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Jul 21, 2023

Vibrationswendelförderer für die automatisierte Montage

Vibrationsschüsseln fördern ein breites Spektrum an Metall- und Kunststoffteilen, darunter Schrauben, Muttern, Stifte, Dübel, Kappen, Stecker, Glühbirnenfäden, Gewindeeinsätze und andere Befestigungselemente. Foto mit freundlicher Genehmigung von Mirai

Vibrationsschüsseln fördern ein breites Spektrum an Metall- und Kunststoffteilen, darunter Schrauben, Muttern, Stifte, Dübel, Kappen, Stecker, Glühbirnenfäden, Gewindeeinsätze und andere Befestigungselemente. Foto mit freundlicher Genehmigung von Mirai Inter-Technologies Systems Ltd.

Diese innenliegende (Kaskaden-)Schüssel führt Komponenten für ein Einweg-Verbraucherprodukt zu. Foto mit freundlicher Genehmigung von Arthur G. Russell Co. Inc.

Schüsseln mit Außenprägung haben ein gerades Wanddesign. Die Teile bewegen sich innerhalb der Führung bis zur Oberseite der Schüssel, wo sie zur korrekten Ausrichtung erfasst werden. Foto mit freundlicher Genehmigung von Homer City Automation

Je nach Interpretation kann eine Frage mehr als eine richtige Antwort haben. Stellen Sie sich zum Beispiel die Frage: Wie ist der Zustand der Vibrationswendelförderer, die in der automatisierten Montage eingesetzt werden?

Einige Hersteller antworten möglicherweise mit „Indiana“, da in diesem Bundesstaat seit den frühen 1950er Jahren mehr Anbieter von Vibrationsschüsseln ihren Hauptsitz haben oder hatten als anderswo im Land. Andere interpretieren das Wort „Staat“ jedoch möglicherweise so, dass es sich auf die wirtschaftliche Marktlage bezieht, und antworten „sehr stark“. Auch sie hätten recht.

„Der Markt für Vibrationswendelförderer ist dynamisch und wächst weiter, um mit den wachsenden Produktionsanforderungen Schritt zu halten“, bemerkt Greg Pflum, Präsident von Performance Feeders Inc. „Ein Hauptgrund dafür ist, dass Hersteller, die nachgerüstet haben, wissen, dass es notwendig ist, die Montage und Automatisierung zu automatisieren.“ Produktionskosten minimieren.“

Obwohl sich Performance Feeders heute in Florida befindet, hatte das Unternehmen seinen Hauptsitz Anfang der 1970er Jahre ursprünglich in der Gegend von Indianapolis und blieb dort bis 2007. Der Zulieferer baut Zuführbehälter für Erstausrüster und Tier-1-Unternehmen in der Automobil-, Medizin-, Luft- und Raumfahrt-, Haushaltsgeräte- und Konsumgüterindustrie.

Im vergangenen Jahr wurde für einen Hersteller medizinischer Geräte ein komplexes Einbehälter-Vibrationszuführsystem entworfen. Die Schüssel richtet drei Arten von zylindrischen Kunststoffteilen so aus, dass das offene Becherende nach oben zeigt. Die Teile werden in vier Linien aus der Schüssel zugeführt, die zu zwei Linien zusammenlaufen und dann auf eine Vibrationsbahn mit zehn Linien weitergeleitet werden, die Hunderte von Teilen sammelt, bevor sie zur weiteren Montage freigegeben werden.

Die Schüssel hat einen Durchmesser von 30 Zoll und verfügt über Außenwerkzeuge, die 300 Teile pro Minute fördern. Laut Pflum ist die Schüssel speziell dafür konzipiert, zu verhindern, dass sich Teile in Hohlräumen festsetzen und in der Schüssel zurückbleiben, wenn die Art des zugeführten Teils geändert wird.

Vibrationswendelförderer eignen sich auch hervorragend für einfache automatisierte Anwendungen, etwa die Ausrichtung eines Teiltyps und dessen Zuführung zu einem Roboter, einem Zuführrohr oder anderen Geräten. Diese Flexibilität ist der Hauptgrund dafür, dass Fördertröge so häufig zum Vereinzeln und Ausrichten von Massenteilen eingesetzt werden. Ein weiterer Grund ist die einfache Bedienung, obwohl es zahlreiche Tipps, Techniken und Best Practices gibt, die Hersteller täglich umsetzen können, um die Leistung zu optimieren.

