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GKS 5 S MAXIMIUANSTRASSE 58 D-80538 MÜNCHEN GERMANY
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Transfervorrichtung für Großpressensystem
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Transfervorrichtung für Großpressensystem
Die Erfindung betrifft eine Transfervorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
In Hochleistungspresssystemen, vor allem in der Automobilindustrie, sind automatisierte Arbeitsabläufe Stand der Technik. Beim Pressen von Außenhautteilen, insbesondere Teilen mit geringer Eigenstabilität, wird jedes Werkstück über Saugrahmen von oben aufgenommen und stabilisiert. Der Werkstücktransfer erfolgt in Pressenstrassen mit Transfervorrichtungen, die Zwei- oder Mehrachs-Feeder oder Roboter aufweisen. Bei Saugerbalkenpressen werden zentral oder dezentral angetrieben Zweiachs- Transfervorrichtungen, gegebenenfalls mit Zusatzachsen, eingesetzt. Beim Pressen von Strukturteilen mit hoher Eigenstabilität wird jedes Werkstück mit Schaufeln oder Greifern von der Seite her aufgenommen. In Pressenstrassen sind hierfür Transfervorrichtungen mit Dreiachs-Transfersystemen vorgesehen, die die Werkstücke längs der Presse (Transferpressen) oder quer zur Presse (Großteilstufenpressen) manipulieren. Die Transfervorrichtungen sind auf die jeweilige Art der Automation speziell abgestimmt. Feedervorrichtungen mit mindestens zwei Achsen sind vor und hinter der Presse etwa mittig angeordnet. Transfersysteme für Quertransport haben jeweils zwei Antriebseinheiten rechts und links der Presse mit Tragschienen, die in zwei Stützstellen gelagert werden. Die Presswerkzeuge für diese Vielzahl automatisierter Pressensysteme sind jeweils speziell ausgelegt bzw. maßgeschneidert. So sind beispielsweise die Werkzeugführungen und Schieber unterschiedlich angeordnet, d.h. bei automatischen Feedersystemen befinden sie sich links und rechts des Werkstückflusses, während bei drei achsigem Transferbetrieb die Führungen mittig angeordnet und rechts und links des Werkstückflusses Freiräume vorgesehen sind. Die Unterschiede der automatischen Systeme erfordern in der Betriebsstätte für eine optimale Fertigung der Presswerkstücke eine Vielzahl von Anlagen. Werden beispielsweise von einem übernehmenden Hersteller Werkzeuge vom ursprünglichen Hersteller übernommen, dann muss der übernehmende Hersteller für die automatisierte Fertigung der Werkstücke in seiner Betriebsstätte bisher die Art der Automation einsetzten, für die die Werkzeuge ursprünglich entwickelt wurden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Transfervorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, zunächst für unterschiedliche Automationsarten speziell entwickelte Werkzeugsätze unabhängig von den Automationsarten in nur einem Presssystem effektiv einsetzen zu können. Dabei wird ausgegangen von zwei vor und hinter der Presse angeordneten Feedersystemen mit drei NC-Achsen zum automatisierten längsbewegen oder querbewegen der Werkstücke. Der angestrebte effektive Betrieb der Werkzeugsätze setzt voraus, dass die Transfervorrichtung in der Lage ist, mit schnellen Hubtakten bzw. hohen Hubtaktfrequenzen zurechtzukommen.
Jeder der paarweise eingesetzten Feederbalken ist dank seiner Leichtbauweise aus endlos-kohlefaser-verstärktem Kunststoff CFK selbst bei einer Länge über 3 m und bis zu 7 m und mehr bei extrem geringem Gewicht außerordentlich steif und damit biege- und torsionsfest. Es wird der Feederbalken bewusst mit einer Eigenfrequenz größer 20 Hz ausgebildet, so dass hohe Hubtaktfrequenzen bzw. schnelle Hubtakte möglich sind und die Transfervorrichtung hochleistungsfähig wird. Die nur einseitige Einspannung des Feederbalkens, der über seinen Verlauf abstützungsfrei auskragt, er spart nicht nur einen zweiten Linearfeeder bzw. zusätzliche Abstützungen mit ihren Bewegungsführungen für das andere Feederbalkenende. Die Krafteinleitung von den am Feederbalken angebrachten Transferwerkzeugen über die Greiferschiene wird durch die integrierten Leichtmetall-Inserts verbessert, so dass die erforderlichen Transferwerkzeuge problemlos am Feederbalken anbringbar sind. Mit der Transfervorrichtung wird die Rentabilitätsschwelle des gesamten Pressensystems gesenkt. Ferner ergeben sich deutlich geringere Investitionskosten als bei bekannten Transfervorrichtungen. Ein weiterer Vorteil sind die flexible Anpassung an unterschiedliche Werkzeuge in Verbindung mit reduzierten Rüstzeiten und, was besonders wichtig ist, schnelle Hubtakte bzw. hohe Hubtaktfrequenzen, bei denen es wegen der hohen Eigenfrequenz des Feederbalkens zu keinen störenden Schwingungen kommt. Diese Vorteile lassen sich trotz der nur einseitigen Einspannung jedes Feederbalkens überraschend mit dem Kastenprofil-Leichtbaukonzept aus endlos-kohlefaserverstärktem Kunststoff mit integrierten Krafteinleitungs-Inserts erreichen.
