Der richtige Greifer

Greifer sind ein oft unterschätzter, aber wichtiger Baustein in einem erfolgreichen Automatisierungssystem. Mit dem richtigen Greifer lassen sich Leistung, Maschinenbetriebszeit und Sicherheit des Bedienpersonals optimieren.

09. Januar 2019

In der Fertigung ist die Fähigkeit, Dinge zuverlässig zu greifen und zu halten, sehr wichtig. Obwohl Greifer so wichtig sind, schenken die Entwickler von Pick-and-Place-Automatisierungssystemen der Wahl des richtigen Greifertyps oft zu wenig Aufmerksamkeit. Es gibt eine Fülle an Greifern; Bequemlichkeit oder Gewohnheit tragen immer wieder zu einer suboptimalen Entscheidung bei. Hier finden Sie die wichtigsten Faktoren, die Sie bei der Wahl eines Greifers beachten sollten.

Mehr als 95 Prozent der in der automatisierten Fertigung eingesetzten Greifer sind pneumatisch betrieben. Obwohl vereinzelt auch elektrische Greifer eingesetzt werden, sind pneumatische Greifer seit vielen Jahren der Standard und werden ihre dominierende Stellung behalten. Pneumatische Greifer werden generell für drei elementare Aufgaben eingesetzt. Die erste Aufgabe ist das Greifen und Halten eines Produkts beim Verlagern. Die zweite Aufgabe ist das Ausrichten eines Teils. Die dritte Aufgabe ist das Greifen eines Teils während es bearbeitet wird.

Faktor Betriebsumgebung:

Unrein: In dieser Umgebung ist es wichtig, dass jede Verunreinigung des Greifers vermieden wird, damit er während seiner gesamten Nutzungsdauer störungsfrei funktioniert. Die Umgebung kann durch Schmutz, Abrieb, Öl und Schmiermittel stark verunreinigt sein. Temperaturschwankungen, in der Regel höhere Temperaturen, können die Funktion des Greifers ebenfalls beeinträchtigen. Solche Umgebungsbedingungen sind typisch für Anwendungen in der in der industriellen Fertigung.

Viele Greifermodelle besitzen Spülanschlüsse. Dabei handelt es sich um einen zusätzlichen Luftanschluss am Greiferkörper mit einem Kanal ins Innere des Greifers. Durch Saugluft entsteht im Greifergehäuse ein Überdruck, der das Eindringen von Verunreinigungen ins Greiferinnere verhindert. In rauen Umgebungen können zur vorbeugenden Wartung auch Schmiernippel am Greifer nötig sein, durch die verschmutztes Schmiermittel abgeführt und/oder frisches Schmiermittel zugeführt werden kann.

Rein: In dieser Umgebung liegt der Fokus darauf, zu gewährleisten, dass vom Greifer nichts in die Arbeitsumgebung gelangt, wodurch der Prozess verunreinigt werden könnte. Das ist typischerweise in der Medizin-, Pharma-, Elektronik- und Lebensmittelindustrie der Fall, wo  extrem geringe Schwebstoff- oder Oberflächenverunreinigungen zulässig sind. Zahlreiche Greifer besitzen eine Reinraum-Klassifizierung für den Einsatz in Reinraumumgebungen.

Viele Greifermodelle besitzen Absauganschlüsse. Wie die Spülanschlüsse haben diese Anschlüsse oft eine Doppelfunktion. Der Unterschied besteht darin, dass Absauganschlüsse eventuell im Greifer vorhandene Verunreinigungen auffangen, sodass sie nicht in die Umgebung gelangen können. Zu diesem Zweck wird am Anschluss ein geringer Unterdruck erzeugt, durch den saubere Luft aus der Arbeitsumgebung durch den Greifer und anschließend aus der Arbeitszelle geleitet wird.

Abschirmungen sind sowohl in reinen als auch in unreinen Arbeitsumgebungen ein probates Mittel, um die Zuverlässigkeit zu steigern. Standardisierte oder anwendungsspezifische Abschirmungen können in unreinen Umgebungen Verunreinigungen vom Inneren des Greifers fernhalten, oder in reinen Umgebungen den Austritt von Schmiermittel oder anderen Schmutzstoffen aus dem Greiferinneren verhindern. Abschirmungen gibt es in unterschiedlichen Formen, von einfachen Formblechen, über flexible Muffen und Balge, bis hin zu Abstreiflippen.

Die Abschirmungen können als Teil des Greifers – serienmäßig, optional oder als Sonderzubehör – angeboten oder vom Anwender im Rahmen der Maschinenintegration hinzugefügt werden. Aufgepasst: Der Greifer sollte so ausgerichtet werden, dass möglichst wenige Schmutzstoffe an seine Bewegungsflächen oder exponierten Öffnungen gelangen können.

Durch entsprechende Materialien oder Beschichtungen kann das Korrodieren von Greifern oder das Anhaften von Schmutzpartikeln und ein dadurch möglicherweise verursachtes Festfressen verhindert werden. In Reinraum- oder Lebensmittelverarbeitungsanwendungen lässt sich so eine Oxidation oder eine Bildung von Bakterien verhindern, die in die Arbeitsumgebung gelangen könnten.

Es gibt unter anderem hochtemperaturgeeignete, lebensmittelverträgliche oder wasserabweisende Schmierstoffe, die in unterschiedlichsten Umgebungen oder zur Erfüllung etwaiger Abwaschbarkeitserfordernisse eingesetzt werden können. Für den Einsatz in unreinen oder extrem heißen Umgebungen gibt es zudem passende pneumatische Dichtungen. Neben für Standardanwendungen geeigneten Dichtungen aus Buna-N (Nitril), gibt es solche aus Viton und Silikon für den Einsatz bei höheren Temperaturen.

