Erreichen der Genauigkeit der Positionierung von Automatisierungsförderern

Nov 05, 2023

Da die Fertigungsautomatisierung rasch voranschreitet, werden Förderbänder nicht nur für den Transport, sondern auch für die genaue Platzierung von Material (oder Produkten) eingesetzt. Sie müssen oft Produkte konsistent an einen genauen Ort liefern. Beim Transport von Produkten per Förderband hat die Wahl der Ausrüstung großen Einfluss auf die Fähigkeit des Systems, zuverlässig an eine Zielposition zu liefern – sei es stationär (Indexierung) oder dynamisch. In diesem Artikel werden einige gängige Förderertypen untersucht und die Bereiche der Positionsgenauigkeit verglichen, die Sie bei jedem Typ erwarten können.

Im Folgenden verwenden wir die von Dorner Manufacturing im Jahr 2019 veröffentlichten Ergebnisse für Vergleiche zwischen der Leistung von balligen Riemenscheiben und gerändelten, v-geführten Förderern sowie veröffentlichte Daten verschiedener Fördererhersteller. Mehrere Faktoren können die endgültige Produktposition beeinflussen. Für diese Diskussion wird jedoch davon ausgegangen, dass das Material präzise platziert werden kann und ohne Verrutschen auf der Bandoberfläche transportiert werden kann und dass keine zusätzlichen Vorrichtungen verwendet werden müssen.

In der Vergangenheit dienten Förderbänder lediglich dazu, Produkte von einem Ort zum anderen zu transportieren. Der Einsatz von Förderbändern in der Fertigung wird allgemein als unverzichtbar angesehen, da sie viele leicht erkennbare Vorteile bieten. Obwohl sie als entscheidend angesehen werden, sind sie oft ein nachträglicher Einfall im Systementwurfsprozess.

Einer der bekanntesten Vorteile ist die Reduzierung des Arbeitsaufwands beim Transport von Produkten zwischen Herstellungsprozessen. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Reduzierung der Work-in-Process (WIP), was zu geringeren Materialtransportkosten oder in einigen Fällen zu Verlusten durch Ausschuss führen kann (Ausschuss kann entstehen, wenn Material in Container gegeben oder während des Transports gehandhabt wird). Alternativ können in einigen Anwendungen Förderbänder eingesetzt werden, um das Material gezielt als Puffer zwischen Prozessen zu erhöhen und so die Gesamtanlageneffektivität (OEE) zu verbessern. Sicherheit kann ein entscheidender Faktor bei der Nutzung von Förderbändern sein, da sie den direkten Kontakt der Arbeiter mit Maschinen verhindert und möglicherweise einige Verletzungen durch wiederholte Bewegungen verhindern kann.

Für diesen Artikel ist es wichtig, einige Vokabeln zu klären. Unter „Bandverfolgung“ versteht man hier die Bewegung von Seite zu Seite (x-Achse), die beim Laufen eines Bandförderers auftritt. Diese Bewegung basiert auf der Position der Bandoberfläche relativ zur Antriebs- und Umlenkspindel-Mittellinie. Obwohl es ähnlich klingt, wird die Förderbandverfolgung (y-Achse) in Roboteranwendungen verwendet, bei denen die Geschwindigkeit des sich bewegenden Förderbands berechnet wird, damit ein Roboter bewegliche Objekte auf der dynamischen Oberfläche aufnehmen oder platzieren kann. Der Begriff Drift bezieht sich auf die Diskrepanz zwischen der vom Umfang der Antriebsspindel zurückgelegten Drehstrecke und der tatsächlich zurückgelegten Strecke des Riemens. Diese Abweichung wird erwartet und die tatsächliche Position wird durch einen Mikroschlupf des Riemens auf der Antriebsspindel verursacht.

Seit ihrer Erfindung im Jahr 1892 durch Thomas Robins werden gekrönte Spindelförderer zum Transport von Kohle und Erz eingesetzt. Im Jahr 1913 führte Henry Ford das Förderband in seinem Fließband bei der Ford Motor Company ein. Zu dieser Zeit stützten sich Förderbänder hauptsächlich auf die Konstruktion mit balliger Spindel. Unter Krone versteht man eine Spindel mit einem etwas größeren Durchmesser in der Mitte der Antriebsfläche als an den Rändern. Das physikalische Phänomen, dass Förderbänder dem größten Durchmesser der Spindel folgen und sich dadurch selbst zentrieren bzw. nachführen, ist faszinierend. Diese Methode der Förderbandverfolgung ist seit über einem Jahrhundert anerkannt.

Wenn der Riemen zur Seite geschoben wird, findet er automatisch seinen Weg zurück zur Mitte der Spindel. Die Tatsache, dass sich der Riemen nach einer Störung selbstzentriert, berücksichtigt, dass er auch bis zu einem gewissen Grad wandern oder seitlich verschoben werden kann. Dies kann aus verschiedenen Gründen geschehen, wie z. B. Bandunregelmäßigkeiten, ungleichmäßige Belastung des Bands oder beim Übertragen von Material auf oder von einem Förderband mit seitlichen Kräften, z. B. bei der seitlichen Übergabe von Produkten. Es ist erwähnenswert, dass die Fähigkeit der balligen Riemenscheibe, die Spur genau zu verfolgen, eher schlecht ist, wenn sie in die nicht bevorzugte Richtung läuft. Die bevorzugte Richtung ist mit der angetriebenen Spindelscheibe am Austragsende.

Die Ergebnisse variieren je nach konfigurierter Länge, Breite und Geschwindigkeit des Förderers. Ein solcher Test wurde kürzlich durchgeführt und die Ergebnisse sind unten aufgeführt.

