DER WEG ZUM PASSENDEN GREIFER

F ür Pick-and-Place-Automatisierungssysteme in der Automobil-, Pharma-, Elektronik- und Konsumgüterindustrie steht eine riesige Auswahl von Greiflösungen bereit. Die Fülle unterschiedlicher Greifertypen mit jeweils unterschiedlicher Größe und Funktionsweise für unterschiedliche Betriebsumgebungen und unterschiedliche Bedienungsanforderungen kann verwirren. Der Konstrukteur muss alle Variablen sorgfältig abwägen, denn es genügt nicht, einen Greifer von der Stange oder aus dem Katalog zu kaufen. Sowohl pneumatische als auch elektrische Greifer erfüllen drei grundlegende Aufgaben: Der Transfer, das Ausrichten und das Festhalten von Teilen während eines Arbeitsgangs. Letztgenannte Aufgabe stellt wesentlich höhere Anforderungen an einen Greifer, weil dieser nicht nur das Teil festhalten, sondern auch den beim Bohren, Stanzen oder Markieren wirkenden Kräften standhalten muss. Folgende acht Kriterien sind für eine fundierte Auswahl des passenden Greifers zu beachten:

1. BETRIEBSANFORDERUNGEN

Konstrukteure und Systemintegratoren müssen eine übergreifende Sichtweise der Gesamtabläufe in einem Fertigungsbetrieb einnehmen, um sich im ersten Schritt zwischen einem elektrischen und einem pneumatischen Greifer entscheiden zu können. n Elektrische Greifer: Elektrische Greifer arbeiten wesentlich leiser als pneumatische. Sie eignen sich gut für den Einsatz in kontaminationsempfindlichen Umgebungen, wie in der Lebensmittel-, Pharma- und Elektronikindustrie. Solche Greifer können zusätzlich Feedback über ihre Betriebsleistung oder Informationen über das gegriffene Teil liefern. Elektrische Greifer sind einfach zu installieren und können über eine Standardverdrahtung direkt mit einem Steuerungssystem/PLC verbunden werden. n Pneumatische Greifer: Die Stärken von pneumatischen Greifern sind ihre Betätigungsgeschwindigkeit und ihre kompakte Bauweise. Pneumatische Greifer arbeiten wesentlich lauter als elektrische und liefern weniger Feedback an das Steuerungssystem (Teil gegriffen?, offen oder geschlossen?). Obwohl ein pneumatischer Greifer günstiger in der Anschaffung ist, sind mit ihm beträchtliche versteckte Kosten verbunden. Zum Anschließen an ein Steuerungssystem oder PLC benötigt man Luftleitungen, Filter, Armaturen, Ventile, einen Kompressor usw. Aktuell sind über 95 % der in der Industrie eingesetzten Greifer pneumatische Greifer.

2. EINSATZUMGEBUNG

Im weitesten Sinne hat man es mit zwei Arten von Betriebsumgebungen zu tun: n Reine Umgebung: Hier muss gewährleistet sein, dass vom Greifer oder aus dessen Innerem nichts in die Arbeitsumgebung gelangt, was das Werkstück oder zu verarbeitende Substanzen verunreinigen könnte. Für solche Einsatzbedingungen gibt es Greifer mit einer Reinraum-Zertifizierung. Solche Greifer besitzen in der Regel Absauganschlüsse. Diese erzeugen im Greifer einen geringen Unterdruck, durch den saubere Umgebungsluft in den Greifer gesaugt wird. n Unreine Umgebung: In einer unreinen Umgebung muss der Greifer vor äußerlichen Verunreinigungen aus der Arbeitsumgebung geschützt werden, damit er während seiner gesamten Nutzungsdauer störungsfrei funktioniert. Viele pneumatische Greifermodelle besitzen Spülanschlüsse. Diese haben eine doppelte Funktion: Sie verhindern erstens das Eindringen von Verunreinigungen, und können optional auch zur Schmierung genutzt werden. Mithilfe von Schmiernippeln kann verschmutztes Schmiermittel aus dem Greifer abgeführt und/oder frisches Schmiermittel zugeführt werden.

3. DICHTUNG / SCHIRMUNG

Standardisierte oder kundenspezifische Abschirmungen (oder Dichtungen) halten in unreinen Umgebungen Verunreinigungen vom Greiferinneren fern. In reinen Umgebungen verhindern sie den Austritt von Schmiermittel und anderen Schmutzstoffen aus dem Greiferinneren. Greiferabschirmungen gibt es in unterschiedlichen Formen und Materialien (einfache Formbleche, flexible

Muffen und Balge, Abstreiflippen etc.). Für den Einsatz in extrem heißen oder unreinen Umgebungen gibt es passende pneumatische Dichtungen und Metalldichtungen.

