Untersuchungen zum Kraftübertragungsverhalten von Vakuumgreifsystemen für Hohlkörper

Abstract

Untersuchungen zum Kraftübertragungsverhalten von Vakuumgreifsystemen für Hohlkörper In dieser Arbeit wurde der Wirkzusammenhang, das Versagen und das Kraftübertragungsverhalten von Vakuumgreifern analysiert. Zu Beginn der Arbeit wurde ein neuartiges Greifkonzept für Hohlkörper entwickelt. Darauf basierend können Greifsysteme ausgelegt werden, die zum Palettieren bzw. Depalettieren von variierbaren Hohlkörpern in verschiedenen Anordnungen geeignet sind. Das verwendete Greifprinzip ist weitestgehend analog demjenigen der Standardvakuumgreifer. Der wesentliche Prinzipienunterschied ist, dass es unter Belastung bei dem neuen Greifprinzip nicht zu einer Einschnürung der Fläche, an der die Unterdruckkräfte wirken, kommt, solange stabile Hohlkörper ausgewählt werden. Dieser Vorteil unterstützt eine genaue Analyse des Wirkzusammenhangs, wie sie im Rahmen dieser Arbeit an dem neuen Greifkonzept durchgeführt wird. Als Grundlage diente ein aufgestelltes Kräftemodell. Zu seiner experimentellen Überprüfung wurden zwei Versuchsstände entwickelt. Mit diesen konnten sowohl statische als auch dynamische Versuche durchgeführt werden. Kernpunkte der Messungen waren der Leckstrom unter Belastung und die vertikale Abreißkraft, sowie der Grenzdruck bei zentrischer, außermittiger und beschleunigter vertikaler bzw. horizontaler Bewegung. Der Grenzdruck ist derjenige Druck, bei dem das Versagen des Greifsystems beginnt. Die Auswertung der theoretischen Betrachtungen auf Basis des Kräftemodells, im Vergleich mit den experimentellen Ergebnissen, bestätigte die Erfahrungen bei den Standardsaugelementen. In Abhängigkeit der gewählten Randbedingungen existieren Bereiche, wo die theoretischen und praktischen Ergebnisse sehr gut übereinstimmen. Allerdings können bei bestimmten Randbedingungen auch Abweichungen von 50 % und mehr festgestellt werden. Da die zu greifenden Hohlkörper ausreichend stabil gewählt wurden, war eine signifikante Einschnürung des Hohlkörpers an der Kontaktfläche nicht möglich. Die zuvor angesprochenen Abweichungen mussten daher auf andere, noch unbekannte Einflussgrößen zurückgeführt werden. Die Versuchsergebnisse wiesen hierbei einerseits auf die Abdichtung an der Schnittstelle zwischen Greifer und Hohlkörper, andererseits auf die Eigenschaften des Unterdruckerzeugers. Basierend auf weiteren systematischen Überlegungen und Untersuchungen konnte in der Folge gezeigt werden, dass nicht alleine der Druck im Saugraum des Hohlkörpers für das Kraftübertragungsverhalten des Unterdruckgreifsystems entscheidend ist, sondern auch die sogenannte ''minimale Dichtkraft``. Die Dichtkraft als solche ist für die Abdichtung am Greifsystem eine maßgebliche Größe. Die ''minimale Dichtkraft`` ist dabei derjenige Wert , bei der das Gesamtsystem gerade noch stabil ist. Unter Gesamtsystem ist hier der Aufbau aus Hohlkörper, Greifsystem und Unterdruckerzeuger zu verstehen. Im Versagensfall erfolgt konsequenterweise das Lösen eines Hohlkörpers vom Greifer. Ursache ist die Instabilität des Gesamtsystems. In der vorliegenden Arbeit wurden die angesprochenen Wirkzusammenhänge, die Einflussgrößen und das Entstehen der Instabilität des Gesamtsystems genauer analysiert.