Einige Hersteller fügen an der Rückseite des Förderbandes einen V-Führungsstreifen hinzu, um eine genauere Bandführung zu ermöglichen. Durch den Einsatz eines solchen Riemens bei einem Förderer mit V-Führungsrillen im Antrieb, den Umlenkrollen und der Grundplatte des Förderers ist es weniger wahrscheinlich, dass der Riemen spurt oder von einer Seite zur anderen wandert. Dieser Herstellungsprozess erhöht die Kosten, bietet jedoch mehrere Vorteile, darunter eine einfachere Einrichtung. Die in die Spindeln eingearbeiteten Rändelungen oder erhabenen Rautenmuster können ebenfalls die Riemendrift verringern. Dieses Muster ist jedoch weniger praktisch, wenn es auf eine ballige Riemenscheibe angewendet wird. Die Ergebnisse sowohl für die Verfolgung als auch für die Drift können erheblich sein. Beachten Sie, dass die seitliche und axiale Bewegung abgenommen hat.

Präzisionsförderer sind eine etwas neue Kategorie von Bandförderern, die die Spurführungseigenschaften eines V-Führungsbandes erreichen und gleichzeitig Drift verhindern können. Dieser Fördertyp kann entweder ein Flachbandförderer oder ein Festförderer sein. Während später in diesem Artikel genauere Methoden der Produktplatzierung erwähnt werden, kann dieser Förderbandstil eine kostengünstigere Alternative sein. Das Hinzufügen eines Servomotors zu einem Präzisionsbandförderer kann dessen Leistungsfähigkeit verbessern, z. B. höhere Geschwindigkeiten, höhere Beschleunigungen und eine präzisere Indexierung der Position. Beachten Sie, dass es jetzt keine Drift mehr gibt.

Palettenförderer gibt es in verschiedenen Ausführungen, die Hebe- und Positionierungsmodule zur Palettenpositionierung verwenden. Obwohl sie teurer sind, bieten Palettenförderer mehrere Vorteile, einschließlich einer präzisen Produktplatzierung. Der Nachteil besteht darin, dass die Palette mithilfe von Stiften, die in den Palettenboden passen, angehalten und an ihren Standort gehoben werden muss. Die Genauigkeit des Palettenförderers wird weder durch Drift noch durch Wandern beeinträchtigt, da die Palette für eine genaue Positionierung anhält.

Die angegebenen Genauigkeitszahlen variieren und sollen allgemeine Richtlinien veranschaulichen. Wenden Sie sich immer an Ihren Förderbandhersteller, um dessen veröffentlichte Daten und allgemeine Hinweise zu erhalten.

Diese Förderer unterscheiden sich in zweierlei Hinsicht. Erstens läuft das zu transportierende Produkt nicht direkt auf einem flexiblen Band; Es ist im Allgemeinen in einer an der Palette befestigten Vorrichtung untergebracht, die als Träger dient. Die Vorrichtung trägt dazu bei, dass die Produktausrichtung während des gesamten Prozesses konsistent ist. Der zweite Unterschied besteht darin, dass sie asynchron sind – die einzelnen Paletten werden lange genug an Ort und Stelle gehalten, um den Prozess abzuschließen. Die Paletten können in eine Zone freigegeben werden, um in der Warteschlange zu bleiben, oder direkt zur nächsten Hebe- und Ortungsstation weitergeleitet werden.

Zu den verschiedenen Arten von Palettenförderern gehören flexible Kettenförderer, Doppelstränge mit offener Mitte und Kantenrollen mit offener Mitte. Jedes verwendet einzigartige, aber ähnliche Hebe- und Positionierungsgeräte, um die Palette genau zu positionieren, sobald sie an der Hebe- und Positionierungsstation ankommt. Beachten Sie nun, dass sowohl die seitliche als auch die axiale Bewegung sehr gering sind.

Durch das Verständnis der Positionsgenauigkeitseigenschaften verschiedener Förderer (Tabelle 1) können Sie ein geeignetes Produkt auswählen und anwenden, um Ihre Anwendungsanforderungen zu erfüllen oder zu übertreffen. Während es verlockend sein mag, das kostengünstigste Produkt zum Bewegen und Positionieren von Produkten zu wählen, ist es wichtig, die Auswirkungen zu bedenken, die dies auf die OEE Ihrer Ausrüstung haben kann. Wenn das installierte Produkt Ihre Anforderungen an die Positionsgenauigkeit nicht erfüllt, kann dies Ihre Produktionskapazitäten in Bezug auf Qualität und Durchsatz erheblich beeinträchtigen.

In jüngster Zeit beobachten wir den Trend zur Verwendung von Zahnriemenförderern, sowohl Flachriemen- als auch festmontierten Förderbändern. Präzisionsbandförderer mit Servosteuerung, hoher Geschwindigkeit und hohem Durchsatz sowie eliminiertem Banddrift sind besonders nützlich bei Roboteranwendungen. Präzisions-Zahnriemenförderer erfreuen sich immer größerer Beliebtheit, wenn eine Mischung aus hoher Genauigkeit und Durchsatz entscheidend ist. Es wird immer Bedarf an Palettenförderern geben, da hochpräzise Montagearbeiten oft eine höhere Genauigkeit erfordern, als alle aktuellen Förderbänder mit Riemen bieten können.

Dieser Artikel wurde von Dan Toynton, Förderspezialist, Motion Ai (Birmingham, AL) verfasst. Weitere Informationen finden Sie hier.

Dieser Artikel erschien erstmals in der Aprilausgabe 2023 des Motion Design Magazine.

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