Automatisierte Handhabung mit Innovationen in Pneumatik und Vakuumtechnik

Vom einfachen kraftschlüssigen Greifen von Werkstücken über die präzise Positionierung formkomplexer Bauteile bis zur Produktivitätssteigerung mit komplexen Mehrfach-Greifsystemen – die Funktionen von Greifern sind vielfältig. Aber oftmals eben auch spezifisch, die Greifer sind also für eine bestimmte Handlingsaufgabe vorgesehen. Bei Palettierungsaufgaben zum Beispiel müssen häufig sehr unterschiedliche Gegenstände wie offene oder regalfertige Boxen, Wellpappe oder perforierte Kartonagen gehandhabt werden. Weil herkömmliche Vakuumgreifer hier schon mal an ihre Grenzen stoßen, ist ein Werkzeugwechsel unumgänglich, Effizienzverlust aufgrund von Umrüstzeiten ist die Folge.
Dem muss jedoch nicht so sein, denn auch in der Greif- und Handhabungstechnik lässt sich Flexibilität mit Automatisierung vereinen. „Zum einen können flexible Greifer und Komponenten verwendet werden, die in der Lage sind, mehr als nur ein bestimmtes Werkstück zu greifen. Oder Schnellwechselsysteme, bei denen Greifer zügig und automatisiert getauscht werden“, nennt Dr. Maik Fiedler, Leiter der Geschäftsfelder Vakuum-Automation und Handhabung und Teil der Unternehmensleitung der J.Schmalz GmbH, zwei Möglichkeiten.

Schunk beispielsweise bietet in fünf Baugrößen ein einzigartiges Leistungspaket aus Hub, Kraft und Konnektivität. Dank seines großen Backenhubs von 10 bis 25 mm pro Finger können Anwender mit nur einem Greifer ein großes Teilspektrum handhaben. Dabei verfügt der neue Greifer über eine Greifkraft von 220 N in Baugröße 10 bis 1 300 N in Baugröße 25. Darüber hinaus wird bei dem weltweit ersten pneumatischen Greifer mit der zertifizierten, sicheren Greifkraft­erhaltung GripGuard die Gefahr auf ein Minimum reduziert, dass sich Bediener beispielsweise bei der Teileentnahme verletzen. Eine unkontrollierte Backenbewegung bei plötzlichem Druckabfall ist bei ihm nämlich von vornherein ausgeschlossen. Auch geht beim Ausfall oder im Not-Aus kein Werkstück verloren. Die Nenngreifkraft bei Druckverlust bleibt zu mindestens 80 Prozent zuverlässig erhalten.

Bezüglich der Effizienzsteigerung zielt auch die Lösung von Zimmer darauf ab, dass ein und derselbe Roboter durch automatisierten Wechsel des End-Effektors mehrere unterschiedliche Arbeiten an einem Werkstück vornehmen kann. Tobias Hikade, Produktmanager für Leichtbaurobotik bei Zimmer erklärt: „Noch nie war es so einfach wie mit dem standardisierten Match End-of-Arm-Ecosystem und den Hybrid-Greifern, Druckluft einzusparen und eine automatisierte Anwendung am Roboter zu realisieren. Die anschlussfertigen Robotermodule garantieren eine schnelle Anbindung an allen Robotern. Durch das einfache Wechselprinzip lassen sich zudem eine große Vielzahl an Greifern direkt integrieren.“
Das Ökosystem umfasst eine große Auswahl an Greifern der Zimmer Group sowie End-Effektoren mit Vakuumtechnik von Schmalz. Zudem beinhaltet es auch verschiedene Software-Lösungen: Eine auf den jeweiligen Roboter-Hersteller abgestimmte App ermöglicht eine direkte Ansteuerung und Überwachung der Funktionen.

