Kapitel 7 hoch Stand 2010 08 31.pptx [Zuletzt vom Benutzer … · 2020-06-17 · Handhabungstechnik III Vielfach ist es nicht möglich, den Bezug zwischen den Koordinatensystemen

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.

Automatisierung in Fertigung und MontageProf. WannerLehrstuhl FertigungstechnikAnwendungszentrum

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.




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)




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



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.




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.




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


•Ausklinkung •Bearbeitungs-zustand




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




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




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.




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


Toleranzen fertigungsbedingtTemperatur z.B. Schmiedeerzeugnisse




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.




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.




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.




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



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




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




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


bewegung




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.




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


ungeordnetes Speichern

Ergänzende Funktionen Fördern

Zählen




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.




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




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.




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.




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.




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




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.




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.




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




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.




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




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.




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.




Magazine IV

Formangepasste Schachtmagzine für exemplarische Werkstücktypen

Universelles Schachtmagazin (Draufsicht)




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




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.




Magazine VII

Scheibenmagazin Trommelmagazin

Karussellspeicher mit Schachtmagazinen




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.




, 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.




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.




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.




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.




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




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




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




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.




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.




Zuteileinrichtungen III

Münzpresse mit Schieberzuteiler

translatorisch rotatorisch

Schieber quer zur Bewegungsrichtung




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.




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.




Verzweigungseinrichtungen II

Verzweigungssystem mit pneumatisch betätigten Weichen

Kamerabasierte Weiche mit pneumatischer Umschaltung




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.




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.




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.




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.




Bewegungseinrichtungen II

Balancer

Parallelkinematik in Hexapod-Ausführung

Robotersystem für Schweißapplikation

Einlegegerät mit Kurvensteuerung




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.




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




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.




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.




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




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.




abhängt.

Ordnungsprinzipien II

Zwangsprinzip

AuswahlprinzipAuswahlprinzip




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.




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.




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.




Vibrationswendelförderer III




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.




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.




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




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.




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.




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.




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.




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.




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.




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.




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.




Vibrationswendelförderer mit Kamera

Quelle: Fa. MRW




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




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.




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.




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).




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




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




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.




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.




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.




Kontrollieren IV

1. Kamera2. Magnetisches Förderband3 Auswerfer3. Auswerfer4. Lichtschranke5. Lichtquelle6 P üf bj kt6. Prüfobjekt




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.




Symbole der Handhabungstechnik I

Geordnetes teilgeordnetes ungeordnetesGeordnetes Speichern

teilgeordnetes Speichern

ungeordnetes Speichern

Teilen Vereinigen Abteilen

Zuteilen Verzweigen Zusammen-führen




führen

Symbole der Handhabungstechnik II

Sortieren Drehen SchwenkenSortieren Drehen Schwenken

Verschieben Orientieren Positionieren

Ordnen Führen Weitergeben




Symbole der Handhabungstechnik III

Fördern Halten LösenFördern Halten Lösen

Spannen Entspannen Prüfen

Anwesenheit prüfen

Identität prüfen Form prüfen




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




messen messen

Symbole der Handhabungstechnik V

Handhaben Kontrollieren Fertigungs-Handhaben Kontrollieren Fertigungsschritt

Formgeben Formändern Behandeln

Fügen




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.




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.




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.




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)


dienung möglich

5 auto-matisch

auto-matisch

auto-matisch

auto-matisch

auto-matisch nur Überwachung




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.




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.




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.




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.




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.




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) .




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).




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




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




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.




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.




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.




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




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.




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.




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.




g

Prinzip der losen Verkettung von Produktionssystemen




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.




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.




Lose verkettete Rundtransfersysteme




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.




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.




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.




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




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.




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.




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.




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.




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.




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




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.




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

≈

⋅−+⋅=

+=




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.




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.




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.




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




Auslegung von Störungsspeichern XII




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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Kapitel 7 hoch Stand 2010 08 31.pptx [Zuletzt vom Benutzer … · 2020-06-17 · Handhabungstechnik III Vielfach ist es nicht möglich, den Bezug zwischen den Koordinatensystemen