Greifsysteme

Takt rauf – Energieverbrauch runter

Energieeffiziente Greifer lohnen sich im Einsatz doppelt
Mechatronische Module wie der Kleinteilegreifer EGP ermöglichen effiziente Prozesse.
Moderne Module sorgen für eine hohe Produktivität bei minimalen laufenden Kosten. Auf diese einfache Anforderung lässt sich die Wirkungsweise energieeffizienter Greifsysteme bringen.

Von jeher sind Konstrukteure und Anwender gut beraten, wenn sie sich für besonders leistungsdichte Komponenten entscheiden. Verglichen mit Produkten, die den gleichen Input benötigen, lässt sich mit ihnen deutlich mehr Output erzielen. Beispielsweise die von Schunk entwickelte Vielzahnführung, die beispielsweise beim Universalgreifer PGN-plus eingesetzt wird: Im Gegensatz zu konventionellen T-Nuten-Führungen werden bei ihr Kräfte und Momente auf mehrere Führungsflächen verteilt. Auf diese Weise sind die Führungen deutlich belastbarer, so dass längere Greiferfinger eingesetzt werden können. Noch effizienter arbeitet die Rollenführung, die beim Kleinteilegreifer MPG-plus eingesetzt wird. Der Wirkungsgrad dieser Rollenführung übertrifft sowohl den Wirkungsgrad von kugelgelagerten Führungen als auch den von Gleitführungen. Da die Rollen einzeln gepasst sind, arbeiten sie stabil, leichtgängig und wirkungsvoll. Das kommt der Tragfähigkeit, der Lebensdauer und der Energieeffizienz des gesamten Greifers zugute.

Ähnliche Feinheiten gilt es bei den Antrieben zu beachten: So ermöglichen Ovalkolbenantriebe hohe Kräfte auf kleinem Bauraum. Verglichen mit konventionellen runden Kolben wird der Bauraum des Greifergehäuses mit Ovalkolben besser genutzt, die Kolbenfläche vergrößert sich und die Energie der Druckluft kann effizienter in Greifkraft umgewandelt werden. Bei gleicher Greifergröße werden also höhere Greifkräfte erzielt. Im Idealfall sind – wie beim MPG-plus von Schunk – in einem Modul sowohl eine hocheffiziente Backenführung als auch ein Ovalkolbenantrieb miteinander vereint. Dadurch ergibt sich ein enormer Wirkungsgrad: Bei gleicher Baugröße sind längere Greiferfinger und höhere Greifkräfte möglich. Alternativ kann bei identischem Kraftbedarf mit kleineren Baugrößen gearbeitet und damit Bauraum und Energie gespart werden.

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Ventile reduzieren Energieverbrauch und Taktzeit

In der Montagetechnik mit kurzen Taktzeiten und mittlerem Gewicht zwischen ein und drei Kilogramm spielen hochintegrierte Mikroventile ihr Effizienzpotenzial aus. Sie sorgen für hohe Taktraten und minimieren zugleich den Luftverbrauch. Je kleiner der Aktor desto wirkungsvoller sind sie. Im Idealfall lässt sich die Taktung mit ihnen um bis zu 100 Prozent beschleunigen. Besonders effizient gelöst wurde der Einsatz von Mikroventilen bei der Ventilsteuereinheit VCU, bei der bereits standardmäßig alle gängigen Ablaufprogramme für die Pick-&-Place-Einheit PPU-P 10 sowie für die daran angeschlossenen Greif- und Drehmodule hinterlegt sind. Kaum sind der Schlauch und zwei Kabel angeschlossen, ist die komplette Einheit startklar, zusätzliche Programmierungen sind nicht mehr nötig. Für einen kompletten Zyklus genügt ein einziger Befehl von der übergeordneten Steuerung. Alles Weitere erledigt die Einheit vollkommen selbständig. Mit 95 Zyklen pro Minute (bei einer Zuladung von einem Kilogramm) ist die PPU-P 10 die derzeit schnellste pneumatische Pick-&-Place-Einheit am Markt. Sie arbeitet mehr als doppelt so schnell wie konventionelle pneumatische Lösungen. In Verbindung mit der Ventilsteuereinheit VCU lässt sich dieser Maximalwert einfach, komfortabel und zuverlässig erreichen.

