Acht vragen voor grijperselectie

Destaco1

Het kiezen van de juiste grijper resulteert in optimale prestaties, uptime en veiligheid voor de gebruiker, maar alleen als alle operationele en ontwerpfactoren voldoende zijn afgewogen voordat de beslissing wordt genomen.

De waaier aan grijperkeuzes waarover installatie-exploitanten kunnen beschikken, kan zeer verwarrend en overweldigend zijn. De grote verscheidenheid aan grijperstijlen - die allemaal hun eigen unieke grootte, manier van werken, bedieningsatmosferen en vereiste niveau van menselijke interactie hebben - kunnen op het eerste gezicht verblindend en ontmoedigend zijn. Dit kan mogelijk leiden tot een grijperkeuze die niet echt voldoet aan de behoeften van de automatiserings­toepassing of het grotere productieproces.

Een operator moet alle variabelen zorgvuldig overwegen, wetende dat het niet voldoende is om willekeurig een grijper te kiezen uit de pagina’s van een verkoopcatalogus of uit de schappen. Grijpers, zowel pneumatisch als elektrisch, kunnen drie basisfuncties uitvoeren:

1) Onderdeeloverdracht van en naar een transportband, werkstation of machine. Veel voorkomende toepassingen voor het overbrengen van onderdelen zijn machinebelading, het plaatsen van ­onderdelen, laden en lossen, en boksen, kratten of palletiseren.

2) De oriëntatie van een onderdeel is een taak waar de grijper nodig is bij het uitlijnen van een onderdeel ter voorbereiding van de volgende processtap, zoals precisieoriëntatie voor het aanbrengen van een etiket, voorbereiding voor het inbrengen van een tray of verpakking in dozen.

3) Een grijper is nodig om het onderdeel stevig op zijn plaats te houden, terwijl een handeling wordt uitgevoerd. Dit type activiteit kan veel moeilijker zijn met een grijper, omdat de grijper niet alleen het onderdeel moet vasthouden tijdens het werk, maar ook bestand moet zijn tegen de uitgeoefende krachten als gevolg van boren, stampen of een markeer­proces. Deze extra toegepaste krachten moeten in aanmerking worden genomen om een grijper op de juiste maat te krijgen.

In dit artikel worden acht vragen belicht die moeten worden gesteld, voordat een goede grijperkeuze kan worden gemaakt.

  1. Wat zijn de operationele vereisten?

Eindgebruikers en systeemintegratoren moeten een overkoepelend, groot beeld (of macro) van de activiteiten van de productiefaciliteit hebben. In het huidige geautomatiseerde productiesysteem is de eerste beslissing om te kiezen tussen een elektrische of pneumatisch aangedreven grijper. Beide vervullen dezelfde basisfuncties, maar er zijn enkele duidelijke doorslaggevende factoren bij de keuze.

Elektrische grijpers hebben een vermindering van het geluid dat tijdens het gebruik wordt gegenereerd in vergelijking met pneumatische grijpers. Ze zijn zeer geschikt voor het minimaliseren van verontreinigingen in ­gevoelige omgevingen, zoals in de voedings-, farmaceutische en elektronische industrie. Deze grijpers kunnen aanvullende analytische feedback geven over de bedrijfsprestaties of informatie over het onderdeel dat hij vastgrijpt, zoals grootte van de grijper en gewicht. De elektrische grijper is zeer eenvoudig te installeren, waardoor hij geschikt is voor ervaren en beginnende gebruikers. Deze apparaten worden rechtstreeks aange­sloten op een besturingssysteem/plc met standaard basisbedrading. 

Destaco 2

De kracht van de pneumatische grijpers is de bedieningssnelheid, het kleinere oppervlak en de lagere kosten voor een elektrische grijper bij het vergelijken van de grijpkracht in verhouding tot de grootte van de grijper. Pneumatische grijpers zijn zeer luidruchtig in vergelijking met een elektrische versie. Deze typen grijpers zijn over het algemeen beperkt in de feedback die ze aan het besturingssysteem geven. Feedback is meestal in de vorm van een grijpgedeelte, open of gesloten status. Een pneumatische grijper heeft, hoewel de initiële kosten lager zijn, aanzienlijke ­verborgen kosten. Deze grijpers hebben lucht, filters, fittingen, kleppen, compressoren, en dergelijke nodig om ze aan te sluiten op een besturings­systeem of plc. Deze pneumatische fundering kan al geïnstalleerd zijn in de faciliteit en wordt daarom vaak niet beschouwd als een deel van de kosten voor het toevoegen van een andere pneumatische grijper. Pneumatisch aangedreven grijpers - ook wel luchtaangedreven grijpers ­genoemd - zijn al vele jaren de standaard met meer dan 95% van de grijpers in gebruik.

