Fördertechnik

Vom (Durch-)Lauf der Dinge

Technische Tipps zum Fördern

Die allgemein bekannten Zielsetzungen bei der Produktionssteuerung sind bekanntlich kleinste Abweichung in den Lieferterminen, höchstmöglichste Kapazitätsauslastung, minimale Bestände und kurze Durchlaufzeit. Einige dieser Ziele sind jedoch gegensätzlich und nicht im Paket zu verwirklichen. In den letzten Jahren wird außerdem der Durchlaufzeit gegenüber der Auslastung vorhandener Kapazitäten aus Wettbewerbsgründen die höhere Priorität zugeordnet. Will man Kapazitäten maximal auslasten, braucht man vor jedem Betriebsmittel eine Warteschlange von Arbeitsgut mit ausreichendem Arbeitsinhalt. Das bedeutet in der Regel größere Liegezeiten und als Folge längere Durchlaufzeiten. In der Durchlaufzeit steckt nun auch die Zeit für das Weitergeben von Station zu Station. Neben den übergeordneten Anstrengungen nach modernen Durchlaufkonzepten, Simulationen, Optimierungsrechnungen und Systemverkettungen braucht man natürlich auch günstige technische Detaillösungen, die zum Gesamtgelingen beitragen. Da sollte man Erprobtes nicht einfach liegen lassen.

Entkoppelte ­Fördervorgänge

Es kann fertigungsorganisatorisch unzweckmäßig sein, ein einfaches Förderband zur Verkettung zweier Maschinen anzuordnen. Schließlich kann es vorkommen, dass die Maschine 1 zu einem anderen Zeitpunkt und in einem anderen Rhythmus liefert als ein Objekt zur Versorgung der Maschine 2 vom Band zu entnehmen ist. Das ist vor allem dann von Interesse, wenn die Teile im Förderer aus technischen Gründen nicht aufschließen können. Ein entkoppelter Förderer kann das Problem lösen. Das Bild 1 zeigt das Prinzip eines Speichers (nach Patent Freyler), bei dem Eingeben und Entnehmen unabhängig voneinander ablaufen können. Es handelt sich praktisch um zwei ineinander verschachtelte Förderbänder mit getrennten Antrieben. Der Trick für das getrennte Fördern liegt in der unterschiedlichen Banddicke. Die Fördergurthöhe ist partiell (zur Hälfte der Bandlänge) unterschiedlich. Das dünne Ende kann unter den gespeicherten Werkstücken, die auf dem anderen Band aufliegen, durchlaufen. Somit sind Eingabe und Ausgabe fördertechnisch völlig unabhängig steuerbar (im Rahmen des Speichervermögens). Man benötigt somit auch zwei Antriebe. Die Anzahl der Fördergurte richtet sich nach der Länge des Fördergutes. Es sind auch noch andere technische Lösungen für entkoppeltes Weitergeben von Objekten bekannt.

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Bewegen auf Luftpolster

Luftgleitrinnen sind für den Werkstücktransport interessant, weil nur geringe Vortriebskräfte für den Transport durch die äußerst geringe Reibung gebraucht werden. Gepresste Luft bildet das Schmiermedium dieser speziellen Klasse von Gleitlagern. Es genügt bereits eine Rinnenneigung von 0,5 bis 1°, damit sich die Objekte infolge der Schwerkraft von allein bewegen. Das Bild 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel. Um den Luftverbrauch in Grenzen zu halten, schalten sich die Luftdüsen (Durchmesser der Einströmdüsen 0,1 bis 0,5 mm) von selbst zu, wenn ein Werkstück ankommt. Nur am Anfang der Rinne müssen ständig offene oder fremdgesteuerte Düsen vorhanden sein. Der Schalteffekt beruht auf den Durchmesserunterschieden zwischen D und d des Kolbens sowie den Druckunterschieden im System. Die Luftgleitrinne kann auch bogenförmig verlaufen. Mit seitlich anzubringenden Pralldüsen lässt sich erreichen, dass die Werkstücke auch die Führungskante nicht berühren. Dann hat man das völlig berührungslose Fördern. Besonders für große und schwere Teile ist der „Luftpolstertransport“ eine technisch elegante Sache. Die gezeigte Konstruktion ist nur ein relativ konventionelles Beispiel für viele weitere Lösungen, die heute moderne Luftlagerungstechnik zu bieten hat.