Vibrationswendelförderer werden nach der Position ihrer Förderwerkzeuge kategorisiert. Schüsseln mit Innenwerkzeug haben eine Kaskadenform oder eine konische Form (wie ein Wok), wobei Letzteres in Europa weitaus häufiger vorkommt. Schüsseln mit Außenprägung haben ein gerades Wanddesign. Das Werkzeug besteht aus Metall und ist je nach Material, Größe und zugeführtem Teil WIG-geschweißt oder mit der Schüssel verschraubt.

Die Schalen haben einen Durchmesser von 3 bis 60 Zoll; werden aus robustem Kunststoff oder Aluminium gegossen und gefräst oder aus Stahl oder Edelstahl gefertigt. Sie sind in der Regel kundenspezifische Werkzeuge, um ein bestimmtes Teil oder einen Teilesatz auszurichten und zuzuführen. Aus diesem Grund ist der manuelle Schüsselbau „keine Wissenschaft, sondern wirklich eine schwarze Kunst, die durch Erfahrung erlernt werden muss“, behauptet Ron Merle, Anwendungsmanager bei Homer City Automation.

Während des Betriebs schüttet ein Trichter, Elevator oder Vorförderer Teile in die Schüssel, die auf einer vibrierenden Antriebseinheit sitzt. Die Amplitude der Vibrationen wird von einem nahegelegenen Controller gesteuert. Wenn die Antriebseinheit eingeschaltet wird, versetzt sie die Schüssel in Vibration und drückt die Teile entweder auf die Innenwerkzeuge (in Kaskadenschüsseln) oder auf schmale geneigte Schienen (in Schüsseln mit geraden Wänden).

Teile, die an einem bestimmten Punkt des Innenwerkzeugs nicht richtig ausgerichtet sind, werden auf den unteren Abschnitt des Werkzeugs zurückgeworfen und zurückgeführt. Im Gegensatz dazu wandern Teile in Behältern mit geraden Wänden über die Führung bis zur Oberseite des Behälters, wo sie zur korrekten Ausrichtung erfasst werden. Dort falsch ausgerichtete Teile werden zur Rückführung in eine Rücklaufwanne geblasen.

Funktionierende Vibrationsfördertrommeln erzeugen einen durchschnittlichen Geräuschpegel von 90 bis 100 Dezibel. Dieses Volumen entspricht einer Kreissäge, die Holz durchschneidet.

Laut Merle fördern Vibrationsschalen ein breites Spektrum an Metall- und Kunststoffteilen, darunter Nägel, Schrauben, Muttern, Stifte, Dübel, Kappen, Schlag- und Stanznieten, Clips, Stopfen, Ringe, Glühbirnenfäden, Gewindeeinsätze usw -Verbindungselemente und andere Teile.

Kaskadenschüsseln werden häufiger zum Zuführen einfacher bis mäßig komplexer Teile (z. B. mit Köpfen versehener Teile) verwendet, da sie über einen begrenzten Werkzeugbereich verfügen. Für die Ausrichtung komplexerer Teile werden äußere Gleisschalen bevorzugt.

Interessanterweise sind Vibrationsförderer Opfer ihres eigenen Erfolgs geworden. Die Technologie funktioniert schon seit so langer Zeit so gut, dass Innovationen in Design und Funktion der Schüssel nicht nötig waren. Allerdings wurden in den letzten zehn Jahren einige Fortschritte im Zusammenhang mit anderen Komponenten des Speisesystems erzielt.

Traditionell basieren Futterantriebe auf elektromagnetischen Spulen, um Trommeln in Schwingung zu versetzen. Aber das ist nicht mehr die einzige Option. Mirai Inter-Technologies Systems Ltd. vertreibt seit einigen Jahren Sanki-Antriebe mit piezoelektrischen Resonatoren aus Feinkeramik (Bleititanat und Bleizirkonat).

„Wir haben das Bewusstsein vieler Hersteller in Nordamerika für die Vorteile dieser Technologie aus Japan geschärft“, sagt Nathan Scott, Manager für Technik und Vertrieb bei Mirai. „Mehr als 90 Prozent der von uns gebauten Zuführsysteme verfügen mittlerweile über piezoelektrische Antriebe.“

Da piezoelektrische Vorschubgeräte direkt von Blattfedern angetrieben werden, die mit hoher Geschwindigkeit schwingen, können sie kleine, dünne Teile ohne Wackeln zuführen. Laut Scott verbrauchen piezoelektrische Feeder 70 Prozent weniger Energie als elektromagnetische Feeder, sind von Umgebungsbedingungen unbeeinflusst und erzeugen keine Wärme. Darüber hinaus muss die Antriebsfeder nicht angepasst werden. Sobald die Ausrüstung fertig ist, werden die Feeder digital eingestellt, ohne dass die Antriebsfedern angepasst werden müssen. Die Steuerungen passen sich automatisch an 50 oder 60 Hertz an.

