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 der Kategorie Kategorie:Automatische Legostein-Montieranlage.

Aufgabe

Die Aufgabe dieser Projektgruppe war es, die Lego-Steine zu vereinzeln und diese Lagerichtig an die Gruppe "Förderung der Legosteine und Rücktransport in den Vibrationswendelförderer" weiterzugeben. Hierzu musste ein neuer Fördertopf entworfen werden und mittels 3D-Druckverfahren hergestellt werden.

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 des Fördertopfes

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

- maximale Höhe: 150 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: In der Werkzeugleiste links "Feature" auswählen.

Schritt.4: Konstruktion der Helix

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.5: 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.6: 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.8: "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.

Schritt.8 Konstruktion des Topfbodens Die Auslaufbahn für die Bauteile wurde mit zwei Radien konstruiert. Durch die geschwungene Auslaufbahn ist es möglich die Teile in Flucht zur Wendelförderermitte zu gewährleisten.

Mögliche Änderungen am Vibrationswendelförderer

1. Änderung der Amplitude: Die Amplitude kann über den Luftspalt zwischen dem Elektromagnet und der Förderrinne eingestellt werden (Siehe blauer Rahmen in der Abbildung), hierzu müssen die vier Verschraubungen des Elektromagnetes gelöst werden(siehe rote Kreise in der Abbildung). Nun kann der Luftspalt mit einer Fühlerlehre eingestellt werden.

2. Änderung der Förderrichtung:Die Förderrichtung kann durch eine Richtungsänderung der Flachfedern geändert werden.

Zu beachten ist, dass die Förderrichtung der entgegengesetzt der Einbaurichtung der Flachfedern.

Anschluss der Vibrationswendelförderers Steuereinheit an die SPS

Für die Steuerung des Vibrationsförderers wurde das PiCo Regelgerät NA/B.4/65.3-bi-V1 verwendet.

Das Regelgerät wurde über den Steuereingang mit der Datei:M12 Sensorleitung PVC 5-polig Stift gerade.pdf an der SPS angeschlossen.

Die SPS schaltet den Vibrationsförderer ein, wenn sich kein Lego Stein im Messbereich des Reflektion-Lichttaster befindet.

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 siehe Bilde, 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, kann durch die Einbaurichtung der Flachfedern wie im Artikel, "Vibrationswendelförderer mit PiCo Regelgerät NA/B.4/65.3-bi-V1" beschrieben, geändert werden.

Zusammenfassung

Was ist das Ergbnis? Das Ergebnis dieses Artikels ist eine Vorlage, mit der Nutzer des Wikis schnell und leicht eigene Artikel verwirklichen können. Diese Vorlage ist Bestandteil der Anleitungen aus den How-To's.

Schnittstellen zu anderen Projektteams

Ausblick

Verbesserung:

Material alternativen Aluminium, Stahl, etc…. Da weniger Schwingungsdämpfend
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

Literaturverzeichnis