Drehen und Schwenken der nächsten Generation

SCHUNK hat sein Portfolio um zwei Schwenkmodule für die Automation erweitert, mit denen eine neue Ära der rotativen Bewegung anbricht. Grund genug also, zu hinterfragen, wohin die Reise beim Drehen und Schwenken geht und wo Potenziale schlummern.

Ob hohe Lasten oder kurze Taktzeiten – in Handhabung und Montage müssen Drehmodule und Schwenkeinheiten immer höhere Leistungen bringen. Systematisch hat der Kompetenzführer für Greifsysteme und Spanntechnik SCHUNK in den vergangenen Jahren sein Modulprogramm für rotative Bewegungen ausgebaut und um besonders dynamische, intelligente und adaptierbare Komponenten erweitert.

Jüngster Spross im Pneumatiksegment ist die SCHUNK SRM. Die Hochleistungsschwenkeinheit stellt selbst den Megaseller SCHUNK SRU-plus in den Schatten und könnte schon bald zum neuen Standard beim pneumatischen Schwenken bis 180° avancieren.

Benchmark bei Leistungsdichte, Langlebigkeit, Inbetriebnahme und Wartung

Gegenüber vorhandenen pneumatischen Schwenkeinheiten am Markt punktet das leistungsdichte Modul mit einer bis dato einzigartigen Kombination aus hohen Drehmomenten und hohen Massenträgheitsmomenten bei kurzen Schwenkzeiten, großer Mittenbohrung, robuster Lagerung und zugleich schlanker Störkontur. Bei der Entwicklung des Hochleistungsmoduls hat SCHUNK neueste Simulationstechnologien eingesetzt, mit denen erstmals auch Reaktionskräfte, Druckverläufe, Auftreffgeschwindigkeiten, kinetische Energien sowie Antriebsenergien erfasst werden konnten.

Neuartige Dämpfer und spezielle Kolbendichtungen sowie eine Viton-/FKM-Abdichtung bilden die Grundlage für ein bis dato einzigartiges Leistungspaket und eine hohe Robustheit. Das Schwenkmodul eignet sich damit auch für den Einsatz in Umgebungen mit aggressiven Medien. Eine sowohl in achsialer als auch in radialer Richtung spielfrei vorgespannte Lagerung ermöglicht die Aufnahme besonders hoher Momente und Querkräfte.

Da die innenliegenden Dämpfer bereits voreingestellt sind, müssen bei der Inbetriebnahme meist nur die Drosseln eingestellt werden, schon kann es losgehen. Werden die innenliegenden Stoßdämpfer gewechselt, bleiben sowohl der Schwenkwinkel als auch die Dämpferhubeinstellung erhalten, wodurch Wartungsarbeiten besonders schnell erledigt sind.

Optionale Drehdurchführungen

Mit der SCHUNK SRM können Anlagen kleiner dimensioniert, Taktzeiten verkürzt und sowohl die Präzision als auch die Lebensdauer erhöht werden. Die hohe Leistungsdichte bietet perfekte Voraussetzungen für besonders kompakte und zugleich wirtschaftliche Lösungen. Konsequent modular aufgebaut gewährleistet die Schwenkeinheit eine maßgeschneiderte Auslegung zu einem am Markt einzigartigen Preis-Leistungs-Verhältnis.

Die außerordentlich große Mittenbohrung erlaubt die Durchführung von Pneumatikleitungen und vorkonfektionierten Kabeln mit angegossenen Steckern. Noch mehr Komfort bieten die pneumatische oder elektrische Drehdurchführung: Kommt die pneumatische Mediendurchführung zum Einsatz, bleibt die große Mittenbohrung vollständig erhalten. Bei der elektrischen Drehdurchführung wiederum lassen sich die Sensorkabel unmittelbar am Modul einstecken.

Dabei vereinfacht eine farbliche Codierung der Steckverbinder die Inbetriebnahme und die Zuordnung der Signale. Sollte es trotz aller Umsicht zu einem Kabelbruch kommen, können auch einzelne Kabel ersetzt werden, ohne die komplette Drehdurchführung zu tauschen. Die Hochleistungsschwenkeinheit SCHUNK SRM gibt es zunächst in den Baugrößen 14, 16, 25 und 40 für Schwenkwinkel von 0°/180°, 0°/90° beziehungsweise frei einstellbar für Schwenkwinkel zwischen 0° und 180°. In Baugröße 40 sind Drehmomente bis 23,7 Nm und Massenträgheitsmomente bis 7 kgm2 möglich. Das sind fast 20 % mehr Drehmoment als beim bisherigen Topmodell SCHUNK SRU-plus.