Zwei alternative Ausführungsformen sind vorteilhaft. Für den automatisierten Transfer werden zwei Linearfeeder vor und hinter der Presse angeordnet, deren jeder drei ge-
regelte NC-Achsen hat. Erfordern die Presswerkzeuge oder die Presse ein Längsbewegung der Werkstücke, dann wird an jedem linear Feeder ein gerader, frei auskragender Feederbalken angebracht. Erfordern die Werkzeuge Querbewegungen, dann wird an jedem Linearfeeder ein T- oder TT-Feederbalken angebracht. Mit weiteren, kleineren, flexiblen Feedersystemen kann die Transfervorrichtung ergänzt werden, um beispielsweise platinen zuzuführen oder irgendwelche Teile zu entnehmen. Bei der einen Ausführungsform verlängert der geradlinige Feederbalken im Wesentlichen die Einspannstelle am Linearfeeder. Er erstreckt sich frei auskragend längs über den Pressentisch. Die Greiferschiene kann für den jeweiligen Einsatzfall speziell ausgelegt sein. Für den Teiletransport zwischen den Werkzeugstationen einer einzelnen Presse oder einer Pressenlinie werden jeweils beide Feederbalken durch ihre zwei Linearfeeder paarweise synchron, längs des Pressentisches bewegt. Bei der anderen Ausführungsform erstreckt sich der Feederbalken quer vor seinem Linearfeeder, wobei er in einer einzelnen Pressenstation oder in der Pressenlinie quer bewegt wird. Dieser Feederbalken bildet dank seines integrierten wenigstens einen Stammes eine T- oder TT-förmige Struktur und erstreckt sich vom Stamm oder beiden Stämmen ausgehend nach beiden Seiten.
Besonders bei einem langen Feederbalken kann es zweckmäßig sein, zur Vermeidung von Torsion im Stamm zwei nebeneinanderliegende Stämme vorzusehen und diese an zwei Einspannstellen oder einer verbreiterten Einspannstelle am Linearfeeder festzulegen. Es wird auf diese Weise eine &Pgr;-förmige Struktur gebildet. Dadurch lassen sich Feederbalkenlängen von bis zu 7 m und mehr realisieren, die trotz ihrer Länge und wegen der großen Eigenfrequenz schnelle Hubtakte und hohe Hubtaktfrequenzen vertragen.
Bei der Ausführungsform mit einem oder zwei Stämmen kann der Feederbalken höher oder tiefer gesetzt sein als die Einspannstelle am Linearfeeder, wobei eine Kröpfung des Stammes den Höhenversatz ausgleicht.
Die hochfeste Leichtbauweise ist charakterisiert durch in Hochrichtung beabstandete, flache Ober- und Untergurte, die in einem Rechteck-Querschnitt mit Seitenwänden miteinander verbunden sind, wobei in jedem Gurt randseitige und biegemomentge-
recht gestaltete CFK-Leisten mit Längsfasern in den Eckbereichen des Rechteck-Querschnitts vorgesehen sind, zwischen denen sich ein Sandwich-Profil, vorzugsweise mit einer leichten und beulfesten Honeycomb-Struktur befindet. Die Seitenwände werden von C-Profilen aus CFK gebildet, die sich bis unter die CFK-Leisten erstrecken. Die hohe Steifigkeit und Torsionsfestigkeit werden mit extremer Leichtbauweise erzielt.
