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Vorlesung: Handhabungs- und Montagetechnik

© J. Wolfgang Ziegler

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2 Grundlagen: Handhaben

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Prof. Dr.-Ing. J. Wolfgang ZieglerFachhochschule Düsseldorf

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2 Grundlagen: HandhabenMATERIAL-

FLUSSbewirken

FÖRDERNVDI-2411

LAGERNVDI-2411

HANDHABENVDI-2860

Der Begriff Handhaben ist gedanklich von der menschlichen Hand abgeleitet, wird aber auch für automatische ablaufendeVorgänge zur Manipulation von Gegenständen gebraucht. Handhaben bedeutet etwas greifen, bewegen und an einem bestimmten Ort ablegen. Das heißt, durch Handhaben wird die Position oder Lage von Gegenständen geändert. Im über-tragenen Sinne bedeutet Handhaben auch „bewerkstelligen“oder „praktisch ausüben“. Handhaben ist eine Teilfunktion des Materialflusses ist (siehe Schaubild).

Von Handhabungstechnik spricht man, wenn für die Handhabung Geräte eingesetzt werden. Wenn moderne Hand-habungsgeräte Werkstücke in Bearbeitungszentren einlegen, Werkzeuge wechseln, Teile montieren oder einen Schweißbrenner führen, sind sie Teil der Fertigungs-Automatisierung. Das automatische Handhaben ist ein wichtiges Instrument und nicht mehr weg zu denkender Teil der automatisierten, flexiblen Fertigung. Ihr Ziel ist es, einerseits die Wirtschaftlichkeit der Fertigung zu erhöhen und andererseits durch Übertragung der Handhabungsoperation auf die Maschine den Menschen von körperlich schwerer sowie monotone, gefährlicher und gesundheitsschädlicher Arbeit zu befreien.

Handhaben als Teilfunktion des Materialflusses

Definition nach VDI-Richtlinie 2860: Handhaben ist das Schaffen, definierte Verändern oder vorübergehende Aufrechterhalten einer vorgegebenen räumlichen Anordnungen von geometrisch bestimmten Körpern in einem Bezugskoordinatensystem.

Film: Geschicklichkeit der menschlichen Hand

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2.1 Handhabeobjekt

Handhabeobjekte sind geometrische bestimmte Körper, die in Form von Werkstücken oder Werkzeugen bei der Montage bzw. Fertigung durch Handhabeeinrichtungen bewegt werden.Die räumliche Anordnung eines starren Körpers in einem Bezugskoordinatensystem ergibt sich aus seinen sechs Freiheitsgraden, die er im Raum hat. Es handelt sich hierbei um drei translatorische Freiheitsgrade (z.B. U-, V- und W- Koordinate seines Schwerpunktes), als Position eines Körpers bezeichnet, und drei rotatorische Freiheitsgrade (z.B. Ratation um die X-, Y- und Z-Achse), als Orientierung eines Körpers bezeichnet.

Animation: Freiheitsgrad eines starren Körpers

Handhabeobjekt

Im Sprachgebrauch wird häufig der Begriff „Lage“ oder„Werkstücklage“ verwendet. Diese Bezeichnung ist aberungenau, da die Orientierung oder Position gemeint sein könnte. Bei technischen Sachverhalten sollten daher die Begriffe „räumliche Anordnung“, „Orientierung“ und „Position“ verwendet werden.Der zu handhabende Körper wird durch das körpereigeneKoordinatensystem beschrieben. Bei Bewegungen des zu handhabenden Körpers im Raum wird dieses Koordinaten-system mitbewegt. Bewegungen eines Körpers von einer Ausgangslage in eine Endlage lassen sich, bei bekannter Ausgangsposition und –orientierung , eindeutig als Beträgeder Verschiebung entlang der Achsen des Bezugskoordina-tensystems und Winkelbeträge der Drehungen um diese Achsen beschreiben. Aus diesen Betrachtungen resultieren wichtig Kenngrößen zur Beschreibung von Handhabungs-aufgaben (siehe nächste Folien).

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2.2 Kenngrößen zur Quantifizierung von Handhabungsaufgaben (1/3)

POSITIONSGRAD ORIENTIERUNGSGRAG

PG Erläuterung Erläuterung OG

3 3

2Ursprung des körpereigenen Koordinatensystems in zwei von drei Achsrichtungen (z.B. Gerade, Kreis-bahn) bzgl. des Bezugskoordinatensystem bekannt.

Orientierung des starren Körpers in zwei von drei Rotationsachsen bestimmt. 2

1

0

1

0

Ursprung des körpereigenen Koordinatensystems in allen drei Achsrichtungen U, V und W bzgl. des Bezugskoordinatensystem bekannt.

