Know-how

Kraftschluss versus Formschluss

Der Greifvorgang oder auch das Spannen von Objekten ist in der Automation von Stückgutprozessen außerordentlich wichtig, weil hier der Kontakt zwischen Objekt und Maschinerie entsteht. Er muss sicher und genau sein. Welche technische Mittel soll man einsetzen? Worauf ist besonders zu achten?

Bild 1: Zwei wichtige Griffformen. a) Kraftschluss, b) Formschluss, F Klemmkraft, , FA Auflagekraft, FR Reibungskraft

Man kann das mechanische Greifen von Objekten in zwei Griffformen unterscheiden. Das sind Kraftpaarung und Formpaarung.

Was damit gemeint ist, zeigt das Bild 1 Beim Kraftschluss müssen die entstehenden Reibungskräfte FR größer sein als die Gewichtskraft mg, wenn der Greifer die Kontrolle über das Objekt behalten soll. Beim Greifen mit Formschluss wird das Objekt nicht mit Spannkräften belastet. Es treten nur Auflagekräfte auf, deren Stärke sich aus der Gewichtskraft mg ergibt. Das ist eine Entlastung des Objekts. Außerdem wäre noch der wenig eingesetzte Stoffschluss zu nennen. Er beschreibt das zeitweilige Halten von Objekten mit Hilfe von Klebstoffen. Geht es tatsächlich um das Greifen von Eiern, wie im Demonstrationsbeispiel gezeigt, wird man mit Vakuumsaugern arbeiten. Sie erzeugen große Flächenkräfte und schonen das Greifobjekt. Sie kommen mit Größenänderungen der Eier gut zurecht.

Greifen durch Klemmen impliziert die Frage, was müssen die Greifobjekte aushalten? Nach dem Wechselwirkungsgesetz der Kräfte gilt, dass die Kräfte stets zweimal von gleicher Größe, in dieselbe Wirkungslinie fallend, aber mit entgegengesetzter Pfeilrichtung auftreten. Wie sich dabei die beteiligten Elemente verhalten, wird in Bild 2 dargestellt.

Anzeige
Bild 2: Steifigkeit und Verformung eines Greifobjekts. a) steife Gebilde widerstehen äußeren Kräften F, b) elastische Gebilde weichen Kräften F passiv aus.

Dem Prinzip „Steifigkeit“ liegt der Gedanke zugrunde, Belastungen zu widerstehen. Unter Last ergibt sich eine nur geringe Eindringtiefe in die beteiligten Komponenten. Ist das Objekt dagegen elastisch, so weicht es bis zu einem bestimmten Grad aus und füllt den verfügbaren Raum aus. Das wäre beim Greifen von Fleisch, Fisch, Teigwaren usw. der Fall. Je nach Material sind die Verformungen oft reversibel. Klemmgreifer können also nur bedingt eingesetzt werden oder man begrenzt den Greif- bzw. Spannweg und nimmt eventuell unsicheres Halten in Kauf.

In der praktischen Anwendung kann die Mehrfachspannung von Werkstücken oder Halbzeugen wirtschaftlich interessant sein. Wird dafür ein Aktor eingesetzt, beispielsweise ein Pneumatikzylinder, dann muss dessen Spannkraft so verteilt werden, dass alle Objekte mit gleichgroßer Kraft gespannt werden. In Bild 3 wird ein Beispiel gezeigt. Aluminium-Strangprofile sind an einer Kaltkreissäge zu spannen. Das ist die Aufgabe.

Bild 3: Mehrfachspanner mit Pneumatikantrieb. 1 Pneumatikzylinder, 2 Klemmbefestigung, 3 Ausgleichsgehäuse, 4 Druckkolbenstange, 5 Werkstück, 6 Spannauflage, 7 Ölkammer, 8 Druckkolben

Das parallele Spannen erfordert Druckelemente, die kleine Abmessungsunterschiede (Toleranzen) zwischen den einzelnen Objekten kompensieren können. Der Ausgleich kann beispielsweise mit Tellerfedersätzen erreicht werden, aber auch mit einer „fluidischen Feder“ als passives Hydrauliksystem. Jeder Druckkolben erzeugt eine gleichgroße Spannkraft. Die Ölkammern sind deshalb untereinander verbunden. Beim Befüllen dieser Kammern ist zu beachten, dass sich ein Kolben in der hinteren Endlage befinden muss, weil sonst kein Hubvolumen vorhanden wäre, d.h. die kleinen Druckkolben könnten sich dann nicht ausgleichend verhalten.

Nicht so einfach geht es zu, wenn man Objekte mit nichtparallelen Flächen zu Spannen hat. Das kann bei einem Klebevorgang der Fall sein. Wie in Bild  4 zu sehen ist, werden viele Spannstellen vorgesehen, um das keilförmige Teil an das Basisteil anzupressen. Und weil Actio = Reactio ist, werden schwimmende Spannbrücken eingesetzt. Damit wird verhindert, dass auf das Basisteil, beispielsweise eine Holzleiste, Biegekräfte übertragen werden. Die Spannbrücken stellen sich wie bei einer Zange von selbst ein. Stefan Hesse

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige

Greiferportfolio

Cobots effizient einsetzen

Für den effizienten Einsatz der Cobots aus dem Hause Techman erweitert Hilpert Electronics sein Greifersortiment durch die Produkte von Schmalz. Im Bereich Vakuumautomation bietet Schmalz einzelne Komponenten wie Sauggreifer oder Vakuumerzeuger an,...

mehr...

Handhabung

Neuer Multifunktionsgreifer

Einen besonders kompakten rüstfreien Multifunktionsgreifer für das Handling von mehrlagig gestapelten, chaotisch abgelegten Bauteilen mit Lagentrennung hat Wickert Maschinenbau entwickelt.

mehr...
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Greifsysteme

Greifer für sensible Bauteile

Bei der Handhabung empfindlicher Komponenten kommen herkömmliche Hand-habungssysteme schnell an ihre Grenzen, da bei hochsensiblen Materialien schon eine minimale Krafteinwirkung reicht, um diese zu beschädigen oder durch Rückstände zu kontaminieren.

mehr...
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Pneumatik-Greifer

Drei neue Baugrößen

Die Zimmer Group hat ihre Greifer-Serie GPP5000IL beziehungsweise GPD5000IL um drei neue Baugrößen erweitert. Die pneumatisch-elektrischen Hybridgreifer sind als Parallel- (GPP5000IL) und als Zentrischgreifer (GPD5000IL) verfügbar.

mehr...