Die biegemomentgerechte Gestaltung des Feederbalkens bei zumindest im Wesentlichen konstanter Gurtbreite lässt sich erzielen durch eine in Richtung zum jeweils freien Ende des Feederbalkens abnehmende Horizontalstärke in die Gurte integrierter CFK-Leisten. Die Stärkenabnahme kann allmählich oder stufenweise gestaltet sein. Beim die Einspannstelle im Wesentlichen linear verlängernden Feederbalken nimmt die Stärke der CFK-Leisten bis zum freien Balkenende sukzessive ab. Beim Feederbalken, der über einen Knoten mit wenigstens einem Stamm und der Einstandsstelle verbunden ist, nimmt die horizontale Stärke der CFK-Leisten vom Knoten jeweils in Richtung zu jedem freien Feederbalkenende ab.
Die Feederbalken lassen sich kostengünstig und maßgeschneidert aus vorgefertigten Einzelteilen, z.B. den Gurten und den Seitenwänden, herstellen, wobei zur Verbindung duroplastische Klebebereiche und/oder auch die Inserts eingesetzt werden können.
Bei dem die Einspannstelle im Wesentlichen geradlinig verlängernden Feederbalken sind Verstärkungen im Bereich der Einspannstelle vorgesehen. Die Reaktionskräfte des Feederbalkens mit den daran angeordneten Transferwerkzeugen werden auf diese Weise ohne lokale Spannungskonzentrationen an den Linearfeeder übertragen.
Bei der Ausführungsform mit querverlaufendem Feederbalken und wenigstens einem Stamm sollte zumindest im Spannbereich eine oberseitige Leichtmetall-Spannplatte zur Befestigung am Linearfeeder vorgesehen sein, im Zusammenspiel mit inneren Verstärkungen des Stammes.
Zweckmäßigerweise sind auch im jeweiligen Knoten innere Verstärkungen vorgesehen.
Um die Kräfte von den Transferwerkzeugen großflächig in die tragfähige Rechteck-Kastenstruktur des Feederbalkens übertragen zu können, sind die Inserts in die Seitenwand des Rechteckprofils des Feederbalkens eingegliedert, und mit der Seitenwand und den Gurten verbunden.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform einer Transfervorrichtung an
einem Pressensystem, in Frontalansicht,
Fig. 2 eine Draufsicht zu Fig. 1, teilweise im Schnitt,
Fig. 3 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 4 perspektivisch und herausgelöst ein Detail der Ausführungsform der Fig.
und 2,
Fig. 5 + 6 eine Seitenansicht und eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, eines Details der Ausführungsform der Fig. 3,
Fig. 7 perspektivisch und vergrößert ein Ende eines Feederbalkens, wie er in
den Fig. 3, 5 und 6 gezeigt ist,
Fig. 8 eine Seitenansicht zu Fig. 4, und
Fig. 9 eine vergrößerte schematisierte Perspektivansicht des Querschnitts des
Feederbalkens.
Ein Pressensystem P in den Fig. 1 und 2 umfasst mehrere Presswerkzeuge 1, 2, und kann eine Einzelpresse oder ein Abschnitt einer Pressenlinie sein. Um Werkstücke zwischen den Presswerkzeugen taktweise zu bewegen und gegebenenfalls auch in und/oder aus dem Pressensystem P, ist eine Transfervorrichtung T mit zwei dreiachsigen Linearfeedem L vorgesehen, die paarweise synchron quer zum Pressentisch arbeiten. An stationär verankerten Führungseinrichtungen 6 verfahren die Linearfeeder L in Querrichtung. Über Vertikalführungen 7 lassen sich die Linearfeeder L vertikal steuern. Längsführungen 8 dienen zum Steuern quer zur Längsrichtung des Pressensystems. (Drei NC-Achsen).
Jeder Linearfeeder L hat einen Anschluss 3 für eine Einspannstelle 4 für einen Feederbalken B. Der Feederbalken B erstreckt sich parallel zur Querrichtung der Presse, ist frei auskragend mit einem Stamm 5 in der Einspannstelle 4 festgelegt, und bildet mit seinem Stamm 5 ein T-förmiges Gebilde. Am Feederbalken B, der eine Länge zwischen mindestens 3,0 m und 7 m oder mehr hat, sind an wenigstens einer austauschbar angebrachten Greiferschiene M Transferwerkzeuge W zum Handhaben der Werkstücke angebracht Der Feederbalken B ist als Kastenprofil mit einem Rechteck-Querschnitt aus endlos-kohlfaser-verstärktem Kunststoff aufgebaut, wie dies später erläutert wird, und hat eine Eigenfrequenz größer 20 Hz bei hoher Steifigkeit und Torsionsfestigkeit. Zwischen dem Federbalken B und seinem Stamm 5 ist ein Knoten vorgesehen.
