Vakuum direkt an der Applilkation

Vakuumgreifer für druckluftloses Handling

Die Saug-Hebevorrichtung Eta Vac SH-ZPN von Eta Opt ist eine druckluftlose effiziente und umweltfreundlichere Alternative zu Pneumatik und konventionellen Vakuumejektoren. Die Vorrichtung basiert auf der Vakuumtechnologie Eta Vac. Eine zentrale Komponente in der Entwicklung ist das Antriebssystem Kannmotion von Koco Motion und Adlos.

Innenleben des 100-prozentigen Vakuumgreifers mit Koco Motion Antrieb. (Bild: Koco Motion)

„Unser zentraler Ansatz ist es, nur so viel Vakuum zu erzeugen wie benötigt und auch möglichst exakt dort, wo es benötigt wird – nämlich dezentral direkt an der Applikation“, erklärt Dr. Christoph Pohl, Geschäftsführer von Eta Opt aus Kassel. Bisher wurden zwei Ausführungen auf Basis der Eta-Vac-Technologie entwickelt: die SH-ZPN-Saug-Hebevorrichtung (SH) und die BP-30-Balgpumpe (BP). Der SH-ZPN ist dabei ein vollständiger Vakuumgreifer, der sich mittels Adapter direkt an den Werkzeugflansch eines herkömmlichen Industrieroboters montieren lässt. Er erzeugt ein einmaliges Vakuum und eliminiert dieses wieder zum Absetzen des Werkstücks.

„Als wir damals auf der Suche nach einem passenden Motor waren, konnte uns Koco Motion auf Anhieb einen Antrieb anbieten, bei dem die Spindel durch den Motor läuft. Zudem waren die Dauchinger sehr flexibel hinsichtlich unserer spezifischen Anpassungswünsche wie einer eigens für uns angefertigten Steuerung“, resümiert Dr. Pohl. Ende 2016 hat der Koco Motion zusammen mit Entwicklungspartner Adlos seine Kannmotion-Plattform vorgestellt. „Die einfache Antriebsplattform für kundenspezifische Anwendungen kann nur das, was sie muss – und zwar perfekt“, erklärt der Firmengründer und Geschäftsführer von Koco Motion, Gerhard Kocherscheidt die Produktphilosophie.

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Bei der auf der Eta-Vac-Technologie basierenden Saug-Hebevorrichtung ist die durch einen elektromechanischen Linearantrieb bewegte Kolbenstange an einen Faltenbalg angebunden, der direkt oder indirekt über einen Schlauch mit einem handelsüblichen Sauger für Vakuum-Anwendungen verbunden ist. Durch Auf- und Abwärtsbewegung vergrößert oder verkleinert sich das Volumen des Balges, wodurch ein Vakuum bis hin zum Sauger erzeugt wird. Das Zusammenpressen des Balges eliminiert, das Auseinanderziehen erzeugt das Vakuum. Dadurch wird dezentral ein Vakuum direkt am Einsatzort ohne Druckluft erzeugt. So lassen sich neue Produktionsanlagen ohne zusätzliche Druckluft-Infrastruktur aufbauen oder Bestandsanlagen von druckluftbetriebenen Anwendungen befreien. „In der Handhabung lassen sich damit bis zu 66 Prozent der Kosten einsparen und autark arbeitende Produktionsanlagen aufbauen“, so Dr. Christoph Pohl. Außerdem sinke die Lärmbelastung um 30 Dezibel.

Die Anbringung des Vakuumerzeugers direkt am Einsatzort vermeidet zusätzliche energetische Verluste aufgrund langer Vakuumleitungen und möglicher Undichtigkeiten. Der Freiheitsgrad von Greifern und Industrierobotern erhöht sich, weil hier keine Vakuum- oder Druckluftleitungen mehr durch Überdrehen beschädigt werden können. Das Zusammenbrechen kompletter Vakuumnetze findet nicht mehr statt, weil jede Applikation ihr eigenes Vakuum erzeugt. Und in einem Störfall lässt sich die Fehlersuche auf einen sehr kleinen Suchbereich eingrenzen, wodurch sich die Wiederinbetriebnahme erheblich beschleunigt.

