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Technik besserer Führungssysteme

03.08.2011
Mit Greifern werden von Robotern Werkstücke zum Handhaben bewegt. Dabei werden die Werkstücke auf räumlichen Bahnen bewegt und die Führungen der Greifer sind enormen Belastungen durch die Massen und die Beschleunigungen in allen Richtungen und Drehungen des Koordinatensystems ausgesetzt.

Es werden die Schwächen vorhandener Systeme aufgeführt und gezeigt wie moderne Führungssysteme gebaut werden können, die höhere Belastungen ohne Schäden überstehen. Die Technik kann auf Drehfutter und Schraubstöcke und überall dort wo Führungen statischen und dynamischen Belastungen ausgesetzt sind übertragen werden.

Schwächen vorhandener Systeme

Zentrische Systeme: Dreibackengreifer, Drehfutter: Bild 1 zeigt die möglichen Kraftangriffe an einer Spannbacke z.B. eines Dreibackengreifers oder eines Drehfutters. Eine solche Spannbacke ist nicht für Kraftangriffe aus allen Richtungen und Drehungen um alle Achsen geeignet. Führungen an Greifer und Drehfuttern werden meist schmal gebaut (siehe Bild 3). Dadurch müssen sie extrem genau ausgeführt werden und sie haben für angreifende Kräfte FY und Momente MX keine ausreichend großen Hebelarme. Dadurch wirken die Kräfte um große Faktoren verstärkt auf die Führungsflächen. Die Führungen sind in der Regel in einer Ebene angeordnet und haben als Führungslänge nur den Radius des Gehäuses minus Hub zur Verfügung. Dadurch bedingt sind nur kurzen Führungslängen oder kleine Hübe möglich. Lineare Systeme: Zweibackengreifer, Schraubstöcke: Bei linearen Systemen werden die Führungen meist gegenüberliegend in einer Richtung angeordnet. Dadurch gilt auch hier halbe Gehäuselänge minus Hub als Führungslänge. Für die Breite gilt das sinngemäße der zentrischen Systeme.

Gleitende oder rollende Führungen

Gleitende Führungen: Haben eine größere Berührungsfläche und damit kleinere spezifische Flächenpressungen. Sie wirken bei Schwingungen dämpfend. Ihre Reibungskräfte sind höher da der Reibungskoeffizient für Gleitreibung um Faktor ca. drei bis zehn mal größer ist als bei Rollreibung. Sie können mit gehärteten Oberflächen oder nicht gehärtet verwendet werden.Schunk Vielzahnprofil: Eine besondere Art der gleitenden Führungen ist das patentierte Schunk Vielzahnprofil. Es setzt die spezifische Flächenpressung durch Verteilung auf mehrere Belastungsflächen herab. (Bild 5). Die Neigung zum Klemmen kurzer Führungen wird dadurch geringfügig verbessert!Rollende Führungen: mit Kugeln oder Rollen ausgeführt werden. Kugeln mit Punktberührung. Rollen mit Linienberührung. Bei Schwingungen neigen sie zu Verschleiß da sie nur eine geringe Dämpfung haben. .Die hohe spezifische Flächenpressung durch die geringe Berührungsfläche macht eine gehärtete Oberfläche erforderlich. Der Vorteil ist der leichte Lauf und weniger Klemmen auch bei kürzeren Führungsabständen. Sinngemäß gilt für beide die gleiche Statik.

Klemmungen an Führungen

Aus der Statik sind die Kraftverhältnisse an Führungen und damit verbunden die Neigung zum Klemmen bei ungünstigem Kraftangriff bekannt. (Bild 2 zeigt die Verhältnisse). Die Führung klemmt wenn der Kraftangriffsabstand von der Führung zu groß ist für die Führungslänge. Bild 13 zeigt die Verhältnisse an kurzen und langen Führungen. In Bild 13 sind die Kraftecke mit Hilfe der Cullmannschen Gerade beim Vierkräfteverfahren konstruiert. Kurze Führungslängen haben größere Kräfte zur Folge.Keilhakensysteme und die Nachteile:Beim Keilhakenprinzip ist der Kraftangriff der öffnenden Kraft beim gespannten Greifer in der Lage der Wirkungslinie so ungünstig, dass die Klemmung der Führung noch verstärkt wird. Dadurch sind Greifer und Drehfutter nach dem Keilhakenprinzip nur für kurze Hebelarme des Lastangriffs der Spannkraft geeignet. Die Hersteller geben die maximalen Lastangriffsabstände in Ihren Katalogen an! Die Lage des Kraftangriffes ist entscheidend. (Bild 15).Schwenkhebelprinzip ohne klemmende Führungen:Bei diesem Prinzip wirkt die öffnende Kraft so, dass die Klemmung gelöst wird. Die Wirkungslinie liegt auf der anderen Seite des Drehpunktes der klemmenden Führung.Dadurch sind bei diesem Prinzip beliebig lange Hebelarme als Lastangriff möglich. (Bild 16 zeigt einen Greifer).

