Rasante Tempomacher

Titelstory

Pick-&-Place-Einheiten – In der hochdynamischen Kleinteilemontage sind kompakte Pick & Place Units nicht zu toppen. Mit aktuellen Lösungen lassen sich pro Minute bis zu 95 präzise Picks prozessstabil, energie- und kosteneffizient realisieren.

04. Mai 2012

Bei Montageanlagen in der Elektronik-, Medizintechnik- oder Konsumgüterindustrie stehen drei Dinge im Mittelpunkt: die Kosten für die Anschaffung und den laufenden Betrieb, die Taktzeiten sowie die Prozessstabilität. Erst wenn alle drei Faktoren parallel optimiert werden, lässt sich ein wirtschaftlicher und damit wettbewerbsfähiger Montageprozess gewährleisten. Moderne Pick-&-Place-Einheiten sind genau daraufhin getrimmt: Die smarten Tempomacher ermöglichen hohe Taktraten, arbeiten ausgesprochen präzise und zuverlässig und benötigen vergleichsweise wenig Energie – unabhängig davon, ob sie pneumatisch oder elektrisch angetrieben werden. Rund 80 Prozent aller Pick-&-Place-Anwendungen lassen sich deshalb mit solchen Einheiten abdecken.

Dynamischer Drehlader

Als weltweiter Maßstab für die Hochleistungsmontage gilt der Spanntechnik- und Greifsystemespezialist Schunk mit Sitz in Lauffen am Neckar mit einem umfassenden Modulprogramm an schnellen und zuverlässig arbeitenden Pick-&-Place-Einheiten. Zur Automatica erweitert das Familienunternehmen sein High-Speed-Programm um die pneumatische Hub-/Dreheinheit DRL 025, die künftig hochdynamische und dennoch laufruhige Pick-&-Place-Operationen mit Schwenkwinkeln von wahlweise 90 oder 180 Grad ermöglicht. Beispielsweise lassen sich damit bei minimaler Beladung und einem Schwenkwinkel von 180 Grad bis zu 90 Takte pro Minute realisieren. Möglich wird dieses hohe Tempo durch eine Zwangsführung der Bewegung des Vertikalzylinders und des Drehantriebs über eine Kurvenrolle, wodurch sich beide Winkel früher schalten lassen als es bei konventionellen Hub-/Dreheineinheiten der Fall ist. Zusätzlich erhöhen lassen sich Anlagenproduktivität und Prozessstabilität mit einer flexiblen Ansteuerung, durch die der Effektor direkt über der jeweiligen Zielposition gestoppt werden und in Wartestellung gehen kann, bis die Zuführung beziehungsweise die Ablageeinheit bereitsteht.

Variabler Schwenkwinkel

Bei einem Betriebsdruck von 5bar erreicht die Hub-/Dreheinheit ein Drehmoment von 3,7 Newtonmeter und eine Hubkraft von 320 Newton. Der Vertikalhub beträgt 40 Millimeter, davon 20 Millimeter linear. Die kompakte Einheit ist für Massenträgheitsmomente bis 0,03 kgm2 ausgelegt. Um Toleranzen und anlagenbedingte Abweichungen der Aufnahme- und Ablagepositionen zu kompensieren, lassen sich der Schwenkwinkel um ± 2 Grad und der Vertikalhub um bis zu 10 Millimeter je Seite variieren. In der 180-Grad-Version kann sie lineare Pick-&-Place-Einheiten, bei denen die Teile mittels Drehmodul um 180 Grad umorientiert werden müssten, komplett ersetzen.

Ein beeindruckendes Beispiel für die hohe Leistungsfähigkeit der Pick-&-Place-Einheiten von Schunk liefert das ebenfalls pneumatisch angetriebene Modul PPU-P, das sich seit seiner Premiere vor zwei Jahren bereits vielfach bewährt hat und zum Teil doppelt so schnell arbeitet wie vergleichbare andere Einheiten. So erreicht das Modul in Baugröße 30 für Nutzlasten bis drei Kilogramm bei voller Beladung bis zu 75 Zyklen pro Minute. Die kleinere Variante PPU-P 10 für Nutzlasten bis zu 1.000 Gramm kommt sogar auf 95 Picks pro Minute. Möglich werden diese kurzen Zyklen auch hier durch eine Überlagerung der horizontalen und vertikalen Bewegung sowie durch eine Abstimmung mit den vor- beziehungsweise nachgelagerten Stationen. Mit einer Wiederholgenauigkeit von 0,01 Millimeter gewährleisten die kompakten Tempomacher damit ideale Voraussetzungen für präzise Montageprozesse.

Anschließen und loslegen

Noch schneller und energieeffizienter arbeitet das Modul in Verbindung mit der optional erhältlichen intelligenten Ventilbox VCU, die sämtliche Ventile komfortabel und wirtschaftlich über eine einzige Luftzuführung an der Rückseite der Einheit versorgt. Je nach Ausstattung minimieren damit zwischen fünf und neun integrierte Mikroventile den Druckluft- und damit den Energieverbrauch, während bei konventionellen Pneumatiklösungen mit jedem Zyklus die Druckluft in der Zuleitung komplett verloren geht.