Noch mehr Flexibilität in der Automatisierung ist natürlich gegeben, wenn ein Greiferwechsel komplett umgangen werden kann. Wie? Mit dem neu entwickelten Palettiergreifer von OnRobot, der Parallel- und Vakuumgreifer kombiniert. Gerade wenn sehr häufig unterschiedliche Produkte gehandhabt werden müssen, spielt der 2FGP20 seine Stärke aus. Mit einer Traglast von 20 kg und der beiden anpassbaren Arme des Parallelgreifers bewegt der Palettiergreifer schwere oder offene Boxen, regalfertige Produkte und andere Behälter, die nicht durch Vakuum gehandhabt werden können. Der integrierte Vakuumgreifer ermöglicht es beispielsweise auch, Zwischenlagen zu platzieren. Dabei ist eine hohe Prozess- und Arbeitssicherheit gegeben, denn der 2FGP20 hält ebenfalls Produkte zuverlässig, wenn es beispielsweise zu einem Spannungsausfall oder Kurzschluss kommt.

„Es gibt unerschöpflich viele Pick-and-Place-Anwendungen – das macht Vakuum-Greifer, die über einen hohen Variantenreichtum an Saugern verfügen, zum idealen Tool. Dabei sollten sie stets einfach zu installieren und für den flexiblen Gebrauch an Cobots über umfangreiche Kompatibilität verfügen“, weist Irina Hermann, Product Management bei SMC, auf die Anforderungen hin. So lassen sich an der Serie ZXP-X1 aus dem Hause SMC beispielsweise ein, zwei oder vier Vakuum-Sauger in fünf verschiedenen Varianten aus vier unterschiedlichen Materialien und mit Durchmessern von 8 bis 32 mm anbringen. Durch die Erweiterung der Serie werden mittlerweile Cobots von sechs Herstellern unterstützt, was dem Ausbau einer Automatisierungslandschaft entgegenkommt. „Keineswegs unterschätzt werden sollte das Thema Eigengewicht. Denn je geringer dieses ausfällt, desto positiver wirkt sich das auf das Massenträgheitsmoment aus – und ermöglicht so mehr Dynamik“, fügt Hermann als wichtiges Kriterium für Greifer hinzu, damit die gewonnene Flexibilität keinen Kompromiss bei der Traglast mit sich zieht.

Stabiler Leichtbau

Das zu verhindern und besonders kleinen Robotern mehr Tragfähigkeit für die zu greifenden Artikel zur Verfügung zu stellen, war der Gedanke hinter dem universell einsetzbaren Leichtbau-Vakuum-Greifersystem aus Kunststoff von Nonnenmann. Die Materialauswahl Kunststoff (PA6 / PA6.6) mit 30 bis 50 Prozent Glasfaseranteil macht die Greiferbauteile zum einen stabil, steif und widerstandfähig, aber auch 50 Prozent leichter als herkömmliche Systeme aus Aluminium. Diese Gewichtsreduzierung führt zu einer geringeren Arbeitslast für die Achsen und Roboter, wodurch höhere Nutzlasten oder Achsgeschwindigkeiten in der Praxis möglich sind. Durch den modularen Aufbau im Baukastenprinzip lassen sich aus den über 150 verschiedenen Einzelteilen individuelle Baugruppen und Greiferlösungen je nach aktueller Anforderung leicht zusammenbauen, welche für weitere Anwendungen angepasst werden können. Zusammen mit dem Robotersystem Horst von fruitcore lassen sich somit einfach flexible Automatisierungslösungen mit der Zielrichtung Industrie 4.0 kreieren.

