Gelungene Kombination

Hybridantrieb – Pneumatisch getriebene Schwenkeinheiten bieten eine hohe Leistungsdichte. Ein integrierter leistungsstarker Elektro-Kleinmotor gewährleistet jetzt zudem höchste Präzision und kurze Reaktionszeiten.

21. Mai 2008

Ein entscheidender Prozess bei vielen Handhabungs- und Automatisierungsaufgaben ist es, ein Werkstück oder ein Werkzeug in eine geeignete Position zu drehen. In der Regel geschieht dies durch spezielle Schwenkeinheiten, die dabei harten Anforderungen unterliegen: Gefragt ist einerseits eine schnelle Bewegung mit hohen Kräften sowie andererseits eine präzise Positionierung bei zudem möglichst geringem Wartungsaufwand. Bisher ließen sich diese Erwartungen in der Praxis nur schwer kombinieren: So erreicht man mit pneumatischen Antrieben zwar auf einfache Weise eine kräftige Drehbewegung, wenn zwei Pneumatikzylinder per Kolbenzahnstange auf eine Welle mit Ritzel wirken; der Nachteil dieser Lösung ist jedoch die geringe Positioniergenauigkeit aufgrund der Tatsache, dass Gase kompressibel sind. Auch mit hohem Steuerventilaufwand ist es deshalb mit Pneumatik kaum möglich, eine feste, definierte Position schnell anzusteuern. Umgekehrt ermöglichen elektrische Antriebe zwar eine exakte Steuerung und Positionierung, jedoch fehlt ihnen bei dem gegebenen kleinen Bauraum die nötige Kraft.

Kombinierte Vorteile

Eine Lösung für dieses Dilemma hat jetzt der Handhabungsspezialist Schunk gefunden: Die neu entwickelte Schwenkeinheit SRU 40 Masterdrive des Unternehmens aus Lauffen am Neckar kombiniert dazu beide Antriebsvarianten in einem Bauteil und verbindet so die bekannt hohe Leistungsdichte der Pneumatik mit den kurzen Reaktionszeiten und der feinen Regelbarkeit des Elektromotors.

Komplett integriert in die neue Schwenkeinheit ist neben den Antrieben auch die Steuerelektronik, die beide Antriebe entsprechend ihrer Stärken optimal einsetzt. So ermöglicht die intelligente Antriebsauswahl auch bei unterschiedlichen Lasten extrem kurze Zyklenzeiten, weil der Servomotor unmittelbar nach dem Startsignal der SPS anläuft. Das Drehmoment von 13 Newtonmeter liefert danach der Pneumatikantrieb als »Turbolader« mit der prinzipbedingten Verzögerung.

Diese Lösung gewährleistet damit einen verzögerungsfreien weichen Anlauf ebenso wie eine kraftvolle Beschleunigung. Beim Abbremsen beendet umgekehrt zuerst die Pneumatik den Vortrieb, und der Elektromotor fährt die Einheit präzise auf Position. Bei hohen Lasten wirkt die Pneumatik zudem als definiert einstellbare sanfte Bremse für den Bremsvorgang ohne verschleißanfällige hydraulische Stoßdämpfer.

Trotz der aufwendigen Steuerung benötigt der Schwenkantrieb lediglich einen Druckluftanschluss für gefilterte Luft sowie ein Steuerkabel zwischen Antrieb und Schaltschrank. Dort übernimmt eine Steuerungsbox die Anbindung an die SPS und die Spannungsversorgung mit 24 Volt. So lassen sich über digitale Ein- und Ausgänge bis zu fünf Positionen ohne Programmieraufwand einfach einstellen. Dabei fährt die Einheit nach dem Impuls von der SPS auf die gewünschte Position, nach Erreichen der Stellung gibt der Antrieb eine Rückmeldung. Das einfache Regelverhalten der DC-Kleinmotoren ermöglicht so einen Schwenkbereich von 180 Grad bei einer Positioniergenauigkeit von 0,03 Grad.

Kooperationspartner für die elektrische Antriebskomponente war der Kleinmotorenspezialist Faulhaber aus Schönaich. Dessen moderne und langlebige DC-Kleinantriebe eignen sich für vielfältige Aufgaben und lassen sich über eine Pulsweitenmodulation der Versorgungsspannung leicht regeln. In der vorliegenden Anwendung gewährleistet ein rund 100 Watt starker 24-Volt-Motor mit einer Stromaufnahme von nur vier Ampere die geforderte sanfte Präzision. Da die Motoren im Vier-Quadranten-Betrieb sowohl Antriebs- wie Bremsfunktionen übernehmen, eignen sie sich gut für den Positionierungsbetrieb. Auch der leichte Anlauf bei geringer Last sowie eine hohe kurzfristige Überlastfähigkeit sind für viele Antriebsanwendungen von Vorteil. Die Antriebe mit dauergeschmierten Lagern sind absolut wartungsfrei.

Die große Modellvielfalt bei den Kleinmotoren ermöglicht in vielen Fällen den Einsatz eines Standardantriebes. Für spezielle Aufgaben lassen sich die jeweiligen Modelle gegebenenfalls auch speziell auf die Anwendung zuschneiden. Möglichst frühzeitige Einbindung der Motorenspezialisten in die Entwicklung neuer Produkte gewährleistet so mit geringstem Aufwand ein Maximum an Effizienz für die Antriebslösung.

Andreas Knebel, Faulhaber

Erschienen in Ausgabe: 03/2008