Orientierung des starren Körpers in allen drei Rotationsachsen bestimmt.

Ursprung des körpereigenen Koordinatensystems in einer von drei Achsrichtungen (z.B. Ebene, Zylinder) des Bezugskoordinatensystem bekannt.

Orientierung des starren Körpers in einer von drei Rotationsachsen bestimmt.

Position des Ursprungs des körpereigenen Koord-inatensystems ungekannt

Orientierung des starren Körpers unbestimmt.

Positionsgrad & OrientierungsgradUnter den Positionsgrad PG versteht man die Anzahl der drei translatorischen Freiheitsgrade eines starren Körpers, die bekannt sind. Unter dem Orientierungsgrad OG versteht man die Anzahl der drei rotatorischen Freiheitsgrade eines starren Körpers, die bekannt sind.

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Kenngrößen zur Quantifizierung von Handhabungsaufgaben (2/3)

OrdnungszustandFasst am die beiden beschriebenen Kenngrößen zusammen, so erhält man den Ordnungszustand OZ eines Körpers:OZ = OG/PG Diese Kenngröße gibt an, in wie vielen von sechs möglichen Raumfreiheitsgraden ein Körper bestimmt. Beispiele: OZ = 0/0 (Körper ist völlig ungeordnet im Raum, z.B. Werkstücke in einem Bunker).

0/0 < OZ < 3/3 ( teilgeordnet, z.B. OZ = 2/3, wenn Sprudelflaschen in einem Kasten stehen).OZ = 3/3 (völlig geordnet im Raum, z.B. Werkstück eingespannt auf Frästisch).

Ordnungszustandsmatrix

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Kenngrößen zur Quantifizierung von Handhabungsaufgaben (3/3)

Ordnungsschwierigkeit O = W + SEine weitere Kenngröße ist die Ordnungsschwierigkeit, sie vermittelt uns, welchen Aufwand (Schwierigkeiten) wir be-treiben müssen um das Werkstück in unsere gewünschte Position zubringen. Dazu sind zwei Parameter von besondererBedeutung, die Anzahl der notwendigen Winkeldrehungen W und die Anzahl der gegenüberliegenden ungleichen Seiten S.

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Übung zur Ordnungsschwierigkeit: Welche Ordnungsschwierigkeit haben die Werkstücke?

Werkstück W S O = W + S Werkstück W S O = W + S

0 0 0

0

0

2 2

2

3

3

3

5

2

2 2

2

3

3

3

1

1

4

4

5

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2.3 Handhabungsfunktionen bei der Maschinenbeschickung

WerkstückeWerkstücke

Werkzeuge

Werkzeuge

Spannmittel

SpannmittelFertigungsabfälle

Der Handhabevorgänge beschränkt sich aber nicht nur auf die maschinelle Fertigung beschränken, sondern sie ist auch auf andere Bereiche auszudehnen, z.B. die Montage.Die hier durchzuführenden Handhabevorgänge haben einen besonderen Schwierigkeitsgrad, da mehrere Einzelteile mit oft komplizierter Gestalt in sehr kurzer Zeit zu handhaben sind. Möglichkeiten und Notwendigkeit bestehen beinahe in allen Bereichen, die Stückgut, Band- und Steifenwerkstoffe be- und verarbeiten.Auch außerhalb der Industrie (Bauwesen, Landwirtschaft, Dienstleistungsbereich, Handel) mehrt sich das Interesse.

Film: Bestückung einer Drehmaschine (Strothmann)

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2.3.1 Handhabungsbeispiele (1/2)

Fördern durch Vibrationswendelförderer (RNA)

Montage: Bestückung einer Tastaturgruppe (Epson)

Medizintechnik: Gehirnoperation mit Roboter (ISS)

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Handhabungsbeispiele (2/2)

Automobilindustrie: Schweißroboter (ABB)

Bauwesen: Manipulator (Kajima)

Lebensmittelindustrie:SCARA-Roboter beim Sortieren von Bockwürsten

Verpackungsindustrie:Verpacken von Tüten mit Bonbons (MDV)

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2.4 Teilfunktionen des Handhabens

Nach VDI 2860 gliedert sich das Handhaben in fünf Teilfunktionen, wobei sich diese Teilfunktionen (außer dem Speichern) aus sieben Elementarfunktionen zusammensetzen. Aus diesen Elementarfunktionen können dann andere Funktionen zusammengesetzt werden.

Speichern Mengenverändern Bewegen Sichern Kontrollieren

TEILFUNKTIONEN

ELEMENTARFUNKTIONENTeilen

VereinigenDrehen

VerschiebenHaltenLösen Prüfen

ZUSAMMENGESETZTE FUNKTIONEN

• geordnetesSpeicher

• teilgeordnetesSpeicher

• Abteilen• Zuteilen• Verzweigen• Zusammen-

führen• Sortieren

• Schwenken • Orientieren• Positionieren• Ordnen• Führen• Weitergeben

• Spannen• Entspannen

Prüfen auf:• Anwesenheit• Identität• Form• Größe• Farbe• Gewicht• Position• Orientierung• etc.