Gestrichelt ist in der Draufsicht von Fig. 2 angedeutet, dass der Feederbalken B hier &Pgr;-förmig ist und mit zwei Stämmen 5' in zwei Einspannstellen 4' an Vorrichtungen 3' des Linearfeeders L befestigt wird. Diese &Pgr;-Form verringert Torsionen in den Stämmen und ist beispielsweise zweckmäßig bei einem Feederbalken B großer Länge, z.B. von 7 m oder mehr.
In der Ausführungsform der Fig. 3 ist jeder Feederbalken B linear als Verlängerung der Einspannstelle 4 längs des Pressentisches und der Presswerkzeuge 2 orientiert. Dieser gerade Feederbalken B ist in seinem Kastenprofil-Aufbau ähnlich dem Feederbalken B der Fig. 1 und 2. Unterschiedlich sind die Ausbildung des Feederbalkens im Bereich der Einspannstelle 4 und die biegemomentgerechte Gestaltung des Innen-
aufbaus von der Einspannstelle zum freien Ende. Auch jeder gerade Feederbalken B in Fig. 3 hat bei einer Eigenfrequenz 20 Hz eine Länge von mindestens 3 m und kann bis zu 7 m oder länger sein. Das Paar der Feederbalken wird synchron und hauptsächlich in Längsrichtung bewegt.
Fig. 4 verdeutlicht perspektivisch den Feederbalken B der Fig. 1 und 2 mit der T-Form und dem Stamm 5. Gestrichelt ist bei 5" angedeutet, dass der Stamm 5 in Hochrichtung gekröpft sein kann, beispielsweise aus Gründen einer besseren Zugänglichkeit der Presswerkzeuge oder dgl. Der Stamm 5 hat ein Kastenprofil (aus endloskohlefaser-verstärktem Kunststoff CFK), das sich zum Feederbalken B verjüngt und in einem Knoten mit dem Feederbalken B verbunden ist. Der Knoten zwischen dem Feederbalken B und dem Stamm 5 muss nicht notwendigerweise exakt in der Längsmitte des Feederbalkens B liegen, sondern er kann, wie gezeigt, auch außerhalb der Längsmitte platziert werden. Ausgehend vom Knoten ist der Feederbalken B zu beiden freien Enden hin biegemomentgerecht ausgestaltet.
Der Feederbalken B (in jeder Ausführungsform) besteht aus einem Obergurt O und einem Untergurt U zumindest im Wesentlichen gleichen Aufbaus und konstanter Gurtbreite und Gurtstärke, die über Seitenwände S miteinander verbunden sind. Zumindest in der vom Stamm 5 wegweisenden Seitenwand S sind Widerlager 9 zum auswechselbaren Anbringen der Greiferschiene G (Fig. 1) für die Transferwerkzeuge W positioniert. Zum Verbinden mit dem Linearfeeder L in der Einspannstelle 4 sind im Stammende Verstärkungsbänder 11 und eine oberseitige Aluminiumspannplatte 10 vorgesehen, die durch Spannelemente 16 in den Stamm 5 integriert ist. Befestigungsstellen zum Anschluss an den Vorrichtungsteil 3 des Linearfeeders L sind in der Spannplatte 10 nicht dargestellt.
Die Fig. 5 und 6 gehören zum Feederbalken B der Fig. 3, der zum Anschluss in der Einspannstelle 4 ober- und unterseitige Aluminiumspannplatten 12 auf den Ober- und Untergurten O, U sowie seitliche Aluminiumplattenelemente 13 an den Außenseiten der Seitenwände S aufweist. Diese Platten 12, 13 sind (Fig. 7) durch Spannelemente 16 miteinander verspannt und können, falls erforderlich, auch mit dem Feederbalken
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B verklebt sein, z.B. mit duroplastischem Harz. Sie bilden eine außenseitige Verstärkung für den Einspannbereich.
Fig. 5 ist eine Ansicht des Feederbalkens B auf die Seitenwand S und zeigt zwei Abschnitte von Greiferschienen G, die an den Widerlagern 9 austauschbar befestigt sind.