4. SPEZIFIKATIONEN

Ausführung und Bauweise des Greifers wirken sich in jeder Fertigungsumgebung auf die Gesamtleistung aus. Ein wichtiger Faktor bei der Auswahl ist die Fingerlänge. Überlange Finger können zum Verhaken des Greifers führen. Ein weiterer Faktor ist die Greifkraft. Zu viel Kraft beschädigt das Teil; bei zu geringer Greifkraft fällt das Werkteil herunter. Sehr wichtig ist auch der Greiferhub. Ein zu großer Hub vergeudet Betriebszeit, bei zu geringem Hub wird das Teil nicht korrekt gegriffen oder abgesetzt. Normalerweise gibt der Greiferhersteller detaillierte Spezifikationen für jedes seiner Greifermodelle an. Wenn die Einsatzbedingungen und -anforderungen nicht mit den Spezifikationen des Greifers übereinstimmen, sollte man unbedingt einen Anwendungsingenieur hinzuziehen. Er besitzt die Expertise, um für eine bestimmte Anwendung den passenden Greifer auszuwählen. Er kennt die Leistungsmerkmale und möglichen Nachteile von Greifern und ist in der Lage, den richtigen Kompromiss zwischen Greiferfunktion, Anwendung und Budget zu finden.

5. BACKENAUFLAGEMECHANISMUS

Die Wahl des Backenauflagemechanismus hängt von den Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab. Von der Anwendung aus betrachtet, lassen sich folgende gebräuchliche Backenauflagemechanismen unterscheiden:

n Anwendungen mit hoher Stoßbelastung: Für solche Anwendungen eignen sich Gleit- oder Keillager mit großer Oberflächenkontaktfläche. Dazu gehören flache Fläche-zu-Fläche-Lager und Zylinderlager (Buchsen). Solche Mechanismen sind über einen langen Zeitraum extrem stoßbelastbar, bleiben bei eng tolerierter Bearbeitung hochgenau und bieten eine exzellente Backenauflage. Normalerweise müssen sie verschleißbedingt nicht oder nur geringfügig nachjustiert werden. n  Reibungsarme, hochgenaue Anwendungen: Für solche Anwendungen eignen sich Linienkontakt-Rollenlager. Zu diesem reibungsarmen Lagertyp gehören Kreuzrollenlager und Dual-V-Lager. Diese Lager lassen sich vorspannen und von Außen nachjustieren, was sie sehr wartungsfreundlich macht. Diese Mechanismen eignen sich für Anwendungen, bei denen kein seitliches Spiel an den Fingern auftreten darf. Die reibungsarme Bauweise erlaubt zudem eine kontrollierte Anpassung der Greifkraft durch Regeln des Luftdrucks. n Präzisionsanwendungen mit niedrigem Luftdruck: Für Präzisionsanwendungen eignen sich Punktkontakt-Kugellager. Solche Mechanismen arbeiten mit sehr niedrigen Luftdrücken und eignen sich für Anwendungen, die ruhige, gleichmäßige Bewegungen erfordern. 

6. KRAFTÜBERTRAGUNG

Mit Kraftübertragung ist der Mechanismus gemeint, der die Kraft von den Luftkolben im Inneren des Greifers auf die Backen überträgt, damit diese sich öffnen und schließen und so eine Greifkraft erzeugen. n Anwendungen mit einem hohen Greifkraft-zu-Größe-Verhältnis: Für Anwendungen, die hohe Greifkraft bei beschränkten Platzverhältnissen erfordern, eignet sich ein Greifer mit Doppelkeilantrieb. Der Keilmechanismus bietet eine große Oberfläche für die Kraftübertragung auf die Backen bei gleichmäßiger Kraftverteilung. Die gebräuchliche Einfachkolben-Ausführung ermöglicht ein hohes Greifkraft-zu-Größe-Verhältnis. Die immanente Synchronisierung der Backen/Finger-Bewegung macht zusätzliche Komponenten überflüssig. Der Doppelkeilmechanismus ist sehr robust und stoßbelastbar. n Kostengünstige Parallelgreifer-Lösungen: Bei diesem Mechanismus mit Direktantrieb ist der Kolben über einen Stift oder eine Stange direkt mit der Backe verbunden. In der Regel besitzt ein solcher Mechanismus zwei Kolben und ein Gestänge für die Backensynchronisierung. Der Mechanismus ist einfach, kostengünstig und leicht abzuschirmen. n Kostengünstige Winkelgreifer-Lösungen: Viele Winkelgreifer nutzen für die Kraftübertragung auf die Backen einen Nockenantrieb mit direkter, synchronisierter Kraftübertragung und Linienkontaktlagern. Der Mechanismus besitzt einen Drehpunkt pro Backe und kommt mit einem Minimum an beweglichen Teilen aus. Die mechanischen Vorteile der Nocke ermöglichen eine hohe Greifkraft bei relativ kompakter Bauweise. n Hochpräzise Anwendungen mit hoher Wiederholgenauigkeit: Für Präzisionsanwendungen wird sehr oft ein Zahnstangenantrieb verwendet. Dank der gleichmäßigen, synchronisierten Arbeitsweise des Zahnstangenantriebs tritt an den Antriebsteilen so gut wie kein Verschleiß auf. Bei engtolerierten Ausführungen des Zahnstangenantriebs tritt nach der Installation kein oder nur geringes Backenspiel auf. Der Zahnstangenantrieb eignet sich auch sehr gut für Greiferausführungen ohne Backensynchronisierung. Im Allgemeinen kombiniert man bei Greifern verschiedene Arten von Backenauflagen und Kraftübertragungen, um die passenden Leistungsparameter für die unterschiedlichsten Anwendungen zu realisieren.