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2.4.1 Speichern 2.4.2 Mengen verändern

Unter Speichern wird das Aufbewahren von geordneten, teilweise geordneten oder ungeordneten stofflichen Vorräten in Behältern oder Einrichtungen verstanden. Bunkern ist das Speichern von ungeordneten Handhabe-objekten in einem körperlichen abgeschlossenen Raum. Stapeln ist das Speichern von teilgeordneten Handhabe-objekten und Magazinieren ist das Aufbewahren von geordneten Objekten.

Mengen lassen sich durch das Teilen oder durch Ver-einigen von Teilmengen verändern.Zuteilen ist hier das Bilden von Teilmengen definierter Größe bzw. Anzahl und das Bewegen dieser Teilmengen zu definierten Zielorten. Wird nur ein Teil zugeteilt, spricht man auch vom Vereinzeln (siehe Bild). Das Dosieren von formlosen Stoffen, sowie das Abzweigen und Zusammenführeneines Mengenstroms fallen auch unter das Mengen.

Transferbandspeicher - Speichern und Weitergeben(NC-Automation)

Vibrationswendelförderer zur Vereinzelung von Schrauben (Stöger)

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2.4.3 Bewegen

Bewegen dient der Veränderung der räumlichen Anordnung von Objekten, die eine bestimmte Orientierung und Position haben.Drehen ist das Bewegen eines Objekts aus einer bestimmten Orientierung in eine andere bestimmte Orientierung um eine Achse. Diese liegt innerhalb des Objektes im Gegensatz zu Schwenken.Unter Schwenken versteht man das Bewegen eines Objektes aus einer vorgegebenen in eine andere vorgegebene Orien-tierung und Position um eine Achse, die außerhalb des Handhabungsobjektes liegt.Beim Weitergeben wird ein Objekt aus einer vorgegebenen Position entlang einer definierten Bahn in eine andere Posi-tion bewegt. Positionieren ist das Bewegen eines Objektes aus einer unbestimmten Position in eine vorgegebene Posi-tion. Die Orientierung des Objektes bleibt dabei unbeachtet.Ordnen bezeichnet das Bewegen eines Objektes aus einerunbestimmten in eine vorgegebene Orientierung und Position.Ordnen ist eine komplexe Handhabefunktion, die mehrereTeilfunktion in sich vereinigt. Es wird unterschieden inaktives Ordnen, bei dem alle Werkstücke in die neue Orien-tierung gebracht werden , und passives Ordnen, bei dem die nicht richtig orientierten Werkstücke ausgesondert und zu-Rückgeführt werden (Vibrationswendelförderer mit passivenSchikanen).

Förderband

Scararoboter bestückt einen Rundschalttisch mit Werkstücken,die mit einem Förderband transportiert werden (Eurobtec, Adept)

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2.4.4 Sichern 2.4.5 Kontrollieren

Sichern dient im allgemeinem dem Erhalten definierter Zustände. Das Sichern räumlicher Anordnungen kann dauerhaft oder vorübergehend sein. Beim Handhaben wird nur das vorübergehende Sichern betrachtet.Das Halten kann kraftpaarig, formpaarig oder stoffpaarig erfolgen.Spannen bezeichnet das vorübergehende kraftpaarige Sichern eines Objekts in einer bestimmten Orientierung und Position.Entspannen ist demzufolge das Freigeben der kraft-paarigen Sicherung.

Prüfen dient dem Feststellen, ob Handhabeobjekte vor-gegebene Bedingungen erfüllen. Beim Handhaben hat Prüfen den Charakter einer Teilfunktion, die vor allem dann gemeinsam mit anderen Teilfunktion auftritt, wenn Objekte aus einem undefinierten in einem definierten Zustandgebracht werden.

Werkstückträger

Sensor

Paarweises Spannen von Werkstücken zur Bearbeitung Ein Sensor identifiziert einen Werkstückträger auf einem Transportband (Battenberg)

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2.5 Gliederung der Handhabungseinrichtungen

Unter Handhabungseinrichtungen versteht man technische Einrichtungen zur Realisierung von Handhabungsfunktionen (nach VDI 2860); sie sind also Funktionsträger des Handhabens. Diese können Geräte, Vorrichtungen oder Maschinen sein. Handhabeeinrichtungen lassen sich nach den Funktionen, die sie ausführen sollen, in fünf Hauptgruppen gliedern.

