Handhabungstechnik

Die Qual der Wahl

Verkettung von Arbeitsmitteln im Materialfluss

Sehr viele Produktionsmaschinen können heute ihren Arbeitsgang nahezu vollkommen automatisch ausführen. Da liegt der nächste Schritt nahe, nämlich auch das Be- und Entladen auf die Maschine zu verlagern. Deshalb kommt den Zubringeeinrichtungen zur automatischen Werkstückhandhabung große Bedeutung zu. Der Materialfluss zur jeweils nächsten Maschine erfolgt über Verkettungseinrichtungen entweder „just in time“ oder über Zwischenpuffer. Die dafür einzusetzenden Einrichtungen werden entweder integrierter Bestandteil der jeweiligen Arbeitsmaschine oder sie sind relativ selbstständige Geräte, die in die Steuerung der Gesamtanlage einzubinden sind. Die Eigenheiten der Werkstücke können für die konstruktive Ausführung von Handhabungstechnik und deren dauerhafte Funktion sehr wichtig sein und müssen deshalb vorher erkundet werden. Was ist bei der Auswahl und Konzipierung von Werkstück-Zubringeeinrichtungen zu beachten?

Werkstückbezogenes Wissen

Handhabungsgeräte im maschinenna­hen Bereich werden meistens für ein bestimmtes Teil oder für eine Teilefamilie ausgelegt. Man muss also zuerst aktuelle Aussagen über das Werkstückverhalten und die charakteristischen Werkstückeigenschaften gewinnen. Dann sind die für den jeweiligen Handhabungsvorgang relevanten Merkmale auszuwählen. Was da in erster Näherung alles eine Rolle spielen könnte, wird im Bild 1 aufgeführt.

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Die Lösungsfindung wird häufig durch die Vielfalt der in der Praxis vorkommenden Werkstückformen erschwert. Deshalb hat man zur besseren Übersicht das Spektrum aller Werkstücke mit ähnlichen oder gleichen Werkstückeigenschaften und somit auch gleichen oder ähnlichen Werkstückverhalten zu Verhaltungsgruppen zusammengefasst. Innerhalb jeder Gruppe kann man ein Werkstück als Repräsentant für die gesamte Gruppe festlegen. Man hat dann ein Sortiment von Verhaltungstypen, wie sie in Bild 2 aufgeführt sind.

Durch diese Gliederung konzentriert sich die gesamte Werkstückvielfalt auf nur zwölf Standardvertreter. Jeder Repräsentant weist ein charakteristisches Ruhe- und Bewegungsverhalten auf. Im konkreten Fall erhält man dann Aussagen für ein Werkstückmodell, die man dann im nächsten Schritt den Möglichkeiten und dem Leistungsangebot konkreter Zubringeeinrichtungen, also einem Gerätemodell, gegenüberstellen kann.

Auswahlschritte

Sind die Werkstückdetails und die Einsatzbedingungen an der Maschine definiert, wird man die gesamte erforderliche Handhabungssequenz analysieren, das heißt in ihre charakteristischen Teilfunktionen zerlegen. Dazu kann man sich der Symbole für die Funktionen bedienen, wie sie in der VDI Richtlinie Nr. 2860 enthalten sind. Eine bildliche Darstellung der Aufeinanderfolge ergibt den Funktionsplan und macht den Ablauf des Zubringens transparent. Bei Notwendigkeit kann man diesen Plan noch um einen Ortswechselplan ergänzen. Das verbessert oft die Anschaulichkeit. Die Darstellung der Funktionen auf dieser abstrakten Ebene gibt allerdings noch keine Auskunft über verwendungsfähige Einrichtungen. Für die einzelnen Funktionen sind nun Funktionsträger auszuwählen, wobei auch mehrere bereits in einem Gerät etabliert sein können. Nach einer Bewertungsphase schälen sich brauchbare Geräte heraus und oft zeigen sich auch noch Möglichkeiten für Verbesserungen im Detail, das heißt Ansätze für eine Optimierung. Die gesamte Vorgehensweise wird in Bild 3 gezeigt. Findet sich kein marktgängiges Gerät, muss eine Entwicklung unter Verwendung möglichst vieler Standardkomponenten vorgenommen werden.

Allgemeine Grundsätze

1. Bevor man automatisiert, sind erst alle Möglichkeiten zu durchleuchten, die eine Vereinfachung von Prozessen und Abläufen ergeben könnten.

2. Häufiges Handhaben macht ein Werkstück nicht wertvoller. Somit ist diejenige Handhabung am besten, die durch vorteilhafte Organisation ersatzlos entfallen kann.

3. Jede zu steuernde Aktion ist mit einmaligen und laufenden Kosten verbunden. Deshalb ist innerhalb einer Gesamtlösung für jede Handhabungsfunktion nur ein Funktionsträger vorzusehen und der kleinstmögliche Bewegungsaufwand anzustreben.

4. Reduziere die bewegten Massen am Handhabungsgerät. Das verbessert die dynamischen Eigenschaften. Es senkt außerdem Zykluszeit und Energieeinsatz.

5. Überlege zu einer ins Auge gefassten technischen Lösung stets, wie die im Niveau nächst höhere und die nächst niedrigere Technisierungsvariante beschaffen sein könnte. Das erleichtert die Entscheidung über ein angemessenes Automatisierungsniveau.

6. Verwende nur ausreichend erprobte Automatisierungskomponenten und schaffe technische Voraussetzungen für den schnellen Austausch wartungsintensiver Baugruppen. Das vermeidet Störungen und senkt Stillstandszeiten.

7. Für eine Beurteilung der Werkstückeigenschaften und des Werkstückverhaltens sollten die Handhabungsobjekte in Serienqualität vorliegen. Das gilt auch für den Probelauf von Handhabungseinrichtungen. Musterteile aus Vorserien vermitteln oft ein trügerisches Bild.

8. Der Werkstückfluss sollte so eingerichtet werden, dass die Orientierung beim Bereitstellen bereits jener Orientierung entspricht, die in der Maschine gebraucht wird. Dadurch werden Dreh- und Schwenkbewegungen eingespart.

9. Strebe stets eine Mindestflexibilität (Mindesteinstellbarkeit) der aktiven Elemente an, um eine gewisse Immunität gegenüber schwankenden Werkstückparametern zu erreichen.

10. Konzipiere Handhabungstechnik stets vom Allgemeinen zum Einzelnen, also vom Funktionellen zum Individuellen (werkstückspezifischen) und vom Groben zum Feinen, wie es sich beim Entwerfen von Maschinen bewährt hat.Stefan Hesse

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