Wie funktioniert ein Vibrationsrundförderer? Erklärung der Aktuatortypen

A Vibrationsschalentrichter ist der stille Arbeitspferd hinter fast jeder automatisierten Montagelinie. Er nimmt einen losen Haufen kleiner Teile – Schrauben, Nieten, Klemmen, Silberkontakte, Federn – und liefert sie einzeln, korrekt ausgerichtet, zur nächsten Station, ohne dass ein Bediener sie berührt. Wenn Sie sich jemals gefragt haben wie funktioniert ein Vibrationsschalentrichter, lautet die kurze Antwort gesteuerte Vibration: Eine Antriebseinheit schüttelt die Schale viele Male pro Sekunde, sodass die Teile entlang einer Spiralschiene hüpfen und sich am Ausgang in einer Reihe aufstellen. Die Komponente, die diese Vibration erzeugt, ist der Aktuator, und der Typ des Vibrationsschalentrichter-Aktuators den Sie wählen, bestimmt die Fördergeschwindigkeit, Ausrichtungsgenauigkeit, Geräuschpegel, Energieverbrauch und wie schonend die Maschine empfindliche Komponenten behandelt. Für Hersteller von Niederspannungs-Elektroprodukten, bei denen ein einzelner Leitungsschutzschalter oder Schütz Dutzende winziger Teile enthalten kann, sind der Förderer und sein Aktuator entscheidend für den Durchsatz der Linie. Dieser Leitfaden erklärt das Funktionsprinzip Schritt für Schritt und vergleicht dann die wichtigsten Aktuatortypen, die in modernen Fördersystemen verwendet werden.

Von Huang Xiaolei | Benlong Automation

Was ist ein Vibrationsschalentrichter?

Ein Vibrationsschalentrichter ist ein vollständig geschlossenes Gerät, das dazu dient, Teile aus einer runden Schale zu fördern. Er besteht aus einer Kontaktfläche, der sogenannten Spiralschiene, die gleichmäßig um die runde Schale verläuft. Sie füllen das Zentrum der Schale mit den unbearbeiteten Schüttgutteilen, bevor die Vibration die Teile auf der Spiralschiene zum Ausgang befördert, wo sie weiterverarbeitet werden. Der Förderer besteht aus fünf Hauptkomponenten:

Schale und Spiralschiene: der röhrenförmige Behälter, der die Teile hält.
Ausrichtwerkzeuge: Merkmale auf der Spiralschiene eines Vibrationsschalentrichters, die nur korrekt ausgerichtete Teile passieren lassen.
Antriebsbasis: der untere Teil des Förderers, der aufgrund seines Gewichts den Förderer vom Boden abhebt.
Blattfedern: spezielle Federtypen, die verwendet werden, um die Schale mit der Basis des Förderers zu verbinden.
Steuerung: ermöglicht dem Benutzer die Einstellung von Amplitude und Frequenz der Vibration.

Wie funktioniert ein Vibrationsschalentrichter?

Das Prinzip dahinter ist recht einfach. Ein Aktuator sendet schnelle Impulse an die Schale mit Hilfe der Blattfedern. Die Federn sind in einem Winkel eingestellt, sodass jeder Impuls die Schale sowohl nach oben als auch rundherum bewegt. Die Schale bewegt sich nicht nur heftig auf und ab, sondern dreht sich auch etwas um ihre Achse, während sie angehoben wird. Wenn der Impuls endet, bringen die Federn die Schale wieder in die Ausgangsposition, und dieser Vorgang wiederholt sich viele Male pro Sekunde.

Was die Objekte auf der Schiene betrifft, erzeugt die schnelle Rollbewegung viele kleine Sprünge. In jedem Zyklus bewegt sich die Schiene so schnell vorwärts und aufwärts, dass ein winziges Objekt für kurze Zeit von der Oberfläche abhebt und sich in der Luft vorwärts bewegt. So bringen diese kleinen Sprünge tausendfach pro Minute die Details entlang der Spirale voran.

Insbesondere gibt es zwei Schlüsselfaktoren, die den Prozess beeinflussen: Frequenz und Amplitude. Die Frequenz gibt an, wie oft die Schale pro Sekunde vibriert, während die Amplitude die Distanz jeder einzelnen Vibration zeigt.

Der Aktuator: Woher die Vibration kommt

Die Funktion des Aktuators – der Komponente, die Elektrizität oder Luftdruck in Vibration umwandelt – ist grundlegend für das Gerät. Der Aktuator ist in der Basis des Zuführers installiert und mit der Schale des Zuführers verbunden. Der Aktuator muss klare, zeitlich abgestimmte Impulse mit der richtigen Frequenz und Stärke erzeugen. Mit anderen Worten, seine Eigenschaften bestimmen die Fähigkeiten des Zuführers: Wenn der Aktuator einen groben, festen Frequenzantrieb liefert, kann der Zuführer nicht mit variabler Frequenz arbeiten – dasselbe gilt für programmierbare Antriebe für präzise spezifische Bewegungen von Teilen bei der Handhabung. Die folgende Abbildung zeigt die heute verfügbaren verschiedenen Arten von Aktuatoren, die fast alle Anwendungen von Vibrationsrundschalenzuführern abdecken.

