Institut für Fabrikanlagen und Logistik

Strömung schafft Ordnung

Aerodynamisches Zuführen in der Anlagentechnik
Verfahren zur aktiven aerodynamischen Teileorientierung
Bei modernen Montagesystemen ist die Handhabung der ungeordneten Einzelteile eine besondere Herausforderung. Die Werkstücke kommen meist als Schüttgut an und liegen kreuz und quer. Sie müssen vereinzelt und orientiert werden. Das geht jetzt geradezu genial einfach – mit Luft.

Konventionelle Zuführsysteme stoßen hinsichtlich Geschwindigkeit, Flexibilität und Prozesssicherheit an ihre Grenzen. Untersuchungen haben ergeben, dass mit steigender Anzahl verwendeter Zuführgeräte die technische Verfügbarkeit einer Montageanlage signifikant sinkt. Deshalb muss die Teilezuführung einfach sein - aber wirkungsvoll. Afag und Mitarbeiter des Instituts für Fabrikanlagen und Logistik (IFA) der Universität Hannover dachten sich etwas Verblüffendes aus: eine aerodynamische Zuführtechnik. Gemeinsam mit einem Industriepartner haben sie das Verfahren entwickelt und zur Marktreife gebracht.

Zur Orientierung gezwungen

Bei den aerodynamischen Orientierungsverfahren wird das Werkstück durch ein permanent anliegendes Strömungsfeld gezwungen, eine bestimmte Orientierung anzunehmen. Das geschieht weitgehend ohne zusätzliche Sensorik. Die Verfahren zur Orientierung lassen sich grundsätzlich unterteilen: Die Orientierung durch spezielle Luftströmungen sowie durch flächige Luftkissen.

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Spezielle Luftströmungen ermöglichen eine axiale oder radiale Orientierung der Werkstücke. Axial erfolgt die Ausrichtung der Teile in Transportrichtung, bei der radialen Orientierung senkrecht zur Bewegungsrichtung. Die Werkstücke rutschen in mindestens zwei verschiedenen Orientierungen die Ebene hinunter und passieren dabei die Luftströmung. Die hierzu verwendeten Düsengeometrien sind auf das Werkstück abgestimmt.

Um eine maximale Flexibilität des Systems zu ermöglichen, wurden hierfür Matrixdüsen entwickelt, mit denen die Erzeugung von werkstückspezifischen Luftströmungen ohne mechanische Änderungen möglich ist. Bei der radialen Orientierung auf dem Luftkissen gleiten die Werkstücke schwebend über eine flächige Luftströmung. Beim Überqueren ergibt sich im Schwebezustand eine Orientierung, die aus dem lageabhängigen Luftwiderstand oder der Schwerpunktlage resultiert.

Liegt der Schwerpunkt der Werkstücke außerhalb der geometrischen Mitte und hat der cw-Wert keinen Einfluss auf die Ausrichtung, richtet sich das Werkstück nach unten aus. Bei mittiger Schwerpunktlage und lageabhängigem cw-Wert nimmt das Werkstück schwebend eine Orientierung abhängig vom Luftwiderstand ein.

Die Orientierung erfolgt durch ein beziehungsweise die Kombination mehrerer Verfahren (Aktoren). Optional kann – abhängig von der geforderten Flexibilität – eine Verstellung der Neigung und des Gefälles der Aktoren integriert werden. Die einzelnen Aktoren lassen sich durch Kopplungsmodule, zum Beispiel Transportbänder, miteinander verbinden.

Die Auswahl und Kombination der Aktoren erfolgt abhängig von der Werkstückgeometrie und der benötigten Teilerate. In jedem dieser Aktoren wird der Ordnungsgrad des Werkstücks erhöht, bis am Ende nur noch vereinzelte Werkstücke in ausgewählten Werkstücklagen vorhanden sind.

Schonendes Handling

Aerodynamische Orientierungsverfahren erhöhen Flexibilität und Geschwindigkeit üblicher Vereinzelungssysteme wesentlich. Bei konventionellen Zuführlösungen werden häufig Teile passiv orientiert – Teile, die sich in einer falschen Orientierung befinden, werden aussortiert.

Dadurch wird die mögliche Ausbringungsleistung eines Vereinzelungsgerätes bei zum Beispiel zwei möglichen Orientierungen halbiert. Die aktive Orientierung hingegen nutzt die maximale Leistung der Vereinzelungssysteme. Dadurch kann man etwa eine Parallelschaltung mehrerer Systeme vermeiden.

Hieraus resultieren geringere Beschaffungs- und Betriebskosten. Die Werkstücke werden bei der Zuführung besonders schonend behandelt, weil ein hoher Prozentsatz der Teile bei aktiven Verfahren den Prozess nur einmal durchläuft und durch Luft gehandhabt wird.

Die Flexibilität ermöglicht eine problemlose parallele Entwicklung von Zuführsystem und zuzuführendem Werkstück. Der weitgehende Verzicht auf mechanische Schikanen bei aerodynamischen Zuführsystemen vermindert deutlich die Gefahr einer Staubildung und des Verklemmens von Teilen. Das ermöglicht eine hohe Variantenvielfalt der zuzuführenden Werkstücke.

Das Umrüsten auf ein neues Werkstück erfordert nahezu keine mechanischen Umbauten, sondern es geschieht durch Veränderung der Systemparameter. Falsch orientierte Werkstücke fließen im Unterschied zu den meisten konventionellen Systemen im Teilestrom mit, bis sie nach der Prüfung – etwa durch ein Bilderkennungssystem – aussortiert werden.

Aus diesem Grund sind diese Systeme störungsärmer als konventionelle. Der mechanische Aufbau der Verfahren ist grundsätzlich einfacher als bei komplexen elektromechanischen Handhabungssystemen. pb

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