Bauteilzahl runter – Wirkungsgrad rauf

„Bis zu diesem Zeitpunkt bestand der Antrieb aus einem BLDC-Motor mit Getriebe. Die größte Herausforderung bei dieser Anwendung war es für uns, dieses System komplett so zu verändern, als dass wir einen Direktantrieb und die Steuerungstechnik in den vorhandenen Bauraum implementieren“, erinnert sich Olaf Kämmerling, Geschäftsführer von Koco Motion. Damit haben die Dauchinger den Antrieb dahingehend optimiert, dass sie mit weniger mechanischen Bauelementen auskommen, einen höheren Wirkungsgrad realisieren und so die Kosten minimieren.

Die neue Antriebsplattform Kannmotion verschafft Wettbewerbsvorteile, weil sie nur so viel kann wie sie muss. (Bild: Koco Motion)

Die Motoren und Faltenbälge sind die zentralen Komponenten der Eta-Vac-Produkte. „Die Motoren beeinflussen dabei maßgeblich deren Performance hinsichtlich maximal erzeugbarem Unterdruck, Lebensdauer und realisierbarer Taktzeiten in der Produktion“, weist Dr. Pohl auf die Bedeutung des Antriebs hin. In dieser Saug-Hebevorrichtung kommt ein Nema-11-Linearaktuator auf Schrittmotorbasis zum Einsatz, der eine Spindelsteigung von 10 Millimeter pro Umdrehung bietet. Gesteuert wird er über die Kannmotion-17-Steuerung, die fünf Ein- und zwei Ausgänge hat. Die maximale Verstellgeschwindigkeit beträgt 68 Millimeter pro Sekunde bei einer Verstellkraft von etwa 30 Newton. Die zur Funktion notwendigen Programme werden direkt in der Steuerung gespeichert und lassen sich anwendungsspezifisch anpassen.

Höhere Lebensdauer

„Unsere Antriebe bieten eine vielfach höhere Lebensdauer gegenüber der ursprünglichen Lösung“, so Olaf Kämmerling.Durch die Integration von Motor und Steuerung in das Gehäuse lässt sich die IP69-Vorrichtung auch in sensiblen Umgebungen einsetzen. Es stehen mehr Leistungsreserven zur Verfügung und in dieser Anwendung ist die zur Verfügung stehende Zugkraft zur Erzeugung des Vakuums deutlich höher als erwartet. „Als Ziel hatten wir uns vorgenommen, 0,20 Millibar Unterdruck zu erreichen, es sind deutlich über 0,35 Millibar geworden.Auch ist das System durch unseren mitgelieferten Stecker Plug-and-play fähig, so dass die sonst langwierige Parametrisierung entfällt“, fasst Olaf Kämmerling die Alleinstellungsmerkmale des Antriebs zusammen.

Zudem lässt sich der Antrieb durch die Schrittmotor-Technologie einfach referenzieren. Er könne gegen einen festen Anschlag fahren und dann – abhängig von der benötigten Ansaugkraft – nahezu zu jeder Position innerhalb des maximalen Verfahrweges zur Unterdruckerzeugung gefahren werden. Das Zusammenspiel von Antrieb und Steuerung gestattet es Eta Opt, variabler in den zu erzeugenden Unterdrücken und Verfahrgeschwindigkeiten zu sein als dies gegenüber der Vorgängerversion möglich war.

Einsatzfälle für die Saug-Hebevorrichtung sieht Dr. Pohl in automatisierten Produktionsanlagen: „Hier finden sich eine Vielzahl an Arbeitsschritten, in denen die zu bearbeitenden oder zu montierenden Bauteile von einem Arbeitsschritt zum nächsten transportiert werden oder zur Bearbeitung in einer definierten Position gehalten werden müssen.“ Ein Beispiel hierfür wäre der Transport von Metallplatinen in einem Presswerk vom Zuschnitt zu den Pressen. Aufgrund der kompakten Bauweise eignet sich die SH-ZPN aber auch für die Handhabung von glatten und dichten Bauteilen bis zu einem Gewicht von 0,5 Kilogramm wie etwa Smartphone-Displays. as

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