Handhabungstechnik

Industrieroboter handhabt Blech an einer Gesenkbiegepresse

Als Handhabungseinrichtung, auch Handlingsystem (engl.: handling device, handling equipment) oder Handlingmodul wird in der Automatisierungstechnik und Antriebstechnik ein Gerät bezeichnet, das den Materialfluss von oder zu einer Wirkstelle bewältigt.

Vom Handhaben ist das Fördern und Lagern zu unterscheiden, die beide ebenfalls zum „Bewirken von Materialfluss“ zählen, aber keine definierte Orientierung des Werkstücks bewirken. Sie werden in einer eigenen VDI-Richtlinie 2411 behandelt.

Beim Handhaben wird eine definierte Pose eines geometrisch definierten Objekts entweder geschaffen, oder für eine begrenzte Zeit aufrechterhalten. Weitere Forderungen können hinzukommen (siehe unten „Handhabungsfunktionen“). Typische Handhabungseinrichtungen sind programmgesteuert, z. B. Industrieroboter oder Einlegegeräte.

Dosieranlage

Die Begriffe Handlingsysteme und Handlingmodule werden vor allem in der Lineartechnik verwendet, wo zum Beispiel mit Hilfe von Aluminiumprofilen, Linearführungen und verschiedenen Linearantrieben ganze Portalroboter (ähnlich der im Bild rechts gezeigten Dosieranlage) zu Handlingzwecken aufgebaut werden.

Mit Pick-and-Place-Anwendungen werden Handhabungseinrichtungen bezeichnet, die mittels eines Greifers Bauteile aufnehmen und am Zielort platzieren. Je nach erforderlicher Positioniergenauigkeit kann dazu auch ein Positioniersystem verwendet werden.

Handhabungsfunktionen

1. Speichern
   1. Bunkern (ungeordnetes Speichern)
   2. Magazinieren (geordnetes Speichern)
   3. Stapeln
   4. Palettieren
2. Verändern der Menge
   1. Zuteilen
   2. Verzweigen
   3. Vereinigen
   4. Vereinzeln
   5. Portionieren
3. Kontrollieren
   1. Identität
4. Sichern
   1. Spannen (Halten)
      1. kraftschlüssig Spannen
      2. formschlüssig Spannen
      3. reibschlüssig Spannen
      4. Greifen
   2. Entspannen (Lösen)
5. Bewegen
   1. Positionieren
   2. Orientieren
   3. Ordnen
   4. Verschieben
   5. Schwenken
   6. Fördern
   7. Drehen
   8. Weitergeben (Rundtakten)
   9. Weitergeben (Lineartakten)
   10. Wirken (Vorschieben)

Handhabungseinrichtungen übernehmen in der Regel mehrere der obigen Funktionen, werden aber nach ihrer Gerätehauptfunktion unterschieden. So übernimmt ein Vibrationswendelförderer zwar auch Funktionen wie Bunkern, Zuführen, Kontrollieren, usw., seine Hauptfunktion ist aber das Ordnen.

Kenngrößen von Handhabungskinematiken (Handhabungssystemen)

Kenngrößen von Kinematiken lassen sich in vier Bereiche aufteilen. Kategorien, die für technische Produkte allgemein gelten wie die Wartung oder Lebensdauer sind darin nicht enthalten:

1. Kenngrößen der Geometrie
   1. Wie ist der Raum aufgeteilt?
   2. Wie grenzt sich das System mechanisch ab?
   3. Wie viele Freiheitsgrade besitzt der Flansch zum Endeffektor?
2. Kenngrößen der Belastung
   1. Welche Belastungen sind am Flansch zum Endeffektor durch Gewicht und Massenträgheit möglich?
3. Kenngrößen zur Kinematik
   1. Welche Geschwindigkeiten und Beschleunigungen sind möglich?
4. Kenngrößen der Genauigkeit
   1. Welche Bahn- und Positionsgenauigkeiten sind erreichbar?

Zu beachten ist dabei, dass die Kenngrößen der Genauigkeit, Kinematik (Zykluszeit) und der Belastung (Nutzlast) stark von einander abhängig sind. Beim Anfahren einer Position durch einen Handhabungsroboter kommt es zum Überschwingen. Das System pendelt sich innerhalb einer erforderlichen Stabilisierungszeit immer exakter auf der Zielposition ein. Die Angabe der Genauigkeit eines Roboters ist somit erst in Verbindung mit der Zykluszeit aussagekräftig. Folgende Begriffe finden sich in der VDI 2860 diesbezüglich näher erläutert:

1. Drift
2. Austauschbarkeit
3. Stabilisierungszeit
4. Überschwingen

Es ist fraglich, ob allein mit Kenngrößen eine hinreichende Beschreibung und Bewertung von Handhabungskinematiken möglich ist. Die Kenntnis von Komponenten und dem kinematischen Aufbau ist hierfür zu empfehlen.

Achskomponenten von Handhabungskinematiken

Gliederung für Achskomponenten:

1. Antrieb
2. Kraftübertragungssystem
3. Wegmesssystem
4. Lagerung

Schwachstellen und Fehler können bei Handhabungskinematiken vor allem durch Reibung und Spiel in den Lagern und durch die Auflösung der Wegmesssysteme hervorgerufen werden. Hierbei sind auch Fehler durch statische Verformung und dynamische Nachgiebigkeit der Gesamtstruktur zu erwähnen.

Literatur

• Stefan Hesse, Heinz Schmidt, Uwe Schmidt: Manipulatorpraxis. Vieweg Verlag, 2001, ISBN 978-3-5280-3949-3. 
• Stefan Hesse, Heinz Schmidt: Rationalisieren mit Balancern und Hubeinheiten. Grundlagen und praktische Anwendung. Expert-Verlag, 2000, ISBN 978-3-8169-1424-2. 
• VDI: VDI-Richtlinie 2860: Montage- und Handhabungstechnik; Handhabungsfunktionen, Handhabungseinrichtungen; Begriffe, Definitionen, Symbole. 1990. 
• VDI: VDI-Richtlinie 2861: Montage- und Handhabungstechnik; Kenngrößen für Industrieroboter. 1988.