Zuführung der Legosteine mittels Vibrationswendelförderer

Hauptartikel:Automatische Legostein-Montieranlage

IN BEARBEITUNG!!!

Autor: Daniel Freitag, Markus Skrobol

Einleitung

Dieser Artikel entstand im Rahmen des Produktionstechnik Praktikum im 7 Semester des Studiengangs Mechatronik. Ziel des Beitrags ist es, eine nachhaltige Dokumentation zu schaffen, welche die Ergebnisse festhält und das weitere Arbeiten am Projekt ermöglicht.

Dieser Artikel ist aus dem Hauptartikel:Automatische Legostein-Montieranlage

Aufgabestellung

Die Aufgabe dieser Projektgruppe war es, Lego Steine zu vereinzeln und Lagerichtig orientiert ("Noppen" nach oben & lange Seite nach außen) an die Gruppe "Förderung der Legosteine und Rücktransport in den Vibrationswendelförderer" zu übergeben.

Hierzu musste ein neuer Fördertopf entworfen werden und mittels 3D-Druckverfahren hergestellt werden.

Desweiter sollte die Abschaltung des Vibrationswendelförderers bei besetztem Förderband realisiert werden.

Vorbereitungen

Verwendete Bauteile

Nr.:	Artikel:	Artikelbeschreibung:	Menge in [Stück]	Datenblatt
1.	Vibrationswendelförderer & PiCo Regelgerät	Zum Befördern und ordnen der Legosteine	1	Datei:PiCo Regelgerät.PDF
2.	M12 Sensorleitung	Zum Anschluss des Vibrationswendelförderers an die SPS	1	Datei:M12 Sensorleitung PVC 5-polig Stift gerade.pdf
3.	Reflektion-Lichttaster	Zur Ermittlung ob das Förderband besetzt ist	1	Datei:Optoelektronischer Sensor CY-100.pdf

Konstruktion

Anforderungen an die Konstruktion

Es wurden folgende Maße und Bedingungen, für die Konstruktion des Vibrationswendelförderertopfes, festgelegt:

maximale Höhe des Fördertopfrandbereiches: 230 mm

Übergabehöhe der Auslaufbahn an das Förderband: 205 mm

maximaler Durchmesser: 150 mm

Auslaufposition der Lego-Bausteine: Mittig, da die Rückführung der Bausteine über eine Linear-Achse realisiert werden sollte.

Überstehende Bauteile sollten, wenn möglich, mit 45° Schrägen unterstützt werden um den 3D-Druck des Bauteils zu verkürzen.

Herausforderungen an die Konstruktion:

Konstruktion des Topfes von Innen nach Außen

Durchführung einiger Änderungen, durch den Ausfall eines 3D-Druckers auf dem die ursprüngliche CAD-Datei ausgelegt wurde.

Bahnbreitenauslegung in der Förderbahn innerhalb des Fördertopfes und der Auslaufbahn

An dieser Stelle sollen die wichtigsten Schritte zur Anfertigung des Topfrohlings und der Auslaufbahn beschrieben werden.

Schritt.1: Neue Skizze auf einer beliebigen Ebene erstellen.

Schritt.2: Kreis aus dem Ursprung der Skizze zeichnen und mit dem gewünschten Durchmesser des Topfes bemaßen.

Schritt.3: Konstruktion der Helix

In die Feature Auswahl wechseln und anschließend Rechts in der Werkzeugleiste "Kurven" daraus den Reiter "Helix und Spirale" auswählen.

In diesem Feature können nun unterschiedliche Einstellungen vorgenommen werde.

In Abb.3 ist die Kurve der Helix dargestellt.

