Anwendung - gießen
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D-40880 Ratingen
Autor: Dipl.-Ing. Thomas Janke, L. Janke GmbH L. Janke GmbH
Die Anfänge des automatischen Kerneinlegens
Konventionelle Kerneinleger bestehen aus drei Hauptbaugruppen:
- Einem Fördersystem zur Vorpositionierung der Kerne, als Drehtisch oder Palettenfördersystem.
- Einem Handhabungsmanipulator - in der Regel als Linearhandling - zum Übersetzen der Kerne vom Fördersystem zur Formanlage.
- Einem Greifsystem, meist als pneumatisch betätigter Vielfachgreifer, in dem für jeden Kern ein oder mehrere Greifer integriert sind.
Bild 1: Der Roboter-Kerneinleger
(Quelle: L. Janke GmbH, D-40880 Ratingen)
Grundziele
Die Ziele des automatischen Kerneinlegens sind bis heute gleich geblieben:
- Reduzierung der Ausschussrate durch Erhöhung der Einlegegenauigkeit gegenüber dem manuellen Einlegevorgang.
- Verringerung des Personaleinsatzes durch einen beschleunigten Einlegevorgang in eine unempfindliche Matrize anstatt in die Sandform.
- Verbesserte Arbeitsergonomie, da das präzise Einlegen in die Formstrecke über einen längeren Zeitraum zu Ausfallerscheinungen wie Rückenleiden führen kann.
- Wie bei allen Investitionen ist eine schnelle Amortisation gefordert.
Die Verringerung der Ausschussrate als Grundforderung wird auch bei klassischen Kerneinlegern bereits erreicht. Während beim händischen Einlegevorgang Ermüdungserscheinungen mit fortdauerndem Schichtverlauf oder Unachtsamkeiten des Bedieners schnell zu Formfehlern führen, weist ein automatisches System eine gleich bleibende Genauigkeit auf. Die Präzision wird in der Regel durch eine Zentrierung mit dem Unterkasten der Formanlage realisiert, zum Beispiel durch Ausnutzung der vorhandenen Buchsen des Unterkastens.
Nachteile konventioneller Kerneinleger
Eine Verringerung des Personaleinsatzes war bislang nur selten gegeben:
Die Einlegeposition war ergonomisch betrachtet nicht verbessert gegenüber dem Einlegevorgang an der Formanlage. Somit konnte aus diesem Grunde auch die Einlegegeschwindigkeit nicht erheblich gesteigert werden.
Eine schnelle Amortisation war bei den klassischen Kerneinlegervarianten nur in Großserienanlagen mit einer geringen Teilevielfalt gesichert. Da jede Modellvariante einen kompletten Satz von mindestens 3 - 4 Untermatrizen erforderte, waren die modellabhängigen Kosten schon bei einer geringen Typenvielfalt von einigen Dutzend Modellen beträchtlich.
Bild 2: Roboter-Kerneinleger im Praxiseinsatz
(Quelle: L. Janke GmbH, D-40880 Ratingen)
Der Roboter im Kern
Ein Standardindustrieroboter wie die mittlerweile auch in Gießereien häufiger eingesetzten 6-Achs-Roboter sind als Großserienprodukte in Ihrer Verfügbarkeit kaum zu überbieten (> 99%). Schon aus diesem Grunde ist der Einsatz als Kerneinleger nahe liegend.
Im Gegensatz zu früheren Anlagen (Kerneinleger mit vorgelagertem Drehtisch) wird heute der Kern dem Roboter ohne Umwege direkt in die Greifmatrize übergeben. Durch die flexible Positionierung des Roboters kann dieser die Greifmatrize in eine ergonomische Lage zum Bediener bringen, meist 45 - 60º aufgestellt aus der horizontalen Lage (Bild 3).
Der Roboter verfährt nach Freigabe durch den Bediener oder nach Ablauf einer Wartezeit in die Einlegeposition und legt den kompletten Kernsatz mit hoher Präzision ein (Bild 3).
Bild 3: Beladeposition - Einlegeposition
(Quelle: L. Janke GmbH, D-40880 Ratingen)
Endlich ist ein ergonomisches, schnelles und ermüdungsfreies Beladen des Kerneinlegers möglich. Gleichzeitig reduzieren sich die Werkzeugkosten auf eine Matrize je Modell: Die Greifmatrize des Roboters selbst. Ein Fördersystem ist in dieser Ausführung nicht mehr vorhanden.
Besonderes Augenmerk muss natürlich auf die Absicherung des Bedieners gelegt werden, da der Roboter während des Einlegevorgangs nicht abgeschaltet werden soll. Die Sicherheit des Bedieners muss dabei aber durch ein mehrstufiges Sicherheitssystem gewährleistet werden, das z..B. aus einer Kombination von Lichtvorhang, Schutzkontaktleisten, Lageüberwachung und spezieller Einhausung des Roboters bestehen kann.
