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Handhabungstechnik I
Die Handhabungstechnik ist ein wichtiger Bausteininnerhalb der Fertigung und Montage.
Aufgabengebiet und Funktionsumfang derAufgabengebiet und Funktionsumfang derHandhabungstechnik sind beschrieben in der
VDI-Richtlinie 2860
G äß di Ri htli i i t H dh bGemäß dieser Richtlinie ist Handhaben- Das Schaffen- Definiertes Verändern
V üb h d A f h h l- Vorübergehende Aufrechterhaltung
einer vorgegebenen räumlichen Anordnung vongeometrisch bestimmten Körpern in einemB k di t tBezugskoordinatensystem.
Bei der Funktionsbeschreibung können weitereBedingungen wie beispielsweise- Zeit- Menge- Bewegungsbahn
vorgegeben sein.
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Großstrukturen in derProduktionstechnik
Bild 7.1 09/10Handhabungs-technik
Handhabungstechnik II
Ausgehend von dieser Definition kann dasHandhaben in die nachfolgenden Teilfunktionenuntergliedert werden.- Speichern (Halten von Mengen)- Mengen verändern- Bewegen (Schaffen und Verändern einer
definierten räumlichen Anordnung)- Sichern (Aufrechterhalten einer definierten
räumlichen Anordnung)K lli- Kontrollieren
Die räumliche Anordnung eines Körpers in einemBezugskoordinatensystem ergibt sich aus seinen
h F ih it d d Bsechs Freiheitsgraden der Bewegung:
- Drei translatorische Freiheitsgrade für diePosition
- Drei rotatorische Freiheitsgrade für dieOrientierung
Die Angabe erfolgt als Transformationsbeziehungzwischen einem körpereigenen Koordinatensystemund dem Bezugskoordinatensystem.
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Bild 7.2 09/10Handhabungs-technik
Handhabungstechnik IIIVielfach ist es nicht möglich, den Bezug zwischenden Koordinatensystemen exakt zu beschreiben,da nicht alle Kenngrößen der Freiheitsgradebekannt sind Die Anzahl der bekannten Größenbekannt sind. Die Anzahl der bekannten Größenwird, nach Position und Orientierung unterteilt, alsOrdnungszustand bezeichnet. Dieser gibt also an,wieviele Freiheitsgrade des Körpers hinsichtlich
i O i ti /P iti b ti t i d Eiseiner Orientierung/Position bestimmt sind. EineÜbersicht der verschiedenen Ordnungsgrade undihre Bedeutung ist in Bild 7.4 dargestellt.Zusammengefasst beschreiben Positionsgrad PGZusammengefasst beschreiben Positionsgrad PGund Orientierungsgrad OG den OrdnungszustandOZ eines Objekts. Der Ordnungszustand wirddabei durch diese beiden Zahlen angegeben undwie folgt dargestellt:wie folgt dargestellt:
OZ = OG/PGDie folgenden beiden Beispiele zeigen Rundkörperdie sich einmal ungeordnet im Raum befinden (OZdie sich einmal ungeordnet im Raum befinden (OZ0/0) und einmal auf einer Ebene abgelegt sind (OZ(0/1)
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Bild 7.3 09/10Handhabungs-technik
Ordnungskennzahlen in der HandhabungPositionierungsgrad OrientierungsgradPG Erläuterung OG Erläuterung
Ursprung des körpereigenen Orientierung des starren Körpers in
3Koordinatensystems in allen drei Achsrichtungen x, y, z bzgl. des Basiskoordinatensystems bestimmt
3allen drei Rotationsachsen bestimmt
2
Ursprung des körpereigenen Koordinatensystems in zwei von drei Achsrichtungen bzgl. des 2
Orientierung des starren Körpers in zwei von drei Rotationsachsen bestimmt
Basiskoordinatensystems bestimmt
1
Ursprung des körpereigenen Koordinatensystems in einer von drei
1
Orientierung des starren Körpers in einer von drei Rotationsachsen
1 Achsrichtungen bzgl. des Basiskoordinatensystems bestimmt
1 bestimmt
Position des Ursprungs des Orientierung des starren Körpers
Automatisierung inBild 7 4 09/10
0p g
körpereigenen Koordinatensystems unbekannt.
0g p
unbekannt
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Bild 7.4 09/10Handhabungstechnik
Handhabungstechnik IVDas Handhaben ist eingeordnet in denMaterialfluss, der neben den Handhabungs-funktionen für geometrisch bestimmte Körper auchMethoden für die Beschreibung geometrischMethoden für die Beschreibung geometrischunbestimmter Objekte umfasst, wie nachfolgenddargestellt:
Materialfluss
Lagern / Speichern VDI 2411
Materialfluss bewirken
Fördern VDI 2411
Handhaben VDI 2860
Geometrisch unbestimmte Objekte, wie beispiels-weise Schüttgüter oder flüssige Medien, sindd d h k i h t d ih P iti
VDI 2411VDI 2411 VDI 2860
dadurch gekennzeichnet, dass zwar ihre Positionbestimmt sein kann, jedoch ist ihr Orientierungs-grad = 0. Diese Eigenschaft beschreibt denUnterschied zwischen den restlichen Funktions-bereichen des Materialflusses und dem Hand-haben.Die Funktion des Transportes betrifft dieO ä d (P i i ) Gü DiOrtsveränderung (Position) von Gütern. DieHandhabung hingegen ändert die Orientierungund Positionierung von Objekten im Bereich derFertigungseinrichtungen.
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Bild 7.5 09/10Handhabungs-technik
g g g
Werkstückmerkmale I
Bei der Auswahl und Konzeption geeigneterFunktionsträger sind die spezifischen Merkmale derzu handhabenden Werkstücke von elementarerB d t N b d W k tü k i h ft i tBedeutung. Neben den Werkstückeigenschaften istdabei auch das Verhalten der Werkstückeentscheidend. Eine zusammenfassende Übersichtder wichtigsten Merkmale ist in Bild 7.7 dargestellt.g g
Bei den geometrischen Werkstückeigenschafteninteressiert vordergründig die Form, auchVerhaltenstyp genannt. Um die Konzeptionyp g pgeeigneter Handhabungseinrichtungen zuvereinfachen und eine effiziente Auslegung zuermöglichen, werden die Werkstücke anhand ihrerEigenschaften Verhaltensgruppen zugeordnetEigenschaften Verhaltensgruppen zugeordnet.
Eine Verhaltensgruppe umfasst Werkstücke mitähnlichem oder gleichem Werkstückverhalten,wobei ein Werkstück mit den charakteristischenwobei ein Werkstück mit den charakteristischenVerhaltenseigenschaften als Repräsentant für diegesamte Gruppe ausgewählt wird. In den Bildern7.8 und 7.9 ist eine Klassifizierung der Werkstücke
h d d tli h G df banhand der wesentlichen Grundformen be-schrieben.
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Bild 7.6 09/10Handhabungs-technik
Werkstückmerkmale II
Werkstückmerkmale
Geometrische Werkstückdaten
Werkstückeigenschaften Werkstückverhalten
Kennzeichnende Formelemente
Physikalische Eigenschaften
Ruheverhalten Förderverhalten
• Form •Bohrung •Werkstoff •Standsicherheit •Gleitfähigkeit(Verhaltenstyp) •Absatz, Bund •Schwerpunkt •Stabile •Rollfähigkeit
Werkstückdaten Formelemente Eigenschaften
• Ausdehnungen •Sicke, Wulst •Steifigkeit Orientierung •Richtungs-Abmessungen •Ausschnitt •Bruchfestigkeit •Vorzugs- stabilität
• Seiten- •Schlitz •Masse orientierungverhältnisse •Nut, Einstich •Oberflächen- •Stapelfähigkeit
• Symmetrien • Fase beschaffenheit •Hängefähigkeit• Größenklassen •Haken •Temperatur
Automatisierung inBild 7 7 09/10
•Ausklinkung •Bearbeitungs-zustand
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Bild 7.7 09/10Handhabungstechnik
Geometriemerkmale I
Werkstücktyp Beschreibung
Kugelteile Kugelige Werkstücke bis zur angenäherten Kugelform, z.B. Kugellagerkugelng g g
Zylinderteile Zylindrische Werkstücke ohne Formabweichung, deren Längen-Durchmesser-VerhältnisDurchmesser Verhältnis 0,5 ≤ L/D ≤ 30 beträgt, z.B. Bolzen, Wellen, Stangen
Blockteile Block- und klotzartige Massivwerkstücke mit prismatischer Werkstückformprismatischer Werkstückform, z.B. Würfel, Dreikant, Vierkant
Flachteile Sie weisen eine vorwiegend zweidimensionale Werkstückausdehnung auf und treten immer in der flächigen Vorzugsorientierung auf
Hohlteile Dünn- und dickwandige, nicht allseits geschlossene Hohlteileallseits geschlossene Hohlteile mit zylindrischer, prosmatischer, kegeliger oder daraus zusammengefasster Form, z.B. Distanzhülsen
K lf W k tü k it lä dKegelform Werkstücke mit regulärer oder allgemeiner Kegelform, z.B. Vollkegel, Kegelstumpf
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Bild 7.8 09/10Handhabungs-technik
Geometriemerkmale II
Werkstücktyp Beschreibung
Pyramidenform Werkstücke mit regulärer oder allgemeiner Pyramidenform, z.B. K il D lk ilKeil, Doppelkeil
Pilzteile Einfach ebgesetzte Werkstücke zylindrischer, prosmatischer oder kegeliger Geometrie, z.B. Schrauben, Niete
Regelmäßige Formteile
Werkstücke, die mehr als einmal abgesetzt sind oder Formabweichungen bei nicht gekrümmten Achsen besitzen, z.B. Kurbelwellen, Nockenwellen
Unregelmäßige F t il
Werkstücke mit gekrümmten d/ d i h k dFormteile und/oder sich kreuzenden
Achsen und vorwiegend massiver Form, z.B. Press- und Schmiederohlinge
Wirrgut Die Werkstücke verhaken oder verklemmen sich im Verband sofort miteinander, z.B. Sicherungsringe, Kolbenringe, Schraubenfedern
Sonstige Beispielsweise alle MaterialienSonstige Beispielsweise alle Materialien, die von der Rolle, Stange oder vom Stereifen gearbeitet werden können, z.B. Stahlband von Coil, gegurtete Werkstücke
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Bild 7.9 09/10Handhabungs-technik
Werkstückmerkmale IIID üb hi i d b i d t i hDarüber hinaus sind bei den geometrischenEigenschaften die absoluten Abmessungen sowiemögliche Symmetrien der Werkstückkonstruktionvon Bedeutung.gWeitere Eigenschaften werden in der Gruppe derkennzeichnenden Formelemente dargestellt. DieseMerkmale beschreiben charakteristische Eigen-
h ft di l G dl fü d O d dschaften, die als Grundlage für das Ordnen derWerkstücke herangezogen werden oder bei derPrüfung und Kontrolle von Bedeutung sind.Die physikalischen Eigenschaften stellen zusätz-Die physikalischen Eigenschaften stellen zusätzliche Unterscheidungsmerkmale dar, die als Ent-scheidungskriterien für die späteren Handhabungs-funktionen dienen. Besondere Anforderungen andi H dh b t ll b i i l i bidie Handhabung stellen beispielsweise biege-schlaffe oder zerbrechliche Teile. Von den physi-kalischen Eigenschaften ist für die Handhabungs-technik in erster Linie der verwendete Werkstoffvon Bedeutung. In Kombination mit den geo-metrischen Randbedingungen ergeben sich darausbeispielweise Gewicht und Schwerpunkt desObjekts Auch Eigenschaften wie OberflächenObjekts. Auch Eigenschaften wie Oberflächen-beschaffenheit und Festigkeit können darausabgeleitet werden. Bild 7.11 beschreibt diewesentlichen Eigenschaften.
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Bild 7.10 09/10Handhabungs-technik
Ordnungsmerkmale eines Werkstücks
Merkmal ErläuterungHauptgeometrie Werkstücktypen, geometrische GrundformNebengeometrie kennzeichnende FormelementeSchwerpunktposition bezogen auf die HauptgeometrieVorzugsorientierung am häufigsten auftretende OrientierungenVorzugsorientierung am häufigsten auftretende OrientierungenWerkstoff z.B. metallische oder nichtmetallischEmpfindlichkeit z.B. polierte OberflächenOberflächenbeschaffenheit Reibung, GradMasse GewichtVerschmutzung Stanzöl, Korrosionsschutz, Staub, Späneg pSymmetrien bezogen auf die HauptgeometrieFarbelemente auf der Hauptgeometrie abweichende FarbgebungToleranzen fertigungsbedingt
Automatisierung inBild 7 11 09/10
Toleranzen fertigungsbedingtTemperatur z.B. Schmiedeerzeugnisse
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Bild 7.11 09/10Handhabungstechnik
Werkstückmerkmale IVMaßgebenden Einfluss auf den Handhabungs-prozess stellt das Werkstückverhalten dar.Werkstückverhalten ist die Gesamtheit aller typi-schen Zustände eines oder mehrerer Werkstückeschen Zustände eines oder mehrerer Werkstücke,die durch äußere Kräfte hervorgerufen werden.Dazu gehört auch die Schwerkraft (nach Hesse).Weitergehend kann das Werkstückverhaltengunterteilt werden in das Verhalten der Werkstückeim Ruhezustand sowie deren Eigenschaften imBewegungsablauf.
ü öAus dem Ruheverhalten eines Werkstücks könnendie Maßnahmen abgeleitet werden, die erforderlichsind, um die geforderte Orientierung einesWerkstücks im Speicher beizubehalten.pCharakteristische Größen sind dabei- Lagestabilität- StandsicherheitSta ds c e e t- Stapelfähigkeit- Hängefähigkeit- Bearbeitungslage- Vorzugslageund daraus resultierend die Ordnungswahr-scheinlichkeit des Objekts.
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Bild 7.12 09/10Handhabungs-technik
Werkstückmerkmale V
Das Bewegungsverhalten ist neben dem Bewegenhingegen beim Ordnen von Objekten vonBedeutung. Werkstücke können anhand folgenderh kt i ti h Ei h ft d d dcharakteristischen Eigenschaften und den daraus
resultierenden Bewegungsarten beurteilt werden:− Gleitfähigkeit
R llfähi k it− Rollfähigkeit− Richtungsstabilität
In den Bildern ab 7.15 wird das Werkstückverhaltend i h G df d llder geometrischen Grundformen dargestellt.Abhängig von den Grundformen werden dieMöglichkeiten des Ruheverhaltens einzelnerObjekte sowie deren Ordnungsverhalten imObjekte sowie deren Ordnungsverhalten imVerband dargestellt.Die Speicherung im Verband ist dabei einerseitsdurch das ungeordnete Verhalten im Haufwerk alsgauch durch die geordnete Anordnung inSpeichereinrichtungen gekennzeichnet.Bei den vereinzelten Werkstücke sind dagegen diet bil O i ti l i di ö li hstabile Orientierungslage sowie die möglichen
Bewegungsformen von Bedeutung.
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Bild 7.13 09/10Handhabungs-technik
Werkstückmerkmale VI
Einzelne Bewegungsformen können dabeiabhängig von den geometrischen Grundformen nurbedingt oder gar nicht ausgeführt werden.
