Handlingsysteme

Elektrisch oder pneumatisch?

Ein Vergleich zeigt: Elektrischen Handlingsystemen gehört die Zukunft
Seit 1997 bietet das pneumatische EDP standard Spitzenleistung mit Pick and Place im Sekundentakt. Zykluszeit: ab 0,8 Sekunden.
Der Markt für Handlingmodule und -systeme ist in schnellem Wandel. Kurze Produktlebenszeiten und Produktvarianten stellen neue Herausforderungen an Handlingsysteme für die Montagetechnik. Ziel dieser Gegenüberstellung pneumatischer und elektrischer Handlingsysteme ist eine neutrale Darstellung unter Einbeziehung umfangreicher Kriterien aus Anwendersicht. Sie basiert auf vielen Kundengesprächen zur Produktfindung vor der Markteinführung des EDP mini.

Das pneumatische EDP standard hat sich durch kurze Taktzeiten in den vergangenen zwölf Jahren am Markt etabliert. Seine besondere Bauweise, der Verzicht auf hydraulische Stoßdämpfer, im System integrierte Ventiltechnik, optimierte Verkabelung mit Gewährleistung bis hin zu einer sehr einfachen Einstellung der Endlagen und Fahrgeschwindigkeiten sind die besonderen Merkmale des EDP standard.

Das elektrische EDP mini glänzt dagegen durch Flexibilität, die schlanke Bauweise und hohe Dynamik. Mit Hüben bis 300 Millimeter und einer Nutzlast bis drei Kilogramm lässt sich ein großer Bereich an Handlingaufgaben abdecken. Auch die Einzelmodule EDM20 eignen sich für vielfältige Positionieraufgaben. Nur ein Stecker je Modul und die schlanke Bauweise schaffen übersichtliche Maschinen.

Pneumatik oder Linearmotor – die Systeme im Vergleich

Zunächst stellen wir harte, also leicht berechenbare Faktoren gegenüber: Pneumatische Greifer bieten eine hohe Greifkraft bei geringem Eigengewicht. Die meisten Handlinghersteller entwickeln derzeit intensiv im Bereich elektrische Greifer. Dennoch stehen bis heute noch keine bezüglich Kraft und Eigengewicht zur Pneumatik vergleichbaren elektrischen Greifer zur Verfügung. Deshalb werden in diesem Vergleich für beide Systeme pneumatische Greifer eingesetzt.

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Anders sieht es bei den Linearantrieben aus. Hier erreichen die Linearmotormodule bei gleicher Baugröße schon 50 Prozent der Antriebskraft pneumatischer Module.

Obwohl das EDP standard durch seinen besonderen Aufbau sicher zu den schnellen unter den pneumatischen Systemen gehört, werden mit dem EDP mini trotz geringerer Antriebskraft deutlich kürzere Zykluszeiten erreicht. Das liegt an den harmonischen Bewegungen, die mit Linearmotoren durch entsprechende Fahrprofile erzeugt werden.

Ein zunehmend wichtiger Aspekt liegt bei den Energiekosten. Sie sind zwar im vorliegenden Fall durch die kleinen Zylinderquerschnitte relativ gering, sprechen aber sicher zusammen mit anderen Argumenten für die elektrische Lösung. Bei großen Zylinderquerschnitten und größeren Hublängen entstehen schnell jährliche Energiekosten im mittleren fünfstelligen Bereich.

Im Gegensatz dazu halten sich die Energiekosten bei langen Taktzeiten – zum Beispiel fünf Sekunden – und kleinen Handlingsystemen zwischen elektrisch und pneumatisch die Waage. Ein extremer Anstieg der Energiekosten entsteht beim Einsatz pneumatischer Positioniersysteme, da hierbei die Zylindervolumen beim Anfahren einer Position oft mehrfach be- und entlüftet werden.

Nicht weniger wichtig sind Faktoren, die nicht oder nur schwer quantifizierbar sind: Geräuschpegel, Vibration und Schwingungen im Maschinengestell. Trotz gesammelter Abluft, elektropneumatischer Endlagendämpfung und vergleichsweise geringen bewegten Massen erzeugen die pneumatischen Module des EDP standard immer noch einen wesentlich höheren Lärmpegel sowie Schwingungen beim Auftreffen der Zylinder in den Endlagen. Die Fahrkurven der Linearmotoren hingegen bewirken bei gleichen Zykluszeiten einen sehr ruhigen Lauf. Beim EDP mini wurde zusätzlich eine hochwertige, doppelreihige Kugelumlaufführung mit Kugelkette eingesetzt. Die Kugelkette reduziert die Geräuschentwicklung und den Verschleiß stark. Gleichzeitig wirkt sie positiv auf die Schmierintervalle, da sie den Schmierfilm an den Kugeln hält.

Optimierung von Montageprozessen

Durch die Programmierbarkeit von Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und der Antriebskraft bis hin zu einer Kraftregelung oder Messung über externe Kraftsensoren sind Linearmotorantriebe für anspruchsvollere Aufgaben in der Montagetechnik den pneumatischen Systemen weit überlegen. Ganz wesentliche Vorteile bieten Linearmotorantriebe in Bezug auf Flexibilität bei Variantenproduktion und schnelle Umrüstung durch Programmwahl bei Produktwechsel.

Eine starke Reduzierung der Vielfalt verwendeter Module durch deren Programmierbarkeit macht sich durch geringere Konstruktions- und Montagekosten bis hin zu deutlich reduzierter Ersatzteilhaltung und durch eine bessere Wiederverwendbarkeit bemerkbar.

Ein interessanter Einsatzbereich bietet sich für Linearmotorhandling auch im Bereich kurvengesteuerter Maschinen. Da das EDP mini problemlos bei den Taktleistungen kurvengesteuerter Maschinen mithalten kann, im Punkt Flexibilität jedoch entscheidende Vorteile bietet, ist dieses Handling eine interessante Ergänzung kurvengesteuerter Maschinen. Die Regler der Linearmotoren bieten über einen Masterencoder-Eingang eine volle Synchronisation auf die Königswelle der kurvengesteuerten Maschine.

Der starke Trend zu mehr elektrischen Systemen erfordert allerdings von Maschinenbau und Endkunden Qualifizierungsmaßnahmen der Mitarbeiter in Richtung Mechatronik und Programmierung; das kann zu einer langsameren Einführung der sonst deutlich überlegenen Technik führen.

Zusammenfassung: Elektrische Systeme haben Vorteile

Die Gegenüberstellung zeigt die überwiegenden Vorteile elektrischer Handlingsysteme. Sie bewirken derzeit einen starken Trend weg von der Pneumatik.

Bei vielen Kundengesprächen lässt sich jedoch ein klarer Unterschied zwischen Endkunde und Sondermaschinenbau feststellen: Die Bereitschaft bei Endkunden ist sehr hoch, da sie auch den wesentlichen Nutzen aus der neuen Technik ziehen. Der Sondermaschinenbau hat jedoch erhebliche Probleme, die leicht höheren Anschaffungskosten durch den höheren Nutzen gegenüber dem Endkunden in Form von höheren Preisen durchzusetzen und geht deshalb oft noch den bequemeren Weg. Hier ist sicher mittelfristig ein Umdenken beim Einkauf von Anlagen zu erwarten.

Man darf sicher sein: Die Zukunft gehört den elektrischen Handlingsystemen. Bernhard Moosmann/pb

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