Die Handhabungstechnik ist eine Querschnittsdisziplin, die sich mit der automatischen Manipulation von Gegenständen vornehmlich im Bereich industrieller Arbeitsplätze befasst. Der Begriff „Handhaben“ ist von der menschlichen Hand abgeleitet, von der wir wissen, dass sie außerordentlich vielseitig ist.
Handhabungsobjekte sind geometrisch bestimmte Gegenstände, die von einer Handhabungseinrichtung bewegt oder gehalten werden. Dazu zählen Bauteile, Werkzeuge, Prüfmittel, Vorrichtungen u. a. Es können auch Steine, Betonteile, Schlachtkörper und landwirtschaftliche Produkte sein, soweit man sie wenigstens angenähert als „geometrisch bestimmt“ ansehen kann. Handhabungsobjekte besitzen ein körpereigenes Koordinatensystem (xK, yK, zK). Um das Körpersystem in das Bezugskoordinatensystem zu überführen, sind drei Drehungen (A, B, C) und drei Verschiebungen (X, Y, Z) erforderlich. Der maximale Freiheitsgradf eines Körpers im Raum ergibt sich somit zu f = 6 (Bild 2.1).
Eine wichtige Vorarbeit für die Planung von Handhabungsabläufen ist die eindeutige Formulierung und Darstellung dessen, was mit den Handhabungsobjekten in welcher Abfolge passieren soll. Das geschieht zunächst in lösungsneutralen Funktionen. Diese werden in der VDI-Richtlinie 2860 ausführlich beschrieben. Das Denken in Funktionen ist als analytische Betrachtung der erste Schritt zur Lösung jeder Handhabungsaufgabe. Dabei kann der Detaillierungsgrad durchaus unterschiedlich sein. Auch kann es sich um beliebige Handhabungsaufgaben handeln. Funktionen und Symbolik sind nicht an bestimmte Branchen gebunden, solange es sich um definierbares Stückgut handelt. Funktionsfolgen lassen sich in grafischen Funktionsplänen niederlegen, was die Übersicht erleichtert,
zur Beschreibung und Überprüfung der Aktionen bei bestehenden Fertigungsanlagen,
bei der Kennzeichnung und beim Vergleich von Zubringeeinrichtungen
und als Arbeitsgrundlage für die Lösung von Zubringe- und Verkettungsaufgaben Verwendung findet.
Ein Funktionsträger ist die hardwareseitige Realisierung einer Funktion, also die konstruktive Lösung bezogen auf ein reales Bauelement oder gar ein konkretes Gerät. Handhabungsgeräte können auch mehrere Funktionen in sich vereinen, wie die Bunkerzuführeinrichtungen, die Speichern → Ordnen → Ausgeben eines Teiles ausführen können.
Flexibilität ist die Eigenschaft eines Systems, insbesondere eines Fertigungssystems, gegenüber wechselnden Anforderungen bzw. Aufgaben in allen seinen Teilsystemen selbstanpassungsfähig zu sein. Die Flexibilität der direkt mit den Werkstücken in Kontakt tretenden Komponenten wie Greifer, Spannvorrichtungen, Werkstückaufnahmen und Magazine lässt sich nicht beliebig steigern, insbesondere nicht zu vertretbaren Kosten. Ein Greifer ist z. B. flexibel, wenn er nacheinander ohne Umbau geometrisch unterschiedliche Werkstücke mit angepasster Greifkraft anfassen kann. Oft ist man deshalb auch schon dann zufrieden, wenn die Anpassung noch geringer manueller Nachhilfe bedarf. Technisch gesehen hat die manuell zu bedienende Universalmaschine aus der Sicht der Handhabung eine sehr große Flexibilität. Das ist technisch nur schwer nachvollziehbar.
Erste Schritte für eine gegenstandsspezialisierte Fertigung gehen auf die Ford Motor Company zurück, die 1913 durch Spezialisierung von Arbeitsplätzen, zunächst bei der Montage der PKW-Chassis (Bild 6.1), viel Montagezeit einsparen konnte.
Die Zuführung von Stückgut ist für die Handhabungstechnik typisch. In der Fertigungstechnik kommt aber auch das Stellen von Stoffströmen, das Zuführen von Schüttgut (bulk material) sowie die Verteilung und Dosierung von Fluiden vor. Das sind typische Operationen der Prozesstechnik (process technique). Sie unterscheiden sich deutlich von den Abläufen in der üblichen Fabrikautomatisierung: In der Massenproduktion wird Schüttgut bedingt durch Fertigungsprozesse wie Härten, Reinigen oder Oberflächenbehandeln nicht zu vermeiden sein.