Neben den beschriebenen Bewegungsformen ist inder Handhabungstechnik noch die Kippbewegungvon Bedeutung, die im Rahmen der Handhabungs-i i ht äh lä t t i deinrichtungen näher erläutert wird.
Bei der Konzeption von Handhabungseinrichtungenermöglicht die dargestellte Übersicht eineVorauswahl anhand typisierter Einrichtungen fürVorauswahl anhand typisierter Einrichtungen fürbestimmte Grundformen.
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Bild 7.14 09/10Handhabungs-technik
Werkstückverhalten geometrischer Grundformen I
Werkstück-typ
Kugelteile Zylinder-teile
Blockteile Flachteile Hohlteile
Beispiel
ungeordnet im Verband
geordnet im Verband
Automatisierung inBild 7 15 09/10 Automatisierung in Fertigung und MontageProf. WannerLehrstuhl FertigungstechnikAnwendungszentrum
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Bild 7.15 09/10Handhabungstechnik
Werkstückverhalten geometrischer Grundformen II
Werkstück-typ
Kugelteile Zylinder-teile
Blockteile Flachteile Hohlteile
in Ruhe bedingtin Ruhe bedingt geeignet
Fall-bewegung
ungeeignet
Gleit-bewegung
u.U. realisierbar
Roll-bewegung
nicht realisierbar
Automatisierung inBild 7 16 09/10 Automatisierung in Fertigung und MontageProf. WannerLehrstuhl FertigungstechnikAnwendungszentrum
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Bild 7.16 09/10Handhabungstechnik
Werkstückverhalten geometrischer Grundformen III
Werkstück-typ
Kegel-/ Pyramiden-
Pilzteile Regel-mäßige
Unregel-mäßige
Wirrgut Sonstiges
teile Formteile FormteileBeispiel
ungeordnet im Verband
geordnet im V b dVerband
Automatisierung inBild 7 17 09/10 Automatisierung in Fertigung und MontageProf. WannerLehrstuhl FertigungstechnikAnwendungszentrum
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Bild 7.17 09/10Handhabungstechnik
Werkstückverhalten geometrischer Grundformen IV
Werkstück-typ
Kegel-/ Pyramiden-teile
Pilzteile Regel-mäßige Formteile
Unregel-mäßige Formteile
Wirrgut Sonstiges
in Ruhe
Fall-bewegung
Gleit-bewegung
Roll-bewegung
Automatisierung inBild 7 18 09/10
bewegung
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Bild 7.18 09/10Handhabungstechnik
Handhabungsfunktionen I
Handhabungsvorgänge lassen sich in die 5bekannten Grundfunktionalitäten unterteilen.
Diese Grundfunktionalitäten wiederum lassen sichuntergliedern in
• ElementarfunktionenDiese sind gemäß der Richtlinie definiert alskleinste, sinnvoll nicht weiter unterteilbareFunktionen.
• Zusammengesetzte FunktionenAus einer Kombination von Elementar-funktionen abgeleitete Funktionen
Diese Funktionen wurden durch den dritten Bereichd ä d F kti it t b i dder ergänzenden Funktionen erweitert, bei denenes sich im Sinne der Definition nicht umHandhabungsfunktionen handelt, die aber für derenBeschreibung eine sinnvolle Ergänzung darstellen.g g g
Eine Übersicht dieser Funktionen ist in Bild 7.20dargestellt.
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Bild 7.19 09/10Handhabungs-technik
Übersicht der Handhabungsfunktionen
SichernBewegenSpeichern Menge verändern
Handhaben VDI 2860
Kontrollieren
Teilen Drehen Halten PrüfenVereinigen Verschieben Lösen
S A h it
Teilfunktionen
g
Abt il
p verändern
S h k Spannen AnwesenheitIdentitätForm
O d
AbteilenZuteilenVerzweigen
SchwenkenOrientierenPositionieren
Entspannengeordnetes Speichern
Z G öß
FührenWeitergeben
OrdnenZusammen-gesetzte
Funktionen teilgeordnetes Speichern
Zusammen-führenSortieren
Größe
FarbeGewichtP itiOrientierungMessenZählen
Position
Automatisierung inBild 7 20 09/10
ungeordnetes Speichern
Ergänzende Funktionen Fördern
Zählen
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Bild 7.20 09/10Handhabungstechnik
Handhabungsmittel
Die technische Umsetzung von Handhabungs-vorgängen erfordert geeignete Handhabungsmittel. Dabei wird grundsätzlich unterschieden in:
• EinzweckgeräteEinzweckgeräte, auch Handhabungseinrich-tungen genannt, sind dadurch gekennzeichnet,dass sie mindestens eine der Hauptfunktionendass sie mindestens eine der Hauptfunktionendes Handhabens erfüllen, wobei der Gesamt-umfang auch durch ergänzende Funktionenerweitert sein kann. Da technische Lösungs-varianten in der Regel mehr als eine derFunktionen beinhalten, werden diese Gerätegemäß ihrer Hauptfunktion einer der Hand-habungsfunktionen zugeordnet. Bild 7.22 zeigtabu gs u t o e ugeo d et d e gteiner Übersicht der wesentlichen Handhabungs-einrichtungen.
• UniversalgerätegUniversalgeräte bieten ein Höchstmaß anFlexibilität. Durch die Möglichkeit der flexiblenProgrammgestaltung und Variation der verwen-deten Werkzeuge lassen sie sich an unterdeten Werkzeuge lassen sie sich an unter-schiedliche Handhabungsfunktionen anpassen.
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Bild 7.21 09/10Handhabungs-technik
Übersicht der Handhabungseinrichtungen
HandhabungseinrichtungenKontrollein-richtungen
Bunker Magazine Zuführein- Ordnungsein- Zuteilein- Greifer Spannvor- Kontrollein-
Speicher-einrichtungen
Einrichtungen zum Verändern von Menge, Position und Orientierung
Spann-einrichtungen
richtungen richtungen richtungen richtung richtungen
Trommel Palette Programmierbares Handhabungsgerät
Vibrationswen-delförderer
Schleuse Backen-greifer
Backen-futter
Prüftaster
Trichter Schacht-magazin
Pendelschritt-förderer
Schleppketten-förderer
Weiche Vakuum-greifer
Elekro-magnet-spanner
Photozelle
Ketten-magazin
Schieber Trommel-bunker
Abform-greifer
Zangen-spanner
Fernseh-system
Automatisierung inBild 7 22 09/10 Automatisierung in Fertigung und MontageProf. WannerLehrstuhl FertigungstechnikAnwendungszentrum
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Bild 7.22 09/10Handhabungstechnik
Speichereinrichtungen IDie Aufgabe des Speicherns ist das Aufbewahrenvon Vorräten. Neben dem für den Materialflussrelevanten Speichern von Werk- und Hilfsstoffenwerden im betrieblichen Ablauf noch Systeme zurwerden im betrieblichen Ablauf noch Systeme zurEnergie- und Informationsspeicherung integriert.In der industriellen Fertigung gibt es Speicher-systeme für unterschiedliche Funktionsbereiche:• Beschickungsspeicher
Diese stellen den Ausgangspunkt im Material-fluss dar und sind der ersten Arbeitsstationvorgelagertvorgelagert.
• Zwischenspeicher dienen der Speicherung derWerkstücke zwischen einzelnen Bearbeitungs-stationen
• AusgleichsspeicherAufgabe dieses Speichertyps ist das zeitweiseAusgleichen von Taktunterschieden zwischeneinzelnen Bearbeitungs Werden diese Speichereinzelnen Bearbeitungs. Werden diese Speicherauch zur Überbrückung von ungeplantenMaschinenstillstandszeiten konzipiert, so sprichtman auch von Störungsspeichern.S l i h• SammelspeicherSammelspeicher dienen zur Vorratsbildung vonHalbzeugen oder Fertigteilen, die gesammeltweiter transportiert werden.
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Bild 7.23 09/10Handhabungs-technik
p
Speichereinrichtungen IIBei der Auslegung von Speichereinrichtungenmüssen folgende Kriterien und Randbedingungenberücksichtigt werden:• Größe Form und Platzbedarf der Werkstücke• Größe, Form und Platzbedarf der Werkstücke• Gewicht• Anlieferungs- bzw. Abholrhythmus
V b it h i di k it (T kt it)• Verarbeitungsgeschwindigkeit (Taktzeit)• Wert der Werkstücke• Aufwand und Platzbedarf für den SpeicherAnhand des Ordnungszustands der Werkstückewerden drei verschiedene Arten des Speichernsunterschieden:• Geordnetes Speichern:• Geordnetes Speichern:
In diesem Falle ist die Werkstückposition inallen Freiheitsgraden bestimmt: OrdnungszahlOZ = 3/3
• Teilgeordnetes Speichern:Position und Orientierung sind jeweils nur zumTeil bestimmt: 0/0 < Ordnungszahl OZ < 3/3
• Ungeordnetes Speichern:Beim ungeordneten Speichern sind wederPosition noch Orientierung definiert. Es handeltsich hierbei um eine ergänzende Funktion.
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Bild 7.24 09/10Handhabungs-technik
sich hierbei um eine ergänzende Funktion.
Speichereinrichtungen III - Bunker
Abhängig vom Ordnungszustand können Speicher-systeme wie folgt unterschieden werden:• Bunker• MagazineIn der Fertigung und Montage dienen dieseSpeichersysteme der Teilebereitstellung für die
h l t A b it h ittnachgelagerten Arbeitsschritte.Bunker sind Einrichtungen zur ungeordnetenSpeicherung von Werkstücken. Obwohl das unge-ordnete Speichern lediglich eine ergänzendeordnete Speichern lediglich eine ergänzendeFunktion im Sinne des Handhabens darstellt, istdiese Speicherform bei der Beschreibung vonHandhabungseinrichtungen unerlässlich, da siei lf h d A kt d hf l dvielfach den Ausgangspunkt der nachfolgenden
Operationen darstellt.Bunkereinrichtungen lassen sich grundsätzlichunterteilen inunterteilen in• stillstehende Bunkereinrichtungen• bewegte BunkereinrichtungenDiese können wie in Bild 7 26 dargestellt weiterDiese können, wie in Bild 7.26 dargestellt, weiterunterschieden werden anhand der Ausführungs-form, der Art des Werkstückaustrags und demzugrundeliegenden Funktionsträger.
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Bild 7.25 09/10Handhabungs-technik
Übersicht über Bunkerausführungen
Ausführungs-f
Werkstück-t
Stillstehende BunkerFunktionsträger
formen austragmanuell von oben Gitterkorb Trommel
mit Ausfall-öffnung
durch Schwerkraft über Klappenöffnung
Behälter mit senkrechten oder konischen
Trichter
Klappenöffnung oder konischen Wänden
mit bewegten Austrags-elementen
umlaufende Austrags-elemente
Bunker mit Ketten oder Bändern
Bunker mit Scheiben oder Rädern
pendelnd bewegte Aus-tragselemente
Trichter mit Hubrohr
Trichter mit Hubschieber
B t B kTrommel
Scheibe
Schwerkraftrinne Trichtermit feststehen-den Austrags-elementen
Bewegte Bunker
mit bewegten Austrags-elementen
Kraftimpuls oder Schwerkraft
zylindrischer oder konischer Schwingkopf
Trommel mit pendelnder Schwerkraft-rinne
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Bild 7.26 09/10Handhabungs-technik
Methoden für Bunkerzuführung
Bunker der einfachsten Art sind beispielsweiseKisten oder Boxplatten. Die manuelle Entnahmeder Werkstücke erfolgt von Hand oder mit
i ll G if D t ti hspeziellen Greifzangen. Das automatischeHandhaben hingegen erfordert Bunker mitautomatischem Entleeren. Der Nachteil bei diesenBunkern ist die schwierige Steuerung derg gAustragsmenge und die Gefahr der Brückenbildungbei der Austragsöffnung.
Es kommen deshalb oft Bunker mit Austragsein-grichtungen zur Anwendung, die die Funktionen desBunkerns und Ordnens funktionell verbinden.
Das Bunkern eignet sich in der Regel nur fürunempfindliche Werkstücke.
Man unterscheidet stillstehende und bewegteBunker sowie Bunker mit Austragselementen. Be-wegte Bunker und Bunker mit Austragselementenwerden meist elektrisch angetrieben. Die Aus-tragselemente müssen dem entsprechendenWerkstück angepasst werden.Werkstück angepasst werden.
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Bild 7.27 09/10Handhabungs-technik
Methoden für Bunkerzuführung
Die technische Umsetzung des Werkstückaustragserfolgt nach folgenden Methoden.• Schöpfen mit Schwenksegmenten, Flügel-
schienen oder ähnlichem• Gleiten entlang von Kanten und Anschlägen• Fallen in angepasste Profilöffnungen• Schwingend in Verbindung mit geeigneten
Ausrichtelementen• Durch den Einsatz von Greifern oder Magneten
In den nächsten Bildern sind einige exemplarischeBunkerzuführeinrichtungen dargestellt, mit deneneine (teil-)geordnete Entnahme erfolgt. Eined t illi t B h ib it B kdetailliertere Beschreibung weiterer Bunker-zuführeinrichtungen erfolgt bei den Zuführ- undOrdnungssystemen.
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Bild 7.28 09/10Handhabungs-technik
Verfahren zum Bunkeraustrag Rotierendes FlügelradAustragen mit
Flügelrad
Bunker
TeileAuslaufschiene
Magnetscheibe
Magnetische Werkstückmitnahme
Magnetscheibe
Bunker
Mitnahme- und SortierleisteSchrägförderer
Förderer
Mitnahme- und Sortierleiste
Auslaufschiene
Bunker
Teile
Bunker
TeileAntrieb
Bunker
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Bild 7.29 09/10Handhabungs-technik
Magazine I
Magazine übernehmen in der Handhabungstechnikdie Funktion des geordneten Speicherns. Diegespeicherten Werkstücke können dabei sichb üh d b l t d d b tberührend abgelegt werden oder abgegrenzteSpeicherplätze einnehmen. Die Werkstückauf-nahmen in Magazinen sind in der Regel für einenbestimmten Werkstücktyp ausgelegt und lassenyp g gsich nur in Sonderfällen umrüsten.
In Bild 7.31 sind verschiedene Ausführungsformenvon Magazinen aufgelistet. Das wesentlicheg gUnterscheidungskriterium stellt die Werkzeugeigen-bewegung dar, anhand derer in passive Magazinefür ruhende, sich nicht bewegende Werkstückeund in aktive Magazine mit bewegten Werkstückenund in aktive Magazine mit bewegten Werkstücken,unterteilt wird.
Magazine für unbewegte WerkstückeBei diesem Magazintyp handelt es sich vorwiegendBei diesem Magazintyp handelt es sich vorwiegend um Palettensysteme oder andere Behältnisse, in denen die Werkstücke kraft- und/oder formschlüs-sig gespeichert werden. Die kraftschlüssigen Systeme arbeiten größtenteils schwerkraftbasiert, jedoch kommen in Sonderanwendungen auch Magnet- oder Vakuumsysteme zum Einsatz.
