Gripdonssystem för materialhantering inom maskinteknik

Särskilt i stora produktionsanläggningar och produktionskedjor är det absolut nödvändigt att hantera hanteringstekniker för material och arbetsstycken. På grund av vikten ensam är det ofta nästan omöjligt att flytta material manuellt. Här startar materialhanteringen: Gripdonssystem eller transportband underlättar till exempel förflyttning och kontroll av material och ökar effektiviteten. Nedan kommer vi att titta närmare på olika gripdonssystem och hur de används.

Vad är egentligen materialhantering?

Materialhantering, eller även hanteringsteknik, gör tillverkningsprocesserna enklare, säkrare och mer produktiva. Den primära uppgiften är förflyttning, lagring, kontroll och hantering av material. Materialhanteringssystem kan spara lagringsutrymme eller fungera som lagring. Därför är det desto viktigare att materialhanteringssystem klarar höga krav:

• De måste vara motståndskraftiga, rörliga och flexibla.
• De bör inte medföra höga kostnader.

Typer av materialhanteringssystem

Materialhanteringssystem kan till exempel vara transportband, gaffeltruckar, robotsystem, kranar eller gripdonssystem på automatiserade produktionslinjer. De kan dock också användas i manuellt arbete, t.ex. för att stödja operatörer i vardagliga uppgifter som att flytta fat eller lådor. I synnerhet är gripning en av de viktigaste uppgifterna i många produktionsanläggningar. Genom att använda materialhanteringssystem kan manuella processer som tidigare använts påskyndas och sjukrelaterad arbetsfrånvaro minskas. Här bidrar gripdonssystem eller gripdonssystem särskilt till att arbeta ergonomiskt.

Gripdonssystem

Gripdonssystem stöder exakt hantering och kontroll av material och arbetsstycken. Gripdonssystem finns tillgängliga för att stödja manuellt griparbete, såsom tunngripare, rullgripare eller boxgripare. Men gripdonssystem används också på produktionslinjerna i tillverkningen. Gripdon används ofta tillsammans med robotar: De fungerar som ett anslutningsstycke mellan industriroboten och arbetsstycket.

Vakuumgripdon

I vakuumgripdonet genereras ett vakuum med en pump mellan gripdonet och arbetsstycket. Vakuumgripdonet placeras på arbetsstycket och det negativa trycket på vakuumgripdonet gör att arbetsstycket sugs in i vakuumgripdonet.

• 1 = arbetsstycke
• 2 = vakuum
• 3 = vakuumgripdon

Hållkraften beror på tryckskillnaden mellan miljön och trycket i själva vakuumgripdonet. Ju större skillnad, desto starkare hållkraft och tyngre laster kan lyftas. De arbetsstycken som ska transporteras kan variera från hårda till lätt formbara delar med sugbara ytor. Sugkraften minskar om ytan som ska sugas in är porös eller luftgenomsläpplig. Detta kräver att linjens effektiva tvärsnittsarea förstoras eller att flera mindre sugkoppar används. Mjuka arbetsstycken som papper, tunna material, plastfilmer kan skrynklas av sugkraften.

Förutom denna typ av vakuumgripdon finns även Bernoulli-gripdon. Den använder en något annorlunda princip: Bernoulli-principen. Luftflödet passerar genom ett smalt munstycke med hög hastighet. Även här skapas ett negativt tryck som genererar en sugeffekt och attraherar objektet. Dessutom finns det en liten flytkraft som lyfter objektet minimalt från ytan. Kontakten mellan gripdon och arbetsstycke reduceras därmed till ett minimum.

Vakuumgripdonssystem kan användas på olika sätt: De är lämpliga för mjuka och ömtåliga laster som påsar och glas samt för tunga laster. På grund av den minimala kontakten mellan gripdon och arbetsstycke är Bernoulli-gripdon i allmänhet lämpligt för särskilt känsliga material, såsom papper och plastfilmer, men mindre för tunga laster.

Pneumatiskt gripdon

Pneumatiska gripdon är tryckluftsstyrda gripdonssystem för att hålla och flytta komponenter, arbetsstycken och laster. Beroende på form, vikt och nödvändig rörelse av föremålet som ska transporteras kan klogripdon, roterande gripdon eller klämgripdon i en mängd olika former användas.