Stopp beim ­Weitergeben

Natürlich soll das Arbeitsgut nahezu ständig im Fluss sein, denn jeder Stopp verlängert die Durchlaufzeit. Es gibt aber prozessbedingte Situationen, in denen man das Stückgut zeitweilig anhalten muss. Fürs Festhalten hat man schon viele technische Lösungen entwickelt, vom Abheben des Fördergutes bis zum Stauförderer. Wie wäre es mit dem in Bild 3 skizzierten Keilschieber? Als Aktor ist hier ein Fluidic Muscle eingesetzt, der wegen seiner kleinen Masse und bei geringster Eigenreibung überaus schnell reagiert. Der Haltekeil schnellt schlagartig nach vorn und klemmt das Objekt gegen den Seitenrand des Förderers. Das System ist überlastungssicher und gibt das Objekt auch ebenso schnell wieder frei. Die Flächenpressung auf das Objekt ist gering, weil statt Punktkontakt eine Linien- oder sogar Flächenberührung entsteht. Der Haltekeil kann auch anderen geometrischen Verhältnissen angepasst werden.

Magnetisch schweben

Dass man Transportsysteme entwerfen kann, bei denen das Objekt berührungslos entlang einer vorgegebenen Bahn schwebt, ist nicht erst aus der Eisenbahntechnik eines Transrapid bekannt. Da spielt der Magnetismus die Hauptrolle. Man kann auch Werkstückträger und eigens dafür hergerichtete Paletten schweben lassen. Konzipiert man eine permanentmagnetische Förderstrecke, so schlagen folgende Vorteile zu Buche:

•Kein mechanischer Kontakt und somit keine Schmierung und kein Verschleiß

•Reinraumtauglich, weil keine Abrieb­partikel frei werden

•Mit verschiedenen Antrieben ausrüstbar, vom Weitergeben mit Handkraft, über einen Schwerkraftantrieb bei leicht geneigter Bahn bis zum elektrischen Linearmotor-Direktantrieb

In Bild 4 wird der Prinzipaufbau eines solchen Längsfördersystems gezeigt, wobei noch kein Antrieb eingebaut ist. Das könnte zum Beispiel ein mittig angeordneter Linearmotor sein. Das Funktionsprinzip ist einfach: Die Lagerung beruht auf der abstoßenden Wirkung zwischen Magneten gleicher Polarität. Die schwebende Plattform befindet sich in einem labilen Gleichgewicht. Um dieses entsprechend der Aufgabe zu erhalten, sind seitlich Führungsrollen angeordnet. Deren Belastung ist sehr klein.

Wird ein berührungsloser elektrischer Linearmotor als Antrieb vorgesehen, dann muss sich dieser keineswegs über die gesamte Förderstrecke ausdehnen. Es genügt, wenn eine Motoreinheit einen Kraftimpuls erzeugt, dessen Stärke ausreicht, um den Werkstückträger bis zur nächsten Station (oder zum nächsten Motor) zu bewegen. Dort ist dann eine Brems- und Positioniereinheit erforderlich, die ebenfalls per Magnetfeld wirksam werden kann. Solche Fördersysteme werden passend zur Aufgabe ausgelegt. Allgemein gilt, auf große Abstoßungskräfte bei möglichst kleinem Materialaufwand und kleine Baugröße zu optimieren, durch richtige Wahl der Permanentmagnetabmessungen und durch geeignete Luftspaltlängen. Von der Einfachlösung bis zum kompletten Transportsystem ist alles für unterschiedliche Nutzlasten zu bekommen. he

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