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Bild 7.30 09/10Handhabungs-technik
Unterteilung von Magazinen nach Bewegungsformen
Speicher für geordnete Werkstücke (Ordnungsgrad > 0)(Ordnungsgrad > 0)
Ohne Werkstück-Mit Werkstückbewegung
Palette
bewegung
Werkstück-
Mit Werkstückbewegung
Mit Antrieb
• • • Einzel-Schacht-
eigen-bewegung
Trommel-
• • •
palette
Stapel-palette
magazin
Kanal-magazin
magazin
Ketten-magazin
• • • Schub-laden-palette
Werk-stück-gurte
Hänge- bzw. Gleit-schiene
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Bild 7.31 09/10Handhabungs-technik
Magazine II
Im nachfolgenden Bild ist ein Palettenmagazin fürdie Speicherung integrierter Schaltkreiseabgebildet. Dieser Palettenspeicher wird zurB hi k M t t t i dBeschickung von Montageautomaten in derElektroindustrie eingesetzt.
Magazine mit WerkstückbewegungMagazine mit WerkstückbewegungDer Gruppe der bewegten Werkstücke kannnochmals unterteilt werden in Magaziniersysteme,innerhalb denen eine Eigenbewegung der Werk-g g gstücke stattfindet und solchen, bei denen dasMagazin über eine zusätzliche Antriebseinrichtungzum Bewegen der Werkstücke verfügt.
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Bild 7.32 09/10Handhabungs-technik
Magazine III
Magazine mit Werkstückeigenbewegung
Die Werkstück bewegen sich aufgrund derSch erkraft indem sie sich mittels einer Fall RollSchwerkraft, indem sie sich mittels einer Fall- Roll-oder Gleitbewegung an ihren Speicherplatz im Ma-gazin bewegen. Die Magazine müssen konstruktivderart ausgelegt werden, dass der gewünschteg g gOrdnungsgrad der Werkstücke gewährleistet ist.
Die am weitesten verbreitete Gruppe stellen dieSchachtmagazine dar. Diese Magazine zeichnensich durch einen einfachen konstruktiven Aufbauaus. Um eine ungewollte Orientierungsänderungder Werkstücke während der Bewegung zuverhindern werden die Schachtmagazine in derverhindern, werden die Schachtmagazine in derRegel an die Werkstückkontur angepasst. DieBeschickung der Schachtmagazine erfolgt vielfachmanuell, wodurch eine zusätzliche Kontroll-
ö li hk it b i t N hf l d i d i imöglichkeit gegeben ist. Nachfolgend sind einigeBeispiele schematisch dargestellt.
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Bild 7.33 09/10Handhabungs-technik
Magazine IV
Formangepasste Schachtmagzine für exemplarische Werkstücktypen
Universelles Schachtmagazin (Draufsicht)
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Bild 7.34 09/10Handhabungs-technik
Magazine V
Weitere Beispiele für Magazine, bei denen die Roll-bzw. Gleitfähigkeit von Werkstücken ausgenutztwerden, gibt es in großer Anzahl. Beispielhaft
d hf l d i Mö li hk it d t lltwerden nachfolgend zwei Möglichkeiten dargestellt.Auch bei diesen Systemen ist darauf zu achten,dass die Werkstückorientierung erhalten bleibt.Falsch orientierte Werkstücke können unterAnderem zu einem Verklemmen und darausresultierender Blockade des Systems führen.
Rollenbahn WendelrinneRollenbahn Wendelrinne
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Bild 7.35 09/10Handhabungs-technik
Magazine VI
Magazine mit AntriebsfunktionDieser Magazintyp verfügt über die Möglichkeit, dieeinzelnen Speicherplätze zu bewegen. Sieverfügen über eine Antriebssteuerung, die in denübergeordneten Bewegungsablauf integriert ist. Einwesentlicher Vorteil bei diesen Systemen liegt imvor- bzw nachgelagerten Funktionsbereich davor- bzw. nachgelagerten Funktionsbereich, dajeweils eine definierte Ein-/Ausgabeposition exis-tiert, an die der entsprechende Speicherplatz be-wegt wird. Speziell bei nachfolgenden Fertigungs-d M l k f f ä di H doder Montageanlagen kann auf aufwändige Hand-
habungseinrichtungen zur flexiblen Entnahme anunterschiedlichen Speicherpositionen verzichtetwerden.Beispiele hierfür sind die nachfolgend schematischdargestellten Trommel- oder Scheibenmagazine.Ebenso existieren kombinierte Varianten, wie inBild 7.32 unten dargestellt. Anstelle der direktenAnordnung der Werkstücke auf demScheibenmagazin sind bei dieser Ausführung dieeinzelnen Speicherplätze durch Schachtmagazineeinzelnen Speicherplätze durch Schachtmagazineersetzt. Dieser Karussellspeicher eignet sich durchsein großes Speichervolumen besonders fürlängere bedienerlose Bearbeitungsvorgänge.
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Bild 7.36 09/10Handhabungs-technik
Magazine VII
Scheibenmagazin Trommelmagazin
Karussellspeicher mit Schachtmagazinen
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Bild 7.37 09/10Handhabungs-technik
Magazine VIII
Erfordern die nachfolgenden Arbeitsschritte einegetaktete Zuführung, so sind neben Trommelmaga-zinen mit vereinzelten Werkstückspeichern auchKettenmagazine oder bereits vorkonfektionierteKettenmagazine oder bereits vorkonfektionierteWerkstückgurte geeignet.
Werkstückgurt in e stüc gu tebener Ausführung
W k tü k tWerkstückgurtin Rollenform
Letztere werden besonders zur Elektonikmontageb i d B tü k L it l tt i t tbei der Bestückung von Leiterplatten eingesetzt.Die benötigten Elektronikkomponenten werdendabei in äquidistanten Abständen auf ein Träger-material fixiert, das meist in Rollenform vorliegt.
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Bild 7.38 09/10Handhabungs-technik
, g
StapelmagazineEine Sonderform der Magazinierung nehmen dieStapelmagazine ein. Sie werden zum teilgeord-neten Speichern von meist flachen Werkstückeneingesetzt Die Vereinzelung erfolgt entweder aneingesetzt. Die Vereinzelung erfolgt entweder ander Unterseite des Magazins, wobei die einzelnenWerkstücke ausschließlich schwerkraftgesteuertzum Auslauf gelangen oder durch geeigneteV i l i di i hf l d Bild dVereinzeler, wie dies im nachfolgenden Bild dar-gestellt ist.
Die Beschickung von Stapelmagazinen erfolgt beiden Beschickungsspeichern meist manuell oderteilautomatisiert.
Zur Vereinfachung des Beschickungsvorgangswerden die Werkstücke im praktischen Einsatzfallvielfach bereits teilgeordnet angeliefert.
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Bild 7.39 09/10Handhabungs-technik
Automatische Beschickung von Stapelspeichern
Werden Stapelmagazine als Zwischenspeicher ver-wendet, so kommen auch automatisierte Lösungenzum Einsatz. In den dargestellten Varianten werdenfl h W k tü k f St d d l tt t ltflache Werkstücke auf Standardpaletten gestapelt.Die Werkstücke werden über Förderbänder zurPalette bewegt. Der letzte Bewegungsabschnitterfolgt durch Fallen bzw. Gleiten. Diese Methode istgfür oberflächenempfindliche Werkstücke nichtgeeignet.
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Bild 7.40 09/10Handhabungs-technik
Menge verändern I
Eine weitere Grundfunktion der Handhabungs-technik ist das Verändern von Mengen. Analog zuder Speicherfunktion bezieht sich die Mengen-
ä d d b i f t i h b ti tveränderung dabei auf geometrische bestimmteKörper, die zumindest teilgeordnet vorliegen.
Hierfür stehen zwei Elementarfunktionen zurV füVerfügung:
• Teilen von MengenBeim Teilen wird eine Menge von Objekten in
hi d T il f il dverschiedene Teilmengen aufgeteilt, derenGrößen nicht notwendigerweise definiert seinmüssen.
V i i M• Vereinigen von MengenDas Vereinigen stellt die komplementäreFunktion des Teilens dar, bei der eine beliebigeAnzahl von Teilmengen die wiederum beliebigeAnzahl von Teilmengen, die wiederum beliebigeGrößen annehmen können, zusammengeführtwird.
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Bild 7.41 09/10Handhabungs-technik
Menge verändern IIAusgehend von diesen Elementarfunktionen gibt esweitere zusammengesetzte beziehungsweisedavon abgeleitete Funktionen, die der Hauptgruppedes Veränderns von Mengen zugerechnet werden:des Veränderns von Mengen zugerechnet werden:• Abteilen
Unter Abteilen versteht man das Bilden vonTeilmengen mit definierter Größe oderTeilmengen mit definierter Größe oderdefinierter Anzahl aus einer Menge. Besitzt dieZielmenge den Wert 1, so spricht man auch vonVereinzeln.
• ZuteilenDas Zuteilen beinhaltet analog dem Abteilen dasBilden von Teilmengen definierter Größe.Darüber hinaus enthält das Zuteilen noch dieDarüber hinaus enthält das Zuteilen noch dieBewegung zu einem definierten Zielort.
• Verzweigen / ZusammenführenDiese Funktionen dienen zum Auflösen oderDiese Funktionen dienen zum Auflösen oderBilden von Mengenströmen ausTeilmengenströmen
• SortierenSortierenSortieren ist das selektive Zuordnen und Teileneiner Menge verschiedener Objekte anhandbestimmter Merkmale.
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Bild 7.42 09/10Handhabungs-technik
Einrichtungen zum Verändern von Mengen I
Die wesentlichen Einrichtungen zum Verändernvon Mengen zählen zu der Gruppe der Zuteilein-richtungen.
Aufgabe der Zuteiler ist es, aus einer meist konti-nuierlichen Menge von Werkstücken Teilmengenmit definierter Anzahl abzugrenzen. Die häufigsteR li i t llt d b i di G d V i lRealisierung stellt dabei die Gruppe der Vereinzelerdar.
Die Auslegung von Zuteileinrichtungen wird maß-geblich von den Eigenschaften und dem Verhaltengeblich von den Eigenschaften und dem Verhaltender Werkstücke, der verwendeten Speicherformsowie dem Bewegungsverlauf des aktivenElements und der gewünschten Bewegungsfolgeder Werkstücke beeinflusst.
Anhand der zeitlichen und räumlichen Bewegungs-folge der Werkstücke nach dem Zuteilen könnendabei drei Kategorien unterschieden werden (Bild7.44).
- Kontinuierliche Bewegung
- Intermittierende bzw. getaktete Bewegung
- Alternierende Bewegung
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Bild 7.43 09/10Handhabungs-technik
Bewegungsverlauf bei Zuteilern
Symbol Rundteil Flachteil
geradlinige Bewegung in einer
Bewegungsverlauf
Richtung
geradlinige Bewegung in beidesl
atio
n
Bewegung in beide Richtungen
unterbrochene
Tran
s
geradlinige Bewegung
Drehbewegung in einer Richtung
n
Drehbewegung in beide Richtungen
Rot
atio
n
unterbrochene Drehbewegung
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Bild 7.44 09/10Handhabungs-technik
Einrichtungen zum Verändern von Mengen II
Die Werkstückbewegung kann dabei durch denEinfluss der Schwerkraft oder durch zusätzlicheStell- oder Greifelemente erfolgen, wie in der
hf l d Üb i ht d t llt
Element Prinzip Bewegung
nachfolgenden Übersicht dargestellt.
Rückhalter
Schieber
GreiferGreifer
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Bild 7.45 09/10Handhabungs-technik
Zuteileinrichtungen IVereinzeln durch RückhaltenEin Beispiel für ein Vereinzelung mittels einespneumatisch betriebenen Greifwerkzeugs alsRüchhaltesystem ist im folgenden Bild zu sehen:Rüchhaltesystem ist im folgenden Bild zu sehen:
Das nachfolgende Bild zeigt ein weiteres Beispielfür die Zuteilung aus einem Stapelmagazin Diefür die Zuteilung aus einem Stapelmagazin. DieWeiterbewegung der Flachpaletten erfolgt übereine Bandfördereinheit.
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Bild 7.46 09/10Handhabungs-technik
Zuteileinrichtungen II
SchiebersystemeSchiebereinrichtungen gibt es in vielfältigenVariationen für unterschiedliche Werkstückgrößenund –typen. Abhängig vom Werkstücktyp kommensowohl translatorisch arbeitende Schieber alsauch rotatorische Ausführungen zum Einsatz.T l t i h S hi b i d d h i ltTranslatorische Schieber sind durch eine alter-nierende einachsige Bewegung gekennzeichnet.Ein Einsatzfall ist in Bild 7.48 am Beispiel einerMünzpresse dargestellt.p gEin weiteres Unterscheidungsmerkmal von Schie-bersystemen stellt die Bewegungsrichtung derWerkstücke dar. In Bild 7.48 ist zusätzlich einF kti i i i t l t i h S hi bFunktionsprinzip eines tranlatorischen Schiebersdargestellt, bei dem die Schieberrichtung quer zureigentlichen Bewegungsrichtung der Werkstückeverläuft.Ein ähnliches Funktionsprinzip wird bei derdaneben dargestellten Abbildung mit einerrotatorischen Schiebereinheit abgebildet.
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Bild 7.47 09/10Handhabungs-technik
Zuteileinrichtungen III
Münzpresse mit Schieberzuteiler
translatorisch rotatorisch
Schieber quer zur Bewegungsrichtung
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Bild 7.48 09/10Handhabungs-technik
Verzweigen, Zusammenführen, Sortieren
Weitere zusammengesetzte Funktionen ausdem Bereich des Veränderns von Mengen sinddas Verzweigen und das Zusammenführen.
Innerhalb von Montage- und Fertigungs-prozessen kommen Verzweigungseinrichtungeneine große Bedeutung zu. WesentlicheEi t bi t i dEinsatzgebiete sind:• Aufteilung der Werkstücke an parallele Bear-
beitungsstationen• Beschickung von parallel zum Hauptfluss• Beschickung von parallel zum Hauptfluss
angeordneten Ausgleichspeichern• Aufteilung in TransporteinheitenDas Sortieren beschreibt dabei einen SonderfallDas Sortieren beschreibt dabei einen Sonderfalldes Verzweigens, bei dem die Aufteilungaufgrund unterschiedlicher Werkstückmerkmaledurchgeführt wird, wie beispielsweise dasAussteuern fehlerhafter Werkstücke nach einerdurchlaufenen Prüfstation.Analog den Verzweigungseinrichtungen werdenSysteme benötigt die in umgekehrter WeiseSysteme benötigt, die in umgekehrter Weiseparallele Werkstückströme vereinigen oder imBedarfsfall Werkstücke aus Ausgleichsspeichernin den Werkstückfluss integrieren.
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Bild 7.49 09/10Handhabungs-technik
Verzweigungseinrichtungen I
Erfolgt die Aufteilung nach einem festgelegtenVerhältnis, so kann die Verzweigungseinrichtungrein mechanisch aufgebaut werden, wie im
hf l d B i i l h d inachfolgenden Beispiel anhand einergleichmäßigen Aufteilung gezeigt wird.
100 %100 %
50 %
25 %
In den meisten Anwendungsfällen werden fürd V i l kt i h t t Sdas Verzweigen elektronisch gesteuerte Sys-teme verwendet, die je nach Anwendungsfallüber zusätzliche Sensorik verfügen. In Bild 7.51werden zwei Einrichtungen exemplarischeg pdargestellt.
