Was Sie wissen sollten, bevor Sie Ihre Greifer auswähle

Greifer sind ein wichtiger Bestandteil eines erfolgreichen Automatisierungssystems. Die Wahl des richtigen Greifers kann zu optimierter Leistung, Betriebszeit und Bedienersicherheit führen.

Trotz der Bedeutung des Greifers entscheiden sich Ingenieure, die Pick-and-Place-Automatisierungssysteme für Automobil, Pharma, Elektronik und Konsumgüter entwickeln, oft nicht für den richtigen Greifer. Es gibt wichtige Überlegungen bei der Auswahl eines Greifers. Dazu gehören die Auswirkungen von Schmutz, Öl/Fett, Schneidflüssigkeit, Temperatur und das erforderliche Maß an menschlicher Interaktion.

In diesem Artikel werden die Betriebsmerkmale hervorgehoben, die zu berücksichtigen sind, um eine erfolgreiche Greiferwahl zu treffen.

Sie müssen Ihre Betriebsumgebung kennen

Mehr als 95 % der Greifer werden pneumatisch angetrieben. Obwohl bei den elektrischen Greifern Fortschritte erzielt wurden, sind die Pneumatik-Greifer seit vielen Jahren und auf absehbare Zeit der Standard.

Pneumatisch gesteuerte Greifer werden im Allgemeinen für drei grundlegende Aufgaben verwendet. Erstens, um ein Produkt oder eine Komponente zu greifen und zu halten, während es/sie z.B. von oder zu einem Förderband, einem Arbeitsplatz oder einer Maschine transportiert wird – etwa um eine Aspirinflasche vom Förderband zu nehmen und in eine Schachtel zu legen.

Zweitens, um ein Teil oder ein Produkt zur Vorbereitung auf die nächste Aufgabe in die richtige Position zu bringen – beispielsweise beim Umdrehen der Tablettenschachtel, damit ein Etikett angebracht werden kann.

Drittens, um ein Teil während der Bearbeitung festzuhalten, z. B. ein robotermontierter Greifer, der die Aspirinschachtel hält, während sie versiegelt oder ein Etikett angebracht wird.

Übliche Betriebsumgebungen

Während einige Anwendungen einfach erscheinen, ist ein effektiver Betrieb nur gewährleistet, wenn der richtige Greifer für Ihre Betriebsbedingungen ausgewählt wird. Es gibt zwei gängige Kategorien von Betriebsumgebungen, die besondere Aufmerksamkeit erfordern:

Kontaminiert - In kontaminierten Umgebungen ist es wichtig, Ihren Greifer zu schützen. Bei der maschinellen Bearbeitung in der Industrie, z.B. der Automobilindustrie, oder in Gießereien findet man häufig Schmutz, Ablagerungen, Öl und Schmierfette.

An vielen Greifern sind Spülanschlüsse vorhanden. Eine Entlüftungsöffnung ist eine Öffnung am Greifergehäuse, die einen Kanal zu den internen Mechanismen hat. Niederdruckluft wird eingeleitet, um den Überdruck im Greifergehäuse aufrechtzuerhalten und zu verhindern, dass Verunreinigungen ins Innere des Greifergehäuses gelangen. Schmiernippel können zur vorbeugenden Wartung in rauen Umgebungen erforderlich sein, um verschmutztes Fett zu entfernen und/oder neues Fett hinzuzufügen.
Rein – In reinen Umgebungen liegt der Schwerpunkt darauf, zu verhindern, dass irgendetwas auf oder im Greifer in die Arbeitsumgebung gelangt und dann das Teil oder den Prozess verunreinigt. Dies ist in der Medizin, Pharmazie, Elektronik und Lebensmittelproduktion von entscheidender Bedeutung, wo Verunreinigungen in der Luft oder an Oberflächen nachteilig sind. Viele Greifer haben eine Reinraumzertifizierung für den Betrieb in einer bestimmten Reinraum-klassifizierten Umgebung.

An manchen Greifern sind Spülanschlüsse vorhanden. Diese Anschlüsse haben oft einen doppelten Zweck – ebenso wie die oben erwähnten Entlüftungsanschlüsse. Doch hier verhindert der Anschluss, dass Verunreinigungen aus dem Inneren des Greifers in die Umwelt gelangen. Um dies zu erreichen, wird an der Öffnung ein Unterdruck erzeugt, der saubere Luft aus der Atmosphäre in den Greifer zieht.