HANDHABUNGSEINRICHTUNGENGliederungskriterium: Hauptfunktion

Einrichtungen zumSpeicher

Einrichtungen zumMengen ändern

Einrichtungen zum Bewegen

Einrichtungen zum Sichern

Einrichtungen zum Kontrollieren

• Bunker • Gurt• Palette• Magazin

• Vereinzeler• Zuteiler• Weiche

• Dreheinrichtung• Ordnungsein-

richtung• Industrieroboter

• Greifer• Aufnahme • Spanner

• Prüfeinrichtung• Meßeinrichtung• Sensor

Oft ist eine eindeutige Zuweisung von Funktion und Handhabeeinrichtungen nicht möglich, da viele Handhabungs-geräte mehrere Teilfunktionen ausführen können. Deshalb wird bei der Beschreibung von Handhabeeinrichtungen zwischen installierter und kennzeichnender Funktion unterschieden und die Einrichtung nach der höherwertigen kennzeichnenden Funktion eingeordnet. Während die installierten Funktionen sämtliche eingebauten Funktionen umfassen, bezeichnen die kennzeichnenden Funktionen nur das beabsichtige Ergebnis.

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2.6 Handhabungseinrichtungen

Handhabungseinrichtungen müssen nicht immer High-Tech-Produkte bzw. Industrieroboter sein. Viele Handhabungs-geräte besitzen noch nicht mal eine eigene Steuerung. Es sind teilweise konventionelle Vorrichtungen, wie sie aus dem Werkzeug- und Maschinenbau seit langem bekannt sind.

Hier werden die Sortierteile aus dem Schüttguttrichter einbahnig vereinzelt, lagerichtig und radial gerichtet für eine Übernahme nach oben bereitgestellt (Schindler).

Handhabeeinrichtungen werden an teil- und vollautomatischen Maschineneingesetzt, um vor allem • die Hilfsoperationen zu automatisieren, • eine Mehrmaschinenbedienung zu ermöglichen, • den durchgehenden Werkstückfluss bei Fertigungssystemen zu

gewährleisten sowie • Werkzeuge bei Grundoperationen (z.B. Entgraten) zu führen und • menschliche Arbeitskraft einzusparen.Nur das abgewogene Verhältnis von Industrieroboter und konventionellen Handhabeeinrichtungen führt zu ökonomischen Lösungen. Häufig werden in diesem Zusammenhang beim Einsatz von Industrierobotern auch Hand-habeeinrichtungen als Roboterperipherie gebraucht, die von der Roboter-steuerung Signale empfangen oder Signale zu ihr senden. Deshalb soll in diesem Kapitel in Ergänzung zu den Anderen Industrieroboter lastigenKapitel die Lücke geschlossen werden.

(Quelle: Schindler)

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2.6.1 Einrichtungen zum Speichern

Der Begriff Speichern bezeichnet das zeitweilige Aufbewahren von Arbeitsgut im Bereich der Fertigungseinrichtungen. Die Werkstücke können ungeordnet, teilgeordnet oder geordnet gespeichert werden. Dementsprechend werden die Handhabeoperationen als Bunkern, Stapeln und Magazinieren bezeichnet.

Bunkerband (Schindler)

In diesen Handhabeeinrichtungen ist es möglich, neben der kennzeichnenden Funktion des „Speichern“ noch weitere Funktionen zu installieren. So gibt es Bunker, die gleichzeitig Zuteilfunktionen (siehe Bild) übernehmen oder mit Ordnungseinrichtungen versehen sind, so dass sie in die Hauptgruppe des „Bewegens“ übergreifen. Das Speichern kann aus verschiedenen Gründen notwendig sein:• Störungsspeicher innerhalb einer Fertigungslinie mit lose verketteten

Maschinen. Um bei Ausfall einer Maschine nicht die gesamte Linie anhalten zu müssen, wird eine Einspeisung von Werkstücken aus Werk-stückspeichern vorgenommen.

• Ausgleichsspeicher dienen dazu, Taktzeitunterschiede durch das Zuführen zusätzlicher Werkstücke auszugleichen.

• Beschickungsspeicher oder Bereitstellungsspeicher realisieren die automatische Werkstückzufuhr an Einzelautomaten oder an der ersten Maschine einer Montagefließreihe.

• Zwischenspeicher oder Sammelspeicher sind Werkstückansammlungen, die aus technologischen oder organisatorischen Notwendigkeiten angelegt werden müssen.

