Prozesssicheres Absortieren von Faserverbundtextilien

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Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Projektgruppe RMV

Um die genannten Anforderungen erfüllen zu können, wurde in einem abgeschlossenen Forschungsprojekt ein geeignetes Handhabungsprinzip evaluiert und anhand eines Funktionsprototyen die technische Machbarkeit und die erzielbaren Potenziale bei der Handhabung technischer Textilien aufgezeigt. In umfangreichen Testreihen stellte sich heraus, dass das Prinzip des Niederdruckflächensaugens sehr gute Eigenschaften für den Anwendungsfall aufweist. Dazu wurde ein Prototyp aufgebaut, der mithilfe eines Sauglüfters einen Unterdruck erzeugt. Der Vorteil im Vergleich zu Druckluftsystemen besteht darin, dass keine zusätzliche Luftversorgung, sondern ausschließlich ein elektrischer Anschluss benötigt wird (Versorgungsspannung 230 V). Die einzelnen Saugstellen werden mit aktuierten Verschlussbausteinen abgedichtet, um das Ansaugen von Schnittresten zu verhindern. Damit konnte gezeigt werden, dass das Absortieren für technische Anwendungen automatisiert durchgeführt werden kann [5].

Um die benötigte Reife für den Einsatz des Systems im industriellen Umfeld zu erreichen, wurde das Gesamtkonzept des Absortiergreifers in Hinblick auf Prozessstabilität und Wartbarkeit überarbeitet. Eine zentrale Anforderung ist dabei, dass die Saugstellen für den Zeitraum eines industriellen Produktlebenszyklus zuverlässig geöffnet und geschlossen werden können. Außerdem müssen die Saugstellen während des gesamten Prozesses in ihrer eingestellten Position verbleiben.

Des Weiteren dürfen elektrisch leitfähige Kohlefasern, die sich im Luftstrom des Greifers befinden können, keinen Kurzschluss in der Ansteuerungselektronik verursachen. Zudem muss bei Störungen im System eine einfache Fehlersuche sowie bei Instandsetzungsarbeiten eine einfache Zugänglichkeit gewährleistet sein.

Aufbau eines prozesssicheren Greifers zum flexiblen Absortieren filigraner Textilien

Für das überarbeitete Absortiersystem wurde im ersten Schritt die Aktorik für die einzelnen Saugstellen konzipiert. Diese sind in der Lage, auch bei kurzen Prozesszeiten von 1,5 s zuverlässig und wiederholgenau zu schalten. Dadurch ist es möglich, im Prozess mit einem Asynchronlüfter stationär einen Niederdruck zu erzeugen und den Handhabungsschritt nur über das Öffnen und Schließen der Aktoren durchzuführen und somit die Prozesszeit zu senken. Die Verschlussbausteine sind dabei so angeordnet, dass diese im Betrieb selbst dichtend sind und keine Leckvolumenströme entstehen, sodass der Asynchronlüfter bereits bei einer niedrigen Drehzahl betrieben werden kann. Dadurch werden zum einen der Energieverbrauch und zum anderen die Lärmemission reduziert. Bild 4 zeigt den prinzipiellen Aufbau und die Funktionsweise.

Prozessbedingt können sich während des Absortiervorgangs einzelne Faserpartikel von den textilen Halbzeugen lösen. Dies stellt keine Beeinträchtigung der Bauteile dar, jedoch können die Fasern aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit zu Beschädigungen an der Steuerung führen. Um die Gefahr von Kurzschlüssen zu vermeiden, werden die elektrischen Elemente in einem staubdichten Schaltschrank auf dem Endeffektor angebracht. Sämtliche Leitungen und Verbindungen, die Kontakt mit dem Luftstrom haben, sind isoliert, sodass die Fasern keine elektrisch leitfähige Verbindung verursachen können. Zudem wurde ein Filtersystem angebracht, damit sich keine einzelnen Kohlefasern im Abluftstrom befinden und nur gereinigte Abluft im Versuchsfeld auftritt. Dadurch stellen die Fasern auch keine Beeinträchtigung für die Umgebung des Handhabungssystems dar.

Steuerungsarchitektur ist frei skalierbar

Die Steuerung des Systems ist dabei so konzipiert, dass ausschließlich industriell erprobte und verfügbare Standardkomponenten zum Einsatz kommen. Wartungs- und Reparaturarbeiten an der Steuerung können damit am Schaltschrank vorgenommen werden. Die Steuerungsarchitektur wurde dabei so gewählt, dass sie frei skalierbar ist und damit der Greifer mit annähernd beliebig vielen Saugstellen ausgestattet werden kann. Für den Einsatz im industriellen Umfeld wurde die Konstruktion durchgängig nach geltenden EU-Richtlinien durchgeführt. Damit ist eine spätere CE-Kennzeichnung des Greifers berücksichtigt.

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