Sowohl in einer reinen als auch in einer schmutzigen Umgebung kann eine Abschirmung die Zuverlässigkeit erhöhen. Serienmäßige oder kundenspezifische Abdeckungen können Schmutz vom Greifer ablenken oder dazu beitragen, dass Fett und interne Verunreinigungen in einer reinen Umgebung festgehalten werden. Die Abschirmung kann aus geformten Blechen, Abdeckungen, flexiblen Schutzhüllen, Faltenbälgen oder lippenförmigen Abstreifern bestehen. Dieses Zubehör kann mit Ihrem Greifer angeboten werden – entweder serienmäßig, optional, als spezielles Angebot – oder Sie können es bei Ihrer Maschinenintegration hinzufügen. Greifers und Abdeckung sollten in die Richtung ausgerichtet, aus der die Verunreinigungen auf den Greifer treffen, um deren Menge zu minimieren, wenn sie mit beweglichen Oberflächen oder Öffnungen in Berührung kommen.

Arten von Beschichtungen, Fetten und Dichtungen

Greifermaterialien und Beschichtungen – wie Edelstahl, Vernickelung und Harteloxierung – können verhindern, dass Oberflächen korrodieren oder Ablagerungen haften bleiben und den Greifer blockieren. In Reinräumen oder bei der Lebensmittelverarbeitung können diese Maßnahmen außerdem die Ansammlung von Bakterien verhindern.

Schmierfette können hochtemperatur-, lebensmittel- oder wasserbeständig sein, um besser mit der Umwelt oder den Anforderungen an die Wartung durch Abwaschen umgehen zu können. Pneumatik-Dichtungen sind für extreme Temperaturen sowie Schmutz und Ablagerungen geeignet. Buna-N (Nitril) ist das Standardmaterial, während Viton® und Silikon für höhere Temperaturen gewählt werden. Metalldichtungen können bei Modellen für extreme Hitze und/oder Kontamination vorkommen.

Greifer-Design und Umgebungseignung

Die grundlegende Konstruktion von Greifern beeinflusst natürlich die Leistung in jeder Betriebsumgebung. Ein Greifer besteht aus drei grundlegenden Teilen: Gehäuse (inklusive Kraftübertragung), Backen und Finger.

Meist entwirft und baut der Greiferhersteller das Gehäuse und die Backen des Greifers, während ein Maschinenbauer die kundenspezifischen Finger zum Greifen oder Umschließen des Teils liefert. Beachten Sie die vom Greiferhersteller angegebenen Spezifikationen für Fingerlänge, Greifkraft, Hub, Betätigungszeit und Genauigkeit.

Die Betriebsumgebung spielt eine wichtige Rolle bei der Bestimmung des richtigen Greiferdesigns. Der Backenführung und die Lager der Spannvorrichtung können sich auf die Funktion auswirken. Auch die Art der Kraftübertragung vom Kolben auf den Backen kann Auswirkungen haben. So mögen zwei Greifer zwar gleich groß sein und dieselbe Funktion erfüllen, dabei jedoch komplett unterschiedlich konstruiert sein – aber einer ist besser für die Betriebsumgebung geeignet sind als der andere.

Gängige Systeme zur Backenführung

Gängige Systeme zur Backenführung umfassen:

Gleitlager (Oberflächenkontakt) - Dazu gehören eben Oberfläche-zu-Oberfläche-Lager und zylindrische Buchsenlager. Diese Lager sind gut geeignet, um Stoßbelastungen standzuhalten und bieten eine hervorragende Backenabstützung. Sie müssen im Laufe der Zeit nicht nachgestellt werden und behalten ein hohes Maß an Genauigkeit, wenn sie mit engen Toleranzen hergestellt wurden.
Rollenlager (Linienkontakt) -Zu diesen reibungsarmen Lagern gehören Kreuzrollenlager und „Dual-V“-Rollenlager. Vorgespannt erreichen eine hohe Genauigkeit, und im Laufe der Zeit können so eingestellt werden, dass sie nahezu spielfrei bleiben. Dank dieser reibungsarmen Konstruktion kann die Greifkraft einfach durch Anpassung des Luftdrucks eingestellt werden.
Kugellager (Punktkontakt) - Sehr geringe Reibung, daher gut geeignet für Präzisionsanwendungen und für den Betrieb bei sehr niedrigem Leitungsdruck, bei dem eine gleichmäßige Bewegung entscheidend ist.