  1. Is het werkgebied schoon of vervuild?

Hoewel deze taken vrij eenvoudig zijn voor een automatiseringssysteem, begint de complexiteit van de keuze van de grijper zich te manifesteren in het proces van het succesvol identificeren en implementeren van het juiste type grijper voor de bedrijfsomstandigheden. In de breedste zin van het woord zijn er twee veelvoorkomende klassen van werkomgevingen die in aanmerking moeten worden genomen:

Schone omgeving: De focus van deze omgeving is erop gericht om te voorkomen dat vet of verontreinigingen op of in de grijper vrijkomen in de werkomgeving, om te voorkomen dat het onderdeel of proces - zoals voedsel en medicijn - vervuild raakt. De noodzaak om te zorgen voor schone productieomgevingen is gebruikelijk in de medische, farmaceutische, elektronische en voedingsmiddelenindustrie, waar slechts zeer kleine hoeveelheden lucht of oppervlakteverontreinigingen zijn toegestaan. Zoek in dit geval naar een grijper met een Clean Room-certificaat dat is goedgekeurd voor gebruik in cleanroomomgevingen. Een hulpmiddel om een schone werkomgeving te garanderen, is het gebruik van de spoelpoorten die beschikbaar zijn op veel modellen grijpers. Scavenge-poorten worden gebruikt om te voorkomen dat verontreinigingen uit de luchtgrijper in het milieu terechtkomen.

Verontreinigde omgeving: In een verontreinigde omgeving moet de grijper worden beschermd tegen externe verontreinigingen die zich in de bedrijfsomgeving kunnen bevinden. Deze verontreinigingen kunnen in de vorm van zaagsel, metaalkrullen, chemicaliën, et cetera zijn. Het is van cruciaal belang om contaminanten uit een grijper te houden om ervoor te zorgen dat deze gedurende zijn hele levensduur probleemloos blijft functioneren. Hoge niveaus van vuil, puin, olie en vet zijn gebruikelijk in de automobielindustrie, gieterij, machinebouw en algemene industriële toepassingen. Deze omgevingen kunnen de werking van de grijper nadelig beïnvloeden.

Om de effecten van vervuiling tegen te gaan, zijn er op veel pneumatische grijpermodellen purgeerpoorten beschikbaar. Deze poorten kunnen een tweeledig doel hebben - ten eerste om te voorkomen dat verontreinigingen binnendringen en ten tweede om te smeren. De spoelpoort ­bevindt zich op het grijperlichaam en heeft een kanaal naar het interne mechanisme van de grijper. Tijdens de werking van de grijper wordt een kleine hoeveelheid lagedruklucht ingebracht om de positieve druk in de behuizing van de grijper te behouden. Deze positieve druk voorkomt dat verontreinigingen tijdens de werking in het interne grijpermechanisme worden gezogen. De optionele toevoeging van vetfittingen voegt een extra laag bescherming voor de grijper toe.

  1. Is een afgedichte of afgeschermde grijper nodig?

Of het nu gaat om een schone of vuile omgeving, de implementatie van standaard of op maat gemaakte afschermingen (of afdichtingen) kan worden gebruikt om op betrouwbare wijze vuil van de grijpermechanismen af te leiden in een vuile omgeving, of om te voorkomen dat vet en inwendige omhulsels in een schone omgeving terechtkomen. De afscherming van de grijper kan bestaan uit een verscheidenheid aan stijlen en materialen, waaronder eenvoudige onderdelen of deksels van plaatstaal, flexibele laarzen, balgen of lippenwissers. Afscherming kan worden ­aangeboden als onderdeel van de grijper als standaard, optioneel of als speciaal verzoek van de eindgebruiker. Gebruikers kunnen ook hun eigen afscherming toevoegen als onderdeel van een systeemintegratie.