„Wir haben in den letzten Jahren die Erfahrung im eigenem Greiferbau gemacht, dass Greifer immer komplexer werden, da Zusatzfunktionen wie Verdichten, Einlegen, Montieren oder Kontrollieren einen immer höheren Stellenwert einnehmen“, weiß Marc Schwope, Geschäftsführender Gesellschafter der AGS Automation Greifsysteme Schwope GmbH. Es versteht sich von selbst, dass der AGS-Baukasten für die Handhabung von Bauteilen neben einfachen Saugern auch unterschiedliche mechanische Elemente wie zum Beispiel Greiffinger, Greifzange, Innenbalggreifer, Magnetgreifer, Nadelgreifer, Parallelgreifer und Großhubgreifer umfasst. Um den Greiferbau so flexibel wie möglich zu gestalten, hält das AGS-PerciGrip-Sysytem jedoch eine Besonderheit bereit: den Verzicht auf den Nutenstein, welcher die Profile beziehungsweise Bauteile verbindet. Statt dessen wird die Klemmung über ein Prisma realisiert, das bis zu sechs mal längs der Profilrichtung platziert ist.

System aus Standardkomponenten

Die größten Vorteile des Systems sind die hohe Steifigkeit des Profilrahmens und die Möglichkeit, dass Bauteile nachträglich in das System eingesetzt werden können. Durch den Aufbau des Greifrahmens aus Standard-Carbonrohren ist auch hier eine Option gegeben, das Greifergewicht zu reduzieren. An partiell aufgeklebte Prismenstücke lassen sich die Saug- beziehungsweise Greifelemente befestigen. Zum Bau von Greifern hat der Kunde ebenfalls zwei Möglichkeiten: mit einem einfachen Hilfsgestell, dem Greifer-Montageboy, oder die digitale Konstruktion mittels der Konfigurationssoftware CadGrip 2.0 von AGS. Sie macht Vorschläge, wie die Bauteile am besten zusammenpassen, um die steigende Komplexität beherrschbar zu machen.

Höhere Flexibilität, vor allem durch den zunehmenden Einsatz von Robotern, steigert jedoch auch den Energiebedarf. „Energieeffizienz lässt sich vor allem durch die Verwendung intelligenter Komponenten erreichen, die beispielsweise Luftsparregelungen haben. So wird Energie nur dann verbraucht, wenn sie auch benötigt wird. Dazu helfen exakt auf die Anwendung ausgelegte Produkte mit geringem Greifergewicht, so dass keine unnötige Hubarbeit verrichtet werden muss“, nennt Dr. Fiedler gängige Methoden. Mit seiner jüngsten Entwicklung schlägt der Vakuum-Experte allerdings einen völlig neuen Weg ein: Systeme, die gänzlich unabhängig vom Energiefresser Druckkluft sind. „Wir erarbeiten neue Systemkonzepte, die rein elektrische Komponenten intelligent kombinieren. Dadurch erreichen wir Zykluszeiten, die mit leistungsstarken pneumatischen Vakuum-Erzeugern vergleichbar sind, inklusive aktivem Abblasen“, sagt Dr. Fiedler.

Das Konzept besteht aus einer zentral installierten elektrischen Vakuumpumpe auf der einen Seite, einem dazwischenliegenden Speicher sowie Ventilen, die auf der anderen Seite nahe am Sauggreifer montiert sind. „Unsere Speicher sind die Schläuche, in denen wir das Vakuum vorspannen, um es bedarfsgerecht abzurufen. Das führt zu einer deutlichen Verkürzung der Evakuierungsdauer. Durch die Nutzung mehrerer Ventile können wir diverse unabhängige Saugkreise installieren“, erklärt Dr. Fiedler. Das unmittelbar am Greifer montierte Belüftungsventil LQE reduziert durch das Vorspannen das tatsächlich zu evakuierende Volumen, was ein schnelles Belüften ermöglicht. Seine vollelektrische Aktorsteuerung trägt zur höheren Energieeffizienz des Gesamtsystems ebenso bei wie der integrierte Sensor, der sowohl das Vakuum als auch den Prozess direkt am Greifer überwacht und kontrolliert. Herzstück der druckluftfreien Vakuum-Automation ist die Compact-Pump GCPi. Der Vakuum-Erzeuger wiegt rund 3 kg und ist so kompakt, dass er auch an Leichtbaurobotern eingesetzt werden kann. In Kombination mit einer 24-V-Versorgung ist die Pumpe auch für mobile Anwendungen einsetzbar.