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2.6.1.1 Bunker, Stapeleinrichtungen und Magazine

Werkstück die in definierten Mengen sowie in exakter Position und Orientierung vorliegen sollen, werden technisch am einfachsten in Magazinen bereitgestellt. Für zeitweiliges Aufbewahren von Arbeitsgut sind Bunker oder Stapeleinrichtungen günstiger, wenn Form und Art des Gutes, Speichermengen, der Aufwand zur Aufrechterhaltung einer Ordnung und die Gebrauchslage für Fertigungsopera-tionen diesen Zustand begünstigen.Bunker sind Speicher für kleinere und unempfindliche Werkstücke, die sich im ungeordneten Zustand befinden. Der Vorgang Bunkern ist gewöhnlich kombiniert mit anderen Handhabevorgängen, z.B. Bunkern – Weitergeben – Ordnen oder Bunkern – Ordnen – Magazinieren => Bunker-Orientierungseinrichtungen (siehe Bild). Stapeleinrichtungen dienen zum teilgeordneten Aufnehmen und Ab-legen von vorzugsweise flachen, oft großflächigen Werkstücken, wie z.B. Blechtafeln, -streifen, Leisten, Spannplatten, Blechgroßteilen.Die Lagebestimmung (Position und Orientierung) wird dabei bewusst nicht exakt vorgenommen, weil es nicht erforderlich ist.Bei kleineren Werkstücken werden auch hier häufig Möglichkeiten zum Ordnen oder Zuteilen mit eingeschlossen.Magazine für Werkstücke dienen dem geordneten Aufbewahrenvon Arbeitsgut zum Zweck der materiell-stofflichen Ver- und Ent-sorgung von Fertigungseinrichtungen. Aktive (dynamisch) Magazine verfügen über Antriebe, die einzelne Werkstücke oder eine Gruppe von Teilen in eine stets gleiche Abnahmepositionen bringen. Die dynamische Wirkung kann auch durch die Schwerkraft hervorgerufen werden.Passive (statische) Magazine erfordern in der Regel periphere Einrichtungen (Schiebetische, Drehtische, Vertakteinricht-ungen etc.) oder die erforderliche Beweglichkeit wird von einer mehrachsigen Handhabungseinrichtung aufgebracht.

Werkstückbunker und Vibrationswendelförderer (RNA)

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Bunker mit Zuführeinrichtungen

Bandbunker mit Vibrationswendelbunker1 Bandbunker, 2 Steuerungsgerät, 3 Ständer, 4 Gleitrinne,5 Niveaufühler, 6 Vibrationswendelbunker

Werkstückbunker mit Vibrationswendelförderer1 Steuer- und Programmiergerät, 2 Beleuchtung,3 Kamera für das Ordnen mittels optischer Prüfung,4 Förderband, 5 Weiche für Falschlagenauswurf, 6 Abgleitrinne, 7 Vorbunker, 8 Vibrationswendel-förderer, 9 Beispielwerkstück

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Bunker mit Schrägförderer

Steilförderer (RNA)

Funktionssinnbilder:Bunker, Ordnen, Weitergeben

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2.6.2 Werkstückspeicher an Industrieroboter-Arbeitsplätzen

Werkstückspeicher an Industrieroboter-Arbeitsplätzen lassen sich nach der Ortsgebundenheit in stationäre und ortsver-änderliche Speicher unterscheiden, nach der Speicherbauart und nach der Bewegbarkeit (aktiv, teilaktiv und passiv) von Handhabeobjekten im Speicher.

Bewegbarkeit

aktiv teilaktiv passiv

PERIPHERE WERKSTÜCKSPEICHER

stationär ortsveränderlich

transportabel fahrbar selbstfahrend

Ortsgebundenheit

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2.6.3 Bauformen von Werkstückspeichern (1/2)

Die Speicherbauarten lassen sich einteilen in Paletten, Regale, Speicherbahnen, Band- und Kettenspeicher, Scheiben-, Dorn- und Trommelspeicher sowie sonstige Bauformen

Paletten Trommelspeicher Regale KassettenBandspeicher Speicherbahnen

Film: Roboter palettiert verschiedene Säcke und Kartons (Stäubli)

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Bauformen von Werkstückspeichern (2/2)

Dornspeicher

Scheibenspeicher Palettenspeicher Bandspeicher Klappspeicher

mit Federboden

Schwenkbodensp.

