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Modulare Vibrationswendelförderer zur flexiblen Teilezuführung

AutorMichael Loy
VerlagHerbert Utz Verlag
Erscheinungsjahr2010
Seitenanzahl190 Seiten
ISBN9783831640270
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis29,99 EUR
Die Produktionstechnik ist für die Weiterentwicklung unserer Industriegesellschaft von zentraler Bedeutung, denn die Leistungsfähigkeit eines Industriebetriebes hängt entscheidend von den eingesetzten Produktionsmitteln, den angewandten Produktionsverfahren und der eingeführten Produktionsorganisation ab. Erst das optimale Zusammenspiel von Mensch, Organisation und Technik erlaubt es, alle Potentiale für den Unternehmenserfolg auszuschöpfen. Um in dem Spannungsfeld Komplexität, Kosten, Zeit und Qualität bestehen zu können, müssen Produktionsstrukturen ständig neu überdacht und weiterentwickelt werden. Dabei ist es notwendig, die Komplexität von Produkten, Produktionsabläufen und -systemen einerseits zu verringern und andererseits besser zu beherrschen. Ziel der Forschungsarbeiten des iwb ist die ständige Verbesserung von Produktentwicklungs- und Planungssystemen, von Herstellverfahren sowie von Produktionsanlagen. Betriebsorganisation, Produktions- und Arbeitsstrukturen sowie Systeme zur Auftragsabwicklung werden unter besonderer Berücksichtigung mitarbeiterorientierter Anforderungen entwickelt. Die dabei notwendige Steigerung des Automatisierungsgrades darf jedoch nicht zu einer Verfestigung arbeitsteiliger Strukturen führen. Fragen der optimalen Einbindung des Menschen in den Produktentstehungsprozess spielen deshalb eine sehr wichtige Rolle. Die im Rahmen dieser Buchreihe erscheinenden Bände stammen thematisch aus den Forschungsbereichen des iwb. Diese reichen von der Entwicklung von Produktionssystemen über deren Planung bis hin zu den eingesetzten Technologien in den Bereichen Fertigung und Montage. Steuerung und Betrieb von Produktionssystemen, Qualitätssicherung, Verfügbarkeit und Autonomie sind Querschnittsthemen hierfür. In den iwb Forschungsberichten werden neue Ergebnisse und Erkenntnisse aus der praxisnahen Forschung des iwb veröffentlicht. Diese Buchreihe soll dazu beitragen, den Wissenstransfer zwischen dem Hochschulbereich und dem Anwender in der Praxis zu verbessern.

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Leseprobe
8 Technische und wirtschaftliche Bewertung (S. 113-114)

8.1 Betrachtungsraum


Im Fokus dieser Arbeit stehen flexible Zuführsysteme auf der Basis des VWF. Der modulare Ordnungsring stellt dabei eine Möglichkeit dar, Bauteile mit mittleren Ausbringleistungen flexibel an automatischen Anlagen bereitzustellen. In diesem Leistungsbereich konkurriert er direkt mit VWF, die zur Bauteilorientierung Bildverarbeitungssysteme verwenden. Die in Abschnitt 2.5 beschriebenen linearen und aerodynamischen Zuführsysteme sowie die „Griff auf den Tisch“-Lösungen arbeiten in anderen Leistungsbereichen und erfordern dabei auch höhere finanzielle Aufwendungen. Für den hier betrachteten Anwendungsbereich sind sie damit nur bedingt relevant. Deshalb werden sie bei der technischen und wirtschaftlichen Bewertung nicht berücksichtigt.

8.2 Technische Leistungsmerkmale


Die wichtigsten technischen Leistungsmerkmale für Zuführsysteme sind das mögliche Bauteilspektrum, die erreichbare Zuverlässigkeit, die durch den Förderprozess verursachte Ausschussrate, die Zuführleistung und die Flexibilität. Im Folgenden wird zu jedem Kriterium die Verbesserung des modularen Ordnungsrings gegenüber VWF mit wechsel- bzw. anpassbaren Schikanen dargestellt. Zusätzlich wird ein Vergleich zu den VWF mit Bildverarbeitung gegeben.

