Wechselschnittstelle für den Greiferbaukasten der Mikrosystemtechnik

Vortragsgliederung Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick

Einordnung in Baukastenstruktur Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick Einordnung in Baukastenstruktur Übergeordnetes System (Montagemaschine mit globalem Positioniersystem) Direkte Verbindung (externe Ansteuerung/ externe Versorgung) Schnittstelle 1.1 Justiermodul/ Trägermodul Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.2 Schnittstelle 2.3 Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Optisches Sensormodul Aktorsteuerung/ Sensorsignalverarbeitung Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Schnittstelle 1.2 . . Schnittstelle 2.1 Schnittstelle 2.1 Greifantriebsmodul Greifantriebsmodul Schnittstelle 3 Schnittstelle 3 Greifkinematik- modul Greifkinematik- modul Greifsensorik-modul Schnittstelle 4 Schnittstelle 4 Wirksystem Wirksystem Greifsensorik-modul

Existierende Lösungen: Werkzeugwechselsystem Schunk SWS Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick Existierende Lösungen: Werkzeugwechselsystem Schunk SWS 12 Baugrößen von Außen- 47mm bis  243mm Elektromodul ankoppelbar mit bis zu 30 Kontakten je nach Baugröße 6 bis 10 fluidische Übertragungen integriert Selbsthemmung in verriegeltem Zustand Automatische Ver- und Entriegelung (pneumatisch) Wartungsfrei bis 2 Mio. Zyklen! Wechselkopf Adapter

Anforderungen an das Werkzeugwechselsystem Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick Anforderungen an das Werkzeugwechselsystem Baugröße mehrere Größen mit Außendurchmesser von 15 bis 35mm Fluidische Durchführungen Medium: Druckluft, Stickstoff, Vakuum; (ferner Alkohol, Wasser, Lösemittel, Kleber, Adhäsives) Druckbereich >0.1 bar, < 6 bar Volumenstrom Druckluft: 10 - 20 l/min (< 45 l/min), Vakuum: 50 l/min Elektrische Durchführungen Spannung max. 24V, Frequenz bis 20kHz, Strom max. 1A; Sonstige Anforderungen minimale Bauhöhe, größtmögliche Apertur manuelle oder automatische Betätigung der Verriegelung Verriegelungskraft größer 20N „Standardisierungsfähig“ (DIN 32565 Endeffektorschnittstelle)

Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick Struktur der Normung Normung besitzt mehrere Ebenen mit steigendem Detaillierungsgrad: Ebene 1: Lage, Größe und Form der Öffnungen für Durchführungen und Befestigungen Ebene 2: Geometrie der mechanischen Ankopplung Ebene 3: Standardbelegung Ebene 4: Spezifikation der Koppelelemente

Prinzip der Lagefixierung Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick Prinzip der Lagefixierung Befestigungsschrauben Kopf „Schwertstift“ Rot. Z Plananlage Pos. Z Einführhilfen Adapter Zylindrische Paßfläche Pos. X,Y Rot. X,Y

Ebene 1: Lage und Form der Öffnungen Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick Ebene 1: Lage und Form der Öffnungen Befestigungsbohrungen Durchführungen

Ebene 2: Geometrie der mechanischen Ankopplung Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick Ebene 2: Geometrie der mechanischen Ankopplung Zentrierhilfen Einstich zur Übertragung von Axialkräften Zylindrische Passfläche Kontur für alle Baugrößen gleich, mit unterschiedlichem Abstand zur Achse Z

Ebene 2: Geometrie der mechanischen Ankopplung Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick Ebene 2: Geometrie der mechanischen Ankopplung Passstiftbohrung

Ebene 3: Standardbelegung Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick Ebene 3: Standardbelegung Kontaktfläche für elektrische Koppelelemente Kontaktfläche für fluidische Koppelelemente

Ebene 4: Spezifikation der Koppelelemente Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick Ebene 4: Spezifikation der Koppelelemente Elektrische Leistung: U=24V DC, Imax=1A Pneumatik: p=0,6MPa Vakuum: p=0,01MPa

Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick Funktionsprinzip Toleranzausgleich durch Nachgiebigkeit des Ringes Betätigungsring Wechselkopf Adapter Verriegelungselemente

Vorteile Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick Flach bauend (5mm) Hohe Volumenausnutzung (55% des Wechselkopfvolumen stehen für Durchführungen, Befestigung, etc. zur Verfügung) Einfache manuelle Bedienung Keine Kraftumlenkung damit hoher Wirkungsgrad Relativ geringe Betätigungskraft durch Formoptimierung (Tangentialkraft ca. 5N) Toleranzausgleich durch federnden Ring 2 stabile Raststellungen offen/geschlossen

Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick Nachteile Offene Bauweise (evt. kritisch für Anwendungen im Reinraum) Tangentiale Krafteinleitung bei automatischem Wechsler mit Querkräften auf die Achse verbunden

Aufbau einer Werkzeugwechselstation Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick Aufbau einer Werkzeugwechselstation Einfräsungen zur Aufnahme in Wechslermagazin Verzahnung für automatische Betätigung

Aufbau elektrische Kontakte Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick Aufbau elektrische Kontakte O-Ring NBR Schnurstärke 1mm Innendurchmesser 1,5mm Kabel mit Querschnitt bis 0,5mm² möglich Kontaktstift mit Gewinde M1,2 in axialer und radialer Bohrung Gewindestift ISO 4766 M1,2x2 Kontaktstelle mit kegeligem Zapfen und Senkung unterschiedlicher Steigung ergibt Linienberührung Bohrung für Kabelführung radial nach innen und außen Kontaktstift umgedreht eingebaut

Messwerte elektrische Kontakte Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick Messwerte elektrische Kontakte Federkennlinie nahezu linear: Federrate=25N/mm Kraftbereich verriegelt: ca. 3N< Andrückkraft < 6N Funktionsmuster: Verriegelungsweg 0,3mm je Kontaktstift ca. 0,15mm = 4N Isolationswiderstand zum Gehäuse: 10-20 MOhm (gemessen bei 500V) Kontaktwiderstand < 0,1 Ohm Strombelastbarkeit: 2A geprüft Montage: mit etwas Geschick von Hand ohne Werkzeug möglich

Fluidische Durchführungen Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick Fluidische Durchführungen Druckluftschlauch Durchmesser: - außen 3mm - innen 1,8mm Luftanschlussstift: Durchmesser: - außen 2,2mm - innen 1mm O-Ring NBR Schnurstärke 1mm Innendurchmesser 1,5mm Verschlussschraube M2.5x3 oder Fluidanschluss Variante ohne radiale Abgänge

Weitere Vorgehensweise Einleitung Normvorschlag Verriegelung Durchführungen Ausblick Weitere Vorgehensweise Bau und Detailoptimierung weiterer Prototypen insbesondere für automatisches Wechseln Weiterhin Begleitung des Normenausschusses FuO Integration in Demonstrator Erprobung Präsentation und Vertriebstart auf der Motek 2003