Pneumatische grijpers kunnen worden gemaakt van een verscheidenheid aan materialen en gespecialiseerde processen. Verschillende materialen en coatings, zoals roestvrij staal, vernikkelen en hard-coat anodiseren, kunnen ervoor zorgen dat oppervlakken niet corroderen of dat er geen vuil blijft plakken, waardoor de grijperbekken zich uiteindelijk binden. In cleanroom- of voedselverwerkende toepassingen kunnen deze coatings ook oxidatie of bacteriële ophoping voorkomen die in de werkomgeving kan vrijkomen. Diverse smeermiddelen kunnen worden gebruikt om ­beter om te gaan met specifieke omgevingen of eventuele afwasbeurten. Pneumatische afdichtingen die zijn ontworpen om extreme temperaturen of gruis en puin aan te kunnen, spelen een rol bij de afscherming.

  1. Wat zijn de belangrijkste specificaties van de grijper?

Zodra de volledige breedte en de eisen van de werkomgeving zijn vastgelegd, kan de systeemontwerper beginnen na te denken over de eigenlijke grijpers zelf, wetende dat het basisontwerp en de constructie van de grijper een grote invloed kunnen hebben op de algemene prestaties in elke productieomgeving. Een ding om op te merken is dat een grijper bestaat uit drie basisonderdelen: het lichaam (inclusief de krachtoverbrenging), de kaken en de vingers. Over het algemeen ontwerpt en bouwt de fabrikant van de grijper alleen het lichaam en de kaken van de grijper - bekend als de ‘wijze van bediening’. Ondertussen levert de machinebouwer of eindgebruiker de aangepaste vingers om het betreffende onderdeel vast te pakken of in te kapselen. Bij het selecteren van een grijper is de juiste vingerlengte voor elke toepassing belangrijk. En bij het overwegen van de grijpkracht: te veel kracht zal schade toebrengen aan het onderdeel, ­terwijl bij te weinig kracht de grijper het onderdeel zal laten vallen.

De grijperslag is ook zeer belangrijk, omdat te veel slag verspilde bedrijfstijd is en te weinig slag leidt tot het verkeerd grijpen of loslaten van onderdelen. Grijpers hebben een grote verscheidenheid aan bedieningstijden die van invloed zijn op de doorvoersnelheid van een proces. Herhaalbaarheid is belangrijker dan nauwkeurigheid in het algemeen en wordt een belangrijke specificatie bij het oppakken van zeer kleine objecten, zoals een spuitnaald, of bij het werken in een zeer nauwkeurige toepassing waarbij een object in een ander object wordt geplaatst voor montage.

De fabrikant publiceert deze specificaties normaal gesproken voor een bepaald grijpermodel en de technici van de toepassing moeten worden geraadpleegd als wordt geprobeerd om buiten de prestatiespecificaties van de grijper te werken.

Als u de juiste grijper voor de juiste toepassing wilt kiezen, is er geen betere bron dan een applicatie-ingenieur. De applicatie-ingenieur heeft inzicht in en kennis van de eigenschappen en de afwegingen van de grijperprestaties en de mogelijkheid om de grijperfunctie af te stemmen op de toepassing en het budget.

  1. Welk type bek-ondersteuningsmechanisme moet ik overwegen?

De eisen van specifieke toepassingen zullen een rol spelen bij het aangeven van het type grijpbek-ondersteuningsmechanisme dat in aanmerking moet worden genomen. Verschillende grijpers kunnen van dezelfde grootte zijn en dezelfde functie hebben, maar kunnen een totaal verschillend ontwerp hebben, waarbij sommige beter zijn dan andere voor verschillende werkomgevingen. Het is belangrijk om het juiste mechanisme op de toepassing af te stemmen. Dit zorgt voor een betrouwbare en nauwkeurige bediening van de grijper. Laten we deze vanuit het oogpunt van de toepassing bekijken. De gebruikelijke bek-ondersteuningsmechanismen omvatten:

High-Impact Loading Application: Gebruik een glij- of wig-type lagerontwerp, dat wordt geïdentificeerd als een grote glijvlakcontactlager. Deze omvatten vlakke oppervlakte-aan-oppervlakte lagers en cilindrische ­lagers van het bus-type. Een breed draagvlak is ideaal voor het weerstaan van continue toepassingen met een hoge stootbelasting gedurende een lange periode. Dit type van mechanisme kan een hoge graad van nauwkeurigheid handhaven wanneer machinaal bewerkt met strakke toleranties en verstrekt uitstekende kaaksteun.