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Bild 7.50 09/10Handhabungs-technik
Verzweigungseinrichtungen II
Verzweigungssystem mit pneumatisch betätigten Weichen
Kamerabasierte Weiche mit pneumatischer Umschaltung
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Bild 7.51 09/10Handhabungs-technik
Handhabungsfunktion Bewegen I
Unter Bewegen im Sinne der Handhabungs-funktionen versteht man die Veränderung derräumlichen Anordnung von Körpern. DerB k d b i i i l tBewegungsvorgang kann dabei in zwei elementareGrundfunktionen unterteilt werden:
• DrehenD D h b h ibt i t t i hDas Drehen beschreibt eine rotatorischeBewegung um eine Drehachse, die durch einenkörpereigenen Bezugspunkt geht, dessen Posi-tion während des Drehvorgangs nicht verändertg gwird.
• VerschiebenBeim Verschieben wird der Körper entlang einerbeliebigen Geraden im Raum bewegt. Beidieser translatorischen Bewegung legt jederkörpereigene Punkt die gleiche Wegstreckezurückzurück.
Auf Basis dieser Elementarfunktionen gibt esweitere Funktionen, die aus diesen abgeleitet
d köwerden können.
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Bild 7.52 09/10Handhabungs-technik
Handhabungsfunktion Bewegen II
Zusammengesetzte Funktionen des Bewegens
• SchwenkenDas Schwenken stellt die einfachste Kombi-Das Schwenken stellt die einfachste Kombination der Elementarfunktionen dar. Ein Körperwird dabei um eine körperferne Achse gedreht.Während dieser Bewegung ändert sich analogd D hb di O i ti d Köder Drehbewegung die Orientierung des Kör-pers. Durch die Drehbewegung wird zeitgleichein körpereigener Bezugspunkt in seiner Posi-tion verändert, weshalb der Schwenkvorgang img gErgebnis eine zusätzliche Verschiebeoperationdarstellt.
• OrientierenBeim Orientieren wird ein Körper unabhängigvon seinem Ausgangszustand in eine definierteOrientierung überführt. Die Position des Körperswird dabei nicht betrachtetwird dabei nicht betrachtet.
• PositionierenAnalog dem Orientieren wird beim Positionierendagegen der Körper in eine definierte Positiondagegen der Körper in eine definierte Positionbewegt, wobei die Orientierung nichtberücksichtigt wird.
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Bild 7.53 09/10Handhabungs-technik
Handhabungsfunktion Bewegen III
• OrdnenDas Ordnen beinhaltet die FunktionenOrientieren und Positionieren. Der Körper wirdi i d fi i t L b ü li h iin eine definierte Lage bezüglich einesBezugskoordinatensystem gebracht.
• FührenA h d i d t Z t d i dAusgehend von einem geordneten Zustand wirdein Körper in einen anderen geordnetenZustand überführt, indem er entlang einerdefinierten Bahn bewegt wird. DergOrdnungszustand ist somit an jedem Bahnpunktbekannt.
• WeitergebenDas Weitergeben stellt eine Vereinfachung desFührens dar. Bei dieser Bewegungsart sindlediglich Anfangs- und Endzustand bekannt.
Sind die Ordnungszustände sowohl zu Beginn alsauch am Ende der Bewegung nicht exakt definiert,so wird von der ergänzenden Funktion desFö d hFörderns gesprochen.
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Bild 7.54 09/10Handhabungs-technik
Bewegungseinrichtungen I
Handhabungseinrichtungen für Bewegungsaufga-ben gibt es in vielfältiger Ausführung, die nebenden Bewegungsfunktionen auch weitere Hand-h b f b üb h Abhä ihabungsaufgaben übernehmen. Abhängig vomAnwendungsfall kommen dabei angepasste Sys-teme oder universelle Bewegungseinrichtungenzum Einsatz.
Bewegungseinrichtungen mit fester Hauptfunktionsind im Allgemeinen nur für eine Handhabungs-funktion ausgelegt. Das Bewegungsprogramm istg g g g p gfester Bestandteil des Geräts und in der Regelnicht veränderbar. Derartige Geräte werdenvorzugsweise in der Serienfertigung eingesetzt.
Bewegungseinrichtungen mit variabler Hauptfunk-tion sind dagegen in der Lage, mehrere Funktionenauszuführen. Diese werden unterteilt in• Festprogrammierte Bewegungsautomaten• Festprogrammierte Bewegungsautomaten• Freiprogrammierbare Bewegungsautomaten• Manuell gesteuerte Bewegungseinrichtungen
Exemplarische Beispiele sind in Bild 7.56 dar-gestellt.
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Bild 7.55 09/10Handhabungs-technik
Bewegungseinrichtungen II
Balancer
Parallelkinematik in Hexapod-Ausführung
Robotersystem für Schweißapplikation
Einlegegerät mit Kurvensteuerung
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Bild 7.56 09/10Handhabungs-technik
Bewegungseinrichtungen III
Für die automatische Teilebereitstellung anFertigungs- und Montageanlagen sind geeigneteEinrichtungen erforderlich, die diese Anlagen mitd M t i lfl d l t S i hdem Materialfluss oder vorgelagerten Speicher-einheiten verbinden. Vielfach sind die Speicherintegrierte Bestandteile der Zuführeinrichtungen.
N b d S i h f kti b it di Ei i hNeben der Speicherfunktion besitzen diese Einrich-tungen auch vielfach Elemente zur Veränderung der Menge sowie Prüf- und Kontrolleinrichtungen.
Eine wichtige Rolle bei der Zuführung ungeordneterEine wichtige Rolle bei der Zuführung ungeordneterBauteile nehmen die Schwingförderer, vielfachauch Vibrationsförderer genannt, ein. Hierbeihandelt es sich um Einrichtungen für stetigeFörderprozesse mit denen anwendungsbezogenSchüttgüter oder auch kleinere Stückgüter bewegtwerden können.
Der Grundaufbau dieser elektromechanischenTransportsysteme besteht aus einem Feder-Masse-System, das über geeignete elektrischeStellgeräte in eine Schwingbewegung versetzt wird.Stellgeräte in eine Schwingbewegung versetzt wird.
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Bild 7.57 09/10Handhabungs-technik
Schwingförderer I
Das folgende Bild zeigt den schematischen Aufbaueines Schwingssystems mit magnetischer Erre-gung. Abhängig vom Anwendungsfall kommen
h ti h A t i b i l kt i hauch pneumatische Antriebe, piezoelektrischeAktoren oder Schubkurbelantriebe zum Einsatz.
12
1
3
45
1 Werkstück Kontaktzeit2 Führung3 Federbefestigung4 Feder5 Magnet
Flugzeit
bew
egun
g
65 Magnet6 Bewegung
Werkstück7 Bewegung Rinne
ZeitHub
b
7
6
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Bild 7.58 09/10Handhabungs-technik
Schwingförderer IIDie zu transportierenden Objekte befinden sich aufder Transportfläche des Vibrationsförderers, diezumeist als Förderrinne ausgebildet ist. Der Antriebversetzt diese Förderrinne in Schwingungen dieversetzt diese Förderrinne in Schwingungen, dieabhängig vom Fördergut zwischen wenigen Hz undca. 100 Hz betragen können.
Im ersten Abschnitt der Schwingbewegung, die img g g,Wesentlichen vorwärts gerichtet ist, werden die Ob-jekte aufgrund der Reibungskräfte mit der Förder-rinne beschleunigt. Dabei erfahren die Objekteaufgrund der wirkenden Reibungskräfte eineaufgrund der wirkenden Reibungskräfte eineBeschleunigung, die ein Vielfaches der Erdbe-schleunigung betragen kann. Im zweiten Abschnittder Schwingbewegung wird die Förderrinne zuneh-mend abwärts bewegt. Überschreitet der vertikaleAnteil der Beschleunigung die Erdbeschleunigung,so verlassen die Werkstücke vorrübergehend dieFörderrinne Während sich die Förderrinne wiederFörderrinne. Während sich die Förderrinne wiederin Richtung ihres Ausgangspunktes bewegt,bewegen sich die Objekte aufgrund der Massen-trägheit auf einer vorwärts gerichtetenP b lb h bi i i d f d Fö d iParabelbahn, bis sie wieder auf der Förderrinneauftreffen. Diese Bewegungsart wird als Mikrowurfbezeichnet, da die Sprungweite in der Regel nurBruchteile eines mm beträgt.
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Bild 7.59 09/10Handhabungs-technik
g
Schwingförderer III
Bei der Auswahl von Schwingförderern mitMikrowurfprinzip müssen folgende Eigenschaftenberücksichtigt werden:• Nicht geeignet für spröde oder
abriebempfindliche Werkstoffe• Nicht geeignet für haftende Werksstücke oder
Wi t ilWirrteile• Hoher Lärmpegel• Resonanzkräfte müssen aufgenommen werden
H h T h i di k i• Hohe TransportgeschwindigkeitBeispiel: 0,2 mm*50 Hz = 10 mm/s
Ist der vertikale Anteil bei der Abwärtsbeschleu-i kl i 1 b t ht d h ft K t ktnigung kleiner 1g, so besteht dauerhafter Kontakt
von Transportobjekt und Förderrinne. Die Werk-stücke verlassen in diesem Falle die Förderrinnenicht. Bei hinreichend großer Beschleunigung kanng g gdagegen eine Gleitbewegung entstehen, die auchals Gleitförderung bezeichnet wird. Die Nachteiledes Mikrowurfs hinsichtlich Bruchfestigkeit undGeräuschpegel werden dadurch ebenso reduziertGeräuschpegel werden dadurch ebenso reduziertwie die positive Eigenschaft der hohen Transport-geschwindigkeit.
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Bild 7.60 09/10Handhabungs-technik
Schwingförderer IV
Schwingförderer sind in der Lage, mittels einerzweidimensionalen Schwingbewegung einenlinearen Werkstücktransport zu ermöglichen.Abhängig vom konstruktiven Aufbau kann derAbhängig vom konstruktiven Aufbau kann derBewegungsverlauf auch eine geringe Steigungbeinhalten.
Ein wesentlicher Einsatzfall von Schwingförder-Ein wesentlicher Einsatzfall von Schwingfördersystemen ist die Zuführung von Objekten kleinerGröße, die sich im ungeordneten Zustand inBunkern befinden, an nachgelagerte Montage-
U i ti l Ei tprozesse. Um einen optimalen Einsatz vonSchwingfördersystemen zu erzielen, werden diesespeziell für einen bestimmten Werkstücktypausgelegt.g g
Wesentliche Merkmale sind dabei die optimaleFrequenz der Schwingung in Verbindung mit derSchwingungsamplitude, die im Wesentlichenabhängig sind von• Der Masse des Grundkörpers• Der Masse des schwingenden Teils• Der Werkstückmasse• Den Eigenfrequenzen des Systems• Den Einstellbereichen der elektrischen Antriebe
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Bild 7.61 09/10Handhabungs-technik
Ordnungsprinzipien IDi A f b d O d i t W k tü k iDie Aufgabe des Ordnens ist es, Werkstücke indefinierter Position und mit definierter Orientierungbereitzustellen. Ordnungseinrichtungen gehören zuden anspruchsvollsten Einrichtungen innerhalb desp gFertigungs- und Montageprozesses. Unter diesemGesichtspunkt werden nachfolgende Handhabung-seinrichtungen darauf ausgerichtet, existierendeOrdnungen vorrangig beizubehaltenOrdnungen vorrangig beizubehalten.Für den Ordnungsvorgang können zwei unter-schiedliche Prinzipien zum Einsatz kommen, wie inBild 7.63 dargestellt.g• Auswahlprinzip• ZwangsprinzipBeim Auswahlprinzip erfolgt eine Selektion derp p grichtig orientierten Teile. Diejenigen Teile mit fal-scher Orientierung werden zurückgewiesen und inder Regel in den Bunker zurückgeführt. Dieses Ver-fahren wird auch als passives Ordnen bezeichnetfahren wird auch als passives Ordnen bezeichnet.Zur Erhöhung der Effektivität von Ordnungseinricht-ungen mit passiven Ordnungselementen ist eszweckmäßig, die Austragsorientierung gemäß derVorzugsorientierung der Bauteile festzulegen, dadie ausgetragene Stückzahl in großem Maße vomprozentualen Anteil der richtig orientierten Teileabhängt.
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Bild 7.62 09/10Handhabungs-technik
abhängt.
Ordnungsprinzipien II
Zwangsprinzip
AuswahlprinzipAuswahlprinzip
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Bild 7.63 09/10Handhabungs-technik
Ordnungsprinzipien III
Beim Zwangsprinzip dagegen erfolgt eine aktiveAusrichtung der Werkstücke. Falsch orientierteWerkstücke werden mit geeigneten Mitteln in die
f d t O i ti üb füh t D b i kgeforderte Orientierung überführt. Dabei kommenvorwiegend mechanische oder auch elektro-magnetische Verfahren zum Einsatz. DiesesVerfahren wird auch als aktives Ordnen bezeichnet.Da bei diesem Ordnungsprinzip falsch orientierteTeile nicht zurückgewiesen sondern korrektausgerichtet werden, führt diese Vorgehensweisezu einer verbesserten Förderleistung der Systemezu einer verbesserten Förderleistung der Systeme.
Eine seltener angewandte Mischform stellt daspassiv-aktive Ordnen dar. Bei diesem Verfahrenwerden Werkstücke in definierter falscherwerden Werkstücke in definierter falscherOrientierung getrennt gesammelt und weiter-geführt. Systeme, die nach diesem Verfahrenoperieren, beinhalten somit zusätzlich dieHandhabungsfunktion des Sortierens.
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Bild 7.64 09/10Handhabungs-technik
Ordnungseinrichtungen
Eine vielfach verwendete Ordnungseinrichtungstellt der Vibrationswendelförderer dar. Dieser stelltim Aufbau eine Sonderform des Schwingförderersdar bei der die Förderrinne spiralförmig angeordnetdar, bei der die Förderrinne spiralförmig angeordnetist. Aufgrund dieser wendelförmigen Anordnungspricht man in diesem Falle von einemVibrationswendelförderer.
Vibrationswendelförderern werden vorwiegend zumAustragen von Schüttgütern wie Schrauben oderanderen Kleinteilen aus Bunkern eingesetzt.Um ein geordnetes Austragen zu ermöglichen,werden sie mit zusätzlich integriertenOrdnungssystemen ausgestattet.
Aufbau von VibrationswendelförderernVibrationswendelförderer bestehen aus einemBunker, der die Form eines nach außen abwärtsgewölbten Topfes aufweist An der Innenseite desgewölbten Topfes aufweist. An der Innenseite desTopfes ist die Förderrinne in Form einer Spiralewendelförmig angeordnet. Dieser Topf wird überräumlich angeordnete Federelemente mit demAntrieb verbunden. Diese Aufhängung ermöglichteine dreidimensionale Bewegung, bei der dieSchwingbewegung eine zusätzliche Drehkompo-nente enthält.
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Bild 7.65 09/10Handhabungs-technik
nente enthält.
Vibrationswendelförderer II
Aufbau von Vibrationswendelförderern (Fortsetzung)
Dieses Prinzip ermöglicht neben der Vorwärts-Dieses Prinzip ermöglicht neben der Vorwärtsbewegung auch eine Beschleunigung derWerkstücke an den Rand, wodurch ein Verbleibender Werkstücke in der Förderrinne gewährleistet
i dwird.