Die fast ideale Führung

Gute Führungssysteme setzen den angreifenden Kräften und Momenten in allen Richtungen und Drehungen große Hebelarme und Berührungsflächen entgegen. Die Länge der Führungen ist so ausreichend zu bemessen, dass kein Klemmen auftreten kann. Dies ist nur möglich wenn die Führungen lang und breit gestaltet und in mehreren Ebenen angeordnet sind.Werden die Führungen zusätzlich nach dem Schunk Vielzahnprinzip ausgeführt sind die Flächenpressungen außerdem noch sehr gering.Lineares Zweibackensystem:Um lange nicht klemmende hoch belastbare Führungen zu erreichen müssen die Führungen in mehreren Ebenen angeordnet werden. In Bild 6+7 sind Führungen gezeigt die diese Anforderung voll erfüllen. Die Führungen sind in zwei Ebenen und Lang und Breit gestaltet. Trotzdem ist es möglich beide Spannbacken gleich zu fertigen. Dabei wird die Führung mit zwei Armen in zwei Ebenen gemacht und um 180° verdreht eingebaut. Bild 7 zeigt eine Ausführung die abgedichtet werden kann. Hierbei werden Rundstangen verwendet. Es kann die volle Länge und Breite des Gehäuses ausgenutzt werden. Bei der Länge verkürzt sich die Führung nur um den Hub.Vorteile:Bei Zweibackengreifern und Schraubstöcken können diese Systeme angewendet werden und man erhält Kompaktere und höher belastbare Bauarten. Die Lastangriffe in größeren Abständen zulassen.Zentrisches DreibackensystemFührungen in drei Ebenen: In Bild 8 sind die Führungen eines Greifers gezeigt. Diese erfüllen alle Anforderungen. Die Spannbacken liegen in drei Ebenen übereinander und erhalten ihre Seitenstabilität durch ihre Höhe. Es kann der Durchmesser des Gehäuses minus dem Hub zur Führungslänge genutzt werden. Der Kraftangriff durch die Schwenkhebel ist sehr günstig. Bild 16 zeigt den Prototypen des kompletten Greifers mit sehr langen Spannbacken. Werden die Spannbacken mit zwei Führungsarmen gebaut so sind auch breite Führungen mit großem Mittendurchgang möglich (Bild 9). In Bild 10 ist eine Ausführung mit runden Führungsstangen für abzudichtende Führungen gezeigt.Führungen in zwei Ebenen mit großem Mittendurchgang: Eine besonders kompakte Bauart ist möglich (Bild 11+12) wenn die Führungsarme in zwei Ebenen eine oben links und die andere unten rechts angeordnet werden oder umgekehrt. Dann sind drei gleiche Spannbacken zu bauen. Die Führungsarme liegen benachbart übereinander. Auch hierbei sind runde abgedichtete Führungen möglich.Vorteile: Bei Dreibackengreifern und Drehbankfuttern können diese Systeme angewendet werden. Man erhält Führungen die nicht mehr Klemmen selbst bei großen Lastangriffen. Mit solchen Greifern können z.B. Teile aus größeren Tiefen aus Hohlräumen entnommen werden. Oder bei Drehfuttern höhere Bearbeitungskräfte aufgenommen werden.Die Ausführungen zeigen eine Technik der Führungen die gegenüber bisherigen Systemen wesentliche Verbesserungen möglich macht.Die Systeme sind vom Autor zum Patent angemeldet. Der Autor sucht Kooperationspartner zum Bau dieser Technik. Der Autor ist ¿Technischer Leiter¿ bei ¿Maul Konstruktionen¿ in Aachen.Hans-Erich Maul, http://www.maul-konstruktionen.de

| handling
Weitere Informationen:
http://www.handling.de/Handhaben/displayAction-547899.htm

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