Pneumatiska gripdon används ofta inom många sektorer och branscher på grund av deras tillförlitlighet, effektivitet och enkla design. Som regel är gripdonen konstruerade som tvåfingers- eller trefingersgripdon. Förutom enkelverkande gripdon med öppnare (inre grepp) eller närmare funktion (yttre grepp) är dubbelverkande gripdon också vanliga.

Följande figur visar den schematiska strukturen hos ett aktivt, dubbelverkande parallellt gripdon:

• A = pneumatisk anslutning
• B = pneumatisk anslutning
• 1 = slitsade hål
• 2 = fingerfästplattans sidorörelse (tillgänglig för båda riktningarna)
• 3 = stänga och öppna fingrarna

Med den dubbelverkande griparen finns det två pneumatiska anslutningar, som var och en ansvarar för att öppna och stänga griparen. Om den pneumatiska anslutningen A trycksätts trycks kolven nedåt och griparen stängs. Om den pneumatiska anslutningen B trycksätts trycks kolven uppåt och griparen öppnas. Monteringsjiggen för fingermontering kan flyttas lateralt på griparkroppen (2) via de slitsade hålen (1). Det lager som är anslutet till kolven löper i det mittersta, diagonalt slitsade hålet. Fingerfästplattans rörelse initieras genom att den leds in i detta slitsade hål. Om kolven rör sig i vertikal riktning, medan fingermonteringsplattans horisontella rörelse tvingas öppna eller stänga (3).

Även om klogripdon oftast används för särskilt breda eller stora föremål används klämgripdon vanligtvis för vissa former (t.ex. rör) och fingergripdon används för mindre föremål som behöver greppas. På grund av de olika typerna av pneumatiska gripdon är de lämpliga för en mängd olika tillämpningar, t.ex. inom elektronikindustrin och vid automatisering av processer. Pneumatiska gripdon fungerar mycket effektivt och tillförlitligt. De kännetecknas av låga driftskostnader och kan användas i trånga utrymmen. De är också lätta att installera och hantera.

Hydrauliskt gripdon

Hydraulvätska, vanligtvis en hydraulolja, används för hydrauliska gripdon. Hydraulvätskan trycksätts via en hydraulpump och transporteras därmed till arbetscylindern där den överför kraften. De fungerar enligt ett system som liknar pneumatiska gripdon.

Hydrauliska gripdon möjliggör mycket höga gripkrafter, vilket är anledningen till att de kan användas för tunga laster. De är också mycket resistenta och även lämpliga för hårda omgivningsförhållanden. På grund av risken för läckage kan de dock inte användas för att transportera material som inte får kontamineras. Deras höga greppstyrka utesluter också deras användning för ömtåliga material. Konstruktionen av hydrauliska gripdon är generellt mer komplex (t.ex. på grund av oljepumpar etc.) och därmed något mer underhållsintensiv och dyrare än andra gripdon.

Elektriskt gripdon

Elektriska gripdon har ett styrsystem med mikroprocessorer, t.ex. ett PLC-styrsystem. Detta gör det möjligt att välja stängningshastighet och gripkraft exakt. Det anges ofta också om ett arbetsstycke plockades upp framgångsrikt eller inte. En rotationsrörelse genereras via en elektrisk motor eller elektriska ställdon. Denna roterande rörelse hos motorn överförs sedan till en växellåda där den flyttar gripklorna som linjär rörelse. Gripklorna kan till exempel konstrueras parallellt eller i vinkel. Det elektroniska styrsystemet övervakar och styr processerna. Ytterligare sensorer installeras ofta, som mäter kraft, avstånd och andra parametrar. Elektriska gripdon är väl lämpade för höga hastigheter och flerstegsåtgärder, eftersom de kan styras exakt. Till skillnad från t.ex. vakuum- eller hydrauliska gripdon behövs inga ytterligare ledningar för vätska eller luft. Men deras greppyta ofta är ganska hård. De är därför inte lämpliga för ömtåliga föremål. Dessutom är gripkraften ganska låg, så att tunga föremål vanligtvis bara kan lyftas med hjälp av undergriparvarianten.