7. FINGERAUSFÜHRUNG UND GREIFMETHODE

An erster Stelle sollte immer die Sicherheit stehen, d.h. dass ein Herunterfallen des Teils bei einem Druckluftausfall möglichst verhindert wird. Besondere Aufmerksamkeit erfordert auch das Material der Greiferfinger, denn sie können leicht Spuren am Produkt hinterlassen. So können z.B. anstelle von Aluminium oder Stahl Finger aus Nylon, Delrin, Kunststoff o.ä. zum Einsatz kommen. An Greiferfingern angebrachte Urethan-Auflagen sind für das Hantieren mit zerbrechlichen Teilen geeignet. Der Anwender hat die Wahl zwischen verschiedenen Greifmethoden. Hier sind einige der gebräuchlichsten Methoden: n Reibung: Das ist die gebräuchlichste Greifmethode, bei der anliegende Kontaktflächen das Werkstück durch Reibungskraft festhalten. Wichtig ist hier ein eingebauter Sicherheitsmechanismus, damit das Teil bei einem Druckluftausfall nicht herunterfällt. Für die Handhabung von öligen oder schmierigen Teilen sind Reibungsfinger ungeeignet. n Formschlüssig: Bei dieser Methode sind die Finger so profiliert wie das zu handhabende Teil, d. h. rund zu rund. Bei einem Druckluftausfall kann das Teil normalerweise nicht herunterfallen. Es sei denn das Gewicht des Teils übersteigt die Haltekraft des Greifers. n Eingehaust: Dies gilt allgemein als die sicherste Greifmethode. Die Finger sind so profiliert wie das Teil, d.h. rechteckig zu rechteckig. Bei dieser Methode greifen die Finger das Teil oder nähern sich ihm nur an, und die Einhausung hält das Teil in Position. Bei einem Druckluftausfall fällt das Teil nicht herunter, sofern keine äußere Kraft darauf einwirkt.

8. ZUSÄTZLICHE SICHERHEITSMERKMALE

Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, bei einem Druckluftausfall ein ungewolltes Lösen des Teils vom Greifer zu verhindern und damit ein Verletzungsrisiko und das Risiko einer Beschädigung des Teils oder der Maschine auszuschalten. Eine Möglichkeit ist eine Innenfeder, die den Kolben vorspannt und so die Finger/Backen am Teil festhält. Eine zweite Möglichkeit ist, dass man an den Anschlüssen zusätzliche externe Sicherheitsventile anbringt, die in der offenen oder geschlossenen Position die Druckluftzufuhr zum Greifer sperren. Eine dritte Möglichkeit sind Absenksperren, die sich bei einem Druckluftverlust automatisch an den Führungsstangen der Backen festklemmen. BERATUNGSANGEBOT NUTZEN Der Spezialist für Bewegung, Positionierung und Steuerung in der industriellen Automation Destaco bietet mit der Marke Robohand eine große Auswahl von Produkten und Lösungen für alle möglichen Branchen, so zum Beispiel Greifer aus Edelstahl für die Lebensmittelindustrie, Miniatur-Produkte für Reinraumanwendungen im Pharmazie-Sektor und Materialhandhabungslösungen für Schwerlasten in der Automobilindustrie. Dabei gibt es jeweils eine breite Palette pneumatischer Greifer, die die gleiche Funktion erfüllen. Es hängt von den individuellen Merkmalen und Fähigkeiten der einzelnen Greifer ab, ob sie sich langfristig für die jeweiligen Anwendungen eignen. Die richtige Wahl zu treffen, ist entscheidend für die Sicherheit, Leistung und Langlebigkeit einer Automatisierungsanwendung. Wenn Fragen zur Eignung eines Greifers für eine bestimmte Anwendungen auftauchen, sollte der Hersteller eingebunden werden. Destaco hilft Anwendern, aus der Vielzahl seiner Greiflösungen diejenige auszuwählen, die sowohl zu den Leistungsanforderungen als auch zum vorhandene Budget passt.