Arten von Aktuatoren für Vibrationsrundschalenzuführer

Elektromagnetische Aktuatoren sind bei weitem die gebräuchlichsten. Ein elektromagnetischer Vibrationsrundschalenzuführer verwendet eine Spule, die durch gepulsten Strom erregt wird; jeder Impuls zieht einen am Behälter befestigten Stahlanker, und die Federn schnappen ihn zurück. Angetrieben von gleichgerichteter Netzspannung pulsiert die Spule typischerweise mit 100 Hz bei 50 Hz Versorgung oder 120 Hz bei 60 Hz Versorgung, und ein Thyristorregler variiert die Amplitude, indem er steuert, wie viel von jedem Halbwellenzyklus die Spule erreicht.

Diese Geräte sind langlebig, preiswert und leicht zu reparieren, was der Grund für ihre weitverbreitete Nutzung in gewöhnlichen Zuführanwendungen ist. Der größte Nachteil ist, dass die Frequenz mit der Netzversorgung verbunden ist, sofern kein Frequenzumrichter eingesetzt wird, sodass das Masse-Feder-Design mechanisch angepasst werden muss. Piezoelektrische Aktuatoren verwenden dasselbe Prinzip der Biegung piezoelektrischer Elemente durch angelegte Spannung anstelle der Spule. Piezoelektrische Vibrationsschalen sind leichter, verbrauchen deutlich weniger Energie, erzeugen kaum Wärme und reagieren sehr schnell, was sie für leichte und empfindliche Teile oder für Reinraumanwendungen und in Kombination mit kleinen Zuführern geeignet macht. Die Frequenz wird durch die Elektronik bestimmt, was eine unbegrenzte Abstimmung auf Resonanz ermöglicht. Der Preis ist jedoch hoch, und die Antriebskraft ist heutzutage nur für kleinere Typen geeignet.

Elektrodynamische Aktuatoren oder Servomotoren umfassen eine bewegte Spule, die das lange und komplizierte Prinzip eines Lautsprechers nutzt und von einem programmierbaren Verstärker gesteuert wird. Sie können als das flexibelste Gerät ihrer Art betrachtet werden, da alle Parameter des Vibrationsschalengebers programmierbar sind. Dies ermöglicht eine große Flexibilität im Handling, erhöht jedoch den Preis erheblich.

Pneumatische Aktuatoren erzeugen Vibrationen durch die Verwendung von Druckluft, sodass im Betrieb keine Elektrizität benötigt wird. Sie werden hauptsächlich in gefährlichen Situationen und für Schwerlast-Fütterungsanwendungen eingesetzt, bei denen elektrische Geräte schwer zu installieren sind. Sie sind einfach und zuverlässig, aber schwer zu steuern.

Wie wählt man den richtigen Aktuatortyp aus

Die Auswahl des richtigen Aktuators erfordert einen Kompromiss zwischen Durchsatz, Empfindlichkeit der Teile, Umweltfaktoren und Kosten. Die folgenden Regeln können Ihnen in dieser Situation helfen:

Unschädlichkeit der Teile: empfindliche Kontakte, feine Drähte oder beschichtete Teile passen gut zu piezoelektrischen oder Servoantrieben, die sanfte Bewegungen ermöglichen.
Durchsatzniveau: Bei groß angelegten Operationen dienen robuste elektromagnetische Antriebe als hervorragende Lösungen.
Produktvielfalt: Linien mit häufigem Teilewechsel verwenden den Rezeptsteuerungsansatz.
Frequenzsteuerung: Wenn Sie eine verfeinerte Zuführleistung benötigen, ohne durch die Netzfrequenz eingeschränkt zu sein, wählen Sie piezoelektrische oder Servotechnologien, nicht jedoch einen elektromagnetischen Antrieb.
Umweltbedingungen: Operationen in potenziell explosionsgefährdeten oder staubigen Räumen können dazu führen, dass Sie Standardaktuatoren zugunsten pneumatischer Aktuatoren aufgeben.
Geräusch- und Energieverbrauch: Piezoelektrische und Servogeräte sind normalerweise weniger laut und energieverbrauchend als große elektromagnetische Antriebe.
Wartung und Kosten: Wenn Sie die einfachste und kostengünstigste Lösung hinsichtlich Anschaffung und Wartung benötigen, verwenden Sie elektromagnetische Zuführgeräte.

