Handhabung

Funktionelle Subsysteme

Kostenfaktor Peripherie. Kein Produktionsautomat und kein Roboter kommt ohne ein problemangepasstes Umfeld aus. Das betrifft in erster Linie die Bereitstellung der Arbeitsgegenstände, im Weiteren auch Werkzeuge und Prüfgeräte. Meistens ist erst dann ein automatischer Ablauf organisierbar.

Bild 1: Viele Aspekte sind zu beachten, um eine vernünftige Peripherie zu finden.

Einige Beispiele sollen die Vielfalt von Lösungen sichtbar machen. Welche Dinge in den Trichter „Peripherie“ einfließen müssen, das wird in Bild 1 angedeutet. Der Umfang an erforderlicher Roboterumgebung kann die Wirtschaftlichkeit eines Einsatzfalls beträchtlich beeinflussen und Vorentscheidungen in Frage stellen.

Pick-and-place Geräte für die Massenfertigung
Diese Handhabungsgeräte reichen häufig für einfache Handhabungen in der klassischen nichtflexiblen Massenfertigung völlig aus, wie Entnehmen, Umsetzen oder Ablegen von Werkstücken oder das Bestücken von Leiterplatten. Sie haben keineswegs ausgedient, wenngleich auch in diesem Segment die Kongruenz von Automation, Innovation und kommerzieller Aktion immer öfter in den Blickpunkt gerät. Das Bild 2 zeigt ein Entnahmegerät, bei dem die Bewegungsbahn des Endffektors von einem formschlüssigen Kurvengetriebe stoß- und ruckfrei vorgegeben wird. Die mechanische Verkopplung von Ober- und Unterarm führt zu einer Zwangssynchronisierung und damit zu guten Werten in der Positionierung und Wiederholgenauigkeit des Knickarms. Die sehr nahe Störkante (Teil einer Maschine) behindert den Handhabungsablauf nicht. Die Nähe zur Maschine gewährleistet kurze Handhabungszyklen.

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Bild 2: Entnahmegerät (Mico Gesellschaft). 1 Greiferbahn, 2 Knickgelenk, 3 Unterarm, 4 Greifer, 5 Werkstück, 6 Magazin, 7 Greifoder Ablageposition, 8 Elektromotor, 9 Getriebe, 10 Störkante.

Wie ist das bei größeren Werkstücken? Die Beschickung einer Drückmaschine mit Blechscheiben wird in Bild 3 gezeigt. Die horizontal vom Magazin aufgenommenen Platinen müssen vertikal in das Drückfutter eingelegt werden. Als Endeffektor dient im Beispiel ein gabelförmiger Magnetgreifer. Der Platinenstapel wird schrittweise im hinterlegten Zeitregime angehoben. Der Arm benötigt zwei Schwenkachsen und eine Linearachse. Die drei Achsen werden punktgesteuert und das Programm ist extern zu erstellen. Man kann hier auch von einem prozessspezifischen Beladeroboter sprechen.

Dynamisches Zwischenspeichern
Für das Verpacken oder gruppenweises Lagern steht häufig die Forderung, das Arbeitsgut in Portionen bereit zu halten, beispielsweise in Mengen zu je vier Stück. Das lässt sich mit Mehrfachzuteilern oder Schiebern erreichen, die ganze Lagen von Objekten so verschieben, dass nach und nach eine Stapelordnung entsteht. Solche Schiebersysteme sind in der Regel als Bestandteil von Automaten auf nicht veränderbare Fixmaße eingestellt. Das ist bei dem in Bild 4 dargestellten dynamischen Puffersystem anders. Es ist programmierbar. Bei allen Speichern dieser Art besteht das eigentliche Problem darin, dass Zuführen und Ausgeben unabhängig voneinander ablaufen müssen, also entkoppelt sind. Im Beispiel wird diese Aufgabe so gelöst, dass sich neben der Taktung der Magazinkette auch das gesamte Kettensystem waagerecht verschieben kann. Dazu befindet es sich auf einer beweglichen Zwischenplatte. Hieraus folgt, dass auch zwei gesteuerte Antriebe vorhanden sein müssen. Zur Demonstration wurde im Bild der Ablauf an einer verkürzt dargestellten Magazinkette gezeigt. Die Objekte können auch nach unten ausgegeben werden, wenn das konstruktiv vorgesehen ist. Die Magazinfächer sind der Objektgröße grob anzupassen.

Bild 3: Beschickung einer Drückmaschine (nach CMB). 1 Wechseldrehtisch, 2 Platinenmagazin, 3 Linearachse, 4 Schwenkachse, 5 Ladearm, 6 Platine, 7 Drückmaschienenfutter, 8 Drückmaschine.

Bereitstellmagazine
Raus aus dem Magazin und gleich wieder rein: Das Besondere an der in Bild 5 gezeigten Lösung besteht darin, dass die einer Bearbeitungsmaschine zugeführten Teile anschließend wieder in das Magazin zurückkehren können, allerdings in einen extra dafür frei gehaltenen Schacht. Während die Hubgabel des einem Magazins dafür sorgt, dass stets im vorgesehenen Entnahmeniveau ein Werkstück abgreifbereit vorliegt, fährt die andere Hubgabel am Leermagazin nach jeder Werkstückeingabe eine Werkstückdicke nach unten. Ist ein Schachtmagazin geleert, wird der Magazinteller um eine Position weitergeschaltet. Vorher sind die Hubgabeln natürlich in die Ausgangsposition zu fahren. Ziel ist, eine möglichst große bedienerfreie Zeit zu bekommen.

Genau anders liegen die Verhältnisse, wenn vor der Teileherstellung an einer Maschine noch eine Vertikalförderung vorgesehen werden muss. Das kommt bei verketteten Maschinen vor, wenn die Schwerkraftwirkung für das Weitergeben ausgenutzt werden soll. Dazu wird in Bild 6 ein Werkstückfördersystem in einer Teilansicht gezeigt. Die ankommenden Werkstücke werden vereinzelt und ein Hubprisma hebt das Teil bis über die Rückhalteklinke. Der nicht mit dargestellte Ausgang ist ein einfacher Überlauf am oberen Ende des Schachtmagazins. Wird unten ein Werkstück eingegeben, läuft oben ein Teil ohne weitere Steuerelemente zur nächste Maschine. Die Wellen oder Rohrstücke können je nach Auslegung des Magazins im Durchmesserbereich von 60 bis 240 Millimeter liegen.

Bild 4: Modul für dynamische Zwischenpufferung. 1 Fächerkette, 2 Verschiebetisch, 3 serieller Zuführkanal, 4 parallele Ausgabe.

Einfache rollfähige Teile ermöglichen auch relativ einfache Werkstückflusssysteme. Für Teile mit komplizierter und oft wechselnder Form hilft ein Zauberwort „Flexibilität“ oder „Industrie 4.0“ allein nicht. Man braucht ganz sicher einen kräftigen Vorschuss an Ressourcen, um neue Werkstückflusseinrichtungen zu entwickeln. Sie werden sich allerdings nur dort rentieren, wo die gesamte Produktion flexibel gestaltet ist, schnell auf Kundenforderungen reagiert werden muss und wo man laufend Neuheiten entwickelt und marktwirksam macht. Das ist auch für die Handhabungstechnik eine große Herausforderung. Werkstücke müssen dann selbst mit der logistischen Peripherie kommunizieren.

Dr.-Ing. habil. Stefan Hesse

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