Wendelspeicher

Klinkenrollen-bahn

TrommelspeicherScheibenspeicher

mit Prismenleiste

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Beispiele von Werkstückspeichern

Trommel-speicher

(sortimat)

Karussell-speicher

(Winkhaus)

Palettenmagazin mit Stapelpaletten

(BOS)Förderbunker (Schindler)

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2.6.4 Speicherdichte (1/2)

Häufig werden Flachpaletten als Speicher an Industrieroboter-Arbeitsplätzen vorgesehen, weil sie zur schon vorhand-enen Transporttechnik kompatibel sind. Bei der Auswahl der Speicherordnung ist man an solche interessiert, die eine hohe Speicherdichte zulassen, um Forderungen nach möglichst langen bedienfreien Zeiten innerhalb einer Fertigungs-zelle genügen zu können. Die Speicherdichte hängt von folgenden Faktoren ab:• Form und Größe des Werkstücks,• Form und Größe der Speicherfläche,• Abmessungsverhältnisse beim Werkstück und Speicher,• Belastbarkeit des Werkstückspeichers,• Bewegungskomfort und Greifergestaltung,• Anordnung von Lagesicherungselementen,• Werkstückanordnung im Speicher,

Werkstückanordnung

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Speicherdichte (2/2)• Werkstückabstände im Speicher,

Werkstückabstände

• Werkstückachsrichtung im Speicher.

Achsrichtung

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2.6.5 Zuführsysteme

Unter Zuführen versteht man jene Teilmenge von Handhabungsvorgängen, die erforderlich sind, um Werkstücke von einer Schnittstelle des innerbetrieblichen Transports in die Werkzone eines technologischen Vorgangs (z.B. Montage) zu bringen und auch wieder heraus. Synonym verwendete Begriffe sind Zubringen und Beschicken.Beim der Bereitstellung von Arbeitsgut durch Zubringereinrichtungen sind meist die Teilfunktionen “Speicher“ (Bun-ker), “Mengen verändern“ (Zuteiler), und “Bewegen“ (Ordnen) erforderlich. An Industrieroboter-Arbeitsplätzen werden Zuführsysteme vorzugsweise eingesetzt um kleine bis mittelgroße Werk-stücke aus der un- oder teilgeordneten Menge heraus zu ordnen, zu drehen, weiterzugeben, mitunter zwischendurch zu magazinieren und meist auch zuzuteilen. Die Werkstücke verlassen die Zuführeinrichtung meistens als Werkstückstrang, d.h. als lückenlose Schlange.Das Ordnen der Teile wird häufig durch rein mechanisch arbeitende Elemente bewirkt, dazu werden folgende Arbeitsprinzipe ausgenutzt:• Schöpfen mit Schwenksegmenten, Stößeln, Flügelschienen oder Rohren• Gleiten entlang von Richtkanten, um ein Orientieren zu erreichen• Fallen in Profilöffnungen und passieren von Formdurchlässen• Einleiten von Schwingungen in Kombination mit Ausrichtelementen• Ausnutzten von Fliehkraftwirkungen• Entnehmen von Teilen mit Hilfe von Magnet- oder anderen Haftelementen• Ausnutzung aerodynamischer EffekteEs werden aber auch bilderkennende Sensorsysteme (siehe Bild) für das Ordnen herangezogen. Es umfasst die Aufgaben der zwei- oder drei-dimensionalen Positionserkennung und der Feinpositionierung.

Vibrationswendelförderers mit Bildverarbeitung (MRW DIGIT)

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Zuführeinrichtungen

Stufenförderer (RNA)

Stufenförderer in kompakter Bauweise (Schindler)

Schwingförderer mit Lineraförderer (RNA)

Wellenförderer (Schindler)

Trommelförderer (sortimat)

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Komplett-Zuführeinheit

HandlingEinlegegerät

Montagedesk

Bunkerrinne/Bandbunker

GeräuschdämmendeHaube

Wendelförderer

Linearförderschiene

Multicontroller(Quelle: sortimat)

(Quelle: OKU)

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2.6.5.1 Vibrationswendelförderer (Schwingförderer) (1/3)

Schwingförderer (RNA)

Vibrationswendelförderer oder –bunker nehmen einen bedeutenden Platz unter den Handhabeeinrichtungen ein, um die verschiedensten Werkstücke zuzuführen.Diese reichen von kleinsten Bauteilen der Mikroelektronik und Feinwerktechnik über mechanische Massenteile, wie Schrauben, Muttern, Stifte, bis zu Schmiede-knüppeln in der Gesenkschmiede.Durch die Möglichkeit, die Funktionen Bunkern, Fördern, Ordnen, und Ausge-ben in einer Einrichtung zu realisieren, ist der Vibrationswendelförderer zu einem Standartelement insbesondere an automatischen Montagearbeitsplätzen geworden.