In der Praxis bevorzugt die überwiegende Mehrheit der Niederspannungs-Montagewerke elektromagnetische Zuführgeräte aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit und spart somit Piezoelektrik und Servos für die Handhabung von supersensiblen Elementen auf.

Vibrationsschalengeber in der Niederspannungs-Elektromontage

Auf einer Montagelinie für Leitungsschutzschalter (MCBs), Leistungsschalter (MCCBs), Fehlerstromschutzschalter (RCCBs) und Wechselstrom-Schütze kann ein Endprodukt aus mehreren winzigen Teilen bestehen, die alle korrekt an der erforderlichen Stelle der Montage positioniert werden müssen. Einige Teile, die korrekt ausgerichtet werden müssen, sind Klemmschrauben, Bimetallstreifen, bewegliche Kontakte, feste Kontakte, Federn, Nieten, Lichtbogenläufer und kleine Kunststoffteile. Jedes dieser Teile wird mit einem anderen Zuführgerät geliefert, das speziell für dieses bestimmte Teil hergestellt wurde.

Der Aktuatortyp ist hier aus zwei Gründen wichtig. Erstens sind mehrere dieser Teile – Silberkontakte, dünnes Bimetall, beschichtete Klemmen – leicht zu markieren oder zu verformen, sodass ein sanft einstellbarer Antrieb die Teilequalität schützt. Zweitens muss die Zuführgeschwindigkeit mit der Zykluszeit des Montagekopfes übereinstimmen; eine unterversorgte Station führt zu einem Stillstand der Linie, während Überversorgung zu Staus führt.. Die Abstimmung des Aktuators und seines Controllers auf das Bauteil und die Zykluszeit ist ein Kernbestandteil bei der Konstruktion eines zuverlässigen Fördersystems, egal ob es ein MCB-Automatisierungslinie oder Befestigungselemente zu einem automatische Schraubenzuführmaschine.

liefert. Die Gestaltung der Werkzeuge und die Wahl ihrer Aktuatoren sind miteinander verknüpft, da ein Schienenprofil, das für leichte Kunststoffclips geeignet ist, nicht in der Lage sein wird, ein schweres Metallbauteil mit derselben Amplitude konstant zu fördern. Daher werden die Antriebssysteme unter Berücksichtigung des Bauteils, das sie transportieren sollen, entwickelt. Bei Benlong Automation werden die Fördersysteme auf der Grundlage der spezifischen Komponenten jedes Niederspannungsgeräts entwickelt, anstatt allgemeine katalogbasierte Förderer zu verwenden.

Häufige Probleme und wie man sie behebt

Selbst bei einer fortschrittlichen Fördermaschine ist häufige Wartung erforderlich. Häufige Probleme können folgende sein:

Fördervorgang verläuft langsam oder stoppt vollständig: Dies kann durch eine zu niedrige Amplitudeneinstellung oder Probleme mit der Federqualität verursacht werden. Es wird empfohlen, die Feder zu überprüfen und die Amplitude neu einzustellen.

Feststeckendes Teil im Werkzeug: Dies bedeutet in der Regel, dass Anpassungen vorgenommen werden müssen oder dass sich zu viele Teile in der Schale befinden. Reduzieren Sie die Anzahl der Teile in der Schale und überprüfen Sie die Förderbahn.

Zu starkes Springen: Wenn die Amplitude zu hoch ist, können die Teile aus der Bahn fallen; daher muss sie so weit verringert werden, bis der Fördervorgang ohne Probleme abläuft.

Überhitzte Spule bei elektromagnetischen Antrieben: Es ist notwendig, den Spalt zwischen Spule und Anker zu messen und die Parametereinstellungen zu überprüfen.

Schwankende Fördergeschwindigkeit bedeutet, dass sich das Wickelmaterial aufgrund von Erwärmung verändert hat.

Kurze tägliche Inspektionen ermöglichen es, die meisten der beschriebenen Probleme zu vermeiden.

Abschluss

Das Verständnis, wie ein Vibrationsrundförderer funktioniert, beruht auf einem Prinzip: Durch schräg gestellte Federn wird das störungsfreie Signal des Aktuators in einen rotierenden Sprung umgewandelt, der Objekte entlang eines spiralförmigen Geräts zu einer perfekten Einzelreihe bewegt. Der Aktuator ist der Hauptbestandteil des Mechanismus. Die Art des Förderaktors, d. h. elektromagnetisch, piezoelektrisch, elektrodynamisch oder pneumatisch, bestimmt die Leistung des Förderers in Bezug auf Geschwindigkeit und Präzision. Ein elektromagnetischer Antrieb ist die am häufigsten verwendete Option für die Montage von Niederspannungsgeräten, während piezoelektrische oder Servoakutatoren für empfindliche oder variable Montagebauteile eingesetzt werden.