2.Statusseminar 06.02.2003 Verbundprojekt Greiferbaukasten für die Montage von Mikrosystemen Dipl.-Ing. Andreas Hoch [email protected] Schunk GmbH

2.Statusseminar 06.02.2003

Verbundprojekt Greiferbaukasten für die Montage von Mikrosystemen

Dipl.-Ing. Andreas Hoch

[email protected]

Schunk GmbH & Co. KG

Spann- und Greiftechnik

www.schunk.de

Wechselschnittstelle für den Greiferbaukasten der Mikrosystemtechnik

A.Hoch


2.Statusseminar 06.02.2003 2


Vortragsgliederung

• Einleitung• Normvorschlag• Verriegelung• Durchführungen• Ausblick

A.Hoch




Übergeordnetes System(Montagemaschine mit globalem Positioniersystem)

Schnittstelle 2.2

Optisches Sensormodul

Direkte Verbindung

(externe Ansteuerung/

externe Versorgung) S

chn

ittst

elle

1.2

.

.

.

Schnittstelle 2.1

Schnittstelle 4

Schnittstelle 3

Greifantriebsmodul

Greifkinematik-modul

Wirksystem

Schnittstelle 4

Greifsensorik-modul

Schnittstelle 3

Greifkinematik-modul

WirksystemGreifsensorik

-modul

Schnittstelle 2.1

Greifantriebsmodul

Schnittstelle 2.1

Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul

Schnittstelle 2.1


Schnittstelle 2.1


Schnittstelle 2.1


Justiermodul/ Trägermodul

Schnittstelle 1.1

.

.

.

Schnittstelle 2.3

Aktorsteuerung/Sensorsignalverarbeitung

Einordnung in Baukastenstruktur Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick

A.Hoch




Existierende Lösungen: Werkzeugwechselsystem Schunk SWS

• 12 Baugrößen von Außen- 47mm bis 243mm

• Elektromodul ankoppelbar mit bis zu 30 Kontakten

• je nach Baugröße 6 bis 10 fluidische Übertragungen integriert

• Selbsthemmung in verriegeltem Zustand• Automatische Ver- und Entriegelung

(pneumatisch)• Wartungsfrei bis 2 Mio. Zyklen!

Wechselkopf

Adapter

Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick

A.Hoch




Anforderungen an das Werkzeugwechselsystem• Baugröße

– mehrere Größen mit Außendurchmesser von 15 bis 35mm• Fluidische Durchführungen

– Medium: Druckluft, Stickstoff, Vakuum; (ferner Alkohol, Wasser, Lösemittel, Kleber, Adhäsives)

– Druckbereich >0.1 bar, < 6 bar– Volumenstrom Druckluft: 10 - 20 l/min (< 45 l/min),

Vakuum: 50 l/min• Elektrische Durchführungen

– Spannung max. 24V, Frequenz bis 20kHz, Strom max. 1A;• Sonstige Anforderungen

– minimale Bauhöhe, größtmögliche Apertur– manuelle oder automatische Betätigung der Verriegelung– Verriegelungskraft größer 20N– „Standardisierungsfähig“ (DIN 32565 Endeffektorschnittstelle)


A.Hoch




Struktur der Normung

• Ebene 1: Lage, Größe und Form der Öffnungen für

Durchführungen und Befestigungen

• Ebene 2: Geometrie der mechanischen Ankopplung

• Ebene 3: Standardbelegung

• Ebene 4: Spezifikation der Koppelelemente

Normung besitzt mehrere Ebenen mit steigendem Detaillierungsgrad:


A.Hoch




Prinzip der Lagefixierung

Kopf

AdapterZylindrische PaßflächePos. X,Y Rot. X,Y

Einführhilfen

Plananlage Pos. Z

Befestigungsschrauben

„Schwertstift“Rot. Z


A.Hoch




Ebene 1: Lage und Form der Öffnungen

Nenngröße (minimal möglicher Außendurchmesser) 15 20 25 30 35Teilkreisdurchmesser 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00Anordnung der Bohrungen (Startwinkel / Verteilung)

Durchführungen 45° / 4x90° 30° / 6x60° 22.5° / 8x45° 18° / 10x36° 15° / 12x30°Befestigungsbohrungen 90° / 2x180° 60° / 3x120° 45° / 4x90° 36° / 5x72° 30° / 6x60°

Durchführungen Befestigungsbohrungen


A.Hoch




Ebene 2: Geometrie der mechanischen Ankopplung

Zylindrische Passfläche

Zentrierhilfen

Einstich zur Übertragung von Axialkräften

Kontur für alle Baugrößen gleich, mit unterschiedlichem Abstand zur Achse Z


A.Hoch




Ebene 2: Geometrie der mechanischen Ankopplung

Nenngröße (minimal möglicher Außendurchmesser) 15 20 25 30 35Zapfendurchmesser 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00Durchmesser Mittenbohrung 2,50 7,50 12,50 17,50 22,50