Bild 7.67 zeigt den schematischen Aufbau einesVibrationswendelfördereres.
Bei Vibrationswendelförderern werden die Ord-nungseinrichtungen meist mechanisch in dieFörderrinne integriert. Derartige mechanische Ord-nungseinrichtungen werden auch als Schikanennungseinrichtungen werden auch als Schikanenbezeichnet. Analog dem Ordnungsprinzip werdendiese auch als aktive und passive Schikanenbezeichnet. Mechanische Schikanen wirken immerberührend, wobei für den Ordnungsvorgangcharakteristische Werkstückmerkmale ausgenutztwerden.
Ab Bild 7 68 d i i l i h S hiAb Bild 7,68 werden einige exemplarische Schi-kanen vorgestellt, wie sie bei Vibrationswendel-förderern zum Einsatz kommen.
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Bild 7.66 09/10Handhabungs-technik
Vibrationswendelförderer III
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Bild 7.67 09/10Handhabungs-technik
Passive Schikanen - Höhenabweiser
Höhenabweiser, auch Abstreifer genannt, werdenin einer definierten Höhe über der Förderrinneangebracht, die sich aus der Werkstückhöhe ergibt.B i d A l i t ät li h di W fhöh dBei der Auslegung ist zusätzlich die Wurfhöhe desMikrowurfs zu beachten. Sie werden meisteingesetzt, um gestapelte Flache Werkstückeauszusondern. Bei stehenden Werkstücken könnensie sowohl eine passive Funktion als auch eineaktive Funktion einnehmen, indem diese in einegewünschte Liegende Orientierung überführtwerdenwerden.
Das nachfolgende Bild zeigt einen Höhenabweiserin Form eines einfachen Winkels.
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Bild 7.68 09/10Handhabungs-technik
Passive Schikanen - Formabweiser
Abhängig von der Form des Werkstücks könnenauch geeignete Schikanen eingesetzt werden, dieformspezifische Merkmale des Werkstücks
t i hf l d d t llt I dausnutzen, wie nachfolgende dargestellt. In demdargestellten Beispiel ist die Breite der Förderrinnederart konzipiert, dass der Schwerpunkt einesfalsch orientierten Teils über die Förderrinne hinausverschoben wird und diese in den Bunkerzurückfällt.
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Bild 7.69 09/10Handhabungs-technik
Passive Schikanen - Schwerpunktkontrolle
Weitere Beispiele für die Ausnutzung der Schwer-punktlage stellen die schräg verlaufenden Förder-rinnen dar wie im Bild dargestellt.
Schwerpunkt
Gewichtskraft
SchwerpunktSchwerpunkt
GewichtskraftGewichtskraft
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Bild 7.70 09/10Handhabungs-technik
Passive Schikanen - Überlauf
Eine Methode zum Vereinzeln parallel liegenderWerkstücke stellt die Überlaufschikane dar, bei dernur eine sequentielle Weitergabe möglich ist.Üb ähli W k tü k d b i dÜberzählige Werkstücke werden abgewiesen undin den Bunker zurückbefördert.
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Bild 7.71 09/10Handhabungs-technik
Schikane - Ausklinkung
Eine weitere Möglichkeit des passiven Ordnensstellen Ausklinkungen dar. Dabei handelt es sichum örtliche Verengungen der Förderrinne. InAbhä i k it d W k tü kf kö iAbhängigkeit von der Werkstückform können sieeinerseits falsch orientierte Teile aussondern,andererseits werden parallel liegende Teileentsprechend der Funktion der Überlaufschikanepaussortiert.
Im Bild sind verschiedene Ausklinkungsmusterdargestellt, die zu einem Aussortieren der obenrechts dargestellten Werkstücke führen, wenndiese mit abwärts gerichteter Öffnung die Schikanediese mit abwärts gerichteter Öffnung die Schikaneerreichen.
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Bild 7.72 09/10Handhabungs-technik
Aktive Schikanen - FormrinneEine Möglichkeit für einen aktiven Ordnungs-vorgang stellt die sogenannte Profilrinne dar. Dieseist gekennzeichnet durch einen sich kontinuierlichverändernden Querschnitt in deren Verlauf sich dieverändernden Querschnitt, in deren Verlauf sich dieWerkstückorientierung verändert. Bei diesemVerfahren handelt es sich um werkstückspezifischeSonderapplikationen. Die nachfolgenden Abbil-d i di i h t ti ä d ddungen zeigen die sich stetig änderndeOrientierung an verschiedenen Punkten derFörderrinne.
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Bild 7.73 09/10Handhabungs-technik
Aktive Schikanen – Orientierungsänderung
Eine Möglichkeit zur Orientierungsänderung stelltnachfolgendes Beispiel dar, bei dem zylindrischeWerkstücke über eine Kippkante in eine stehendeP iti üb füh t d M ß b d i t b iPosition überführt werden. Maßgebend ist beiderartigen Schikanen, dass die Werkstücke in einerdefinierten Orientierung auf die Schikane auftreffenund es sich bei der Zielorientierung um eine stabilegLage handelt, die beim Weitertransport nichtverlassen wird.
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Bild 7.74 09/10Handhabungs-technik
Aktive Schikanen – Orientierungsänderung
Im folgenden Bild erreichen nur Teile mit der nachvorne gerichteten Verjüngung die Stützauflage undwerden lagerichtig gedreht. Richtig orientierte Teileki d h bkippen dagegen vorher ab.
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Bild 7.75 09/10Handhabungs-technik
Aktive Schikanen – zusätzliche Aktoren I
Zum Orientieren von Werkstücken werden nebenden rein mechanischen Lösungen auch weitereHilfsmittel zur eingesetzt. Das folgende Bild zeigti S hik it ti h U t tüteine Schikane mit pneumatischer Unterstützung.
Der Luftstrom erfasst dabei lediglich die falschorientierten Werkstücke, die dadurch in den Bunkerzurückgeworfen werden.g
pp
Neben den pneumatischen Lösungen gibt es nochNeben den pneumatischen Lösungen gibt es nocheine Vielzahl weiterer Realisierungsvarianten, wieelektromagnetische arbeitende Systeme odermechanische Aktoren.
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Bild 7.76 09/10Handhabungs-technik
Sensorunterstützte Ordnungssysteme
Eine weitere Möglichkeit der Lageerkennung bietensensorgestützte Systeme. Überwiegend kommendabei optische Verfahren zum Einsatz. Die Ver-f h d i d R l i K bi ti itfahren werden in der Regel in Kombination miteinfachen mechanischen Ordnungssystemeneingesetzt, die bereits eine Vororientierung bzw.Vereinzelung der Objekte vornehmen. Anstelleg jweiterer mechanischer Ordnungsschikanen erfolgtdie Erkennung von falsch orientierten Werkstückenoder Falschteilen auf Grundlage der Sensorinfor-mationenmationen.
Anhand der Prüfergebnisse der Sensorverar-beitung werden Ausblas- oder Abweisvorrichtungengesteuert Diese Systeme sind für ein breitesgesteuert. Diese Systeme sind für ein breitesWerkstückspektrum einsetzbar, da bei einemTeilewechsel keine aufwändige mechanischeAnpassung der Schikanen an werkstückspezifischeMerkmale erfolgen muss. Neben Maßnahmen zurVereinzelung erfolgen die weiteren Maßnahmendurch Auswahl geeigneter Auswertealgorithmenund durch entsprechende Positionierung derund durch entsprechende Positionierung derSensorsysteme.
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Bild 7.77 09/10Handhabungs-technik
Sensorunterstützte Ordnungssysteme
Optische Systeme verfügen über eine Vielzahl anVorteilen:
• Neben fehlerhaft orientierten WerkstückenNeben fehlerhaft orientierten Werkstückenkönnen auch falsche Bauteile detektiert werden
• Ebenso können unterschiedliche Bauteiledetektiert und nachfolgend sortiert werdeng
• Die Systeme sind meist mit geringem mecha-nischem Aufwand an verwandte Werkstückeanpassbar.p
• Die softwarebasierte Merkmalsextraktion erlaubtweitergehende Prüfmöglichkeiten und ermög-licht statistische Auswertungen
Im nachfolgenden Bild ist ein Vibrations-wendelförderer mit integriertem Bildverarbei-tungssystem abgebildet.
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Bild 7.78 09/10Handhabungs-technik
Vibrationswendelförderer mit Kamera
Quelle: Fa. MRW
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Bild 7.79 09/10Handhabungs-technik
Steilförderer mit Ordnungsfunktion
Nachfolgend ist ein Bunkerzuführgerät mit inte-grierter Ordnungsfunktion abgebildet. Mittelsgeeigneter Mitnehmerleisten werden Werkstücke
d B k t D i hbaus dem Bunker entnommen. Der erreichbareOrdnungsgrad ist maßgeblich von derWerkstückgeometrie abhängig.
1. Werkstück2. Bunker3 Füll t d3. Füllstand4. Ausgaberinne5. Förderband
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Bild 7.80 09/10Handhabungs-technik
Schöpfradbunker mit Ordnungsfunktion
Ein weiteres Beispiel für die geordnete Entnahmevon Schraubenmuttern ist im nachfolgendenBeispiel dargestellt.
Sind beim Bunkeraustrag die gewünschtenOrdnungsfunktionen prinzipbedingt nicht reali-sierbar, so erfolgt vielfach eine Ordnungsmaß-nahme durch den Einsatz von Schikanen in einernachgeschaltete Förderrinne.
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Bild 7.81 09/10Handhabungs-technik
Handhabungseinrichtungen zum Sichern I
Die Handhabungsfunktion des Sicherns dient demErhalten von definierten Objektzuständen, wobeidas Sichern einer räumlichen Anordnung vonKö d h ft d l di li h üb h dKörpern dauerhaft oder lediglich vorübergehendsein kann.
Das Sichern von Körpern kann durch
• Kraftschluss
• Stoffschluss
• Formschluss• Formschluss
erfolgen. Vielfach werden diese Wirkprinzipienauch kombiniert eingesetzt.
Die Elementarfunktionen des Sicherns werdenbezeichnet als:
• HaltenHalten ist das vorübergehende Sichern einesKörpers in einer bestimmten Position undOrientierung.
• LösenLösen ist als Umkehrfunktion des Haltensdefiniert.
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Bild 7.82 09/10Handhabungs-technik
Handhabungseinrichtungen zum Sichern II
Ausgehend von diesen Elementarfunktionen gibt eszwei abgeleitete Funktionen, die der Hauptgruppedes Sicherns zugerechnet werden:
• SpannenDas Spannen entspricht einer Haltefunktionunter der Verwendung von Kraftschluss
• EntspannenDas Entspannen ist entsprechend dem Lösen alsUmkehrfunktion des Spannens definiert.p
Die Handhabungseinrichtungen des Sichernwerden unterteilt in
• Spannvorrichtungen• Spannvorrichtungen
• Greifer
Die Aufgabe von Spannvorrichtungen liegt in derFixierung von Werkstücken für die Fertigung undMontage. Neben universellen Spannsystemenwerden meist formangepasste Aufnahmeneingesetzt (siehe Kapitel 6).eingesetzt (siehe Kapitel 6).
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Bild 7.83 09/10Handhabungs-technik
Handhabungseinrichtungen zum Sichern III
Greifereinrichtungen dienen als Verbindungsele-mente zwischen den eingesetzten Handhabungs-einrichtungen und den zu haltenden Werkstücken.Neben universellen Greifern kommen vielfachNeben universellen Greifern kommen vielfachSysteme zum Einsatz, die an die charakteristischenWerkstückmerkmale angepasst sind. Um der zu-nehmenden Flexibilität in automatisierten AnlagenRechnung zu tragen, kommen im Bereich desRobotereinsatzes vermehrt automatisierte Greifer-wechselsysteme zum Einsatz.
Ei Üb i ht d i hti t Wi k i i i
Wirk-prinzip mechanisch
Eine Übersicht der wichtigsten Wirkprinzipien vonGreifern ist nachfolgend dargestellt.
prinzip
Aus-führung
Winkelgreifer Parallelbacken-greifer
Arbeits-
mechanisch
Arbeitsprinzip
Halte-kraft
hoch sehr hoch
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Bild 7.84 09/10Handhabungs-technik
Handhabungseinrichtungen zum Sichern IV
Wirk-prinzip
Aus- Saugpipette Flächensaug-
pneumatisch
führung greiferArbeits-prinzip
Halte gering mittel
Wirk-prinzip elektromagnetisch formschlüssig
Halte-kraft
gering mittel
prinzip elektromagnetisch formschlüssig
Aus-führung
Magnetgreifer Nadelgreifer
Arbeits-Arbeitsprinzip
Halte-kraft
mittel gering
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Bild 7.85 09/10Handhabungs-technik
Kontrollieren I
Die Aufgabe des Kontrollierens ist es festzustellen,ob bestimmte Eigenschaften und Zuständeentsprechend eines Erwartungshorizonts erfüllti d Di hö i El t f kti i d lsind. Die zugehörige Elementarfunktion wird als
Prüfen bezeichnet.
Das Ergebnis einer Prüffunktion entspricht einembi ä F kti t d b h ibt b dbinären Funktionswert, der beschreibt, ob dasPrüfergebnis den vorgegebenen Gütekriterienentspricht.
Ein Prüfvorgang kann chronologisch in dreiEin Prüfvorgang kann chronologisch in dreiAbschnitte eingeteilt werden:
• Informationsbeschaffung
• Datenaufbereitung und Bewertung
• Datenausgabe
Im Rahmen der Handhabungsfunktionen enthaltenIm Rahmen der Handhabungsfunktionen enthaltendie Aufgaben des Prüfens, die Anwesenheit einesKörpers nachzuweisen, seine Identität festzustellenoder dessen Position und Orientierung zub tibestimmen.
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Bild 7.86 09/10Handhabungs-technik
Kontrollieren II
Die Prüfung der Identität kann unter anderem nachden folgenden Merkmalen erfolgen:• Farbe• Gewicht• Form• Größe
Wird als Ergebnis eine quantitative Beschreibungdes Zustands erwartet, so spricht man von derFunktion des Messens. Soll die Anzahl der Körperpbestimmt werden so spricht man vom Zählen.
Mess- und Prüfeinrichtungen
Die wesentlichen Bestandteile dieser EinrichtungenDie wesentlichen Bestandteile dieser Einrichtungenstellen die Elemente zur Informationsbeschaffungdar. Diese werden als Sensoren bezeichnet.Sensoren haben im Allgemeinen die Aufgabe, einephysikalische oder chemische Größe in ein Signalumzuwandeln, das anschließend weiterverarbeitetwerden kann. In der Regel handelt es sich dabeium elektrische Signale, doch werden inum elektrische Signale, doch werden inSpezialfällen auch optische oder pneumatischeSignale generiert.
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Bild 7.87 09/10Handhabungs-technik
Kontrollieren III
Anhand des Arbeitsweise werden Sensorsystemeunterteilt in taktile und berührungslos arbeitendeSysteme.
Ein Beispiel für taktile Sensoren stellt die Gruppeder Prüftaster dar, während berührungslosarbeitende Sensoren vielfach auf induktiven oderk iti Wi k i i i b hkapazitiven Wirkprinzipien beruhen.
