Fortschritt durch Mechatronik

Titel

Greifsysteme – Vor rund zehn Jahren brachte Schunk die ersten standardisierten mechatronischen Greifer auf den Markt. Seither eröffnen sich der Greiftechnik immer neue Möglichkeiten.

10. Februar 2014

Zehn Jahre sind auch im Bereich der Technik eine Zeitspanne, in der viele Innovationen sich im größeren Maßstab durchsetzen können. Ein Beispiel dafür liefern standardisierte mechatronische Greifer. Solche Module hat der Greif- und Spanntechnikspezialist Schunk aus Lauffen am Neckar vor rund zehn Jahren erstmals auf den Markt gebracht, und seitdem ersetzen sie immer häufiger pneumatisch angetriebene Bauteile.

Die Idee zur Mechatronisierung von Greifsystemen entstand unter anderem aus Forschungsprojekten im Bereich der Servicerobotik, wo elektrisch angetriebene Greifer im Wechsel unterschiedlichste Objekte greifen müssen. Solche flexibel einsetzbaren Module gelten mittlerweile als Schlüsselkomponenten bei der Konzeption zukunftsfähiger Produktionsprozesse für eine individualisierbare Serienproduktion. Bereits heute im Einsatz sind mechatronische Greifkomponenten beispielsweise in Anlagen zur Pleuelfertigung, wo sie die Inbetriebnahmezeiten verkürzen und Prozesse wesentlich flexibler gestalten. Hybridlösungen aus pneumatischen Greifern und mechatronischen Drehmodulen kombinieren dabei die Vorteile beider Antriebswelten.

Integrierte Flexibilität

Die mechatronischen Module von Schunk zeigen bereits heute, wohin die Reise in der Produktionsautomatisierung geht. So können beispielsweise die servoelektrischen Zwei-Finger-Parallelgreifer der Baureihe WSG unterschiedlichste Teile ohne Umrüstzeiten materialschonend handhaben. Dabei werden Fingerposition und Greifkraft bei jedem Greifvorgang individuell ans Werkstück angepasst. Die erforderliche Sensorik, die Steuer- und Regelungstechnik sowie ein Webbrowser zur Kommunikation mit der übergeordneten Anlage und mit anderen Anlagenkomponenten sind in die Greifer integriert. Auf diese Weise lassen sie sich über eine intuitiv bedienbare Programmieroberfläche ohne Installation zusätzlicher Software via Internet in Anlagen einbinden, steuern und warten.

Beim Kleinteilegreifer WSG 32 gewährleistet eine speziell entwickelte Riemenkinematik hohe Greifgeschwindigkeiten bis zu 400 Millimeter pro Sekunde und ermöglicht so kurze Zykluszeiten auch bei großem Hub. Die Kombination aus integrierter Greifteildetektion und hoher Positioniergenauigkeit ermöglicht es dabei, Befehle taktzeitoptimiert auszuführen, ohne die übergeordnete Prozesssteuerung zu belasten.

Minimaler Programmieraufwand

Da viele gebräuchliche Funktionen bereits als intelligente Greifbefehle im Modul hinterlegt sind, ist der Programmieraufwand minimal. Zudem lässt sich der Funktionsumfang bei Bedarf mithilfe der eingebauten, leicht zu erlernenden Skriptsprache individuell an die jeweilige Anwendung anpassen, so dass sich auch knifflige Aufgaben zuverlässig und vergleichsweise einfach lösen lassen. Hinzu kommt, dass der Greifer die Anlagensteuerung im laufenden Betrieb kontinuierlich mit Feedback versorgen kann und im Servicefall einen Remote-Zugriff bis auf die Ebene des Aktors ermöglicht. Einsatz finden die variablen Module vor allem in der Elektronikproduktion bei der flexiblen Handhabung kleiner und mittlerer Serien von Leiterplatten unterschiedlicher Größe und Form.

Der Spezialist im Programm von Schunk für das Handling kleinster Teile ist der Kleinteilegreifer EGP25Speed. Der derzeit kleinste elektrische Greifer mit integrierter Elektronik am Markt wiegt lediglich 100 Gramm und bietet eine Greifkraft von sieben Newton für die Handhabung von Werkstücken bis 35 Gramm im Reibschluss. Verschleiß- und wartungsfreie bürstenlose Servomotoren sowie eine leistungsfähige Kreuzrollenführung gewährleisten eine lange Lebensdauer und hohen Wirkungsgrad für anspruchsvolle Pick-and-Place-Anwendungen mit minimalen Zykluszeiten. So dauert es bei einem Maximalhub von drei Millimetern lediglich 30 Millisekunden, bis die Finger geschlossen sind.

Der Greifer basiert auf der bewährten Plattform des pneumatischen Kleinteilegreifers MPG-plus. In vielen Fällen kann deshalb die Sensorik eines MPG-plus auf den EGP übertragen werden, so dass sich vorhandene Anlagen sehr einfach von Pneumatik auf Elektrik umstellen lassen. Ebenso erfolgt die Ansteuerung analog zum MPG-plus digital direkt oder auch zum Beispiel über einen Sensorverteiler. Zudem kann der EGP genau wie der MPG-plus sowohl seitlich als auch bodenseitig durch- und angeschraubt werden, wodurch die Flexibilität beim Anlagendesign steigt. Die Elektronik ist platzsparend im Inneren verbaut.