Afag Automation Inc. stellt elektromagnetische Spulenantriebe her, die jedoch nach einem Gegenschwingungsprinzip arbeiten, das als reaktive Kraftkompensation bekannt ist. Sean McBride, nationaler Vertriebsleiter bei Afag, sagt, dass diese Technologie die Übertragung von Vibrationen auf die angeschlossenen Linearförderer verhindert und es ihnen ermöglicht, sie in sehr enger Toleranz neben der Schüssel zu montieren.

Da kein Gummipuffer erforderlich ist, werden Linearförderer präziser am Trommelausgang und in der Nähe von Hemmungsgeräten positioniert. Die Technologie ermöglicht auch die Zuführung von Teilen mit komplexer Geometrie.

Eine weitere wichtige Komponente des Zuführsystems ist die Steuerung, die einen zeitgesteuerten Stromimpuls von der Stromleitung durch die Antriebsspulen abgibt, um Vibrationen zu erzeugen. Der Controller muss so abgestimmt werden, dass seine Impulsfrequenz pro Sekunde mit der des Stromnetzes übereinstimmt: 60 Hertz in Nordamerika und 50 Hertz in Europa und den meisten Teilen Asiens.

VibroBlock-Regler von Arthur G. Russell Co. Inc. sind selbstoptimierend. „Modernste Elektronik in der Steuerung variiert die Dauer der Energieimpulse zum Antrieb automatisch und ganz leicht, was zu einer genauen Kontrolle der Amplitude und einem effizienten Schüsselbetrieb führt“, sagt Bill Mis, Vizepräsident für Vertrieb bei Arthur G. Russell.

„Wenn sich eine Schüssel leert und leichter wird, beginnen die Teile oft viel wilder zu springen, als wenn die Schüssel voll war“, erklärt Doug Daubenspeck, seit 26 Jahren Projektingenieur bei Vibromatic Co. Inc. „Früher waren es die einzigen Optionen für den Bediener.“ Es wäre gewesen, entweder die Vibrationsfrequenz manuell zu senken oder weitere Teile hinzuzufügen.“

Heutzutage verwenden Hersteller jedoch eine digitale Steuerung in ihrem Zuführsystem, um eine konstante Frequenz sicherzustellen. Bei der MFS-Serie (hergestellt von der deutschen Firma REO) gibt ein Bediener einen Frequenzsollwert ein und die Steuerung behält ihn bei, unabhängig davon, wie viele Teile sich in der Zuführschale befinden. Vibromatic vertreibt den Controller seit 2001.

Ein weiterer Bereich, in dem sich die Technologie weiterentwickelt hat und es Monteuren ermöglicht, den Prozess der Teilepositionierung erheblich zu verbessern, ist die maschinelle Bildverarbeitung. Kameras und Vision-Sensoren sind schneller, genauer und günstiger als je zuvor. Darüber hinaus erhöhen sie die Flexibilität von Zuführbehältersystemen für die Handhabung von Teilen unterschiedlicher Größe und Form erheblich.

Daher werden Bildverarbeitungssysteme regelmäßig in die Schüsselwerkzeuge integriert, betont Gary Marsh, Executive Vice President of Sales bei Shibuya Hoppmann Corp. Kameras überprüfen die Teileausrichtung am Schüsselausgang genau, während Sensoren häufig verschiedene Bereiche der Schüssel überwachen, um automatisch auszulösen B. den Vorförderer oder den Trichter, um die Teile auf einem optimalen Niveau für den Schüsselbetrieb zu halten. Mit fotoelektrischen Sensoren können sogar Wendelförderer abgeschaltet werden, wenn ein Bediener abwesend ist oder der Teilefüllstand zu niedrig ist.

Obwohl Vibrationsschüsseln in der Regel nur für die Zufuhr eines bestimmten robusten Teils ausgelegt sind, gibt es mehrere Möglichkeiten, ihre Flexibilität zu erhöhen. Um zerbrechliche Teile zuzuführen, kann die Schüsseloberfläche (innen und außen) mit Urethan, Gummi, Teflon oder Polyurethan ausgekleidet werden. Dave Goodenough, Leiter der Robotertechnologieentwicklung bei Edgewater Automation, sagt, dass diese Auskleidung auch den Lärm verringert.