Bauteilspektrum


Das Bauteilspektrum bestimmt die prinzipielle Einsetzbarkeit eines Zuführsystems für eine gegebene Bauteilgeometrie. Gegenüber VWF mit anpassbaren oder wechselbaren Ordnungsschikanen weist der modulare Ordnungsring präzisere Schnittstellen auf. Zudem ist nach der schwingungstechnischen Abstimmung eine kipp- und taumelfreie Bewegung des Ordnungsbereichs sichergestellt, die auch nach dem Austausch von Modulen gewährleistet ist. Damit ermöglicht der modulare Ordnungsring eine Zuführung von allen Bauteilen mit Merkmalen, die zur mechanischen Bauteilorientierung verwendet werden können. Gegenüber VWF mit Bildverarbeitung gelten bezüglich des Bauteilspektrums die nach HESSE bekannten Unterschiede (HESSE 2000).

So können beispielsweise Bauteile mit verschiedenen Farben nur über Kamerasysteme orientiert werden. Mechanische Systeme können dagegen Bauteile lagerichtig zuführen, die durch Dichteunterschiede oder unterschiedliche Innenkonturen einen außermittigen Schwerpunkt aufweisen. Bauteile, die im Vergleich zu ihrer Größe kleine Ordnungsmerkmale aufweisen, lassen sich in der Regel auch besser mechanisch orientieren.

Dabei können am modularen Ordnungsring Merkmale bis zu einer Größe von etwa 0,5 mm genutzt werden. Gegenüber herkömmlichen Ansätzen mit wechsel- bzw. anpassbaren Schikanen erweist sich der modulare Ordnungsring bezüglich des Bauteilspektrums als vorteilhaft. Im Vergleich zu VWF mit Bildverarbeitung ergeben sich nur bei bestimmten Ordnungsaufgaben Unterschiede, für den Großteil der auftretenden Geometrien sind beide Systemvarianten geeignet.