De toepassingen van lage-wrijving hoge-nauwkeurigheid: Gebruik voor dit type toepassing een lijncontactrollagerontwerp. Deze wrijvingsarme lagers omvatten kruisrollagers en dubbel V-lagers. De lagers die de ­bekken ondersteunen, kunnen worden voorgespannen om een zeer hoge nauwkeurigheid te bereiken. Dit lagersysteem is eenvoudig te onderhouden met externe instelbaarheid van de voorspanning. Gebruik in toepassingen die geen zijdelingse speling van de grijpervingers vereisen gedurende de levensduur van de grijper. Dit ontwerp met lage wrijvingscoëfficiënt kan ook een eenvoudige methode voor het ‘inbellen’ van de grijpkracht mogelijk maken door de luchtdruk aan te passen.

Precisietoepassingen met lage luchtdruk: Gebruik een puntcontactkogellagerontwerp dat goed is voor precisietoepassingen. Dit mechanisme kan werken bij een zeer lage luchtdruk waarbij een soepele, consistente ­beweging van cruciaal belang is. Het extra voordeel van het werken bij lage luchtdruk is de vermindering van vetspatten van de grijper tijdens het werken. Het type lager en de hoeveelheid oppervlakte­contact dat in het lagerontwerp wordt gebruikt, zal een aantal belangrijke kenmerken van een grijper bepalen, zoals de mogelijkheid om bij zeer lage luchtdruk te werken. Druk, slagvastheid, herhaalbaarheid en slijtagepatronen op de grijper in de tijd, en als de slijtage van de grijper kan worden gecompenseerd door het dragen van de voorbelasting van de grijper.

  1. Welke wijze van krachtoverbrenging is nodig?

De wijze van krachtoverbrenging verwijst naar de koppeling en kracht­overbrenging van de interne luchtzuiger(s) naar de grijperbek(ken) die openen en sluiten, waardoor een grijpkracht ontstaat.

Hoge grijpkracht voor toepassingen met grijpergrootte: Toepassingen die een hoge grijpkracht vereisen, maar beperkt worden door de werkruimte van het systeem, kunnen een dubbelzijdig wigvormige grijperontwerp vereisen dat een groot oppervlak biedt voor het overbrengen van vermogen naar de bekken met het vermogen gelijkelijk verdeeld tussen beide. Deze stijl heeft meestal een ontwerp met één zuiger dat in staat is om een hoge verhouding tussen grijpkracht en grootte te bereiken. De grijpbek/vingerbeweging van de grijper is inherent gesynchroniseerd, zonder dat er extra componenten nodig zijn. De dubbelzijdige wig is zeer robuust en is bestand tegen hoge stootbelastingen die kunnen worden terug­gevoerd op het mechanisme.

Rendabele parallelle grijperoplossingen: Een ontwerp met directe aandrijving maakt gebruik van een pen of stang om de zuiger direct aan de bek te koppelen. Dit zijn meestal ontwerpen met twee zuigers en vereisen een bek-synchroniserende koppeling. Het ontwerp is eenvoudig, kosten­effectief en gemakkelijk af te schermen. Dit is uw basis grijperontwerp.

Destaco 3

Kosteneffectieve hoekige grijperoplossingen: Veel hoekige grijpers ­maken gebruik van een nokgedreven ontwerp met directe, gesynchroniseerde krachtoverbrenging en contact met de lagerlijn voor het sturen van vermogen naar de bekken. Deze heeft één draaipunt per bek met een minimaal aantal bewegende delen. De nok is in staat om mechanisch voordeel te genereren, wat resulteert in een grijper met een hoge grijpkracht in een relatief klein totaalpakket. De nok wordt vaak gebruikt in hoekige grijpers met kaakbeweging, maar kan ook in andere soorten ­grijpers worden gebruikt.

Toepassingen met een hoge precisie en hoge herhaalbaarheid: Voor precisietoepassingen is tandheugel- en rondseltransmissie zeer populair. De soepele synchrone werking van een heugel- en rondseltransmissie­systeem zorgt voor minimale slijtage van de aandrijfcomponenten voor een lange levensduur. Een tandheugel die met kleine toleranties is ­bewerkt, geeft bij installatie geen tot zeer geringe speling van de bekken. Het tandheugel en rondsel maken het ook zeer eenvoudig om een niet-synchrone grijper te bouwen. Over het geheel genomen maakt een grijperontwerp gebruik van een mix van lagerstijlen met een ontwerp met krachtoverbrenging om de juiste prestatieparameters te creëren voor een grote verscheidenheid aan toepassingen. Bovenstaande beschrijvingen zijn een algemene richtlijn om te volgen.

