Greifer für Roboter: Greifprinzip, Haltekraft und Werkstücklage
Ein Greifer ist die Verbindung zwischen Roboter und Werkstück. Er muss ein Teil aufnehmen, während der Bewegung halten und an der vorgesehenen Stelle wieder abgeben. Für die CNC-Beladung kommt eine weitere Anforderung hinzu: Die Übergabe muss zur Aufspannung passen. Ein Teil kann während des Transports sicher gehalten werden und trotzdem schief auf dem Anschlag landen.
Das Greifprinzip folgt dem Werkstück
Mechanische Backengreifer eignen sich für zugängliche Greifflächen. Beim kraftschlüssigen Greifen hält Reibung zwischen Finger und Werkstück die Last. Formschlüssige Finger nutzen dagegen eine passende Kontur, etwa einen Bund. In der Praxis können beide Wirkungen zusammenkommen. Formschluss setzt voraus, dass das Teil tatsächlich in der vorgesehenen Lage sitzt und sich nicht über den verfügbaren Bewegungsweg lösen kann.
Vakuumgreifer nutzen eine Druckdifferenz an einer wirksamen Saugfläche. Glatte, dichte Flächen sind häufig günstig, während Poren, Bohrungen, Späne und stark strukturierte Oberflächen den Aufbau des Vakuums erschweren. Magnetgreifer benötigen einen geeigneten ferromagnetischen Werkstoff. Die bloße Bezeichnung „Metallteil“ genügt dafür nicht.
Adaptive oder nachgiebige Finger können verschiedene Konturen aufnehmen und empfindliche Teile schonen. Dafür ist die Werkstücklage gegebenenfalls weniger eindeutig als in einer formangepassten Aufnahme. Ein universeller Greifer spart somit nicht automatisch jede Umrüstung: Prüfen, Positionieren und die Abstimmung auf unterschiedliche Oberflächen bleiben erforderlich.
Greifkraftangaben richtig lesen
Bei einem Backengreifer muss klar sein, ob ein Datenblatt die Kraft je Backe oder deren Summe nennt. SCHUNK definiert die Greifkraft bei den beschriebenen Baureihen als Summe der Einzelkräfte an einem bestimmten Abstand P. Die zulässige Fingerlänge und die Belastungsmomente sind zusätzliche Grenzen. Eine lange Eigenbauverlängerung kann deshalb unzulässig sein, obwohl der Greifer bei kurzen Fingern ausreichend Kraft entwickelt.
Zum Lastfall gehören Gewicht, Beschleunigung, Schwerpunktabstand und Bremsvorgänge. Eine außermittige Last erzeugt ein Moment. Bei einem angenommenen Gewicht von 20 N und einem Hebelarm von 0,15 m entstehen bereits 3 Nm statisches Moment. Diese einfache Rechnung berücksichtigt noch keine Bewegungsdynamik. Auch Roboterflansch, Greiferanbindung und Fingerbefestigungen müssen zu den Belastungen passen.
Vakuumbeispiel: Fläche mal Druckdifferenz
Für einen idealisierten Sauger gilt F = Δp · A. Wir nehmen eine wirksame Kreisfläche mit 40 mm Durchmesser und eine Druckdifferenz von 60 kPa an. Die wirksame Fläche beträgt π · 0,040²/4 ≈ 0,001257 m². Daraus ergibt sich F ≈ 60.000 · 0,001257 = 75,4 N.
Das ist eine theoretische Normalkraft ohne Sicherheitsfaktor. Sie ist keine pauschal zulässige Werkstücklast. Der Außendurchmesser eines realen Saugers muss außerdem nicht dem wirksamen Durchmesser entsprechen; maßgebend sind die Herstellerdaten bei den jeweiligen Betriebsbedingungen.
Nun soll ein 2 kg schweres Teil im vereinfachten Modell senkrecht nach oben mit 2 m/s² beschleunigt werden. Mit einem hier nur beispielhaft angesetzten Faktor S = 2 ergibt sich F erforderlich = 2 · (9,81 + 2) · 2 = 47,24 N. Die theoretischen 75,4 N liegen darüber. Das reicht für eine Freigabe noch nicht: Querkräfte, Dichtheit, Kippmomente, Oberfläche und ungünstige Betriebszustände fehlen in dieser Rechnung. Bei halber Druckdifferenz wären nur noch 37,7 N vorhanden.