Weniger Energie und mehr Flexibilität

Auch elektrisch angetriebene Module bieten Möglichkeiten, um die Energie-, Zeit- und Kosteneffizienz von Anlagen zu erhöhen. So bündelt der Hersteller aus Lauffen dazu eine Vielzahl mechatronischer Module in einem einzigen Programm. Das Spektrum reicht vom einfachen Greifer als Pneumatik-Alternative über Greifer mit integrierter Intelligenz bis hin zu adaptierbaren, mechanischen Greifern, die sich mit unterschiedlichsten Motoren und Funktionalitäten ausstatten lassen. Verglichen mit pneumatischen Greifern ohne Ventiltechnik haben elektrisch angetriebene Greifer bei Anwendungen mit hoher Zyklenzahl und vielen Greifvorgängen in Sachen Energie- und Kosteneffizienz eindeutig die Nase vorn. Aus Gründen des Umweltschutzes sind sie daher beispielsweise in Südkorea teilweise sogar per Gesetz vorgeschrieben. Zusätzlich ermöglichen sie die Kontrolle von Greiferstellung, Hub, Schließgeschwindigkeit, Beschleunigung oder Kraft. Zum Teil können mechatronische Module sogar per Internet oder Datenleitung in Betrieb genommen und ferngewartet werden. Der rasante Fortschritt bei elektrischen Servoantrieben und die durchgängige Standardisierung haben dafür gesorgt, dass mechatronische Komponenten auch preislich immer attraktiver werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Steigerung der Energieeffizienz liefert das Thema Leichtbau. Mithilfe moderner Technologien, etwa der FEM-Methode, lassen sich leichte Greifmodule entwickeln, ohne dabei an Tragfähigkeit oder Stabilität einzubüßen. So bringt es der Schwerlastgreifer SLG bei einem Hub von 100 Millimeter pro Finger auf eine Greifkraft von 23.000 Newton. Mit ihm lassen sich Teile bis 700 Kilogramm handhaben. Die Steifigkeit des Greifers und seiner Backen wurde so optimiert, dass selbst angesichts der hohen dynamischen Belastungen keinerlei unzulässige Kräfte auftreten. Einen anderen Weg der Gewichtsreduktion geht Schunk bei Linearachsen: In intensiver Forschungsarbeit hat sich das Unternehmen ein umfassendes Know-how bei der Konstruktion und dem Bau von CFK-Modulen erarbeitet. Verglichen mit Aluminiumprofilen reduziert sich das Gewicht bei den CFK-Leichtbauachsen um 58 Prozent. Erreicht wird dies zum einen über den Kohlefaserverbundwerkstoff, zum anderen über eine spezielle Struktur und Füllung im Innern, die ein minimales Gewicht und zugleich eine hohe Steifigkeit gewährleisten. Vor allem in mehrachsigen Handhabungssystemen, in denen komplette Z- oder Y-Achsen bewegt werden, sind die Leichtgewichte interessant: Die Massenträgheit sinkt, und die Achsen können deutlich schneller beschleunigt und verfahren werden. Aufgrund des höheren E-Moduls verfügen sie zudem über eine höhere Biege- und Torsionssteifigkeit als Aluminiumprofile. Hinzu kommt, dass die Eigendämpfung Schwingungen reduziert, was zu einer hohen dynamischen Steifigkeit führt. Erwärmt sich das Material im laufenden Betrieb, behält es dennoch seine Form. Beste Voraussetzungen also für den energieeffizienten und zugleich mikrometergenauen Einsatz in hochpräzisen Prüf- oder Handhabungsapplikationen. bw


Halle A2, Stand 103

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