Für die Konstruktion des vorhandenen Topfes wurden folgende Einstellungen verwendet:

Steigungshöhe: 35 mm

Umdrehungen: 1 (Skalierung der Höhe und des Auslaufübergabewinkels)

Ausgangswinkel: 90 Grad (Erleichtert die nachfolgenden Konstruktionsschritte)

Verjüngung der Spriale: 0 Grad (Einfacher für den 3D-Druck)

Schritt.4: Konstruktion der Transportlaufbahn für die Lego-Bausteine mit Verknüpfung an die "Helix/Spirale"

Für diesen Schritt wurde die Förderbahnbreite mit folgender Kreisfunktion berechnet:

                                          $f(x)=sqrt((r^2)-(x^2))$

Benötigte Parameter für die Berechnung:

Radius

halbe Bauteillänge des Bauteils.

In diesem Fall:

                                          $ra = Topfaussenradius = 70 mm$

                                          $d = Wandstaerke = 3 mm$

                                          $ri = Innenradius = ra - d$

                                          $ri = 70 mm - 3 mm = 67 mm$

                                          $x = Bausteinlaenge/2$

                                          $x = 32 mm / 2 = 16 mm$

Durch das einsetzen erhält man einen Berührungspunkt einer Bauteilkante am inneren Radius des Topfes.

                                          $f(16)=sqrt((67mm^2)-(16mm^2)) = 65,06 mm$

Die Höhe $f(16)$ ist gleichzeitig auch die Distanz zwischen Baustein und dem 67 mm Radius.

Sodass gilt:

                                          $Bahnbreite.min = r - f(16) + Bausteinbreite$

                                          $Bahnbreite.min = 67 mm - 65,01 mm + 16 mm = 17,94 mm$

Daraufhin kann die Skizze erstellt und die gewünschte Geometrie (hier: 21 mm - 3 mm(geplante Wandstärke) = 18 mm Bahnbreite) konstruiert werden.

Anschließend wird als Feature "Rotationskörper" ausgewählt und als Rotationsform kann nun die Skizze ausgewählt und

als Orientierungskurve die zuvor erstellte Helix gewählt werden.

Schritt.5: Erstellen der Topfwand als Rotationskörper

Bei diesem Projekt wurde eine Wandstärke von 3 mm gewählt.

Abb.5 Stellt die Vorschau der Fördertopfwand als Rotationskörper über der Mittelachse des Kreises dar.

Schritt.6: "Wegschneiden" der Überstehenden Förderbahn.

Hierfür muss eine neue Skizze auf der unteren Fläche der Wendelfördererwand erstellt und aus dem Ursprung ein Kreis mit dem Durchmesser des Topfes skizziert werden.

Daraufhin wird das Feature "Linear ausgetragener Schnitt" aus der Werkzeugleiste ausgewählt und die gewünschte Länge des Schnittes eingetragen und bestätigt.

Schritt.7 Konstruktion des Topfbodens

Hierzu wurde in einer neuen Skizze die Form des Bodens skizziert, in diesem Fall wurde eine Kegelform gewählt und als Rotationskörper

erstellt. Durch die gewählte Geometrie des Bodens werden die Bauteile nach dem Einfüllen in den Topf an den Randbereich, in dem sich

die Transportbahn für die Bauteile befindet, transportiert.

Hier finden Sie ein Rohling des Fördertopfes als Referenzbauteil:

Datei:Rohling.zip

Schritt.8 Konstruktion der Auslaufbahn

Für die Konstruktion der Auslaufbahn wurden folgende Punkte beachtet:

Bahnbreite ausreichend für zwei 90 Grad Bahnen mit unterschiedlichen Radien, dazu wurde die Berechnung äquivalent zur Transportlaufbahnbreite durchgeführt.
Übergabepunkt an das Förderband in Flucht zur Wendelförderertopf

Abb.8: Zeigt die konstruierte Auslaufbahn. ^[4]

Schritt.9 Konstruktion des Podestes Um die Übergabe Höhe zu erreichen wurde in diesem Projekt zusätzlich ein Podest, was vorher ebenfalls in CAD konstruiert wurde, aus Pressspannplatten angefertigt. Um eine flexible Positionierung auf dem Montagetisch zu gewährleisten wurden Langlöcher für die Befestigung mit Hilfe einer Oberfräse in die Grundplatte gefräst.