Fig. 6 ist in der unteren Hälfte eine Draufsicht auf den Feederbalken B von Fig. 5 mit der Spannplatte 12. In der oberen Hälfte von Fig. 6 ist im Horizontalschnitt eine massive endlos-kohlefaser-verstärkte Leiste D gezeigt, die in die Gurte O, U jeweils randseitig als aussteifendes Element integriert ist und mit einem biegemomentgerechten Querschnittsverlauf gestaltet ist. Dies bedeutet, dass beispielsweise die horizontal gesehene Stärke der Leiste D in Richtung von der Einspannstelle 4 zum freien Ende des Feederbalkens B allmählich oder stufenweise (bei 14) abnimmt.
Beim Feederbalken B in Fig. 1 und 2 sind die Leisten D (nicht gezeigt) ebenfalls biegemomentengerecht gestaltet. Dies bedeutet wegen des Stamms 5, dass die Leisten D ausgehend vom Knoten zu den freien Feederbalkenenden in ihrer Stärke allmählich oder gestuft abnehmen.
Fig. 8 gehört zum Feederbalken B der Fig. 1, 2 und 4, dessen Stamm 5 die obere Spannplatte 10 und innen, nicht gezeigte Verstärkungen aufweist.
Fig. 9 verdeutlicht den Detailaufbau des Feederbalkens B, von Fig. 2 oder Fig. 3. Die Gurte O1 U enthalten in den Randbereichen die massiven CFK-Leisten D, deren Querschnitt mit 22 angedeutet ist. Der biegemomentgerechte Querschnittsverlauf mit den Stärkenabstufungen 14 ist gestrichelt angedeutet. Zwischen den Leisten D ist ein leichtgewichtiger Laminataufbau mit beispielsweise einer Honeycomb-Struktur 23 und ober- sowie unterseitigen Abdeckschichten 24 aus massivem CFK vorgesehen. Die Leisten D sind mit dem Laminataufbau 23, 24 mit duroplastischem Harz verklebt. Die Gurtweite ist ein Vielfaches der Gurtstärke. Der Hochabstand zwischen den Gurten O, U entspricht annähernd der Gurtweite. Die Seitenwände S werden von vollflächig eingeklebten oder verschweißten C-Profilen 26 gebildet, die mit ihren nach außen weisenden C-Schenkeln 27 unter die Leisten D greifen. Die C-Profile sind unter Verwen-
dung von Kohlefasem hergestellt. Bei 31 sind die Klebe-Verbindungsbereiche im Rechteckprofil angedeutet.
In den Feederbalken B sind ferner Krafteinleitungs-Inserts K für die Greiferschiene G integriert, mit z.B. Leichtmetall-Elementen 32. Diese sind mit der Rückseite der Seitenwand S und den Ober- und Untergurten O, U fest verbunden, z.B. durch eine Verklebung. Die Inserts K bilden die Widerlager 9 für die jeweilige Greiferschiene G.
Zum Erreichen möglichst hoher Hubzahlen sind die Feederbalken B sehr leicht und steif, so dass sie eine hohe Eigenfrequenz größer 20 Hz besitzen.
Da für einen Feederbalken B nur ein einziger Linearfeeder L benötigt wird und der Feederbalken in der Presse oder am gegenüberliegenden Linearfeeder keinerlei Abstützung benötigt, sondern abstützungsfrei auskragt, wird mit einer minimalen apparativen Ausstattung ausgekommen und ist die Transfervorrichtung sehr flexibel, rasch umrüstbar, können hohe Hubzahlen abgearbeitet werden, und ergibt sich wegen geringer Investitionskosten eine niedrige Rentabilitätsschwelle.
Diese Vorteile beruhen auf der CFK-Leichtbauweise des Feederbalkens B und dessen nur einseitige Einspannung, so dass mit nur einem Linearfeeder zum Antreiben des Feederbalkens größtmögliche Flexibilität gegeben ist. Abhängig von den Maßen der Pressentische, die üblicherweise bei Karosseriezulieferern im Automcbübau zwischen 3 m und 5 m liegen (3 m, 3,5 m, 4 m, 4,5 m, 5 m) sollte der Feederbalken B mindestens 3,0 m lang sein, besser mindestens 3,5 m, wobei er eine Länge I von sogar 7m und mehr haben kann. Damit keine störenden Schwingungen auch bei großen Hubzahlen auftreten, sollte die Eigenfrequenz des Balkens größer 20 Hz sein. Die Geometrie kann stabförmig oder C- bzw. &Pgr;-förmig sein. Die Transferwerkzeuge W(Greifer, Zangen, Schaufeln und dgl.) werden an den Greiferschienen G angebracht, die je nach Einsatzfall austauschbar an dem Feederbalken befestigt werden, und zwar an den Krafteinleitungs-Inserts K.