A Fördertopf, B Fördergut, C Federpaket, D Antriebsmagnet, E Anker, F Gegenmasse, G Schwingpuffer

WirkungsweiseDie Wirkungsweise des Schwingförderer besteht darin, dass auf das För-dergut B Massekräfte übertragen werden, die für den Fördervorgang ge-nutzt werden. Durch einen entsprechenden Antrieb wird das FörderorganA unter einem bestimmtem Winkel φ in Schwingungen versetzt. Bei elek-tromagnetischen Antrieben wird dazu der Antriebsmagnet D vom Strom durchflossen und übt somit eine Kraft auf den Anker E aus. Diese Kraft wird auf den Federpaketen C gelagerten Fördertopf A übertragen.Bei geeigneter Abstimmung des Förderers wird das Gut aufgrund von Reibkräften in Förderrichtung beschleunigt. Wird die Beschleunigung des Teils in vertikaler Richtung größer als die Erdbeschleunigung, so hebt sich das Gut von der Rinne ab und führt kleine Sprünge, die sog. Mikrowürfe aus.

xxx &&&,,

yyy &&&,,sss &&&,, φ

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Vibrationswendelförderer (Schwingförderer) (2/3)

Fördergeschwindigkeit

Resonanzfrequenz des Systems

Federkraft (Anzahl der Federn)

Resonanzkurve (nicht maßstäblich)

Ein Schwingförderer stellt ein Resonanzsystem (Feder – Masse –System) dar. Daraus ergibt sich, dass die werksseitige Abstim-mung nur in den wenigsten Fällen den spezifischen Anforderung-en entsprechen.Um ein optimales Sortierverhalten sicherzustellen, muss der Schwingförderer auf die konkreten Einsatzbedingungen abge-stimmt werden. Die Abstimmung erfolgt durch Hinzufügen oder Entfernen von Blattfedern und Zwischenplättchen.

Beim Lösen der Federbefesti-gungsschraube kann eine Ver-änderung der Fördergeschwin-digkeit (siehe Grafik) beobachtet werden.

Schwingförderer (RNA)

Resonanzkurve eines Schwingförderers

Schwingförderer lassen sich nach der Art der Förderwegs und nach der Art des An-triebs gliedern. Man unterscheidet Schwingförderer mit geradlinigem Förderweg und wendelförmigen Förderweg. Nach Art des Antriebs unterscheidet man Schwingungsförderer mit zwangläufigem Antrieb, Unwuchtantrieb, elektromagnetischen und pneumatischen Antrieb, wobei Vibrationswendelförderer mit elektromagnetischen Antrieben dominieren.

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Vibrationswendelförderer (Schwingförderer) (3/3)

55 66

7

1 Bunker, 2 Förderwendel, 3 Blattfeder, 4 Elektromagnet, 5 Ständer, 6 Bodenbefestigung, 7 Grundplatte

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2.6.5.2 Ordnungselemente von Vibrationswendelförderer (1/2)

Ordnungselemente, auch als Schikanen bezeichnet, haben die Aufgabe, die Werkstücke während des Förderns durch Drehen, Wenden, Neigen und Aufrichten aus einer willkürlichen Lage in die gewünschte Achslage zu bringen oder falsch liegende Werkstücke in den Bunker zurückzuwerfen. Man unterscheidet:Passive Ordnungselemente bei denen nur Werkstücke weitergefördert werden, die bereits vor dem Element eine bestimmte Orientierung eingenommen haben. Alle anderen Werkstücke werden abgewiesen und in den Bunker zurückgeworfen.Aktive Ordnungselemente führen durch geeignete Vorrichtungen jede Werkstücklage in die gewünschte Orientierung. Diese Vorrichtungen oder Einbauschikanen sind meist Blechkonstruktionen, die an der Wendel selbst oder an der Topfwand befestigt sind.

Schnitt A-A Schnitt B-B Schnitt C-CA

AB

B

C C

Vibratorgestaltung Ordnungsstrecke

1 Werkstück, Sockelhülse

2 Wendel3 Abweiser4 Überlauf5 Magazinschiene

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Ordnungselemente von Vibrationswendelförderer (2/2)Grundsätzlich sollen möglichst wenig Schikanen verwendet werden. Ihre Anzahl richtet sich meistens nach der Anzahl der möglichen Werkstücklagen und nach der für den Ordnungsprozess günstigen Werkstücklage.Die Reihenfolge der Ordnungselemente sollte grundsätzlich so gewählt werden, dass, ausgehend vom räumlich ungeor-dneten Zustand, die Werkstücke zunächst in die Fläche, dann in die Linie und schließlich in den geordneten Strangüberführt werden. Für den Großteil einfacher Werkstückformen gibt es Schikanen-Grundtypen (siehe Beispiele). Bei komplizierten Werkstücken lassen sich diese Schikanen zumindest als erste Ordnungselemente zum Vorordnen einsetzen. Den eigentlichen Ordnungsvorgang übernehmen dann werkstückspezifische Schikanen.

