Handhaben

Ein Ventil fürs Gefühl

Die Hand kann sich innerhalb von Millisekunden auf veränderte Umstände einstellen. Wenn man zum Beispiel etwas anhebt, das sich als zu schwer erweist, packt man einfach fester zu. Da es hohen Aufwand erfordert, diesen relativ simplen Regelkreis mit den Mitteln der Hydraulik nachzubilden, verzichtet man darauf. Dies gilt zum Beispiel für die Ballen- und Kartonklammern, mit denen Gabelstapler oft ausgerüstet sind. Diese Arme des Staplers greifen Papierballen oder Kartons mit Haushaltgeräten wie beispielsweise Wasch- und Spülmaschinen an zwei Seiten.

Gewünscht: Druckregelung mit extrem kurzer Ansprechzeit

Kartonklammern von Gabelstaplern sollen nur so viel Druck wie nötig aufbauen, um die empfindliche Ware sicher zu greifen.

Dabei darf nur so viel Druck ausgeübt werden wie eben nötig, denn durch zu viel Kraft kann das Transportgut beschädigt werden. Andererseits muss aber ein Durchrutschen der Last auf jeden Fall verhindert werden. Diese Aufgabe löst man bislang ganz pragmatisch, indem man das gewünschte Druckniveau jeweils am Lastaufnahmemittel einstellt. Damit ist das Unternehmen aber relativ unflexibel und muss immer einen Sicherheitszuschlag einkalkulieren, um ein Durchrutschen beziehungsweise Verlieren der Ladung auf jeden Fall zu verhindern.

Natürlich wäre eine aufwändigere Regelungstechnik denkbar, die den ausgeübten Druck reduziert, indem man zum Beispiel Druckregler in der Klammerhydraulik anbringt. Aber ein solches System wäre nicht nur zu kostspielig für diese Anwendung, sondern auch zu träge. Denn die Regelung muss innerhalb von Millisekunden ansprechen, wenn der Stapler über eine Bodenunebenheit fährt und die Last abzurutschen droht.

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Greifen mit Intelligenz

Eine elegante Lösung dieses in der Handhabungstechnik bekannten Problems stellt nun ein führender Hersteller von Stapler-Anbaugeräten vor. Die intelligente Klammer erkennt über einen Opto-Sensor ein Durchrutschen der Ladung und erhöht dann sofort den Druck im Hydraulikzylinder, so dass die Klammer fester zupackt. Das bedeutet: Beim Start des Greif- beziehungsweise Anpressvorgangs kann mit einem vergleichsweise niedrigeren Systemdruck begonnen und entsprechend schonend gegriffen werden. Erst wenn es tatsächlich notwendig sein sollte, wird der Anpressdruck mit Gefühl erhöht.

Grundlage: Entwicklung aus der Luft- und Raumfahrttechnik

Möglich wird diese Regelung durch eine neue Ventiltechnologie, die ursprünglich für die Weltraumtechnik entwickelt wurde und deren Wirkprinzip ebenso einfach wie wirkungsvoll ist . Eine magnetisierbare Ventilkugel wird allein durch die Druckdifferenz zwischen Ventileingang und -ausgang in den Ventilsitz gepresst. Soll das Ventil geöffnet werden, bewirkt eine Magnetspule im Ventilgehäuse, dass die Kugel aus dem Sitz rollt. Sobald die Spule nicht mehr bestromt wird, rollt die Kugel allein aufgrund der Strömung wieder in ihren Sitz und schließt das Ventil. Die gewünschten Ventileigenschaften lassen sich u. a. über Größe und Gewicht der Kugel an den Anwendungsfall anpassen.

Kurze Schaltzeiten

Zu den großen Vorteilen dieser Rapid Reaction Valve (RRV) -Technologie, die die GSR Ventiltechnik GmbH & Co. KG jetzt für industrielle Serieneinsätze weiterentwickelt hat, gehören die extrem kurzen Schaltzeiten im Millisekundenbereich und die lange Lebensdauer: Im Testfeld von GSR wurden bereits über eine Milliarde Schaltspiele erreicht. Ein wesentlicher Grund dafür ist, dass das neue Ventilprinzips auf verschleißbehaftete Rückstellfedern verzichten kann.

Ursprünglich wurde diese Ventiltechnologie für das Handling von Gasen entwickelt. Sie ist ebenso geeignet für viskose Medien, wenn man die Detailkonstruktion darauf abstimmt. In der beschriebenen Anwendung der adaptiven Klammer hat GSR die RRV-Technologie dahingehend abgewandelt, dass man drei Kugeln von je fünf Millimeter Durchmesser verwendet, die in einem Teilkreis angeordnet sind. Auf diese Weise wird auch bei den viskosen Medien und hohen Drücken der Ölhydraulik ein schnelles Schalten mit festgelegten Durchsätzen gewährleistet. Ein metallischer Dichtsatz schafft die Voraussetzung für eine zuverlässige und langlebige Abdichtung.

Faktisch funktioniert die adaptive Regelung folgendermaßen: Am Lastaufnahmemittel wurde ein optischer Sensor installiert, der beim Durchrutschen des Transportgutes dessen Bewegung erfasst. Der Sensor gibt ein Signal an die Regelung, die den Druck über das RRV-Ventil mit einer Schaltzeit von unter zehn Millisekunden entsprechend nachregelt. Dieser Vorgang kann sich mehrfach wiederholen, ohne dass die Ladung ganz abrutscht. Das schnelle Ansprechen des Ventils bildet also die Voraussetzung für diese praxisgerechte, einfache und langlebige Lösung.

Serienventil für die Hydraulik

Auf der Basis dieser kundenspezifischen Entwicklung hat GSR ein Serienventil speziell für Hydraulik-Anwendungen zur Serienreife gebracht. Das RRV 95 ist mit Abmessungen von 35 mal 40 Millimetern bei einer Länge von 65 Millimetern sehr kompakt und lässt sich leicht in hydraulische Regelkreise integrieren. Es ist für einen Druckbereich von 20 bis 200 bar ausgelegt und arbeitet mit typischen Schaltzeiten von weniger als zehn Millisekunden bei 200 bar. Die Magnetkraft wird von einer 24 VDC-Industriespule erzeugt, die nur geringe elektrische Ströme zum Schalten benötigt.

Neue Möglichkeiten für Konstrukteure

Die adaptive Regelung am Stapler-Lastaufnahmegerät ist ein erstes Beispiel für den Einsatz der RRV-Technologie in der Hydraulik, dem sicherlich weitere folgen werden. Hier sind die Konstrukteure gefordert, gemeinsam mit GSR elegante Lösungen für schnelle hydraulische Regelprozesse zu finden. Denn in vielen Prozessen der Montage- und Handhabungstechnik gibt es Fälle, in denen Greifer oder andere Handling-Organe mehr Gefühl benötigen. Jasmin Müller, Dr.-Ing. Jiri Vondricka/bw

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