Gripinsatser

Gripinsatser kan användas på gripklorna för att optimera kontaktytan mellan griparen och arbetsstycket. Gripinsatser förbättrar därmed greppet eller anpassar sig till speciella former. En chuck är en speciell form av gripinsats, som vanligtvis består av stål och därmed ger hög precision och styrka, men är också ganska oflexibel. Andra material för gripinsatser består av:

• Gummi/elastomer såsom: silikon, gummi, polyuretan. Dessa fäster bra, är flexibla och skyddar ytan, men är endast delvis hållbara under svåra förhållanden
• Plast t.ex. polyamid, polyetylen. De är lätta, prisvärda och skonsamma på ytan, men kan misslyckas vid höga belastningar och temperaturer.
• Specialmaterial som trä, keramik är avsedda för speciella tillämpningar. Keramik är till exempel mycket värmebeständigt, medan trä är nötningsbeständigt. Men på grund av deras specialisering är de vanligtvis dyrare än andra gripinsatser.

Euro Gripper Tooling System

Euro Gripper Tooling System utvecklades av Automotive Working Group. Det är ett standardiserat system för fastsättning och byte av gripdon. Det används i stor utsträckning i Europa och används inte bara inom bilindustrin utan också i andra industrier och tillverkning. EGT-systemet är baserat på en åttkantig aluminiumsektion med borrning av gallerhål för snabbt komponentbyte.

Standardiserade gränssnitt, snabbväxlingsmekanismer och modularitet möjliggör snabbt byte av de trasiga komponenterna, vilket avsevärt minskar stilleståndstiden. EGT-systemet är kompatibelt med många märken och modeller. MISUMI har ett omfattande sortiment av EGT-systembaserade komponenter.

Exempel på utformning av ett gripdonssystem inkl. komponenter

Beroende på typen av gripdon består gripdonssystem av följande komponenter:

• Drivenhet: Den styr rörelsen av gripklor eller gripytor. Det kan vara en elektrisk motor (för elektriska gripdon) eller en cylinder (hydrauliska gripdon, pneumatiska gripdon)
• Styrsystem: I elektriska gripdon tar styrsystemet över gripdonets rörelse och andra uppgifter.
• Strömkälla: Beroende på gripdonet kan detta vara: källan till el, tryckluft eller hydraulpump.
• Sensorer: installeras i elektriska gripdon. De övervakar tryck, kraft bland andra relevanta parametrar.
• Monteringsadapter: dessa används för att fästa gripdon på robotarmen eller liknande. De kan standardiseras enligt EGT-systemet.

En av de viktigaste komponenterna är själva robotgripdonet. Den har direkt kontakt med gripobjektet. Även här finns det olika typer som används beroende på applikationen. I parallella gripdon är till exempel gripklorna parallella så att kraften fördelas jämnt på gripklorna. Detta gör det särskilt lätt att plocka upp standardformer. I vinkelgripdon liknar gripdonen en tång. Det är så de anpassar sig till olika former. Dessutom kan mer än en gripmekanism installeras, t.ex. i ett flergrepp. Den kan gripa flera objekt samtidigt. Dessutom finns det multifunktionella gripdon som kombinerar flera greppmetoder och funktioner.

MISUMI erbjuder vissa komponenter som stöder konstruktionen av ett gripsystem: t.ex. monteringsplattor eller lokaliseringsstift

Beräkning av gripkraft och vikt

Gripkraften kan användas för att bestämma den teoretiskt möjliga vikt som kan bäras. Följande gäller för parallella gripdon, till exempel: gripkraften är summan av de individuella krafterna som verkar på varje finger. Följande formel används för att beräkna maxvikten för objektet som ska greppas:

• m = arbetsstyckets vikt i kg
• F_G = aritmetisk summa av gripkrafterna
• μ = friktionskoefficient, materialberoende
• g = gravitation (9,81 m/s²)
• a = acceleration (m/s²)
• S = säkerhetsfaktor*

* En högre säkerhetsfaktor bör övervägas vid hög acceleration, retardation eller stötbelastning.