Zum Start der kompletten Einheit genügt es, ohne zusätzlichen Programmieraufwand einen Schlauch und zwei Kabel anzuschließen, weil alle gängigen Ablaufprogramme für die Pick-&-Place-Einheit PPU-P 10 und die daran angeschlossenen Greif- und Drehmodule bereits in der Ventilbox hinterlegt sind. Für einen kompletten Zyklus benötigt die Ventilbox deshalb lediglich einen einzigen Befehl von der übergeordneten Steuerung. Ansteuern lässt sich die VCU wahlweise über digitale I/Os oder über Profibus beziehungsweise CAN-Bus.

Flexibler Elektroantrieb

Kompakte Produktivitätsbooster bietet Schunk auch im Bereich der elektrisch lineardirekt angetriebenen Pick-&-Place-Einheiten. Die frei programmierbaren und damit besonders flexibel einsetzbaren Einheiten der Serie PPU-E gibt es in zwei Baugrößen für bewegte Massen bis zu drei bzw. fünf Kilogramm. Dabei erreicht das Modul bei 40 Millimeter Vertikalhub, 120 Millimeter Horizontalhub und zwei Kilogramm bewegter Masse eine Zykluszeit inklusive Schalt- und Greifzeiten von lediglich 0,58 Sekunden. Zwei integrierte Wegmesssysteme überwachen die vertikale und horizontale Bewegung und gewährleisten eine Wiederholgenauigkeit besser als 0,01 Millimeter. Intelligente Regler können ohne übergeordnete Steuerung sowohl den Auslegerarm als auch die Aktoren steuern. Die dafür nötige Software ist bereits integriert, sodass die Einheit sehr einfach in Betrieb genommen werden kann.

Die Module kommen komplett ohne bewegte Motorkabel aus. Stattdessen werden sämtliche Zuleitungen für Strom, Steuerung, Sensorik und Pneumatik am rückwärtigen, stationären Anschluss eingesteckt. Kabelbrüche und Anlagenstörungen sind so quasi ausgeschlossen. Dank integrierter Kraftregelung eignen sich die elektrisch angetriebenen Einheiten auch für Fügeprozesse, fürs Einpressen und zum Messen von Kräften. Das schmale Gehäuse sowie die Medienzuführung über das Backpanel ermöglichen einen kompakten und wartungsfreundlichen Sandwichaufbau mehrerer Einheiten nebeneinander. Bis zu sechs integrierte Ventile, die über eine einzige Luftzuführung bedient werden, versorgen sämtliche Pneumatikaktoren. Das minimiert den Druckluftverbrauch und ermöglicht zugleich die hohe Taktrate.

Neben der Basisversion ohne Greiferschnittstelle gibt es die Einheit PPU-E in insgesamt sechs Ausbaustufen mit zwei, vier oder sechs Luft- und Sensorikschnittstellen, mit elektrischer Schwenkeinheit und zweifachem Luft- und Sensorikanschluss sowie mit Vakuumschnittstelle, wahlweise über eine Venturidüse oder über ein externes Aggregat. Optional kann die Z-Achse mit Federlastausgleich und Feststellbremse ausgerüstet werden.

Eine aktuelle Neuheit auf der Automatica ist auch eine pneumatische Drehdurchführung als Zubehör für den kompakten Ringschalttisch RSTP87, der sich in der Montage von Elektronik-, Medizintechnik- und Konsumprodukten bewährt hat. Die neue Komponente ermöglicht es, Greifer oder andere Pneumatikaktuatoren endlos mitzudrehen. Dabei versorgen insgesamt drei Luftdurchführungen die mitdrehenden Pneumatikmodule prozessstabil mit Druckluft.

Flexibler Drehtisch

Der Schalttisch kann links, rechts und pendelnd takten, wobei sich die Taktart über die pneumatische Ansteuerung beliebig wechseln lässt. So besteht die Möglichkeit, den Bearbeitungsprozess anzuhalten, einige Schritte zurückzutakten und beispielsweise fehlerhafte Bearbeitungsschritte zu wiederholen. Über Distanzstücke kann die Taktung je nach Bedarf auf vier, sechs oder 12 Schritte eingestellt werden. In der Endlage wird die Bewegung hydraulisch gedämpft und der Antriebsring über zwei pneumatische Kolben absolut spielfrei verriegelt. Die mechanische Indexierung gewährleistet dabei eine Wiederholgenauigkeit des Schwenkwinkels von 0,06 Grad. Aufgrund der hohen Dämpfungsleistung können beim RST-P auch große Drehteller eingesetzt werden. Weil sich nur der Antriebsring dreht, lassen sich auf dem großen, feststehenden Mittelteil unterschiedlichste Komponenten und Aufbauten ergänzen, die durch die große Durchgangsbohrung zuverlässig mit Druckluft, Strom und Signalen versorgt werden.

Schunk stellt auf der Automatica aus: Halle A2, Stand 103

Erschienen in Ausgabe: 03/2012