In der Abb.9 ist das CAD-Modell des verwendeten Podestes dargestellt.^[5]

Hier finden Sie das, in diesem Projekt hergestellte, CAD-Model des Wendelförderertopfes mit der dazugehörigen Auslaufbahn. Datei:Vibrationswendelförderertopf+Auslauf.zip

Lagerichtige Orientierung der Lego-Bausteine

Wie bereits in der Aufgabenstellung beschrieben sollte eine bestimmt Lagenorientierung der Lego-Bausteine erreicht werden. Um diese Orientierung der Lego-Bausteine realisieren zu können, wurden

hierzu zwei Schikanen, wie in Abb.10 dargestellt, an den Fördertopf angebracht. Die Schikane Nr.1 sortiert Hochkant bzw. auf der Seite liegende Bausteine aus. Anschließend werden über die Schikane

Nr.2 die Bausteine mit "Noppen" nach unten aussortiert.

Vibrationswendelförderer

Mögliche Änderungen am Vibrationswendelförderer

1. Änderung der Amplitude:

Die Amplitude kann über den Luftspalt zwischen dem Elektromagnet und der Förderrinne eingestellt werden (Siehe Abb.8, "blauer Rahmen"), hierzu müssen die vier Verschraubungen des Elektromagnetes gelöst werden(siehe rote Kreise in der Abbildung 8). Nun kann der Luftspalt mit einer Fühlerlehre eingestellt werden.
Eine Verstärkung der Vibration, kann ebenfalls durch das Entfernen von zwei Flachfedern realisiert werden. (siehe Abb.9)

2. Änderung der Förderrichtung:

Die Förderrichtung kann durch eine Richtungsänderung der Flachfedern geändert werden (siehe Abb.9). Zu beachten ist, dass die Förderrichtung entgegengesetzt der Einbaurichtung der Flachfedern gerichtet ist.

Abschalten des Vibrationswendelförderers bei besetztem Förderband

Für die Abschaltung des Vibrationswendelförderers wurde das Regelgerät über den Steuereingang (Siehe Abbildung.10) mit der "M12 Sensorleitung PVC 5-polig Stift gerade" an die SPS angeschlossen.

Die Gruppe "Steuerung der automatischen Legostein-Montieranlage" übernahm die Programmierung. Hierbei schaltet die SPS den Vibrationsförderer ein, wenn sich kein Lego Stein im Messbereich des Reflektion-Lichttaster befindet.

Die nachfolgende Abbildung zeit die Anschlussbelegung des Steuereingangs:

Herausforderungen und deren Lösung

1. Eins der größten Herausforderungen dieses Projektes war es, das der Kunststoff "PLA" aus dem der Fördertopf gefertigt wurde die vom Vibrationswendelförderers erzeugte Schwingung schluckte.

Um diese Herausforderung zu lösen wurde der Vibrationswendelförderer verändert. Durch das entfernen von zwei Fachfedern und Anpassung der Amplitude (Siehe Punkt:2.2.1 "Mögliche Änderungen am Vibrationswendelförderer"), konnte die erzeugte Vibration soweit verstärkt werden, dass die Lego Steine eine Vorwärtsbewegung erfahren.

2. Durch das Verstärken der Vibration viel auf, das die Lego Steine in die falsche Richtung gefördert werden.

Die Umkehrung der Förderrichtung, konnte durch die Einbaurichtung der Flachfedern wie unter Punkt: 2.2.1 "Mögliche Änderungen am Vibrationswendelförderer" beschrieben, geändert werden.

Schnittstellen zu anderen Projektteams

Ausblick

Verbesserung:

Feinere Materialoberfläche von Vorteil = Minimierung der Verkantungsmöglichkeiten
Schikanen Konstruktion könnte verfeinert werden
Fördertopfvolumen kann erhöht werden um die Bausteinmenge zu erhöhen
Verbindungstelle zwischen Fördertopf und Auslauf kann noch modifiziert werden

Dateiverzeichnis