  1. Wat zijn de beste vingerontwerpen en grijpmethoden?

Denk eerst aan veiligheid. Grijpervingers moeten zo worden ontworpen, dat het laten vallen van een onderdeel bij verlies van luchtdruk zoveel mogelijk wordt voorkomen. Er moet een veiligheidsanalyse worden ­uitgevoerd om het risico op letsel of systeemschade bij het vallen van een onderdeel tot een minimum te beperken. Speciale aandacht moet worden besteed aan het materiaal dat wordt gebruikt voor de grijpervingers en het grijpvlak van het product. Grijpervingers kunnen gemakkelijk grijp­sporen achterlaten op het product. Om dit te voorkomen kunnen nylon, delrin, plastic en andere zachte materialen worden gebruikt voor grijpervingers in plaats van aluminium en staal. De urethaankussens kunnen op de vinger worden geplaatst, wat de grijpwrijving zal verhogen zonder dat er een te grote kracht wordt uitgeoefend die het onderdeel kan beschadigen. Er zijn tal van grijpmethoden waarmee de gebruiker rekening moet houden. Hier zijn enkele populaire methoden:

Wrijvingsgreep: Dit is de meest gebruikte grijpmethode, met contact­oppervlakken die sluiten en stoppen op het onderdeel, waardoor een wrijvingskracht ontstaat die het werkstuk vasthoudt. Bij deze grijp­methode zal de luchtdruk op een bepaald punt verloren gaan, tenzij de grijper ingebouwde veiligheidsmechanismen heeft. Wrijvingsvingers moeten worden vermeden bij het hanteren van olieachtige of vette ­onderdelen.

Grijper in de grijper: De vingers zijn zo geconstrueerd dat ze het onderdeel dat wordt gehanteerd, profileren. De vingers sluiten zich en oefenen druk uit op het onderdeel alsof het zich in een houder bevindt. Als er luchtdruk verloren gaat, wordt het onderdeel meestal op zijn plaats gehouden. Als het gewicht van het onderdeel groot genoeg is om de terugslagkracht te compenseren die nodig is om de grijper te openen, dan is het mogelijk dat de vingers door de zwaartekracht ‘open gaan’, waardoor het onderdeel kan vallen.

Ingekapseld: Over het algemeen beschouwd als de veiligste manier om het onderdeel vast te pakken. De vingers hebben een profiel van het onderdeel. Bij deze methode sluiten en stoppen de vingers op of zelfs vlak bij het onderdeel en vertrouwen op de inkapseling om het onderdeel op zijn plaats te houden. Dit wordt normaal gesproken als het veiligste ­ontwerp beschouwd, want als de luchtdruk wordt onderbroken, zal het onderdeel niet vallen, tenzij een externe kracht op het onderdeel wordt uitgeoefend.

  1. Welke extra veiligheidskenmerken moeten in overweging worden genomen?

Bij het ontwerp en de werking van elk grijperonderdeel, maar vooral van de vingers, moet de veiligheid altijd voorop staan. In het geval van een stroomstoring die leidt tot een verlies van operationele luchtdruk, zijn er andere manieren om te voorkomen dat een onderdeel per ongeluk uit de grijper loskomt en mogelijk lichamelijk letsel of schade aan onderdeel of machine veroorzaakt.

Een optie is het gebruik van een interne veer om de zuiger te beïnvloeden en de positie van de vinger/kaak op of rond het onderdeel te behouden. Er moet voor worden gezorgd dat de veerkracht voldoende is. Een tweede optie is het gebruik van externe, veilige kleppen die aan de poorten worden toegevoegd om de lucht op de grijper in de open of gesloten stand te controleren. Een derde optie is het gebruik van stangvergrendelingen die automatisch op de geleidingsstangen van de bekken worden geklemd wanneer de luchtdruk verloren gaat. Sommige typen grijpers kunnen de installatie van stangvergrendelingen ondersteunen.

Er is een breed scala aan elektrische en pneumatische grijpers die ­dezelfde functie vervullen, maar het zijn hun unieke eigenschappen en mogelijkheden die bepalen of ze op lange termijn in verschillende toepassingen zullen werken. Deze selectie van keuzes en opties heeft direct invloed op de veiligheid, prestaties en duurzaamheid van een automatiseringstoepassing. De juiste maat en het juiste type grijper kan pas worden gespecificeerd, nadat alle opties zijn overwogen. Als er vragen zijn over de geschiktheid van een grijper voor een toepassing, neem dan contact op met de fabrikant. Laat hem het werk doen om de eisen voor de prestaties van de grijper te valideren binnen het toegewezen budget en bespaar u tijd bij het onderzoek naar de talloze oplossingen.

Gary Labadie