunktionen lassen sich mit Sinnbildern darstellen. Damit kann man einen übersichtlichen grafischen Funktionsplan für eine Handhabungseinrichtung aufstellen. Die Sinnbilder legen aber noch kein bestimmtes reales Gerät fest. Eine solche Zuordnung bleibt einem nachfolgenden Arbeitsschritt vorbehalten.

Vereinigen von Funktionen

Natürlich ist man aus Gründen der technischen Vereinfachung immer bestrebt, einem Funktionsträger mehrere Funktionen zu übertragen. Was damit gemeint ist, geht aus dem Beispiel in Bild 1 hervor. Der Schieberzuteiler teilt ein Werkstück ab, bewegt es in die Spannposition, spannt das Teil während des Bohrens und gibt es dann wieder frei. Es gelangt dann durch Schwerkraft in den Abführkanal, wenn sich der Stufenschieber zurück bewegt. Eine gefederte Klinke sorgt dafür, dass ein abgeteiltes Werkstück beim Nachrücken nicht frei durchrollen kann. Wie die sinnbildliche Darstellung zeigt, sind mehrere Funktionen gerätetechnisch zusammengefasst.

Anpassung an die Werkstückform

Viele Zuteiler müssen auf die Werkstückform abgestimmt sein. Ein typisches Bei­spiel zeigt das Bild 2. Es sind Rundteile mit einer Bohrung in einen Drehautomaten einzugeben.

Die Zuteilerstange dringt in das Werkstück ein, bewegt es zum Spannmittel und bringt dabei eine Andrückkraft F auf, damit während des Spannvorganges das Werkstück plan am Spannmittel anliegt. Der Rückhalter sperrt inzwischen den Nachlauf von Teilen. Erst beim Rückhub der Zuteilerstange in die Ausgangsposition wird die Sperre gelöst, indem die Bundscheibe an der Stange den Rückhalter gegen die Feder zurückschiebt. Der Werkstückvorrat im Magazin kann nun nachrücken.

Auch ein Roboter kann die Funktion „Vereinzeln“ auf verschiedene Art und Weise übernehmen, wie man aus dem folgenden Beispiel ersehen kann: Es sind Kugellager von einem Stabmagazin an der obersten Position abzunehmen. Die magazinierten Lager werden durch einen Federboden nach oben gebracht. Das oberste Teil liegt stets positionsgenau an einer Anschlagplatte an. Das Prinzip ist aus dem Bild 3 ersichtlich.

Der Roboter greift das Teil und bewegt es zunächst waagerecht gegen die Kraft der Segmentfeder. Die bogenförmig gearbeitete Anschlagplatte stellt nun keine formpaarige Sperre mehr dar. Das Lager kann nach oben abgehoben werden. Dann rückt der Stapel von selbst um eine Position nach oben. Würde man das Teil von der Seite greifen, dann kann auf die Mechanik samt Federboden verzichtet werden. Dann muss allerdings bei jedem Griff eine Information über die aktuelle Stapelhöhe verfügbar sein. Außerdem sind dann für die Bereitstellung keine Flachpaletten mit vielen eng stehenden Stapeldornen wegen des notwendigen Greiferfreiraumes mehr möglich.

Hilfsluft hilft

Das Zuteilen von röhren- oder stangenartigen Teilen aus einem Stapelmagazin lässt sich sicherer gestalten, wenn man Saug- und Blasluft als zusätzliche Unterstützung hinzunimmt. In Bild 4 wird das an einem Beispiel gezeigt. Ein Rotor schöpft mit seinen Mitnehmertaschen Teile aus einem Stapelmagazin. Man verlässt sich nicht allein darauf, dass ein Teil von selbst in die Mulde des Rotors gelangt und dort verbleibt, sondern lässt auch Saugluft zusätzlich wirken, um das Teil dort festzuhalten. Überzählige Teile müssen allerdings abgewiesen werden. Das besorgt ein Druckluftimpuls, der jeweils oberhalb des festgehaltenen Teils wirkt. Diese Teile fallen in das Magazin zurück.

Schließlich muss man noch darauf hinweisen, dass nicht alles erfunden werden muss. Mehrere Unternehmen bieten pneumatisch betriebene Wechselsperren an, mit denen man einen Zuteiler nach dem Schleusenprinzip gestalten kann. Einzelne Pneumatikzylinder leisten das natürlich auch, brauchen aber mehr Platz und sind insgesamt teuerer. Bei den Wechselsperren (Bild 5) ist man keineswegs auf die Abstände der aktiven Schieber angewiesen. Aufgesetzte Sperrelemente können zum Beispiel auch eine Z-Form annehmen und so der Werkstückgröße angepasst werden. Sensoren für die Positionsabfrage sind meistens integriert und für die Ansteuerung genügt ein einziges Pneumatikentil. Übrigens gibt es Vereinzeler nicht nur für exakte wohlfeile Maschinenteile, sondern auch beispielsweise für Bretter und Brennholzstämme. Aber das ist eine andere Welt. he

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