Jörg Reiff-Stephan
EnErgiE- und umwEltmanagEmEntinformations- und Kom.-tEchnologiEnmatErial- und ProduKtionstEchnologiElEhr- und lErnmanagEmEntlogistiKmanagEmEnt und innovationchnologiEnBiosysTem Bioinforma
und kratzengreifer. greifer, die nach dem prinzip des klettverschlusses ar-beiten, besitzen auf der Kontaktfläche eine hohe anzahl kleiner Häkchen, die sich beim greifvorgang mit der textilen Oberfläche formschlüssig verhaken. Das Lösen der Verbindung von der kontakt-fläche des Greifers ist schwierig und mit großen beschädigungen der Textilober-fläche verbunden.
Das greifen mit nadelgreifern beruht darauf, dass feine gerade oder gebo-gen Nadeln in gegebo-genläufiger Richtung in das material einstechen und so eine spannkraft im Textil erzeugen. Wird die einstechtiefe der nadeln nicht genau justiert, so können die nadeln beim Ver-einzeln durch das bauteil durchstechen und es werden mehrere Textillagen gegriffen. somit sind die wesentlichen nachteile dieser greiferart die beschä-digungen aufgrund von Fadenverschie-bungen oder Fadenbrüchen auf der Materialoberfläche sowie die zeitinten-sive nadeljustierung bei wechselnden materialdicken.
kratzengreifer bestehen aus mehr-schichtigen von u-förmigen Drähten durchstochenen geweben mit einer
Abb. 1) Speicherformen von flächigen Bauteilen
Magazin Bunker
geordnet teilgeordnet ungeordnet
Symbol
Beispiel
Weitere geordnete Speicherformen
stapel schachtmagazin stangenmagazin
auf Trägermaterial coil überwurf
hohen anzahl von kratzenenden. zum Greifen werden zwei Greifwirkflächen gegeneinander verfahren. Damit wird eine Spannkraft durch Oberflächenver-hakungen der kratzenenden mit den herausstehenden Fasern erzeugt. gleich dem nadelgreifer besteht der wesentli-che nachteil darin, dass diese greifer die Fadensysteme verschieben und mit den scharfen Kratzenenden die Oberflächen der bauteile beschädigen.
» IV. pneumaTIscHe greIFer
bei pneumatischen greifern werden kraftschlüssige Haltekräfte durch un-terdruck erzeugt und das bauteil an der Kontaktfläche festgesaugt. Sie können nur bei materialien mit keiner oder ge- ringer Luftdurchlässigkeit, wie bei-spielsweise bei papier, Folien, Leder und beschichteten textilen materialien, eingesetzt werden. bei luftdurchlässi-gen Materialien wie Oberstoffen fin- den pneumatische greifer bisher keine erfolgreiche anwendung. Funktions- störungen durch Herabsetzung der Haltekraft werden dabei durch starke
Strukturierungen der Materialoberflä-che oder bei haarigen Textilien ver-ursacht. auch kann bei zu großem Volumenstrom eine Vereinzelung nicht gewährleistet werden. praktische be-deutung erlangten sauggreifer bisher nur in kombinationen mit mechani-schen greifern.
» V. aDHäsIVe greIFer
adhäsionsgreifer bilden eine Halte-kraft, eine kraft- oder stoffschlüssige Verbindung durch adhäsion mit dem textilen material aus. untersuchte prin-zipien sind elektrostatische greifer, adhäsionsfolien- und gefriergreifer.
elektroadhäsive greifer arbeiten mit elektrostatischen Feldern. Haltekräfte werden durch polarisation erzeugt. sie treten dabei nur auf der oberseite des bauteils auf, das sich in kontakt mit dem Greiferdielektrikum befindet. Dieses Wirkprinzip ist daher gut für einen Ver-einzelungsvorgang geeignet. nachteilig wirken sich die sehr geringen Haltekräf-te aus, die einer praktischen umset-zung bisher entgegenstehen. aktuelle
Bauformen Wirkflächen
Kraftschluss
reibkräfte klemmen variabel
unterdruckkräfte
Haftsauger klein
Flächensauger groß
bernoulli klein
elektrostatische
kräfte elektroadhäsion klein
Stoffschluss molekulare kräfte
adhäsionsfolien punktuell
gefriergreifer punktuell
Formschluss
paaren von Formelelementen
negatives abbild klein
flexibler Formgreifer klein
Oberflächen-verhakung
nadeln punktuell
kratzen klein
klettverschluss groß
Abb. 2) Physikalische Wirkprinzipien und Bauformen von Textilgreifern
Forschungsbemühungen setzen an die- sem umstand an und führten zu einer Lösung, deren einsatz im bereich der Handhabung faserverstärkter kunst-stoffe geprüft wird (brecher, emonts und ozolin 2012). es sei geplant, den greifermechanismus mit adaptiven kinematiken zu kombinieren, um ein leistungsfähiges gesamtkonzept für die Handhabungsaufgaben anbieten zu können.