Greifaufgabe in vier Stationen
Station 1 von 4
Die Greifaufgabe umfasst auch ungünstige Varianten: etwa ein geöltes Teil oder einen versetzten Schwerpunkt.
- Die Greifaufgabe umfasst auch ungünstige Varianten: etwa ein geöltes Teil oder einen versetzten Schwerpunkt.
- Greifprinzip und Kontaktflächen passend auswählen. Die Zeichnungen stellen keine freigegebene Konstruktion dar.
- Im Vakuumbeispiel ergeben 40 mm wirksamer Durchmesser und 60 kPa Druckdifferenz etwa 75,4 N theoretische Kraft.
- Erst nach geeigneter Bestätigung der sicheren Ablage beziehungsweise Spannung wird die Übergabe abgeschlossen.
Eigene Prinzipskizze. „Weiter“ zeigt die Stationen einzeln. „Start“ spielt sie automatisch ab; „Pause“ hält die Animation an. Die Schaltflächen sind auch mit der Tastatur bedienbar.
Querkräfte und Leckage gesondert betrachten
Wird eine Platte seitlich beschleunigt oder senkrecht an einer Fläche gehalten, spielt die übertragbare Reibkraft eine wichtige Rolle. Schmalz empfiehlt, den Reibwert für die konkrete Kombination aus Sauger und Werkstück zu ermitteln. Ein trockener Probekörper bildet einen öligen Serienzustand nicht automatisch ab. Bei porösen Werkstoffen muss zusätzlich der tatsächliche Volumenstrom zur Leckage passen.
Mehrere Sauger verteilen die Last nur dann wie vorgesehen, wenn Kontakt, Geometrie und Nachgiebigkeit dazu passen. Eine dünne Platte kann sich durchbiegen; ein einzelner Sauger kann durch eine Bohrung Luft ziehen. Das System muss solche Zustände entsprechend seiner Aufgabe erkennen beziehungsweise beherrschen. Ein Vakuumschalter bestätigt einen Druckzustand, aber nicht zwangsläufig jede denkbare korrekte Werkstücklage.
Praxisfall: Rohteil in eine CNC-Vorrichtung einlegen
Ein rechteckiges Rohteil soll an zwei Bezugsflächen anliegen. Formangepasste Finger können eine wiederholbare Ausgangslage schaffen. Trotzdem sind Freiraum zum Einführen, Fertigungstoleranzen des Rohlings und mögliche Späne auf der Auflage zu berücksichtigen. Zu starre Übergabe kann ein Teil verkanten; zu große Nachgiebigkeit kann die Lage unbestimmt lassen.
Die Spannvorrichtung mit Anschlag und der Greifer werden deshalb gemeinsam geplant. Ein möglicher Test umfasst Nennmaß, kleinste und größte zulässige Rohteilabmessung sowie den vorgesehenen Oberflächenzustand. Das Prüfergebnis dokumentiert, ob das Teil korrekt anliegt, gespannt und erst anschließend freigegeben wird. Die genaue Reihenfolge richtet sich nach dem Schutz- und Steuerungskonzept.
Energieausfall und Schutzkonzept mitplanen
Was geschieht bei Druckverlust, fehlendem Vakuum oder elektrischem Ausfall? Diese Frage wird vor der Inbetriebnahme beantwortet. Je nach Risiko sind geeignete Haltefunktionen, Überwachung, mechanische Sicherung oder andere Maßnahmen notwendig. Ein Produktmerkmal wie „Greifkrafterhaltung“ ist anhand seiner Randbedingungen zu bewerten und ersetzt keine Beurteilung der gesamten Anlage.
Auch ein kollaborierender Roboter macht scharfe Werkstücke oder Quetschstellen am Greifer nicht automatisch ungefährlich. Die DGUV weist auf die Bedeutung von Werkzeug und Werkstück für die Sicherheit der konkreten Anwendung hin. Bei schweren Lasten bleibt zudem die Trennung zwischen Robotergreifer und einer dafür ausgelegten Kran-Lastaufnahme wichtig.
Ein brauchbarer Abnahmetest bewertet nicht nur einen gelungenen Griff. Er umfasst die freigegebenen Teilevarianten, zulässige Bewegungen, Rückmeldungen und definierte Fehlerfälle in einer abgesicherten Testumgebung. Erst dadurch wird aus einer rechnerisch ausreichenden Kraft eine nachvollziehbar beherrschte Greifaufgabe.
Quellen
Geprüft am 28. Oktober 2026. Zahlenbeispiele sind eigene, vereinfachte Rechenbeispiele.