Der Spritzgussteile-Hersteller Theo Hillers, Kall in der Eifel, war auf der Suche nach einer Lösung für die Pharma-industrie zum Handhaben von Filtersieben und deren Angüssen, angedockt auf einen Angusspicker. Das Unternehmen wollte den vorhandenen Angusspicker weiter nutzen. Außerdem waren viele kleine Kavitäten auf engstem Raum, eine Qualitätssteigerung und ein Maximalgewicht der einzusetzenden Roboterhand von rund 500 g bei gleichzeitig reduzierter Gesamtkomplexität gefordert. ASS Maschinenbau, Overath, nahm sich der Aufgabenstellung an.

Im PA-Forming, einem Selektiven-Laser-Sinter (SLS) Verfahren fertigte der Robotik-Hersteller eine ultraleichte Roboterhand aus Polyamid und integrierte sie in das bestehende System. Bei der bisherigen Lösung hat ein Angusspicker mit zweiachsigem Linearhandling und zusätzlicher Schwenkachse den Anguss entnommen und die zwölf, beziehungsweise acht Filtersiebe als Fallteile auf ein Förderband abgeworfen. Um die Qualität der Produkte zu steigern und den Ausschuss zu minimieren, mussten die Filtersiebe nun sauber entnommen und auf einem Förderband abgelegt werden.

Klassische Greifer und ihre Grenzen

Für ein Umsetzen der Qualitätssteigerung waren zwei Lösungswege möglich: ein komplettes neues Linearhandling mit einer klassischen Entnahme-Roboterhand aus Aluminium oder eine Leichtbau-Spezial-Lösung, um das bestehende Handling weiter zu nutzen.Die Lösung im klassischen Ansatz wurde direkt verworfen: Mit Greiferteilen auf Profilrahmen oder in Plattenbauweise bestand im verfügbaren Raum nicht ausreichend Platz, vor allem aber war das maximal handelbare Gewicht von 500 g für die benötigte Anzahl an Kavitäten mit Aluminium-Bauteilen nicht zu realisieren. Im Bereich der Leichtbau-Roboterhände aus Polyamid gab es jedoch im Gegensatz zu den klassischen Roboterhänden aus den aluminiumbasierten Baukastensystemen kaum praxisbezogene Erfahrungswerte. Die Projektierung des Robotik-Herstellers simulierte daher ein 3D-Modell anhand der groben Eckdaten. Dieses zeigte, dass eine Leichtbau-Roboterhand aus Polyamid die Zielvorgaben erreicht. Das SLS-Verfahren bot für die gegebenen Rahmenbedingungen den bestmöglichen Lösungsansatz.

Konstruktions-Herausforderungen

Sauger entnehmen die Produkte über ein Vakuum. Daher haben die Verantwortlichen vor der eigentlichen Konstruktion des Greifers aus Polyamid Tests zur Saugkraftoptimierung durchgeführt. Diese ergaben, dass die zwölffach-Roboterhand vier Luftkreise für je drei Artikel und die achtfach-Roboterhand vier Luftkreise für je zwei Artikel benötigte. Anhand der erarbeiteten Ergebnisse konnten die Luftführungen für die Roboterhände entsprechend des jeweiligen Bedarfs in die CAD-Daten integriert werden. Damit fiel kein zusätzliches Gewicht für Luftschläuche an und die Roboterhand war aufgeräumter. Um weiteres Gewicht einzusparen, haben die Verantwortlichen auf die Messing-Adapter der Saugnäpfe verzichtet und stattdessen die Anbindungen für die Vakuumsauger direkt in die Roboterhände konstruiert. So kann der Wechsel durch Abziehen und Aufstecken unkompliziert verlaufen.

Die Herausforderung lag nun darin, die Anzahl der Kavitäten, die Luftführungen, die Anbindung an das Linearhandling und die Entnahme-Vorrichtungen so zu kombinieren, dass die Grenzen von Gewicht und Platz nicht überschritten werden und die Roboterhände zugleich stabil und sicher vor Ermüdungsbrüchen sind. Um der mechanischen Anbindung der Roboterhand an das Handling zusätzliche Stabilität zu bieten, haben die Verantwortlichen eine klassische Adapterplatte aus Aluminium an das Bauteil aus Polyamid integriert. Das Ergebnis des 3D-Modells haben die Konstrukteure vor dem Lasersintern einer Belastungsanalyse unterworfen. Danach wurde das fertige 3D-Modell über Nacht im SLS-Verfahren auf der PA-Forming-Anlage gefertigt. Die zwölffach-Roboterhand wurde auf der Laser-Sinter Anlage ebenfalls über Nacht hergestellt. Im Anschluss an eine schwarze Lackierung wurden die Vakuumsauger, die Greifzange und die benötigten Anschlusskomponenten montiert.

Unkonventionelle Roboterhände

Für die erste Anwendung wurde eine Leichtbau Roboterhand aus Polyamid in Form eines Sternes gefertigt. Der Greifer verfügt über zwölf Vakuumsauger und eine Greifzange. Die Sauger sorgen dafür, dass die bisherigen Fallteile nun sauber auf einem Förderband abgelegt werden. Die Greifzange entnimmt den Anguss der Filtersiebe. Die Luftführungen für die zwölf Vakuumsauger und die Greifzange sind innenliegend in der Roboterhand integriert, ebenso wie die Adapter für die Sauger. Bei einem Durchmesser von rund 250 mm und einer Bauhöhe von etwa 110 mm wiegt die Roboterhand aus Polyamid weniger als 400 g und konnte mit der Greifzange für den Anguss ergänzt werden. Für die zweite Anwendung wurde eine 480 g leichte Roboterhand mit einer rippenförmigen Greifergeometrie gefertigt. Die Abmessungen hier betragen 240 mm in der Höhe und 150 mm in Breite und Tiefe. Die Roboterhand ist mit acht Vakuumsaugern, innenliegenden Luftkanälen und inte-grierten Saugeradaptern ausgestattet.

Es hat sich gezeigt, dass für Projekte mit besonderen konstruktiven Rahmenbedingungen und der Notwendigkeit von gewichtsreduzierten Elementen die lasergesinterten Roboterhände die passende Lösung und Ergänzung zu bekannten Händen aus Aluminium sind: Greiferteile und komplette Roboterhände werden mithilfe der Laser-Sinter Technologie auf die technischen Erfordernisse für die Handhabung abgestimmt. Auf Basis von CAD-Daten werden die benötigten Komponenten aus Polyamid hergestellt. Ein zusätzlicher Vorteil ist die ökonomische Produktion, da die Greifer ohne Werkzeuge gebaut werden. Der Anwender erhält so zeitnah eine Lösung.

Die Laser-Sinter Technologie schafft neue Wege in der Automationstechnologie: Durch die Möglichkeit der komprimierten Baugröße und das niedrige Eigengewicht der Greifer lassen sich Funktionen auf wenig Raum darstellen. Zudem kann der Hersteller weitere produktionsrelevante Funktionen integrieren, die beispielsweise den Einsatz beweglicher Innengreifer zulassen oder die Zahl an nötigen Luftschläuchen minimieren.

 

„Bereits unmittelbar nach Inbetriebnahme der laserge-
sinterten Roboterhand konnten ablagebedingte Fehler an den Filtersieben nicht mehr beobachtet werden.“

Tobias Klinkhammer, Leiter Spritzgießfertigung, Theo Hillers

 

Fakuma 2014: Halle/Stand B2/2005

Autor

Über den Autor

Michael Krüger Marketing bei ASS Maschinenbau. m.krueger@ass-maschinenbau.de