Nur unter diesen Voraussetzungen ist die Berufsgenossenschaften in der Lage, die Übergabe an einen „aktiven“ (d.h. in der Regelung befindlichen) Roboter als sicher zu betrachten.
Auch die Greiftechnik hat in den letzten Jahren einen vollständigen Wandel durchlaufen: Während frühere Greifplatten für Sandkerne noch aus einer Vielzahl mechanischer, d.h. meist pneumatischer Einzelgreifer bestanden, kommen heute überwiegend Vakuumsaugmatrizen zum Einsatz. In der Matrize werden die Oberhälften aller Kerne als Negativ abgeformt, so dass der gesamte Satz Kerne für einen Unterkasten gleichzeitig gehalten wird. Diese Matrizen sind kostengünstig herzustellen, vielfach durch den Gießereikunden selbst. Außerdem haben sie sich in Verbindung mit einem leistungsstarken Vakuumaggregat als sehr funktionssicher und präzise erwiesen, selbst beim Fehlen einzelner Kerne.
Die Greifmatrizen sind über ein pneumatisches Kupplungssystem am Roboter angedockt und können von diesem halb- oder vollautomatisch ausgewechselt werden.
Bild 4: Ablauf des Kerneinlegers
(Quelle: L. Janke GmbH, D-40880 Ratingen)
Modellwechsel in drei Varianten
Für den Modellwechsel gibt es drei verschiedene Varianten :
- Beim Modellwechsel über die Formanlage werden die Matrizen dem Kerneinleger über die Formanlage als Transportmedium zugeführt. Die Matrize wird auf den Unterkasten aufgelegt und mit dem Formanlagenschub in die Einhausung des Roboters transportiert. Diese Variante ist kostengünstig und mit 2 Personen zum Ein- und Ausschleusen der Matrizen zu bewerkstelligen.
- Aus einem „Matrizen-Magazin“ oberhalb des Roboters kann dieser die Matrizen vollautomatisch auswechseln. Diese Ausführung benötigt kein zusätzliches Personal, empfiehlt sich vor allem für große Serien mit geringer Typenvielfalt bis ca. 6 Modelle.
- Ein Wechselwagensystem ist die bevorzugte Ausführung bei häufigen Modellwechseln und mittlerer bis großer Teilevielfalt. Der Wechsel kann bequem von einem Bediener durchgeführt werden. Der Roboter legt seine zu wechselnde Matrize auf einem Rollwagen ab, den der Bediener aus der Einhausung herauszieht und sofort einen bereitstehenden zweiten Wagen mit der neuen Matrize einschiebt (Bild 5).
Bild 5: Wechselwagensystem
(Quelle: L. Janke GmbH, D-40880 Ratingen)
Grenzen des Systems
Die Grenzen der Direktbeladung am Roboter liegen nach Meinung des Verfassers bei etwa 15 Kernen pro Unterkasten, je nach verfügbarer Taktzeit der Formanlage. Bei höheren Kernanzahlen kann ein Teil der Kerne jedoch vor oder nach dem Roboter eingelegt werden, da dieser nur wenig mehr als eine Formkastenlänge in Anspruch nimmt.
Am Beladefenster können maximal 2 Bediener gleichzeitig einlegen. Die verfügbare Einlegezeit E eines Bedieners je Kern berechnet sich wie folgt:
[ T – 8 Sek. ] * B
E =
N
Darin ist T ist die Taktzeit der Formanlage, B die Anzahl der Bediener und N die Anzahl der Kerne.
Die Summe der Kerngewichte ist im Wesentlichen durch die Traglast des Roboters beschränkt, abzüglich des Eigengewichtes der Saugeinheit am Roboter, welches ca. 100 kg beträgt.
Das zulässige Einzelgewicht eines Kerns bei Verwendung von Vakuumgreifmatrizen hängt vor allem von seiner angesaugten Oberfläche im Verhältnis zum Kerngewicht ab, ist also geometrieabhängig. Ist die Handhabung mit Vakuumtechnik aus diesen Gründen nicht mehr möglich, können höhere Gewichte durch den Einsatz von mechanischen Greifern ebenfalls bewältigt werden.
Diese Anwendungsbeschreibung wurde ROBOTER-INFO von L. Janke GmbH aus Ratingen zur Verfügung gestellt. An dieser Stelle möchten wir uns für die Genehmigung zur Veröffentlichung dieses Beitrages bei Herrn Dipl.-Ing. Thomas Janke bedanken!
Weitere Informationen über L. Janke GmbH:
www.janke.de
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