Handhabung

Durchgängiger Werkstückfluss

Bewegen ohne Umwege. In der Fertigungsindustrie ist der Zwang zur weiteren Rationalisierung und Produktionssteigerung eine ständig aktuelle Aufgabe, um Wachstum zu sichern. Ein automatisierter Produktionsprozess braucht dafür Ordnung und System. Es gibt viele Zutaten, die das sicherstellen können und die Handhabungstechnik gehört mit dazu. Was sind die Hauptziele?

Bild 1: Pick-and-place Technik an einem Werkstückleitsystem (Miksch Handhabungsgeräte). 1 Werkstück, 2 Werkstückrohteil, 3 kurvengesteuerter Manipulator MAN, 4 Taktantrieb, 5 Greifer, 6 Maschinenzulauf, 7 Maschinenauslauf.

Man erwartet einen möglichst kleinen Logistik- und Handhabungsaufwand, ausreichende Flexibilität in der Zuführtechnik und Immunität der Werkstückflusskanäle gegenüber kleinen Abweichungen der Objekte vom Normzustand und gegen Abrieb, beschädigungsfreie und qualitätsgerechte (geprüfte oder getestete) Teile, einen exakt geführten Materialfluss zugunsten einer maximalen Maschinenauslastung und die Möglichkeit zur Verkettung von Maschinen zu nachfolgenden Arbeitsplätzen.

Bild 2: Beschicken eines Linearroboters. 1 Portalbalken, 2 Portalroboter, 3 Stapelbunker, 4 Zuteiler, 5 Greifer, 6 Schwenkeinheit, 7 Ständer, 8 Werkstück.

Beidarmiges Handling
Ein doppelarmiger Manipulator ist ein willkommener Helfer, weil dadurch zeitsparende „Parallelarbeit“ möglich wird. Das ist in der Draufsicht aus Bild 1 erkennbar. Von der Hauptförderstrecke wird ein Teil übernommen und in einen Nebenumlauf zu einem Prozessvorgang umgesetzt. Aus dem Prozess kommt aber auch ein Fertigteil an, das wieder in die Hauptförderstrecke eingegliedert werden muss. Das erledigt ein kurvengesteuerter Manipulator in Pick-and-place Technik. Das System verlangt genaue Werkstückpositionierung, weil Fehler oder Ungenauigkeiten nicht korrigierbar sind. Das System ist nicht flexibel. Noch gibt es viele Produktionen, die kaum auf andere Erzeugnisse umgestellt werden müssen. Auch im Segment Industrieroboter kann man inzwischen eine Zunahme doppelarmiger Exemplare (Dualroboter) beobachten. Es geht aber nicht nur um Zeiteinsparung, sondern auch um Flexibilität bei den programmierbaren Bewegungsabläufen, die beidhändig vielfältiger sein können als bisher gewohnt.

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Meister der Beschickung
Linienportalroboter agieren im Freiraum über den Maschinen, beispielsweise über Drehautomaten, um in mehreren Fertigungsschritten das Werkstück fertigzustellen. Das ist positiv zu bewerten, weil man damit teure Produktionsgrundfläche einspart. Dem Roboter muss am Anfang der Arbeitslinie das Rohteil in den Greifer gegeben werden. Wie das geht, wird in Bild 2 gezeigt. Die Bereitstellung geschieht aus einem Stapelbunker. Eine Schwenkeinheit übernimmt das vereinzelte Teil mit einem oder mehreren parallelen Greifern, je nach aktueller Werkstücklänge. Dann schwenkt der Arm und bringt das Rohteil in die Greifposition. Greifer und Vertikalachse des Roboters sind so ausgelegt, dass ein kollisionsfreies Eindringen in den Wirkraum der Werkzeugmaschine von oben erfolgen kann.

Das Vereinzeln soll noch an einem anderen Beispiel gezeigt werden. Eine Zuteilaufgabe für Langgut wird gemäß der Darstellung in Bild 3 mit einem Scheibenzuteiler gelöst. Auch hier können mehrere Zuteiler parallel verbaut sein (in die Tiefe des Bildes gedacht), wenn die Rohrabschnitte länger sind. Interessant ist, dass der Vor- und Rückhub des Arbeitszylinders jeweils einer Bereitstellung entspricht. Es gibt also keinen leeren Rückhub, was die Zykluszeit verkürzt.

Bild 3: Rohrzuteilung. 1 Pneumatikzylinder, 2 Zahnstange, 3 Rohrabschnitt, 4 Scheibenzuteiler.

Der Zuteiler (Vereinzler) in Bild 4 hat eine besondere Ausformung der Aufnahmen für längere Rohrstücke bekommen. Beim Umlauf der Scheibe wechselt das Objekt seine Position in das Gegenprisma. Die Rohre werden nun auf einen Kegelrollengang abgelegt. Der Zuteiler muss bei der Übergabeaktion solange unbeweglich bleiben, bis der Rollengang das Rohr hinausgerollt hat. Im Zulauf der Teile hat man eine Stufe (Stufenbahn) vorgesehen. Sie bewirkt das selbsttätige Ausrichten der langen Rohre winkelig zur Rollstrecke, ehe sie den Scheibenrotor erreichen.

Magazinfüllung
Besonders an Montagearbeitsplätzen wird die Teilebereitstellung oft in magazinierter Form vorgenommen. Aber die Magazine müssen erst gefüllt werden. Dafür gibt es verschiedene technische Möglichkeiten. In Bild 5 werden die vom Fertigungsprozess kommenden Teile über ein flexibles Rohr zu den Magazinplätzen einer Rechteckpalette geführt. Diese wird zeilenweise getaktet und das flexible Rohr wird von einer Lineareinheit positioniert. Die Lösung ist für kurzzyklische Prozesse aus Zeitgründen nicht geeignet. Je nach Größe und Empfindlichkeit der Werkstücke müsste man dann auf andere Lösungen zugreifen.

Bild 4: Rohrübergabe auf einen Kegelrollengang. 1 Zuteilerscheibe, 2 Kegelnutrolle, 3 Anschlag an Rollschiene, 4 Abrollschiene, 5 Werkstück, Rohr.

Umorientierung von Objekten
Man soll eine einmal erreichte Orientierung möglichst erhalten, weil ein Neuorientieren das Werkstück nicht wertvoller macht. Ein anderer Fall ist das Umorientieren. Das ist das Herstellen einer neuen Orientierung bei bereits geordneten Werkstücken, die in der ursprünglichen Achsenausrichtung aber so nicht gebraucht werden. Eine andere Orientierung wird oft vor Verpackungsprozessen erforderlich. Wie man das während des Weitergebens erreichen kann, wird am Beispiel von Ovaldosen in Bild 6 gezeigt. Die Teile befinden sich auf einer reibungsarmen Plattenbandkette. Ein angetriebenes Drehkreuz übernimmt die Dosen und schwenkt sie um 90 Grad.

Dr.-Ing. habil. Stefan Hesse

Literatur
Hesse, S.: Grundlagen der Handhabungstechnik. 3. Aufl. Carl Hanser Verlag München 2013
Hesse, S.; Malisa, V. (Hrsg.). Taschenbuch Robotik-Montage-Handhabung. Carl Hanser Verlag München 2010

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