Arten der Kraftübertragung

Auch die Art der Kraftübertragung bzw. die allgemeine Konstruktion des Greifmechanismus sollte berücksichtigt werden. Einige beliebte Designs umfassen:

Doppelseitiger Keil - Der Keil bietet eine große Oberfläche für die Kraftübertragung auf die Backen, wobei die Kraft gleichmäßig auf die Backen verteilt wird. Diese Ausführung verfügt oft über eine Ein-Kolben-Konstruktion, die ein günstiges Verhältnis von Greifkraft zu Größe bietet. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass die Backenbewegung von Haus aus synchronisiert ist, ohne dass ein zusätzlicher Mechanismus erforderlich wäre. Der doppelseitige Keil ist robust und kann hohen Stoßbelastungen standhalten, die auf den Mechanismus einwirken.
Direktantrieb - Eine Stange wird verwendet, um den Kolben direkt mit der Backe zu verbinden. Meist verwendet man Doppelkolbenkonstruktionen, die ein Gestänge zur Synchronisierung der Backen benötigt. Das Design ist einfach, kostengünstig und leicht abzuschirmen.
Kurvenscheiben - Direkte, synchronisierte Kraftübertragung und Leitungskontakt für die Kraftübertragung an die Backen. Mit einem Drehpunkt pro Backen besitzt diese Konstruktion eine minimale Anzahl von beweglichen Teilen. Die Kurvenscheibe erzeugt einen Hebel, was zu einem Greifer mit einer hohen Greifkraft in einem relativ kleinen Gehäuse führt. Diese Konstruktionen werden oft in Greifern mit Winkelbackenbewegungen verwendet.
Zahnstangen-Antrieb- Entwickelt für hochpräzise, reine Umgebungen. Der synchronisierte Antrieb überträgt die Kolbenkraft über eine Zahnstange, und die Antriebsteile sind praktisch verschleißfrei.

Beliebte Fingerformen und Greifmethoden

Außerdem gibt es zahlreiche Fingerformen und Greifmethoden, die in Betracht gezogen werden können, darunter:

Durch Reibung – Dies ist die gebräuchlichste Greifmethode, bei der sich die Kontaktflächen auf dem Werkstück schließen, wodurch eine Reibungskraft entsteht, die das Werkstück festhält. Wenn der Luftdruck abnimmt, fällt das Teil herunter. Vermeiden Sie bei der Handhabung von öligen oder fettigen Teilen nach Möglichkeit Greiferfinger, die mit Reibung arbeiten. Bei dieser Methode sind in der Regel höhere Greifkräfte erforderlich (d. h. ein größerer Greifer), und es sollte besonders auf die Greiffläche der Finger geachtet werden. Um die Griffigkeit zu verbessern, können an der Stirnseite des Fingers Hartmetallgriffe angebracht werden, die jedoch empfindliche Oberflächen beschädigen können. Für die Handhabung empfindlicher Teile lassen sich die Finger zusätzlich mit Belägen aus Urethan versehen. So wird die Reibung beim Greifen erhöht, ohne das Produkt zu beschädigen.
Durch vollständiges Umschließen – Diese Finger gelten als sicherste Art des Greifens und sind dem Profil des Teils angepasst, d. h. Rechteck auf Rechteck. Hier schließen sich die Finger und bleiben dicht beim Teil stehen, wobei sie das Teil in Position halten. Bei dieser Konstruktion fällt das Teil nach einem Druckverlust nicht nach herunter, es sei denn, eine äußere Kraft wirkt darauf ein.
Gekapselt – In reinen Umgebungen liegt der Schwerpunkt darauf, zu verhindern, dass irgendetwas aus dem Greifer in die Arbeitsumgebung gelangt und dann das Teil oder den Prozess verunreinigt. Dies ist in der Medizin, Pharmazie, Elektronik und Lebensmittelproduktion von entscheidender Bedeutung, wo Verunreinigungen in der Luft oder an Oberflächen nachteilig sind. Viele Greifer haben eine Reinraumzertifizierung für den Betrieb in einer bestimmten Reinraum-klassifizierten Umgebung.

Sicherheit an erster Stelle

Bei der Gestaltung von Greiffingern ist die Sicherheit der wichtigste Aspekt. Bei Stromausfall und Verlust des Luftdrucks gibt es zusätzliche Mittel, um zu verhindern, dass sich ein Teil versehentlich vom Greifer löst und Verletzungen oder Maschinenschäden verursacht. Eine interne Feder kann den Kolben vorspannen und die Position des Fingers/der Backe auf oder um das Teil herum fixieren, wenn die Federkraft ausreichend ist. Externe Sicherheitsventile an den Anschlüssen können die Luftzufuhr zum Greifer in der offenen oder geschlossenen Position zu kontrollieren. Einige Greifer besitzen Blockaden, die sich automatisch an den Führungsstangen der Backen festklemmen, wenn der Luftdruck abfällt.

Fazit

Die Leistung jedes automatisierten Fertigungssystems ist nur so gut und zuverlässig wie sein schwächstes Glied. Um sicherzustellen, dass die Schwachstelle nicht Ihre Greifer sind, sollten Sie auf die Betriebsumgebung und die verfügbaren Greifoptionen achten – und kundenspezifische Lösungen der Hersteller miteinbeziehen.

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