Im Bereich mechatronischer Drehmodule bietet Schunk zum Beispiel das von einem Torquemotor direkt angetriebene Miniaturmodul ERD, das speziell für dynamische Montageanwendungen in der Elektronik-, Konsumgüter- und Pharmaindustrie konzipiert wurde. Mit ihm lassen sich platzsparende, drehmomentstarke Highspeed-Montagesysteme realisieren, die auch hohen Sicherheitsanforderungen genügen. Dabei ist es für ein mechatronisches Drehmodul dieser Größe erstmals gelungen, zwei Luftdurchführungen, vier Elektrodurchführungen und ein SIL2-zertifiziertes Absolutwegmesssystem zu integrieren.

Eine Leistungsstufe höher steht das kompakte Drehmodul ERS, das ebenfalls mit einem Torquemotor mit Hohlwelle ausgerüstet ist. Im Gegensatz zu vergleichbaren Drehmodulen mit herkömmlichem Servomotor und Getriebe weist das direkt angetriebene ERS keine zusätzliche Störkontur auf. Zudem entfallen Elastizitäten durch Spiel und Reibung. Endlos drehend kann das Modul beliebige Zwischenpositionen mit einer Wiederholgenauigkeit von 0,01 Grad anfahren. Eine große Mittenbohrung ermöglicht die Durchführung von Kabeln, Fluidleitungen und Werkstücken oder den Einsatz einer Kamera. Die Version ERSDDF besitzt zusätzlich eine pneumatisch-elektrische Durchführung, die über einen Schleifring beziehungsweise Luftkanal die Durchleitung von bis zu acht elektrischen Signalen sowie eines Fluids mit einem Druck von bis zu 8 bar ermöglicht.

Antrieb nach Wahl

Extrem anpassungsfähig ist das elektrisch angetriebene Drehmodul ERM von Schunk, das sich mit allen gängigen Industrie-Servomotoren ausstatten lässt und damit hinsichtlich der Steuer- und Regelungsstrategie ein Höchstmaß an Flexibilität bietet. Durch sein in vier 90-Grad-Schritten drehbares Vorgelegegetriebe lässt sich darüber hinaus die Störkontur des Drehmoduls inklusive Antrieb optimal auf die Gegebenheiten von Portalen abstimmen. Standardmäßig sind acht Luftdurchführungen im Gehäuse integriert.

In Baugröße 160 beträgt das maximale Abtriebsdrehmoment 75 Newtonmeter, das maximale Antriebsdrehmoment zwei Newtonmeter. Das Modul leistet axiale Kräfte bis 4.000 Newton und maximale Abtriebsdrehzahlen bis 62,5 min-1. Damit eignet es sich als frei programmierbarer Rundtakttisch ebenso wie als Positioniervorrichtung oder zum Drehen, Schwenken und Umorientieren von Werkstücken. Die serienmäßige Mittenbohrung mit 22 Millimetern Durchmesser ermöglicht ein besonders kompaktes Anlagendesign.

Hightech auf kleinstem Raum

Am oberen Ende der Leistungsskala bei Schunk rangieren die Hochleistungsdrehmodule der Serie PowerCube, deren erste Generation in Labor- und Forschungs- wie auch in Industrieanwendungen erfolgreich im Einsatz ist. Die neuen Modelle PR2, PDU2 und PSM2 sind gezielt für den robusten Einsatz in der Industrie optimiert. Die vollständige Integration der Regel- und Leistungselektronik erspart einen externen Regler und minimiert den Verkabelungsaufwand sowie die Fehleranfälligkeit. Die genormte Stecktechnik ermöglicht einen schnellen und komfortablen Anschluss. Die Ansteuerung erfolgt wahlweise über Profibus oder CAN-Bus, eine USB-Schnittstelle ermöglicht die Inbetriebnahme und Parametrierung vom PC aus. Durch das integrierte Harmonic Drive Getriebe erreichen das als Drehmodul konzipierte Modell PR2 und das für den Antrieb von Linearachsen entwickelte PDU2 je nach Baugröße sehr hohe Drehmomente zwischen 16 und 184 Newtonmeter. Zum schnellen Verfahren von kleineren Massen eignet sich das direkt angetriebene Modul PSM2, das bei einem Drehmoment von bis zu 0,7 Newtonmeter Drehzahlen bis zu 4.800 min-1 erreicht.

Position, Geschwindigkeit und Drehmoment lassen sich bei allen drei Modulen individuell regeln. Dabei gewährleistet ein inkrementeller Encoder eine hohe Positionier- und Wiederholgenauigkeit. Die integrierte Haltebremse stellt zudem sicher, dass die angefahrenen Positionen zuverlässig fixiert werden können. Zwei digitale Eingänge ermöglichen die Auswertung von Sensorsignalen.

Auf einen Blick

- Die Schunk GmbH & Co. KG mit Sitz in Lauffen am Neckar ist ein führender Spezialist für Greif- und Spanntechnik.

- Das Standardprogramm für Greifmodule umfasst mehr als 10.000 Komponenten.

- Der Baukasten für mechatronische Greifsysteme reicht von einfachen Pneumatikalternativen bis zu adaptierbaren und intelligenten Komponenten.

Erschienen in Ausgabe: 01/2014