Ebene Wendelform mitAbweiser und RückhalterOrdnungselemente Nichtebene WendelfomEbene Wendelform

Unmodifizierte Bahnoberfläche

Bahneinschnürung

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Ordnungselemente (1/2)

Längsnut

Schablonenöffnung

Führungsschiene

Aufrichten oder Kantenführung

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Ordnungselemente (2/2)

Fallöffnung

Kippstufe

Randausklinkung

Anwendung aktiverHebel, Stößel, Magnete

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2.7 Anhang

NormenDIN 15141 Teil 1: Transportkette, Paletten, Formen und Hauptmasse von Flachpaletten. Berlin: Beuth VerlagDIN 15145: Transportkette, Paletten, Systematik und Begriffe für Paletten mit Einfahröffnung.

Berlin: Beuth VerlagDIN 19233: Begriffe der Automatisierungstechnik. Berlin: Beuth VerlagDIN 24602: Magazinpalette aus Metall für automatisiertes Fertigen. Berlin: Beuth VerlagDIN 58735: Magazinteller in der Optikfertigung. Berlin: Beuth VerlagDIN IEC 40(Sec)700: Gurtung und Magazinierung von Bauelementen für automatisches Verarbeiten;

Stangenmagazine für Bauelemente.Berlin: Beuth Verlag

RichtlinieVDI 2314: Übersichtsichtsblätter Stetigförderer; Umlaufförderer.

Düsseldorf: VDI-VerlagVDI 2333: Übersichtsichtsblätter Stetigförderer; Schwingförderer.

Düsseldorf: VDI-VerlagVDI 2342: Stückgut-Stetigförderer; Übersicht mit Beurteilungskriterien.

Düsseldorf: VDI-VerlagVDI 2340: Zielsteuerungen für Stückgut auf Stetigförderern; Verteileinrichtungen.

Düsseldorf: VDI-VerlagVDI 2411: Begriffe und Erläuterungen um Förderwesen.

Düsseldorf: VDI-Verlag, 1970

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RichtlinienVDI 2854: Sicherheitstechnische Anforderungen an automatisierte Fertigungssysteme.

Düsseldorf: VDI-VerlagVDI 2860: Montage- und Handhabungstechnik – Handhabungsfunktionen, Handhabungseinrichtungen;

Begriffe, Definitionen, Symbole. Düsseldorf: VDI-Verlag, 1990VDI 3239: Sinnbilder für Zubringerfunktionen.

Düsseldorf: VDI-VerlagVDI 3237 Blatt 1: Fertigungsgerechte Werkstückgestaltung im Hinblick auf automatisches Zubringen,

Fertigen und Montieren. Düsseldorf: VDI-Verlag, 1967VDI 3237 Blatt 2: Fertigungsgerechte Werkstückgestaltung im Hinblick auf automatisches Zubringen,

Fertigen und Montieren. Düsseldorf: VDI-Verlag, 1973VDI 3241: Beurteilung bereits teilautomatisierter Fertigungen.

Düsseldorf: VDI-VerlagVDI 3245: Zubringereinrichtungen für Blechgroßteile an Pressen.

Düsseldorf: VDI-VerlagVDI 3246: Zubringereinrichtungen für Blechkleinteile in der Blechverarbeitung.

Düsseldorf: VDI-VerlagVDI 3618: Übergabeeinrichtungen für Stückgüter, Paletten, Behälter, Gestelle.

Düsseldorf: VDI-VerlagVDI 3619: Sortiersysteme für Stückgut.

Düsseldorf: VDI-VerlagVDI 3979: Stückgut-Fördersysteme; Abnahmeregeln.

Düsseldorf: VDI-VerlagVDI 3655 Anforderungen an Flachpaletten für den Einsatz in automatischen Förder- und Lagersystemen.

Düsseldorf: VDI-Verlag

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Modul AGrundlagen

Literaturhinweise• Stefan Hesse/ Gerhard Mittag: Handhabetechnik. Heidelberg: Hüthig, 1989• Stefan Hesse: Industrieroboterperipherie. Heidelberg: Hüthig, 1990• Stefan Hesse: Handhabungsmaschine. Würzburg: Vogel, 1993• Bartenschlager/ Hebel/ Schmidt: Handhabungstechnik mit Robotertechnik. Braunschweig/Wiesbaden: Vieweg, 1998• Stefan Hesse: Fertigungsautomatisierung. Braunschweig/Wiesbaden: Vieweg, 2000• Lektor Handhabungstechnik (Version 1.0). Berlin: Technik und Medien, 2001• Krahn/Nörthemann/Hesse/Eh: Konstruktionselemente 3. Würzgurg: Vogel, 1999• Prof. Dr.-Ing. H. Brüggemann: Vorl. Handhabungs- und Montagetechnik. FH Braunschweig/Wolfenbüttel, SS 2004• Prof. R. D. Schraft: Vorl. Automatisierung in der Montage und Handhabungstechnik. Universität Stuttgart, SS 2005

Filme:[Stäubli]: Stäubli GmbH

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