Handhabungstechnik

Ordnen mit Mechanik

Orientieren kleiner Massenteile
Ordnen mit einem Flügelradrotor.

Schließt man einmal Chargenprozesse wie das Erhitzen und Härten von Einzelteilen aus, dann müssen alle Werkstücke eine einheitliche Orientierung im Fertigungsprozess bekommen. Das geschieht durch Ordnen. Es ist eine Handhabungsfunktion, bei der ein geometrisch bestimmter Körper aus einer unbestimmten „Lage“ (Orientierung und Position) in eine gewünschte Orientierung und Position gebracht wird. Dafür gibt es viele technische Lösungen, auch solche, die mit Kamera und Bildauswertung bereits beachtliche Flexibilität erlangt haben. Für Massenprozesse haben aber auch die rein mechanisch arbeitenden Einrichtungen (oft auch nicht ganz richtig als Sortiergerät bezeichnet) noch eine Zukunft. Wie wird das technisch gemacht?

Haufwerk in Bewegung

Werkstücke im Haufwerk, also völlig ungeordnet, bringt man nur in eine gewünschte Vorzugsorientierung, wenn man ständig Bewegungen in die Menge der ungeordneten Teile einbringt. Man muss ihnen Gelegenheit geben, sich in eine andere Orientierung zu begeben. Das kann beispielsweise mit einem Flügelradrotor (Paddelrad) geschehen, der als aktives Element in einem Werkstückbunker umläuft. Das wird in Bild 1 gezeigt. Dieser Rotor mischt das Arbeitsgut durch. Es ist ein Klassiker der konventionellen Handhabungstechnik in einfachster Bauweise.

Was passiert im Bunker? Einige Teile werden längs an die Flügelflächen gedrängt und richten sich aus. Das entspricht der Orientierung der Bunkernut. Die Teile fallen hinein und durch Schwerkraft gleiten sie ab und verlassen dann einheitlich orientiert den Bunker. Typische Kleinteile für diesen Ablauf sind Scheiben, Muttern, Röhrchen und Zylinderstifte. Die Lieferrate hängt vom Ausrichtvermögen je Flügel, der Anzahl von Flügeln, der Teilelänge und der Drehzahl ab. Bei Teilen mit einem L/D-Verhältnis von etwa 0,4 werden je Flügel etwa fünf Teile geordnet. Man kann mit etwa 80 bis 150 Stück je Minute rechnen. Die Drehzahl darf nicht zu hoch sein, weil man den Teilen für die Eigenbewegungen eine gewisse Zeit zubilligen muss.

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Ordnen nach Konturmerkmal

Viele Rundteile unterscheiden sich geometrisch nur an ihren Enden. Sie lassen sich zunächst leicht zuführen und nach ihrer Längsachse ausrichten, zum Beispiel mit Hilfe eines Vibrationswendelbunkers. Aber dann muss noch oft vorn und hinten vereinheitlicht werden. Viele Teile müssen noch um 180 Grad gedreht werden. Das Bild 2 zeigt eine Lösung.

Ein Zuteiler lässt immer nur ein Teil einfallen. Der Außenring (3) rotiert ständig in 180-Grad-Schritten. Fällt ein Teil mit dem Zapfen voran ein, nimmt es der Außenring mit, und das innere Kernstück dreht sich durch die entstandene Formpaarung mit. Nach einem Wendevorgang um 180 Grad kann es von selbst herausfallen. Teile in Richtiglage verharren dagegen nach dem Einfallen zunächst im Kernstück und setzen dann das Fallen fort, wenn die Einfallöffnung im Außenring unten angekommen ist. Sensoren und eine Auswertung von Signalen werden bei dieser mechanischen Lösung nicht benötigt.

Sind kleine becherförmige Teile zu ordnen, lässt sich das Prinzip des Wenderotors ebenfalls einsetzen, dann aber an die Geometrie des Werkstücks angepasst. Bild 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel. Fällt das Teil mit der Öffnung voran auf den im Rotor eingelassenen Stift, wird das Teil nach zwei 90-Grad-Schaltungen um 180 Grad gedreht und ausgegeben. Hat das Teil aber bereits die richtige Orientierung, dann ruht es zunächst auf der Stiftspitze. Nach einer 90-Grad-Drehung des Drehsegments kann es ungehindert durchfallen. An der Orientierung dieses Teils ändert sich nichts mehr.

Selbstführendes Drehen

Könnte man tubenähnliche Körper in eine Orientierung bringen, indem man sie im Fallen in die richtige „Spur“ bringt? Es ist möglich. Die Teile haben einen langen Zylinderkörper und einen kleinen Zapfenansatz. Sie können in einem Vibrator leicht nach ihrer Längsachse orientiert und zugeführt werden. Die Zapfenseite kann vorn oder hinten sein. Dieser Freiheitsgrad muss noch entzogen werden. Dazu zeigt das Bild 4 eine Lösung. Die Teile sind im Schachtmagazin achsparallel orientiert. Im Fallen fädelt sich der dünne Bund entweder rechts oder links in die gewendelte Nut ein. Die Wendelung ist so eingearbeitet, dass jedes Werkstück eine einheitlicher Orientierung bekommt und in das angeschlossene Stufenmagazin ausgegeben wird. Von da aus werden die Teile dem Prozess zugeführt, beispielsweise kann sich ein Tubenfüllvorgang anschließen. Die Vorrichtung ist nicht flexibel. Die konstruktiven Details sind streng auf das Werkstück abgestimmt und nicht veränderbar.

Kugelrund ist vorteilhaft

Automatisches Zuführen von Kugeln ist nicht gerade schwierig, weil viele Symmetrieachsen vorhanden sind und ein Ausrichten im Drehwinkel entfällt. Es kommt nur darauf an, die Objekte in eine bestimmte Position zu bringen. Braucht man eine Gruppe von Kugeln mit definierten Abständen zueinander, dann kann das in Bild 5 gezeigte Prinzip eine Lösung sein. Im Muster der gewünschten Anordnung sind eine Vakuumgreifeinheit und ein Hubrohrsystem angeordnet. Die Greifeinheit hält in definierter Höhe an. Die aus dem Haufwerk empor gehobenen Werkstücke werden der Saugergreifeinheit präsentiert. Der Greifer wird gewissermaßen geladen. Die Sauger übernehmen die Kugeln und bringen sie zum Montagebasisteil, wo sie gleichzeitig an mehreren Fixpunkten (sie könnten auch kreisförmig angeordnet sein) verbaut werden. Der Bunker muss so ausgeführt werden, dass die Kugeln infolge Schwerkraft von selbst in die Nähe der jeweiligen Hubrohre gelangen. Stefan Hesse

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