Verriegelungen 0° / 2x180° 0° / 3x120° 0° / 4x90° 0° / 5x72° 0° / 6x60°Verdrehsicherung (Passstift) 0° / 1x 0° / 1x 0° / 1x 0° / 1x 0° / 1x

Passstiftbohrung


A.Hoch




Ebene 3: Standardbelegung

Belegung Größe 15 Größe 20 Größe 25 Größe 30 Größe 35Elektrische Leistung + 45° 30° 22,5° 18° 15°Vakuum/Pneumatik 135° 90° 112,5° 90° 105°Signal1 150° 157,5° 162° 165°Signal2 210° 202,5° 198° 195°Pneumatik 225° 270° 292,5° 270° 270°Elektrische Leistung - 315° 330° 337,5° 342° 345°

Kontaktfläche für elektrische Koppelelemente

Kontaktfläche für fluidische Koppelelemente


A.Hoch




Ebene 4: Spezifikation der Koppelelemente

• Elektrische Leistung: U=24V DC, Imax=1A

• Pneumatik: p=0,6MPa

• Vakuum: p=0,01MPa


A.Hoch




Funktionsprinzip

Betätigungsring

Wechselkopf

Adapter

Toleranzausgleich durch Nachgiebigkeit des Ringes

Verriegelungselemente


A.Hoch




Vorteile

• Flach bauend (5mm)• Hohe Volumenausnutzung

(55% des Wechselkopfvolumen stehen für Durchführungen, Befestigung, etc. zur Verfügung)

• Einfache manuelle Bedienung• Keine Kraftumlenkung damit hoher Wirkungsgrad• Relativ geringe Betätigungskraft durch

Formoptimierung (Tangentialkraft ca. 5N) • Toleranzausgleich durch federnden Ring• 2 stabile Raststellungen offen/geschlossen


A.Hoch




Nachteile

• Offene Bauweise (evt. kritisch für Anwendungen im Reinraum)

• Tangentiale Krafteinleitung bei automatischem Wechsler mit Querkräften auf die Achse verbunden


A.Hoch




Aufbau einer Werkzeugwechselstation

Einfräsungen zur Aufnahme in Wechslermagazin


Verzahnung für automatischeBetätigung

A.Hoch




O-Ring NBR Schnurstärke 1mmInnendurchmesser 1,5mm

Bohrung für Kabelführungradial nach innenund außen

Kontaktstift mit GewindeM1,2 in axialer und radialerBohrung

Gewindestift ISO 4766 M1,2x2

Kontaktstift umgedreht eingebaut

Kontaktstelle mit kegeligemZapfen und Senkung unterschiedlicher Steigungergibt Linienberührung

Kabel mit Querschnitt bis0,5mm² möglich

Aufbau elektrische KontakteEinleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick

A.Hoch




• Federkennlinie nahezu linear: Federrate=25N/mm

• Kraftbereich verriegelt: ca. 3N< Andrückkraft < 6N

• Funktionsmuster: Verriegelungsweg 0,3mmje Kontaktstift ca. 0,15mm = 4N

• Isolationswiderstand zum Gehäuse: 10-20 MOhm (gemessen bei 500V)

• Kontaktwiderstand < 0,1 Ohm• Strombelastbarkeit: 2A geprüft• Montage:

mit etwas Geschick von Hand ohne Werkzeug möglich

Federkennlinie Schunk-Kontaktstift

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

Weg [mm]

Kra

ft [

N]

Messwerte elektrische KontakteEinleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick

A.Hoch




Fluidische Durchführungen

O-Ring NBR Schnurstärke 1mmInnendurchmesser 1,5mm

Verschlussschraube M2.5x3 oder Fluidanschluss

DruckluftschlauchDurchmesser: - außen 3mm- innen 1,8mm

Luftanschlussstift:Durchmesser:- außen 2,2mm- innen 1mm

Variante ohne radiale Abgänge


A.Hoch




Weitere Vorgehensweise

• Bau und Detailoptimierung weiterer Prototypen insbesondere für automatisches Wechseln

• Weiterhin Begleitung des Normenausschusses FuO• Integration in Demonstrator • Erprobung • Präsentation und Vertriebstart auf der Motek 2003


Documents

2.Statusseminar 06.02.2003 Verbundprojekt Greiferbaukasten für die Montage von Mikrosystemen Dipl.-Ing. Andreas Hoch [email protected] Schunk GmbH