bei adhäsionsfoliengreifern wird ein kle- beband über eine Walze oder einen stempel auf das zu greifende bauteil gedrückt. zum greifen wird die ad-häsionskraft zwischen klebeband und Textil genutzt. gleich dem elektroadhä-siven Wirkprinzip stellen sich nachteilig bei diesem Wirkprinzip die geringen
Haltekräfte dar. Dadurch muss die grö-ße der Wirkfläche immer in Relation zum gewicht des zuschnittteiles ge-wählt werden, was die Teileflexibilität stark einschränkt. strukturierungen der Materialoberfläche verkleinern die Ad-häsionsfläche und damit die Haltekräfte.
abstehende Faserenden an der material-oberfläche können zusätzlich bewirken, dass keine ausreichende Wirkpaarung zwischen Greifer und Materialoberflä-che entsteht. beim Lösen können Fase-renden durch das adhäsionsmittel ab-gerissen werden bzw. kleberückstände am material verbleiben.
ein weiteres adhäsives Wirkprinzip zum greifen ist das hydroadhäsive greifen – auch gefriergreifen genannt (abb. 4).
gefriergreifer bilden einen stoffschluss
zwischen textilem bauteile sowie der Kontaktfläche des Greifers durch Ge-frieren eines Wirkmediums. Die ent-stehende hydroadhäsive Verbindung ermöglicht hohe Haltekräfte ohne zu-sätzliche Verspannungen im Textil zu bewirken. gerade diese eigenschaften werden in der konfektionstechnik von greifsystemen gefordert, da die Texti-lien mit ihrer großen Fläche bei kleiner Bauteildicke biegeschlaff sind und flä-chig gegriffen werden müssen.
Das hydroadhäsive greifen erfolgt dabei derart, dass ein Wassernebel (ca. 0,1 ml) an der greifstelle aufgesprüht und mit dem Textil an den greifer angefroren wird. Das aufsprühen erfolgt über die integrierte Düse, mit der die Wasser-menge genau dosiert werden kann. Das anschließende anfrieren des Wassers erfolgt durch ein kühlelement, welches eine Temperatur von ca. –14° c erzeugt.
Dies gewährleistet ein Durchfrieren der geringen Wassermenge innerhalb einer sekunde. Das kühlelement soll nicht nur das Wasser frieren, sondern stellt auch gleichzeitig die Greiffläche des Gefrier-greifers dar.
Abb. 3) Nadelgreifer
Abb. 4) Hydroadhäsionsgreifer
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» VI. ausWaHL eInes geeIgneTen greIFWerkzeuges
basierend auf den erfahrungen der ein-flusskriterienanalyse und dem Wissen um die möglichen greifwirkprinzi-pien können durch experimentelle untersuchungen erfahrungen aufge-baut und in einer Wissensplattform gesammelt werden. ein auszug wird in abb. 6 vorgestellt. Die dargestellten parameter beschreiben nur eine aus-wahl. es ist ersichtlich, dass saug- und mechanische Greifer einen flexiblen einsatz nahezu garantieren können. In
den spezialfällen textiler Werkstücke kommen sie jedoch aufgrund nachtei-liger eigenschaften wie beispielsweise der Beschädigung von Oberflächen nur eingeschränkt zum einsatz. mögliche alternativen stellen dann die neuartigen hydroadhäsiven greifmechanismen dar.
mit der auswahl des greifwerkzeuges, basierend auf den bedingungen der Handhabungsaufgaben, sind die schrit-te zur optimalen prozessgestaltung kon-zeptionel abgeschlossen (abb. 6). Für einen stabilen prozess sollte eine Test-phase zum einsatz der greifwerkzeuge unter prozessbedingungen nachfolgend
der auslegung und vor serieneinsatz erfolgen.
bereitstell- und zuführprozesse für Handhabungsaufgaben von biege-schlaffen materialien stellen hohe anforderungen an die verwendete greiftechnik und an das Wissen um die auslegung anhand der umwelttechni-schen Einflüsse. Der Beitrag zielt darauf ab, das Vorgehen bzw. eine Leitlinie zur effektiven auswahl von auf dem markt verfügbaren greifsystemen dem an-wender in die Hand zu geben. es sind die verschiedenen möglichkeiten aufge-zeigt und innovative ansätze vorgestellt worden.
Abb. 5) Explosionsdarstellung eines Gefriergreifers
sehr geeignet geeignet nicht geeignet
Gewebe Maschinenwaren Geflechte Faserverbundstoffe Vliesstoffe Filze Gewirke Leder Schaumstoffe Metallschäume Folien Papier
nadelgreifer gefriergreifer klebegreifer Vakuumgreifer
Abb. 6) Werkstoffabhängige Greiferauswahl
Düsenkörper mit Verschlussnadel
Düsenkopf kolben
kühlkörper Feder gehäuse
peLTIer-modul
LITeRATuR
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AuToReNANGABeN
Prof. Hon.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Reiff-Stephan professur automatisierungstechnik studiengangssprecher maschinenbau TH Wildau [FH]
jrs@th-wildau.de
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Zusammenfassung
Da polyurethane (pu) mithilfe einer polyadditionsreaktion ge-bildet werden, ist diese stoffklasse besonders geeignet, durch den einsatz neuartiger komponenten, materialien mit innova-tiven eigenschaftsspektren zu synthetisieren. so wird es mög-lich, für elektrische und elektronische module, Verguss- und einbettmassen mit den erforderlichen mechanischen eigen-schaften bei guter Verarbeitbarkeit herzustellen.