Induktive und kapazitive Sensoren bieten imVergleich zu mechanischen Schaltern neben demberührungslosen Erkennen den Vorteil nahezuberührungslosen Erkennen den Vorteil, nahezuverschleißfrei zu arbeiten. Sie sind weitestgehendunempfindlich gegen Vibrationen, Staub undFeuchtigkeit. Induktive Sensoren erfassenberührungslos alle Metalle. Zudem sind damit hoheSchaltfrequenzen möglich.
Eine weitere Gruppe der berührungslosarbeitenden Systeme stellen die optischenSensoren dar. Neben einfachen Lichtschranken fürdie Anwesenheitskontrolle kommen dabeikamerabasierte Lösungen (Bild 7.89) mit integrier-kamerabasierte Lösungen (Bild 7.89) mit integrierter Bildverarbeitung bis hin zu dreidimensionalmessenden Lasersystemen zum Einsatz.
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Bild 7.88 09/10Handhabungs-technik
Kontrollieren IV
1. Kamera2. Magnetisches Förderband3 Auswerfer3. Auswerfer4. Lichtschranke5. Lichtquelle6 P üf bj kt6. Prüfobjekt
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Bild 7.89 09/10Handhabungs-technik
Handhabungsablauf
Die Beschreibung der Handhabungsaufgabeninnerhalb von Fertigungs- und Montageprozessenerfolgt mittels festgelegter Symbole für jedenAufgabenschritt Die verschiedenen SymboleAufgabenschritt. Die verschiedenen Symbolewerden anhand ihrer zeitlichen Abfolge mit Pfeilenverbunden. Die Handhabungsaufgaben werdendabei als Quadrate dargestellt, deren Bedeutungeni d f l d Bild b bild t i din den folgenden Bildern abgebildet sind.Kontrollfunktionen werden zusätzlich mittels einesDreiecksymbols innerhalb des Quadrats darge-stelltstellt.Fertigungs- und Montageprozesse werden in Formvon Kreisen dargestellt (ab Bild 7.91).Mittels dieser Symbolik lassen sich auch komplexeMittels dieser Symbolik lassen sich auch komplexeAufgaben übersichtlich darstellen.
Besteht eine gerätetechnische Verbindung vonmehreren Funktionen so werden diese mittelsmehreren Funktionen, so werden diese mittelseiner gemeinsamen Umrahmung gekennzeichnet.Direkt aneinandergereihte Symbole beschreibeneinen parallelen Vorgang.
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Bild 7.90 09/10Handhabungs-technik
Symbole der Handhabungstechnik I
Geordnetes teilgeordnetes ungeordnetesGeordnetes Speichern
teilgeordnetes Speichern
ungeordnetes Speichern
Teilen Vereinigen Abteilen
Zuteilen Verzweigen Zusammen-führen
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Bild 7.91 09/10Handhabungs-technik
führen
Symbole der Handhabungstechnik II
Sortieren Drehen SchwenkenSortieren Drehen Schwenken
Verschieben Orientieren Positionieren
Ordnen Führen Weitergeben
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Bild 7.92 09/10Handhabungs-technik
Symbole der Handhabungstechnik III
Fördern Halten LösenFördern Halten Lösen
Spannen Entspannen Prüfen
Anwesenheit prüfen
Identität prüfen Form prüfen
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Bild 7.93 09/10Handhabungs-technik
prüfen
Symbole der Handhabungstechnik IV
Größe prüfen Farbe prüfen Gewicht prüfenGröße prüfen Farbe prüfen Gewicht prüfen
Position prüfen
Orientierung prüfen
Messen
Position messen
Orientierung messen
Zählen
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Bild 7.94 09/10Handhabungs-technik
messen messen
Symbole der Handhabungstechnik V
Handhaben Kontrollieren Fertigungs-Handhaben Kontrollieren Fertigungsschritt
Formgeben Formändern Behandeln
Fügen
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Bild 7.95 09/10Handhabungs-technik
Automatisierungsgrad
Der Anteil, den die automatisierten Funktionen ander Gesamtfunktion eines Produktionssystemshaben, wird nach DIN 19 233 als Automatisierungs-grad bezeichnetgrad bezeichnet.Erfolgt eine Erhöhung des Automatisierungsgradsdurch schrittweise Automatisierung einzelner Funk-tionsbereiche, so können diese Schritte auch alsAutomatisierungsstufen bezeichnet werden.Bei der Auswahl einer geeigneten Automatisie-rungsstufe sind folgende Kriterien maßgebend:• Technische Umsetzbarkeit • Wirtschaftliche ÜberlegungenDaraus können analog den Betrachtungen bei derA l d G l fl iblAuslegung und Gestaltung von flexiblenFertigungssystemen die nachfolgenden Rand-bedingungen abgeleitet werden.
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Bild 7.96 09/10Handhabungs-technik
Automatisierungsgrad
Auslegungs- und Gestaltungskriterien• die zu fertigende Stückzahl• die geforderte Anlagenflexibilität
− Produktflexibilität− Mengenflexibilität− Anpassflexibilität− Erweiterungsflexibilität
• der Fertigungs-/Montagevorgang• die Fertigungs- / Montagemittelg g g• das Handhabungsgut• der Aufwand für die Realisierung der
Automatisierungseinrichtungeng g• die Betriebs- und Unfallsicherheit.Ausgehend von einem Fertigungs- oder Montage-prozess können die vor- bzw. nachgelagertenHandhabungsfunktionen zu einem unterschied-lichen Grad automatisiert ausgeführt werden.In der Regel kann der größte Rationalisierungs-effekt durch eine Automatisierung derjenigeneffekt durch eine Automatisierung derjenigenFunktionen erzielt werden, die dem Montage-vorgang am Nächsten sind.
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Bild 7.97 09/10Handhabungs-technik
Automatisierungsstufen des Handhabens I
Die verschiedenen Automatisierungsstufen habeneinen besonders großen Einfluss auf denRationalisierungseffekt des Systems, da sie einedirekte Auswirkung auf die Auslastung derdirekte Auswirkung auf die Auslastung derMaschinen haben. Dies soll im nachfolgendenBeispiel anhand der Bearbeitung eines Werkstücksdargestellt werden, das ausgehend von einer
d t S i h i B k iungeordneten Speicherung im Bunker einerBearbeitungsmaschine zugeführt und nach derBearbeitung für nachfolgende Schritte bereitgestelltwerden soll. Die nachfolgende Tabelle (Bild 7.99)g ( )zeigt eine Übersicht über sechs unterschiedlicheAutomatisierungsstufen für dieses Beispiel.
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Bild 7.98 09/10Handhabungs-technik
Automatisierungsstufen des Handhabens IIFunktion Bedienungs-
personOrdnen Geordnetes
SpeichernZuteilen Führen Fertigungs- /
Montage-schritt
Ver-schieben
Stufe
0 manuell manuell manuell manuell manuell
1 manuell manuell manuell manuell auto-matisch
löst Arbeitstakt aus und bestimmt die Fertigungsleistung matisch
2 auto-matisch
auto-matisch manuell manuell auto-
matisch
3 manuell manuell manuell auto- auto-
oder arbeitet takt-gebunden (Sicher-heitsvorkehrungen notwendig)3 manuell manuell manuell matisch matisch
4 manuell manuell auto-matisch
auto-matisch
auto-matisch
arbeitet taktfrei, Mehrmaschinenbe-dienung möglich
notwendig)
Automatisierung inBild 7 99 09/10
dienung möglich
5 auto-matisch
auto-matisch
auto-matisch
auto-matisch
auto-matisch nur Überwachung
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Bild 7.99 09/10Handhabungstechnik
Automatisierungsstufen des Handhabens III
Stufe 0: Manuelle Handhabung
Alle Handhabungsfunktionen werden manuellausgeführt Die Taktzeit ist maßgeblich bestimmtausgeführt. Die Taktzeit ist maßgeblich bestimmtdurch die Arbeitsgeschwindigkeit des Bedieners.Zur Beschleunigung der menschlichen Tätigkeitlassen sich aufgabenspezifische Hilfsmittel wieG if fü di B k t h d hGreifzangen für die Bunkerentnahme oder auchBalancer für die Handhabung größerer Werkstückeeinsetzen.Auch eine ergonomische Arbeitsplatzgestaltung mitAuch eine ergonomische Arbeitsplatzgestaltung mitoptimierter Anordnung der Werkstücke und günstigangebrachten Ablagepositionen ermöglichen einesignifikante Verbesserung.Da die menschliche Tätigkeit auch bei optimalerArbeitsplatzgestaltung in der Regel langsamer istals eine automatisierte Variante, führt dies zuvergleichsweise hohen Nebenzeiten im Verhältnisvergleichsweise hohen Nebenzeiten im Verhältniszur Hauptzeit.
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Bild 7.100 09/10Handhabungs-technik
Automatisierungsstufen des Handhabens IV
Stufe 1: Automatisiertes Ausgeben
Eine wesentliche Verkürzung der Nebenzeit kanndurch eine Automatisierung des Ausgebens erreichtdurch eine Automatisierung des Ausgebens erreichtwerden. Der Bediener kann in diesem Fall bereitswährend des Bearbeitungsvorgangs mit derZuführung des nächsten Werkstücks beginnen. Dietechnische Umsetzung der automatisierten Aus-gabe gestaltet sich in der Regel einfacher als dieZuführung, da die Werkstücke entweder ingeordneter Form durch Handhabungseinrichtungengeordneter Form durch Handhabungseinrichtungenentnommen werden, oder mit einfachen Mittelnausgeworfen oder ausgeblasen werden können.
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Bild 7.101 09/10Handhabungs-technik
Automatisierungsstufen des Handhabens V
Stufe 2: Geordnete Werkstückbereitstellung und automatisiertes Ausgeben
Eine weitere Optimierung kann durch eine verbes-Eine weitere Optimierung kann durch eine verbesserte Werkstückbereitstellung erreicht werden.Durch den Einsatz geeigneter Handhabungsein-richtungen kann der ungeordnet vorliegendeW k tü k t iff ü ti P iti d tWerkstückvorrat an griffgünstiger Position geordnetbereitgestellt werden. Diese Automatisierungsstufeist einerseits geeignet, wenn für die Zuführung zurFertigungseinrichtung die Fähigkeiten der mensch-g g g glichen Hand benötigt werden oder eine Sicht-kontrolle notwendig ist. Andererseits kann dieteilweise Automatisierung der Zuführung bei kurzenHauptzeiten zu einer Verkürzung des manuellenHauptzeiten zu einer Verkürzung des manuellenArbeitsschritts und daraus resultierend zu einerVerkürzung der Taktzeit führen.
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Bild 7.102 09/10Handhabungs-technik
Automatisierungsstufen des Handhabens VI
Stufe 3: Automatisiertes Ein- und Ausgeben
In einer weiteren Automatisierungsstufe können dieBestückung der Fertigungseinrichtung und dieBestückung der Fertigungseinrichtung und dieWerkstückentnahme automatisiert erfolgen.Diese Stufe kommt in denjenigen Fällen zumEinsatz, bei denen sich beispielsweise das zuverarbeitende Stückgut nur schlecht ordnen odermagazinieren lässt, eine visuelle Kontrolle durchden Bediener erforderlich ist, die damit kombiniertwerden kann oder bei denen das manuellewerden kann oder bei denen das manuelleHandhaben aus Sicherheitsgründen nur außerhalbdes Gefahrenbereichs der Maschine erfolgen kann.
Während bei den bisherigen Stufen der möglicheä e d be de b s e ge Stu e de ög c eArbeitstakt durch den Bediener vorgegeben wurdeund somit durch dessen Arbeitsgeschwindigkeitbeeinflusst war, sind die nachfolgenden beidenStufen dadurch gekennzeichnet dass die ArbeitStufen dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitdes Bedieners unabhängig vom Arbeitstakt derFertigungseinrichtungen erfolgt.
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Bild 7.103 09/10Handhabungs-technik
Automatisierungsstufen des Handhabens VII
Stufe 4: Manuelles Magazinieren
Im einem ersten Schritt der arbeitstaktfreienBedienung erfolgt die Bereitstellung derWerkstücke in Magazinen.
Die geordnete Bestückung der Magazine kanndabei wahlweise durch den Bediener, an vor-gelagerten manuellen Arbeitsplätzen oder bereitsLieferantenseitig erfolgen.
Abhängig vom Anteil der manuellen Tätigkeit desB di i V hält i H t it dBedieners im Verhältnis zur Hauptzeit derProduktionseinrichtung kann sogar eine Mehr-maschinenbedienung möglich sein.
Diese Methode stellt in vielen Fällen dieDiese Methode stellt in vielen Fällen diewirtschaftlich günstigste Alternative dar.
Anhand der nachfolgenden Beispiele wird dieseStufe näher erläutertStufe näher erläutert.
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Bild 7.104 09/10Handhabungs-technik
Automatisierungsstufen des Handhabens VIII
Beispiel 1:
Handhabungsfunktionsplan der automatisierten Funktionen
Links im Bild befindet sich ein Magazinschacht mit
1 2 3 4 5 6
Links im Bild befindet sich ein Magazinschacht mitden zu bearbeitenden Werkstücken. Unter demMagazin ist eine Schiebereinheit angebracht, diezum Vereinzeln (1) und zum Verschieben (2) bis
B b it i h it t tli h i t D t i dzur Bearbeitungseinheit verantwortlich ist. Dort wirddas Werkstück gehalten (3) und bearbeitet (4),bevor es nach dem Lösen (5) beispielsweise in dennächsten Speicher gefördert wird (6) .
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Bild 7.105 09/10Handhabungs-technik
p g ( )
Automatisierungsstufen des Handhabens IX
Beispiel 2:
Handhabungsfunktionsplan der automatisierten Funktionen
2 6 7
In dieser Konfiguration werden die Werkstückegdurch eine rotatorische Schiebereinheit zur Bear-beitungseinheit geführt (2). Anschließend werdensie in einen Speicher weitergeführt (6) und dortgeordnet abgelegt (7)geordnet abgelegt (7).
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Bild 7.106 09/10Handhabungs-technik
Automatisierungsstufen des Handhabens X
Stufe 5: Vollautomatisierte Variante
In der höchsten Automatisierungsstufe werden alleHandhabungsfunktionen automatisiert ausgeführt.Diese eignet sich beispielsweise bei Werkstücken,die als Schüttgut in Bunkern bereitgestellt werden.Da bei vollautomatisierten Systemen die mensch-liche Kontrolle bei einzelnen Ablaufschritten entfälltliche Kontrolle bei einzelnen Ablaufschritten entfällt,werden derartige Handhabungsabläufe an wich-tigen Kontrollpunkten mit Überwachungseinrich-tungen ausgestattet, wie es an nachfolgendemBeispiel dargestellt ist.