Teile sollten immer sauber und trocken sein, unabhängig von Größe oder Material, empfiehlt McBride. Hersteller müssen außerdem sicherstellen, dass die im letzten Testlauf verwendeten Teiletypen mit denen übereinstimmen, die in der realen Produktion verwendet werden. Wenn sie unterschiedlich sind, bietet der Lieferant möglicherweise nicht das optimale Schüsseldesign an.

Wenn es um den ordnungsgemäßen Betrieb des Feeders geht, sollten Sie sich mehr auf Ihren Lieferanten verlassen, es sei denn, der Bediener verfügt über umfassende Erfahrung oder Schulung. McBride schlägt außerdem vor, den Leitungsleitern und Technikern mehr Kontrollzugriff auf die Feeder zu gewähren als den Bedienern.

Es ist auch eine gute Idee, einen regelmäßigen Reinigungs- und Wartungsplan aufzustellen und einzuhalten. Dies kann das sorgfältige Abwischen oder Ausblasen aller Schüsselbereiche mit Luft umfassen, um Staub und Schmutz zu entfernen. Zuführgeräte, die Teile mit einer Beschichtung handhaben, benötigen auf jeden Fall eine zusätzliche Reinigung, sagt McBride.

„Streben Sie stets nach einer konstanten Feeder-Leistung“, sagt Scott. „Wenn der Feeder morgens gut läuft, später am Tag jedoch schlecht, kann es sein, dass die elektromagnetischen Spulen übermäßig durch die Temperatur-, Spannungs- oder Frequenzunterschiede am Fließband beeinträchtigt werden. Der Einsatz eines piezoelektrischen Antriebs könnte dieses Problem lösen.“

Stellen Sie sicher, dass der Abstand der enthaltenen Abschnitte die richtige Höhe hat. Scott sagt, dass zu wenig oder zu viel vermieden werden sollte. Ein ausreichender Abstand ist derjenige, der es den Teilen ermöglicht, sich (unter Vibration) vorwärts zu bewegen, ohne zwischen den Schienen einzuklemmen.

Bei der Speisung empfindlicher elektronischer Bauteile wie Chip-Kondensatoren, Chip-Widerstände und Steckverbinder empfiehlt Scott die Verwendung von piezoelektrischen Speisern. Der Grund dafür ist, dass diese Feeder mit höherer Frequenz und geringerer Amplitude vibrieren.

„Eine Futterschüssel dient zum Zuführen von Teilen, nicht zum Lagern“, sagt Merle. „Entwerfen Sie Ihr System nicht so, dass der Bediener lediglich Teile wegwirft und stehen bleibt, bis die Schüssel fast leer ist. Verlassen Sie sich dabei auf den Vorförderer oder den Trichter. Eine Überfüllung einer Schüssel führt häufig zu Verklemmungen, aber zu wenige Teile führen zu einer unzureichenden Förderleistung.“

Wann immer möglich, sollten Hersteller Zulieferer in die Teilekonstruktion einbeziehen. Dadurch entfällt das kostspielige und zeitaufwändige Problem, bestimmte Teile nachträglich fördererfreundlicher zu gestalten. Zu den Beispielen gehören laut Merle 3D-Teile, denen möglicherweise eine Lasche hinzugefügt werden muss, oder asymmetrische Teile, die symmetrischer gestaltet werden müssen.

Daubenspeck weist darauf hin, wie wichtig es ist, den Feeder-Antrieb optimal einzustellen. Bei falscher Abstimmung sind die Spulen über- oder unterfedert und die Spulenspannung entspricht nicht der Eigenfrequenz der Speisermasse. Beide Bedingungen verhindern, dass die Fördermasse in ihre neutrale Position zurückkehrt, bevor der nächste Impuls innerhalb von 0,5 Sekunden auftritt. Normaler 60-Hertz-Strom erzeugt 120 magnetische Zyklen pro Sekunde und überträgt diese auf die Schüssel.

„Beachten Sie, dass sich die Qualität der von Ihnen zugeführten Teile im Laufe der Zeit ändern kann“, sagt Pflum. „Teile, die mit einer neuen Matrize geformt wurden, weisen möglicherweise keine Grate auf, aber Jahre später, wenn die Matrize abgenutzt wird, können Grate auftreten. Ein Wechsel der Teilelieferanten kann auch dazu führen, dass Teile schwieriger zuzuführen und auszurichten sind.“

Jim ist leitender Redakteur von ASSEMBLY und verfügt über mehr als 30 Jahre redaktionelle Erfahrung. Bevor er zu ASSEMBLY kam, war Camillo Herausgeber von PM Engineer, Association for Facilities Engineering Journal und Milling Journal. Jim hat einen Abschluss in Englisch von der DePaul University.