Durch neuartige synthesewege werden hierzu besonders hydrophobe polyole auf basis von 2-ethylhexan-1,3-diol und Terephthalsäure entwickelt, die einen großen anteil an nach-wachsenden rohstoffen in Form von nativem öl enthalten.
Für den praktischen einsatz als 2-komponenten-Vergussmasse muss jedoch aus verarbeitungstechnischen gründen die Vis-kosität des entwickelten oligomeren Diols deutlich erniedrigt werden. Dazu dienen die eingesetzten pflanzlichen Öle wie raps- oder sojaöl. Da für die eigenschaften nicht nur der che-mische aufbau der molekülketten, sondern auch die morpho-logie des pu systems entscheidend sind, wird mithilfe thermo analytischer messmethoden und abbildender Verfahren die bei dem neuartigen syntheseweg ausgebildete phasenstruk-tur charakterisiert.
Abstract
polyurethanes (pu) are formed by an addition reaction, there-fore they are suited for modifications by further components to synthesize materials with sophisticated properties. by this way it is possible to produce sealing compounds for electrotech-nical and electroelectrotech-nical applications with excellent mechaelectrotech-nical and processing properties.
especially hydrophobic polyols, based on 2-ethylhexane-1,3-diole and terephthalic acid were developed, which are able to enter a considerable amount of renewable ressources in terms of plant oils. The use in two-component sealant systems de-mands a notable reduction of the viscosity of the developed oligomeric diol. For his purpose rapeseed and soybean oils are used. The properties of polyurethanes are determined by both the chemical structure of the molecular chains and the mor-phology of the polymeric system. Hence thermoanalytic and imaging methods were used to investigate the phase structu-res formed during the new developed synthesis route.
» I. eInFüHrung
mit der hier dargestellten entwicklung von neuen pu-systemen wird auf nied-rigviskose, katalysatorfreie Harzsysteme fokussiert, die aufgrund ihrer starken Hydrophobie als Vergussmassen in elek-trotechnischen anwendungen nachge-fragt sind.
Durch die synthese mikrophasensepa-rierter multikomponentensysteme wer- den, auf einer größenskala von nano-metern, strukturen mit konträrem Verhalten miteinander vereint, um so polyurethane (pu) mit besonderen ei-genschaften zu erhalten. Das gezielte molekulare Design setzt die detaillier-te kenntnis von relevandetaillier-ten struktur- eigenschaftsbeziehungen voraus. Die-se werden an pu-systemen eingehend untersucht, die im rahmen des ge-samtvorhabens synthetisiert wurden.
Dabei steht der Einfluss der ausgebilde-ten morphologie der mithilfe der zwei-komponenten-Technik hergestellten,
schwach vernetzten pu-systeme, auf deren elektrische eigenschaften, beson-ders der elektrischen Durchschlagsfes-tigkeit, im mittelpunkt des Interesses (Leppekes 2003).
bei der synthese der polyurethan-netz-werke mit den für eine kabelverguss-masse geeigneten eigenschaften wird die gegenseitige Beeinflussung von Po-lyadditionsreaktion und physikalischen phasenseparationsprozessen zur ge-staltung der gewünschten morphologie ausgenutzt (stoycheva et al. 2010). so-wohl die maschenweite des gebildeten Netzwerks als auch die Steifigkeit der molekülsegmente sind für die endeigen-schaften maßgeblich.
eine größe zur charakterisierung des Härtungszustands ist die glasübergang-stemperatur Tg. Je enger die netzma-schen oder mit anderen Worten, je voll-ständiger die reaktion der funktionellen gruppen, umso höher liegt Tg. über-steigt die Härtungstemperatur Tg, dann geht das material vom „eingefrorenen“
starren zustand in den „gummielasti-schen“ flexiblen Zustand über. Die Här-tungsreaktion kann weiterlaufen bis bei erreichen der nun zu höheren Tempera-turen verschobenen neuen glastempe-ratur die reaktion wiederum „einfriert“.
Die maximal erreichbare glastempera-tur wird Tg∞ genannt. Das Überschrei-ten von Tg∞ bewirkt keine weitere Reak-tion, da alle möglichen Verknüpfungen hergestellt sind.
Diese effekte werden überlagert von der aggregation einzelner abschnitte der sich bildenden makromoleküle. Die zu-sammenlagerung von kettensegmen-ten zu separakettensegmen-ten phasen wird vor allem durch besonders starke zwischenmo-lekulare Wechselwirkungen verursacht (oertel 1993). Die ausbildung solcher phasen erfolgt während der pu-reakti-on und hängt deshalb auch in starkem maß von der Viskosität (beweglichkeit) der einzelnen reaktanten ab (randall et al. 2002).