Drehmaschine mit automatischen Handhabungs-funktionen
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Bild 7.107 09/10Handhabungs-technik
Automatisierungsstufen des Handhabens XI
Nachfolgend ist der Handhabungsablauf desSystems dargestellt. Der linke Teil beschreibt denBunker mit der integrierten Zuteileinrichtung. Dieseüberprüft die Orientierung der Werkstückeüberprüft die Orientierung der Werkstückebeispielsweise durch den Einsatz einer passivenSchikane. Abhängig vom Ergebnis erfolgt eineVerzweigung zum nächsten Arbeitsschritt oder
ü k i d B k D ä h t Bl kzurück in den Bunker. Der nächste Blockbeschreibt die Zuführung zur Bearbeitungs-maschine mit der Vereinzelung der Werkstücke. Imnächsten Schritt werden die Werkstücke mit einerHandhabungseinrichtung gegriffen und derBearbeitungsmaschine zugeführt. Anschließend er-folgt ein erneutes Umsetzen mit der Greifeinheit,die das Werkstück in der Ablaufrinne positioniertdie das Werkstück in der Ablaufrinne positioniert.
Handhabungsfunktionsplan
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Bild 7.108 09/10Handhabungs-technik
Verkettung von Bearbeitungseinrichtungen I
Bei Produktionssystemen, die aus mehreren räum-lich getrennten Produktionseinrichtungen bestehen,ist die Verbindung der einzelnen Teilsysteme vongrundlegender Bedeutung Ausgehend von dengrundlegender Bedeutung. Ausgehend von denbereits in Kapitel 6 beschriebenen Anlage-konzepten unterschiedlicher Fertigungssystemewerden die Systeme um zusätzliche Montage-einrichtungen für die Weiterverarbeitung der Teile-produktion erweitert.
Anhand der Flexibilität der verwendeten Hand-habungs- und Produktionseinrichtungen, sowie derzeitlichen und räumlichen Steuerung des Gesamt-systems werden verschiedene Arten der Verkettungunterschiedenunterschieden.
• Feste Verkettung• Flexible Verkettung
Ei f t V k tt i t d h i bEine feste Verkettung ist durch eine vorgegebeneReihenfolge der Fertigungs- oder Montagepro-zesse gekennzeichnet. Diese Verkettungsart wirdauch als serielle Verkettung bezeichnet.g
Bei der flexiblen Verkettung hingegen kann dieReihenfolge prinzipiell verändert werden.
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Bild 7.109 09/10Handhabungs-technik
Verkettung von Bearbeitungseinrichtungen II
Die feste Verkettung kann wiederum in zweiGrundvarianten unterteilt werden.• Starre Verkettung• Lose VerkettungDiese Varianten unterscheiden sich maßgeblichdurch die Integration von Werkstückspeichernzwischen den Bearbeitungsstationen und darin obzwischen den Bearbeitungsstationen und darin, obeine zeitlich synchronisierte Bearbeitung an denunterschiedlichen Stationen erfolgt.Innerhalb eines Produktionssystems können beideyVarianten auch in Kombination realisiert werden.Die wesentlichen Merkmale einer starrenVerkettung liegen darin, dass zwischen denB b i i k i Z i h i hBearbeitungsstationen keine Zwischenspeicher zurAufnahme bearbeiteter Werkstücke integriert sindund alle Bearbeitungsschritte und Handhabungs-funktionen in einem festgelegten Arbeitstaktg gsynchron erfolgen.
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Bild 7.110 09/10Handhabungs-technik
Eigenschaften starr verketteter Systeme I
Diese beiden Merkmale sind für die wesentlichenEigenschaften dieser Verkettungsart verantwortlich.• Der Ausfall einer Station führt aufgrund des Feh-
lens von Zwischenpuffern elementar zumlens von Zwischenpuffern elementar zumStillstand der vor- und nachgelagerten Stationenund somit der gesamten Montageanlage. Dieverschiedenen Stationen sind in ihremHandlungsablauf voneinander abhängig.Wirkt sich das Störverhalten einzelner Stationenauf die Gesamtverfügbarkeit eines Produktions-
t i ht hsystems aus, so spricht man auch vonVerkettungsverlusten.Die Gesamtverfügbarkeit der Anlage kann beistarr verketteten Systemen näherungsweise alsstarr verketteten Systemen näherungsweise alsdas Produkt der Einzelverfügbarkeiten be-rechnet werden. Aus diesem Grund sollte dieAnzahl der starr verketteten Montagestationen
f i i ll W t b t dauf einen sinnvollen Wert begrenzt werden(beispielsweise 20 Stationen innerhalb einesstarr verketteten Montagebereichs).Ebenso können die absolut auftretendenEbenso können die absolut auftretendenStörzeiten der Einzelsysteme addiert werden.
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Bild 7.111 09/10Handhabungs-technik
Eigenschaften starr verketteter Systeme II
• Das Fehlen von Zwischenpuffern ermöglichteine kompakte und platzoptimale Anlagen-struktur.Alle Operationen werden durch einen• Alle Operationen werden durch einengemeinsamen Takt ausgelöst bzw. angesteuert.
• Die Weitergabe erfolgt taktgebunden.• Die langsamste Einheit begrenzt den möglichen• Die langsamste Einheit begrenzt den möglichen
Takt• Bei gemeinsamen Weitergabeeinrichtungen
müssen die Einzelstationen in einem definiertenAbstand aufgestellt werden.
• Die Kombination aus kompakter Anlagenstrukturund optimaler Taktvorgabe ermöglicht diekü ö li h D hl f ikürzest mögliche Durchlaufzeit.
Starr verkettete Systeme eignen sich besonders fürdie Massenfertigung kleinerer Baugruppen mit
i M t f d d h ll T kt itgeringem Montageaufwand und schneller Taktzeit.Bei der technischen Realisierung starr verketteterSysteme kommen im Wesentlichen zwei Grund-varianten zum Einsatz:varianten zum Einsatz:• Rundtransfersysteme• Längstransfersysteme
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Bild 7.112 09/10Handhabungs-technik
Beispiele starrer Verkettungen I
Rundtransfersysteme (siehe auch Bild 6.46 ff) be-stehen aus einer drehbaren Grundeinheit, mit einerendlichen Anzahl von kreisförmig angeordnetenWerkstückaufnahmen In einem vorgegebenenWerkstückaufnahmen. In einem vorgegebenenArbeitstakt wird die Grundeinheit jeweils einePosition weitergedreht. Vielfach erfolgt die Weiter-taktung auch durch den Einsatz mechanischerK t A j d P iti b fi d t i hKurvensteuerungen. An jeder Position befindet sicheine Bearbeitungsstation, die wahlweise eineTeilebearbeitung, eine Montageoperation oder eineKontrollfunktion ausführen kann.Die Bearbeitungsstationen können wahlweiseinnerhalb oder außerhalb der Bewegungsbahn derWerkstückträger angeordnet werden. Das nach-f l d Bild i d h i h A fbfolgende Bild zeigt den schematischen Aufbaueines Rundtransfersystems.
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Bild 7.113 09/10Handhabungs-technik
Beispiele starrer Verkettungen II
Bei Längstransfersystemen (siehe auch Bild 6.107ff) werden die einzelnen Bearbeitungsstationenentlang der umlaufenden Transporteinrichtungenangeordnet Abhängig von der Anlagenstrukturangeordnet. Abhängig von der Anlagenstrukturkönnen die Stationen ein- oder beidseitigangebracht werden.Längentransfersysteme sind durch einen offenenWerkstückfluss gekennzeichnet, bei dem dieZuführung und Entnahme der Basiskomponentenan den beiden Enden erfolgen.
Längstransfersysteme zeichnen sich durch einegute Zugänglichkeit im Störungsfall aus und sind imBedarfsfall erweiterbar. Bedingt durch die aufwän-digen Transporteinrichtungen liegen die Herstell-digen Transporteinrichtungen liegen die Herstellkosten jedoch ca. 10 – 20 % über vergleichbarenRundtransfersystemen und haben einen höherenPlatzbedarf.
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Bild 7.114 09/10Handhabungs-technik
Eigenschaften lose verketteter Systeme IIm Unterschied zur starren Verkettung werden beider losen Verkettung die unterschiedlichenBearbeitungsstationen und Handhabungseinrich-tungen unabhängig voneinander angesteuert. Dietu ge u ab ä g g o e a de a gesteue t eBearbeitung erfolgt in einem stationsbezogenenArbeitstakt, wobei jeder Bearbeitungsvorgangseparat ausgelöst wird. Die Ansteuerung kann nachunterschiedlichen Prinzipien erfolgen:unterschiedlichen Prinzipien erfolgen:• Durch ein übergeordnetes Leitsystem• Durch Informationen von Werkstückträgern• Durch vorgelagerte HandhabungseinrichtungenDurch vorgelagerte Handhabungseinrichtungen• Sensorgesteuerte Aktivierung bei Werkstück-
erkennungDie zeitliche Entkopplung der Einzelstationen er-folgt durch die Integration von Zwischenspeichern(Bild 7.116). Diese haben die Aufgabe, Teilkompo-nenten und Baugruppen von Bearbeitungsstationenoder vorgelagerten Handhabungseinrichtungen inoder vorgelagerten Handhabungseinrichtungen inderen Ausgabetakt aufzunehmen. Die gespei-cherten Elemente werden anschließend imVerarbeitungstakt der nächsten Station wiederb b Di A f b Z i h i habgegeben. Die Aufgabe von Zwischenspeichern
ist es, auch bei zwischenzeitlichen Variationen desBearbeitungstakts einzelner Stationen eine fort-laufende Produktion zu ermöglichen.
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Bild 7.115 09/10Handhabungs-technik
g
Prinzip der losen Verkettung von Produktionssystemen
Automatisierung inBild 7 116 09/10 Automatisierung in Fertigung und MontageProf. WannerLehrstuhl FertigungstechnikAnwendungszentrum
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Bild 7.116 09/10Handhabungstechnik
Eigenschaften lose verketteter Systeme IINeben prozessbedingten Unterschieden könnenunterschiedliche Bearbeitungstakte folgende Ur-sachen besitzen:
T h i h Stö Ei l t ti• Technische Störungen an EinzelstationenIm Störungsfall einer Station oder ihrer Zuführ-systeme erfolgt keine unmittelbare Stillsetzungder gesamten Anlage. Nachgelagerte Stationeng g g gwerden aus dem Speicher bestückt, vorgelager-te Stationen können in den Speicher ausgeben.In diesem Falle werden die Speicher auch alsStörungsspeicher bezeichnetStörungsspeicher bezeichnet.
• Wechselnde Mitarbeiterperformance beimanuellen Bearbeitungsplätzen.Wäh d V id Stö b i dWährend zur Vermeidung von Störungen bei derErmittlung der Taktzeit von starr verkettetenSystemen die maximale Bearbeitungszeitzugrunde gelegt werden sollte, kann bei loseng g g ,Verkettungen in der Anlagenkonzeption diemittlere Zeit berücksichtigt werden.Eine weitere Ursache für den variierendenA b it t kt k b i i l i h d h diArbeitstakt kann beispielsweise auch durch diebereits in der Automatisierungsstufe 4 beschrie-bene Mehrmaschinenbedienung verursachtwerden.
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Bild 7.117 09/10Handhabungs-technik
Kombinierte Formen der Verkettung
Lose verkettete Systeme sind dadurch gekenn-zeichnet, dass die Zwischenspeicher ausreichendgroß dimensioniert sind einen Stillstand der Anlageaufgrund des Stillstands einzelner Stationen zuaufgrund des Stillstands einzelner Stationen zuverhindern. In der Regel erfolgt die Auslegung vonZwischenspeichern weitestgehend auf der Basisvon wirtschaftlichen Überlegungen. Sind dieS i h Üb b ü k k StillSpeicher nur zur Überbrückung kurzer Still-standszeiten konzipiert, so spricht man von einerelastischen Verkettung.Werden innerhalb eines Fertigungs- oder Montage-Werden innerhalb eines Fertigungs- oder Montage-systems sowohl Teilabschnitte mit starrer als auchmit loser Verkettung eingesetzt, so spricht man voneiner kombinierten Verkettung. Eine kombinierteV k b h i i A i dVerkettung besteht somit aus einer Aneinander-reihung von verschiedenen Produktionsabschnittenmit fester Verkettung, die über Zwischenspeicherlose bzw. elastisch verkettet werden. Im nach-folgenden Bild 7.119 ist ein Beispiel für eine loseVerkettung mehrerer Rundtransferautomaten dar-gestellt.
Eine weitere Organisationsform stellen die flexibelverketteten Produktionseinrichtungen dar, die ananderer Stelle näher erläutert werden.
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Bild 7.118 09/10Handhabungs-technik
Lose verkettete Rundtransfersysteme
Automatisierung inBild 7 119 09/10 Automatisierung in Fertigung und MontageProf. WannerLehrstuhl FertigungstechnikAnwendungszentrum
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Bild 7.119 09/10Handhabungstechnik
Räumliche VerkettungsstrukturenNeben der zeitlichen Verkettung ist bei Produk-tionssystemen auch die räumliche Struktur desMaterialflusses in Bezug auf die Arbeitsstationenvon großer Bedeutung.o g oße edeutu g
Ausgehend von der Hauptflussrichtung der Werk-stücke kann unterschieden werden in• Innenverkette SystemeInnenverkette Systeme• Außenverkettete SystemeBei innenverketteten Systemen erfolgt die Anord-nung der Arbeitsstationen im Hauptfluss dernung der Arbeitsstationen im Hauptfluss derWerkstücke.
Bei außenverketteten Systemen sind die Stationendagegen neben dem Hauptfluss angeordnet. Sieg g p gkönnen dabei im Nebenschluss oder über eineBypass-Struktur angebunden sein.
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Bild 7.120 09/10Handhabungs-technik
Strukturen von Zwischenspeichern I
Zwischenspeicher zur Pufferung von Werkstückeninnerhalb eines Produktionssystems können inverschiedenen Anordnungen implementiert werden,wobei zwei prinzipielle Realisierungsvariantenwobei zwei prinzipielle Realisierungsvariantenunterschieden werden:• Speicher mit bewegten Werkstücken
Bei dieser Speicherform werden die WerkstückeBei dieser Speicherform werden die Werkstückesukzessive weiterbewegt. Beispiele hierfür sind:−Durchlauf- bzw. Hauptschlussspeicher
Bei dieser Speicherform werden die Werkstückepin der Zugangsreihenfolge wieder entnommen.Man spricht in diesem Zusammenhang auchvon einem FIFO-Speicher (first in – first out). Imeinfachsten Fall kann hierfür eine ausreichendeinfachsten Fall kann hierfür eine ausreichenddimensionierte Transportstrecke zwischenverschiedenen Stationen verwendet werden,jedoch werden vielfach auch komplexereAnordnungen verwendet, wie im nachfolgendenBild dargestellt.Der Wirkungsbereich eines Durchlaufspeichersbeschränkt sich auf die beidseitig angrenzendenbeschränkt sich auf die beidseitig angrenzendenArbeitsstationen.
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Bild 7.121 09/10Handhabungs-technik
Strukturen von Zwischenspeichern II
Schematische Darstellung eines Durchflussspeichers
−UmlaufspeicherBei dieser Speicherform ist die Bearbeitungs-reihenfolge prinzipiell nicht festgelegt. Beiautomatisierten Systemen erfolgt die Zuordnungüber die bereits bekannte Werkstückträger-codierung.U l f i h th lt d W k tü k tUmlaufspeicher enthalten den Werkstückvorratfür alle angeschlossenen Arbeitsstationen.