Die Ausführung und Bauweise des Greifers können dessen Leistungsfähigkeit beeinflussen. Im Wesentlichen besteht ein Greifer aus drei Teilen: Körper, Backen und Finger. In der Regel entwickelt und baut der Greiferhersteller nur den Körper und die Backen und der Maschinenbauer steuert die Finger zum Greifen oder Umschließen des Teils bei. Bei der Wahl eines Greifers gilt es Fingerlänge, Greifkraft, Hub, Betätigungszeit, Genauigkeit zu beachten.

Faktor Backenauflagemechanismus:

Gleitlager (Oberflächenkontakt): Dazu gehören flache Fläche-zu-Fläche-Lager und Zylinderlager (Buchsen). Diese Lager sind stoßbelastbar und bieten eine exzellente Backenauflage. Außerdem müssen sie nicht nachjustiert werden und bleiben bei eng tolerierter Bearbeitung hochgenau.

Rollenlager (Linienkontakt): Zu diesem reibungsarmen Lagertyp gehören Kreuzrollenlager und Dual-V-Lager. Für hohe Genauigkeit lassen sich diese Lager vorspannen und bei Bedarf so nachjustieren, dass über die gesamte Lebensdauer des Greifers kaum Lagerspiel auftritt. Dieser reibungsarme Lagertyp erleichtert eine kontrollierte Anpassung der Greifkraft durch Regeln des Luftdrucks.

Kugellager (Punktkontakt): Dieser Lagertyp ist extrem reibungsarm und eignet sich deshalb gut für Präzisionsanwendungen und für den Einsatz mit sehr niedrigen Leitungsdrücken bei Anwendungen, die eine ruhige, gleichmäßige Bewegung erfordern.

Faktor Kraftübertragung:

Doppelkeilantrieb: Der Keilmechanismus bietet eine große Oberfläche für die Kraftübertragung auf die Backen bei gleichmäßiger Verteilung der Kraft auf die Backen. Die gebräuchliche Einfachkolben-Ausführung ermöglicht ein hohes Greifkraft-zu-Größe-Verhältnis. Ein weiterer Vorteil besteht in der immanenten Synchronisierung der Backenbewegung, die einen zusätzlichen Mechanismus überflüssig macht. Der Doppelkeilmechanismus ist sehr robust und stoßbelastbar.

Direktantrieb: Bei diesem Mechanismus ist der Kolben über einen Stift oder eine Stange direkt mit der Backe verbunden. In der Regel sind zwei Kolben und ein Gestänge für die Backensynchronisierung vorhanden. Dieser Mechanismus ist einfach, kostengünstig und einfach abzuschirmen.

Nockenantrieb: Direkte, synchronisierte Kraftübertragung auf die Backen mit Linienkontakt. Der Mechanismus besitzt einen Drehpunkt pro Backe und kommt mit einem Minimum von beweglichen Teilen aus. Die mechanischen Vorteile der Nocke ermöglichen eine hohe Greifkraft bei relativ kompakter Bauweise. Dieser Mechanismus wird meistens bei Greifern mit Winkelbacken eingesetzt.

Zahnstangenantrieb: Dieser Mechanismus eignet sich besonders für Präzionsanwendungen in reinen Umgebungen. Der synchronisierte Antrieb überträgt die Kolbenkraft über eine Zahnstange, wobei an den Antriebsteilen so gut wie kein Verschleiß auftritt.

Faktor Greifmethode:

Reibung: Das ist die gebräuchlichste Greifmethode, bei der anliegende Kontaktflächen das Werkstück durch Reibungskraft festhalten. Bei einem Druckluftausfall fällt das Teil herunter. Für die Handhabung von öligen oder schmierigen Teilen sind Reibungsfinger ungeeignet. Bei dieser Methode sind in der Regel höhere Greifkräfte nötig. Durch Hartmetallauflagen an der Fingeroberfläche lässt sich die Griffigkeit zwar verbessern, allerdings können zerbrechliche Teile beschädigt werden. Für fragile Teile kann man an den Fingern Urethan-Auflagen anbringen.

Formschlüssig: Die Finger sind so profiliert wie das Teil, das heißt rund zu rund. Der Finger umschließt das Teil kraft- und formschlüssig, wobei der Finger die Greifkraft generiert. Bei einem Druckluftausfall können sich Finger aufgrund der Schwerkraft öffnen und das Teil kann herunterfallen.

Eingehaust: Die Finger sind so profiliert wie das Teil, das heißt rechteckig zu rechteckig. Bei dieser Methode greifen die Finger das Teil oder nähern sich ihm nur an, und die Einhausung hält das Teil in Position. Das gilt als die sicherste Methode, weil bei einem Druckverlust das Teil nicht herunterfällt, sofern keine externe Kraft darauf einwirkt.

Bei der Wahl der Fingerausführung sollte die Sicherheit höchste Priorität haben. Es gibt unterschiedliche Methoden, um bei einem Druckluftausfall ein ungewolltes Lösen des Teils vom Greifer zu verhindern und ein damit verbundenes Verletzungsrisiko oder das Risiko einer Beschädigung des Teils oder der Maschine auszuschalten. Eine Option ist eine Innenfeder, die den Kolben vorspannt und so den/die Finger/Backen am Teil festhält. Allerdings ist dabei auf die adäquate Federkraft zu achten.

Man kann an den Anschlüssen auch ein zusätzliches externes Sicherheitsventil montieren, das in der offenen oder geschlossenen Position die Druckluftzufuhr zum Greifer sperrt. An manchen Greifern lassen sich Absenksperren anbringen, die sich bei einem Druckluftverlust automatisch an den Führungsstangen der Backen festklemmen.