Jeder Anwender und Konstrukteur von Handhabungstechnik ist verpflichtet, eine mögliche Gefährdung von Menschen und Arbeitsmitteln völlig auszuschalten bzw. in Ausnahmefällen auf solche erkannten und nicht umgehbaren Stellen durch eindeutige Anweisungen aufmerksam zu machen. Der Anwender hat für erworbene Einrichtungen die Betriebsanweisungen, die Unfallverhütungsvorschriften der Berufsgenossenschaften und die jeweils aktuellen nationalen wie internationalen Normen zu beachten.
Bei der Zuführung von Kleinteilen an Bearbeitungs-, Montage- und Prüfautomaten kann es zu Störungen kommen. Dem Bediener (Einrichter) verbleibt immer nur wenig Zeit, um ab Alarmsignal eine Blockade im Teilefluss zu beheben. Weil Zuführsysteme zur „Hauptschlagader“ eines produzierenden Systems gehören, bewirken Ausfälle einen verminderten Produktionsausstoß. Ursachen für Störungen können sein:
Die Zuführkanäle sind nicht immer gegenüber kleinen Veränderungen wie Gratkanten, Abmessungs- und Formtoleranzen, leichte Verölung und Staubablagerung immun.
Das Timing von Funktionselementen stimmt nicht und da können schon Zehntelsekunden ausschlaggebend sein, z. B. bei Vereinzlern.
In der geometrischen und maßlichen Abstimmung hat der Konstrukteur noch nicht die optimalen Parameter für die Hardware gefunden.
Die zuzuführenden Teile haben sich unbemerkt verändert (lange Lagerung, Luftfeuchte und Temperatur), z. B. der Glanzgrad (Reibbeiwert) von Kunststoffteilen oder auch elektrostatische Aufladungen.
Allmähliche Alterungserscheinungen in der Hardware fordern ihren Tribut, wie z. B. ermüdete Blattfedern am Vibrationswendelbunker (Förderleistung sinkt) oder veränderte Reibung bei abgenutzten Gleitbahnen.
Bedienfehler durch ungenügend geschultes Personal. So schadet ein ständig überfüllter Vibrationswendelbunker dem Schwingsystem.
Ungenügend gereinigte Werkstückflusskanäle verlangsamen den selbsttätigen Werkstückdurchlauf.
Beschädigungsfreies Handhaben enthält die Forderung, insbesondere die Funktionen Greifen, Speichern, Weitergeben, Ordnen und Zuteilen automatisch so auszuführen, dass am Werkstück keine Verletzungen auftreten. Während früher häufig nur Rohteile und unproblematische Werkstücke automatisch gehandhabt wurden, sind es heute besonders in der automatischen Montage auch Komponenten im Endzustand der Bearbeitung oder solche mit z. B. dekorativen Oberflächen. Welche ablaufbedingten Situationen können zu Beschädigungen führen? Wovon sind diese abhängig?
Automatisches Handling von Blechen, Zuschnitten und Formkörpern haben die Techniker schon immer im Visier, weil scharfe Gratkanten zu Handverletzungen führen und bei großen Teilen mehrere Werker zupacken müssen. Darüber hinaus wirkt die Rationalisierung letztlich kostendämpfend.
Ein Handhabungsgerät hat an einer Gesenkschmiedemaschine folgende Aufgaben zu erfüllen:
Es ist die Ausgangsform (Objekt) an der Übergangsstelle zwischen Wärmeanlage und Presse aufzunehmen.
Die Ausgangsform ist zum ersten Werkzeug zu bewegen und positioniert abzusetzen.
Die Zwischenform ist zu greifen und von der ersten zur zweiten Gravur weiterzugeben, positioniert einzulegen und schließlich das Schmiedestück von der Endgravur an ein Transportband zu übergeben.
Stefan Hesse
Backmatter
Metadaten
Titel
Grundlagen der Handhabungstechnik
verfasst von
Stefan Hesse
Copyright-Jahr
2020
Verlag
Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG
Electronic ISBN
978-3-446-46359-2
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-446-46359-2
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