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Bild 7.122 09/10Handhabungs-technik
Strukturen von Zwischenspeichern III
• Speicher mit ruhenden WerkstückenBei diesen Anordnungsformen sind die gespei-cherten Werkstücke prinzipiell im Ruhezustandund werden nur im Falle der Werkstückund werden nur im Falle der Werkstück-zuführung- bzw. –entnahme bewegt.Beispiele hierfür sind:
Rücklauf bzw Nebenschlussspeicher−Rücklauf- bzw. NebenschlussspeicherRücklaufspeicher werden als seitlich ange-ordnete Stichleitungen eines Transportsystemsausgeführt. Die Entnahme erfolgt in der umge-g g gkehrten Reihenfolge der Bestückung, weshalbsie auch als LIFO-Speicher (last in – first out)bezeichnet werden. Analog den Durchfluss-speichern können die Stichleitungen auchspeichern können die Stichleitungen auchkomplexe Strukturen aufweisen.Dieser Speichertyp wird nur im Falle einerUnterbrechung des Hauptflusses aktiv.g p
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Bild 7.123 09/10Handhabungs-technik
Strukturen von Zwischenspeichern IV
−DirektzugriffsspeicherDem Namen entsprechend kann bei diesemSpeichertyp wahlfrei auf die einzelnen Elementeim Speicher direkt zugegriffen werden Für denim Speicher direkt zugegriffen werden. Für denZugriff werden hierfür in der Regel frei-programmierbare Handhabungseinrichtungenverwendet.Abhängig von den vor- und nachgelagertenProduktionseinrichtungen können die Hand-habungssysteme auch zur Entnahme undB tü k i t t d Di B lBestückung eingesetzt werden. Die Belegungs-planung des Speichers wird durch ein über-geordnetes Leitsystem verwaltet.
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Bild 7.124 09/10Handhabungs-technik
Auslegung von Störungsspeichern I
Werden Zwischenspeicher in Form von Haupt-oder Nebenschlussanordnung als Störungsspei-cher verwendet, sind besondere Anforderungen zubeachten Beispielsweise sind Transportsystemebeachten. Beispielsweise sind Transportsysteme,die im Arbeitstakt der Anlage weiterschalten, fürdiesen Fall ungeeignet, wie im nachfolgenden Bilddargestellt wird. Auftretende Störungen der vor-
h lt t St ti füh l T tgeschalteten Station führen zu leeren Transport-plätzen und bewirken eine Arbeitsunterbrechung ander nächsten Station. Störungen an dieser Stationhingegen verhindern ein Weiterschalten desg gTransportsystems, wodurch die vorhergehendeStation keine Werkstücke mehr an die Transport-einrichtung übergeben kann. Derartige Systemeentsprechen in ihrer Funktionalität lediglich einerentsprechen in ihrer Funktionalität lediglich einerstarren Verkettung.
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Bild 7.125 09/10Handhabungs-technik
Auslegung von Störungsspeichern II
Grundbedingung für den Einsatz als Störungs-speicher ist die Möglichkeit der Werkstücke, imSpeicher zu den vorausgehenden Werkstückenaufzuschließen um somit die störungsbedingtenaufzuschließen, um somit die störungsbedingtenLücken im Werkstückfluss zu schließen. Einemögliche Realisierung für eine Anordnung mitHauptschlussspeicher ist nachfolgend dargestellt.Die maßgebliche Zielsetzung bei der Konzeptioneiner Produktionsanlage liegt in deren Wirtschaft-lichkeit begründet, die über den gesamtenProduktionszeitraum betrachtet werden mussProduktionszeitraum betrachtet werden muss.Ausgehend von der prognostizierten Stückzahlbesteht das Optimum bei den minimalsten Kosten,die pro Werkstück realisiert werden können.
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Bild 7.126 09/10Handhabungs-technik
Auslegung von Störungsspeichern III
Bei der Konzeption der Speichergröße sindunterschiedliche Aspekte zu berücksichtigen:
• Monetäre RandbedingungenNeben den Kosten für die Speichersysteme sindauch die erhöhte Kapitalbindung für dieHalbfertigprodukte sowie die erhöhte Durchlauf-zeit zu beachtenzeit zu beachten.
• VerfügbarkeitEin wesentliches Kriterium bei der Auslegungd V k tt t d d d i th ltder Verkettungsart und der darin enthaltenenStörungsspeicher für Systeme mit mehrerenArbeitsstationen ist die erreichbare Verfügbar-keit des Produktionssystems. Verfügbarkeit,y gArbeitstakt und Betriebsdauer stellen die ent-scheidenden Kenngrößen bei der Berechnungder Produktionsrate dar.B i d B h d V fü b k it i d diBei der Berechnung der Verfügbarkeit sind diefolgenden Punkte zu beachten.− Prognostizierte Störhäufigkeit
Die Festlegung der Speichergröße wird maßDie Festlegung der Speichergröße wird maß-geblich durch die prognostizierte Störhäufig-keit der Anlagenkomponenten beeinflusst.
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Bild 7.127 09/10Handhabungs-technik
Auslegung von Störungsspeichern IV
Neben den eigentlichen Bearbeitungsstatio-nen mit ihren Zuführ- und Entnahmevorrich-tungen müssen auch Störquellen der Spei-chereinrichtungen berücksichtigt werdenchereinrichtungen berücksichtigt werden.
− Dauer der störungsbedingten Unterbre-chungen
− Prognose über prozess- und organisations-Prognose über prozess und organisationsbedingte Unterbrechungszeiten wie bei-spielsweise Umrüstvorgänge
• PlatzbedarfLose verkettete Anlagen mit ausreichenddimensionierten Zwischenspeichern bieten einHöchstmaß an Flexibilität hinsichtlich derA d d hi d B b iAnordnung der verschiedenen Bearbeitungs-stationen. Diese Flexibilität sowie die Integrationvon Speichersystemen führen jedoch zu einemzusätzlichen Platzbedarf im Vergleich mit starrgverketteten Anlagen.
Die dargestellten Aspekte verdeutlichen, dass dieoptimale Speicherauslegung von einer großenAnzahl an Eingangsparametern abhängig ist. DiePlanung von Fertigungs- und Montageanlagenerfolgt deshalb in der Regel mit Hilfe computer-gestützter Planungssysteme.
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Bild 7.128 09/10Handhabungs-technik
gestützter Planungssysteme.
Auslegung von Störungsspeichern V
Folgende grundlegenden Kenngrößen werden zurBerechnung der Verfügbarkeit herangezogen:• Die Störhäufigkeit einer Station
Unter der Störungshäufigkeit si einer Stationversteht man den prozentualen Anteil derBearbeitungsvorgänge bzw. Bearbeitungstakte,die aufgrund einer Störung nicht korrektdie aufgrund einer Störung nicht korrektabgeschlossen werden können.
• Die stationsbezogene mittlere Dauer für dieBeseitigung einer Störung Tsi
• Den geplanten Arbeitstakt TAT
Aus der Störungshäufigkeit si kann stations-bezogen der Anteil der korrekt abgeschlosseneng gBearbeitungstakte ki berechnet werden:
ki = 1 – si
Bei einem starr verketteten System mit q Einzel-Bei einem starr verketteten System mit q Einzel-stationen kann dieser Anteil an korrekt abge-schlossenen Arbeitstakten für das Gesamtsystem Kals das Produkt dieser Werte berechnet werden.
K = k1 * k2 * …*kq
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Bild 7.129 09/10Handhabungs-technik
Auslegung von Störungsspeichern VI
Die Verfügbarkeit V des Systems definiert denAnteil der störungsfreien Produktionszeit Tp inBezug auf die hierfür benötigte Betriebsdauer TB.Im nachfolgenden Beispiel werden für eineIm nachfolgenden Beispiel werden für eineMontageanlage, die aus 4 Einzelstationen besteht,die Verfügbarkeiten bei verschiedenenVerkettungsmaßnahmen berechnet :
• Alternative 1: Starr verkettetes System• Alternative 2: Kombinierte Verkettung• Alternative 3: Lose Verkettung• Alternative 3: Lose Verkettung
Darüber hinaus werden für die letzten beidenAlternativen sinnvolle Speichergrößen überschlägigermitteltermittelt.Zur Vereinfachung der Rechnung besitzen alleStationen die gleiche Störhäufigkeit si = 0,5 %. DerArbeitstakt beträgt TT = 10 s, die mittlere Dauer fürdie Störungsbeseitigung sei bei allen StationenTs = 100 s.Sonstige Unterbrechungszeiten sowie Störungenim Transport und Speichersystem werden beiim Transport- und Speichersystem werden beidieser Rechnung vernachlässigt.
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Bild 7.130 09/10Handhabungs-technik
Auslegung von Störungsspeichern VII
Alternative 1: Starr verkettetes System
ki = 1-0,005 = 0,995K = 0,9954 ≈ 0,98, ,
Die störungsfreie Produktionszeit kann bei ndurchgeführten Arbeitstakten berechnet werden als
T = n · K · TTp = n · K · TT
Die gesamte Betriebsdauer hingegen berechnetsich als Summe dieser Zeit und der Zeit, die indiesem Zeitraum für Störungsbeseitigung aufge-diesem Zeitraum für Störungsbeseitigung aufge-wendet werden musste.
TSD = n · (1-K) · Ts
Al V fü b k i d k SAls Verfügbarkeit des starr verketteten Systemsergibt sich:
TKTV Tp ⋅
%15,83V
T)K1(TKTTV
ST
T
SDp
p
≈
⋅−+⋅=
+=
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Bild 7.131 09/10Handhabungs-technik
Auslegung von Störungsspeichern VIIIAlternative 2: Kombinierte VerkettungBei dieser Alternative werden je zwei Stationen zustarr verketteten Teilsystemen gruppiert, diewiederum lose miteinander verkettet werden Eswiederum lose miteinander verkettet werden. Esgilt:
K1 = K2 = 0,995 · 0,995 ≈ 0,99Daraus können die Verfügbarkeiten der TeilDaraus können die Verfügbarkeiten der Teil-systeme berechnet werden:
V1 = V2 ≈ 90,8%Di t i ht b i i l V k tt h dDies entspricht bei einer losen Verkettung auch derGesamtverfügbarkeit der Anlage.
Alternative 3: Lose VerkettungEntsprechend den oben beschriebenen Grund-lagen kann die Gesamtverfügbarkeit bei loserVerkettung der 4 Stationen berechnet werden zu
V ≈ 95 2%V ≈ 95,2%
Berechnung der Mindestgröße des SpeichersBei der Bestimmung der erforderlichen Speicher-größe zwischen zwei Teilsystemen muss gewähr-leistet sein, dass die Störung eines Teilsystemskeine Auswirkungen auf die Produktion desanderen Systems hat.
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Bild 7.132 09/10Handhabungs-technik
anderen Systems hat.
Auslegung von Störungsspeichern IX
In einer vereinfachten Näherungsrechnung wirdvon folgenden Voraussetzungen ausgegangen:• Der Speicher besitzt ausreichend Teile, um wäh-
rend einer Störung des vorangestelltenrend einer Störung des vorangestelltenSystems die abnehmende Station zu versorgen.
• Der Speicher besitzt genug Leerplätze, um imFalle einer Störung der abnehmenden StationFalle einer Störung der abnehmenden Stationdie Werkstücke der vorhergehenden Stationaufzunehmen.
• Die verschiedenen Störungen sind gleich ver-teilt. Dies bedeutet, dass die Einzelstörungenlediglich anhand ihrer Häufigkeit , jedoch ohnestochastischen Einfluss angenommen werden.
Die Mindestanzahl an Werkstücken ergibt sichDie Mindestanzahl an Werkstücken ergibt sichsomit aus der Addition der entsprechendenWerkstückzahlen für beide relevanten Stationenbzw. Systeme.Die benötigte Anzahl an Werkstücken kann ausdem vorgegebenen Systemtakt sowie den Zeitenfür die Störungsbeseitigung berechnet werden.Anhand der oben dargestellten Beispiele werdennun die mindestens erforderlichen Speichergrößenermittelt.
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Bild 7.133 09/10Handhabungs-technik
Auslegung von Störungsspeichern X
Alternative 1: Starre Verkettung ohne Puffer
Alternative 2: Kombinierte VerkettungBei einer annähernden Gleichverteilung der Stö-grungen kann die Zeit für die Stördauer der Teilsys-teme näherungsweise als die Summe der Zeitenfür die einzelnen Stationen angenommen werden.System 1: TSD1 = Ts1 + Ts2 = 200 s
System 2: TSD2 = Ts3 + Ts4 = 200 sBezogen auf den geplanten Arbeitstakt ergibt sichg g p ghieraus eine Speichergröße vonS = (TSD1 + TSD2) / TT = 40 Werkstücke
Alternative 3: Lose VerkettungAlternative 3: Lose VerkettungBei dieser Variante werden insgesamt 3Zwischenspeicher benötigt, die jeweils folgendeGröße aufweisen sollten:S1 = (Ts1 + Ts2) / TTS2 = (Ts2 + Ts3) / TTS3 = (T 3 + T 4) / TTS3 (Ts3 + Ts4) / TTAufgrund der identischen Werte ergibt sich eineSpeichergröße von jeweils 20 Werkstücken.
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Bild 7.134 09/10Handhabungs-technik
Auslegung von Störungsspeichern XI
Wie anhand der Beispiele erkennbar ist, steigt dieVerfügbarkeit im dargestellten Beispiel bei einerausreichenden Dimensionierung der Störungs-speicher stark an Es ist aber ebenso ersichtlichspeicher stark an. Es ist aber ebenso ersichtlich,dass die Verfügbarkeit in großem Maße vomVerhältnis des Arbeitstakts zur Störungsbeseiti-gungsdauer abhängt. Mit zunehmender Speicher-
öß äh t i h di G t fü b k it dgröße nähert sich die Gesamtverfügbarkeit demidealen Fall der losen Verkettung an. Da auswirtschaftlichen Gründen eine optimale lose Verket-tung mit theoretisch unendlicher Speichergrößeg p gnicht sinnvoll ist, wird in der praktischen Um-setzung eine wirtschaftlich optimale Auslegungangestrebt.Di ß bli h K f k b i dDie maßgeblichen Kostenfaktoren bei derKonzeption eines Puffers können in drei Bereicheunterteilt werden, wie das Diagramm in Bild 7.136verdeutlicht.• Investitionskosten• Pufferfüllkosten• StillstandskostenStillstandskosten
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Bild 7.135 09/10Handhabungs-technik
Auslegung von Störungsspeichern XII
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Bild 7.136 09/10Handhabungs-technik
Auslegung von Störungsspeichern XIII
Die Investitionskosten bestehen aus einem Grund-kostenanteil, der unabhängig von der Puffer-kapazität erforderlich ist. In diesem Bereich sindbeispielsweise die Kosten für Vorrichtungen, Hub-stationen oder Steuerungstechnik enthalten.Dieser Kostenbereich wird ergänzt durch kapazi-tätsabhängige Komponenten wie Größe destätsabhängige Komponenten wie Größe desPuffersystems oder Werkstückträger.Die Pufferfüllkosten ergeben sich aus dem in denPuffern durch Werkstücke gebundenen Kapital.g pDie Stillstandskosten entstehen durch ungenutzteMontagekapazitäten infolge von Störungsunter-brechungen, die nicht durch die Pufferkapazitätabgefangen werden können.
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Bild 7.137 09/10Handhabungs-technik
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