Zuverlässigkeit


Die Zuverlässigkeit eines Zuführsystems ist stark von der Bauteilgeometrie und der verwendeten Ordnungslösung abhängig. Deshalb ist hier ein allgemeiner Systemvergleich schwierig. Generell weist der modulare Ordnungsring gegenüber VWF mit anpassbaren oder wechselbaren Schikanen jedoch aufgrund der Funktionstrennung eine verbesserte Zuverlässigkeit auf, da der jeweilige Antrieb dadurch besser auf die Ordnungsaufgabe am Ring bzw. die Vereinzelung über die Wendelsteigung angepasst werden kann. Eine allgemeine Aussage zur Auftretenshäufigkeit von Störungen bei mechanischen und optischen Zuführsystemen ist nicht möglich. Im Vergleich zu VWF mit Bildverarbeitung können allerdings beim mechanischen Arbeitsprinzip die Ursachen für Störungen schneller und ohne Experteneinsatz behoben werden. Dies wird in Abschnitt 8.3 im Rahmen der wirtschaftlichen Bewertung berücksichtigt."
Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Geleitwort der Herausgeber8
Vorwort10
Inhaltsverzeichnis14
Abbildungsverzeichnis18
Tabellenverzeichnis22
Verzeichnis der Abkürzungen und Indizes24
Formelzeichen28
1 Einleitung32
1.1 Situation in der Montagetechnik32
1.2 Zielsetzung und Vorgehen33
2 Teilezuführung in der Montage36
2.1 Begriffsdefinitionen36
2.2 Der Vibrationswendelförderer38
2.2.1 Produktionstechnische Bedeutung38
2.2.2 Prinzipieller Aufbau und Kinematik39
2.2.3 Fördermechanismus42
2.2.4 Ausführungen und Peripheriegeräte43
2.3 Strategien der Teilezuführung für automatische Montage-anlagen47
2.3.1 Überblick47
2.3.2 Ordnungszustände angelieferter Kleinteile48
2.3.3 Automatische Teilebereitstellung bei ungeordneten Bauteilen50
2.4 Einsatz der automatischen Teilebereitstellung in unterschiedlichen Montagesystemen52
2.5 Analyse bestehender Systeme zur flexiblen Kleinteilzuführung54
2.5.1 Flexible Zuführsysteme mit optischer Bauteilerkennung54
2.5.2 Aerodynamische Zuführsysteme58
2.5.3 Flexible Zuführgeräte mit mechanischer Bauteilorientierung59
2.6 Zusammenfassung62
3 Anforderungen an das modulare Zuführsystem66
3.1 Allgemeine Forderung aus der Analyse der Teilezuführung66
3.2 Definition der Anforderungen66
4 Entwicklung des modularen Zuführsystems auf Basis des VWF70
4.1 Funktionsanalyse und Systembetrachtung des VWF70
4.2 Anordnung des Ordnungsbereichs73
4.3 Detaillierung des Konzepts „Modularer Ordnungsring“76
4.3.1 Schnittstelle zu den einzelnen Ordnungsmodulen76
4.3.2 Festlegung der konstruktiven Antriebsparameter81
4.4 Experimentelle Ermittlung des Betriebsfrequenzverhält-nisses für den Ordnungsring84
4.5 Standardaufbau des Ordnungsrings87
4.6 Abschätzung der Zuführleistung88
4.7 Zusammenfassung91
5 Methodik zur Entwicklung der Module des Ord-nungsrings92
5.1 Überblick92
5.2 Gestaltung der funktionalen Geometrie der Module92
5.3 Optimierung des Betriebsverhaltens94
6 Entwicklung der funktionalen Modulgeometrie96
6.1 Überblick96
6.2 Gestaltung des Hauptorientierungssegments96
6.2.1 Funktionalität der Ordnungslösung96
6.2.2 Generelle Hinweise zur Gestaltung der Ordnungsschikanen97
6.2.3 Aktives Ordnen im Ringumlauf100
6.3 Bauteilzusammenführung101
6.3.1 Anforderungen101
6.3.2 Möglichkeiten der Zusammenführung102
6.3.3 Analyse der Bauteilgeometrie104
6.4 Anwendungsbeispiele107
6.4.1 Überblick107
6.4.2 Beispielbauteil Wirbeldüse108
6.4.3 Beispielbauteil Stellhebel111
6.4.4 Flexible Zuführung von Wirbeldüse, Sprühdüse und Stellhebel114
7 Optimierung des Betriebsverhaltens in der Konstruk-tionsphase116
7.1 Überblick116
7.2 Kriterien zum Auswuchten des Ordnungsrings116
7.2.1 Grundlagen116
7.2.2 Auswuchten des Ordnungsrings121
7.3 Modellierung des Zuführsystems122
7.3.1 Überblick122
7.3.2 Analytische Modelle für VWF122
7.3.3 Modellierung des neuen Zuführsystems125
7.3.4 Anwendung des Modells140
7.4 Vorgehen bei der schwingungstechnischen Abstimmung142
8 Technische und wirtschaftliche Bewertung144
8.1 Betrachtungsraum144
8.2 Technische Leistungsmerkmale144
8.3 Wirtschaftlicher Einsatz148
8.3.1 Investitionskosten148
8.3.2 Betrachtung des gesamten Lebenszyklus152
8.4 Zusammenfassung155
9 Zusammenfassung und Ausblick158
9.1 Zusammenfassung158
9.2 Ausblick160
10 Literatur162
11 Anhang172
11.1 Bauteillagen im Ringumlauf172
11.2 Berechnung des Kapitalwerts der Auszahlungen im gesamten Lebenszyklus173
11.2.1 Energiebedarf173
11.2.2 Beispielberechnung für den Kapitalwert der Auszahlungen173

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