Schwenkmodul mit 24V-Technologie

Zweites Highlight ist das mechatronische Schwenkmodul SCHUNK ERP. Statt wie bei pneumatischen Schwenkmodulen immer wieder umständlich Drosseln einzustellen und Stoßdämpfer zu wechseln oder wie bei elektrischen Drehmodulen immer wieder neue Verfahrsätze aufzuspielen, können Anwender nun zur deutlich einfacheren und langfristig kostengünstigeren elektrischen Alternative greifen.

Mit der verschleißarmen Komponente kommt SCHUNK den Forderungen der Industrie entgegen, dass Anlagen möglichst störungs- und im Idealfall auch weitgehend wartungsfrei laufen müssen. Größter Knackpunkt bei pneumatischen Schwenkmodulen waren bislang die auf Seiten des Inbetriebnehmers erforderliche Geduld, Erfahrung und Fingerspitzengefühl sowie der Verschleiß der Stoßdämpfer.

Bis heute werden pneumatische Schwenkmodule immer wieder überlastet, sei es aufgrund mangelnder Kenntnis und Geduld, sei es aufgrund der hohen Taktzeitforderungen. Während korrekt eingestellte pneumatische Schwenkeinheiten sich dadurch auszeichnen, dass kein mechanisches Schlagen zu hören oder Stoßschwingungen wahrzunehmen sind, erzeugen überlastete Einheiten Schläge und zum Teil erhebliche Vibrationen des Gesamtsystems.

Die Folge: Stoßdämpfer verschleißen vorzeitig, es kommt zu ungeplanten Anlagenstillständen und im Extrem werden sogar andere Anlagenbauteile, wie etwa empfindliche Kamerasysteme, durch die permanenten Schwingungen in Mitleidenschaft gezogen.

Intelligente Auto-Learn-Funktion

Genau hier setzt die Idee des Mechatronikschwenkmoduls SCHUNK ERP an: Im Gegensatz zu pneumatischen Schwenkeinheiten kommt die 24V-Komponente ohne hydraulische Stoßdämpfer aus. So entfällt das lästige Einstellen der Stoßdämpfer und damit die Hauptfehlerquelle beim Schwenken. Eine intelligente Auto-Learn-Technologie gewährleistet stattdessen vollautomatisch, dass das Bewegungsprofil stets an das jeweilige Teilegewicht angepasst wird.

Zur Inbetriebnahme wird die 24V-Komponente einfach über digitale I/O mit der Steuerung verbunden und bei Bedarf die Endlage mechanisch feineingestellt (+/- 5°). Alles andere übernimmt die integrierte Auto-Learn-Technologie. Drei bis fünf Schwenkbewegungen genügen, schon ist die Programmierung abgeschlossen. Dabei ist das Bewegungsprofil als Rampe angelegt. Abhängig vom Schwenkwinkel und dem Gewicht des Schwenkaufbaus beschleunigt und bremst die direktangetriebene Rotationseinheit also automatisch.

Schläge und Schwingungen sowie eine unkontrollierte Fahrt mit Maximalgeschwindigkeit sind somit ausgeschlossen. Das minimiert den Geräuschpegel sowie den Verschleiß und macht den Einsatz hydraulischer Stoßdämpfer überflüssig. Zugleich sind kürzeste Reaktions- und Verfahrzeiten möglich. Ändert sich das Teilegewicht im laufenden Prozess, passt das Modul sein Bewegungsprofil automatisch an, ohne dass ein Bedienereingriff erforderlich ist.

Die Geschwindigkeit lässt sich bequem unmittelbar am Gehäuse über einen Drehschalter regulieren. Da die Ansteuerung über digitale I/O erfolgt, ist die SCHUNK ERP Baureihe mit sämtlichen Steuerungen kompatibel und kann pneumatische Module ganz einfach ersetzen. Das 24V-Drehmodul gibt es im ersten Schritt in Baugröße 25 für Massenträgheitsmomente bis 0,1 kgm2 mit einem Schwenkwinkel von 45°, 90° oder 180°. Die Wiederholgenauigkeit beträgt +/- 0,01°.

Flexible Mechatronikmodule

Welche Potenziale grundsätzlich in mechatronischen Drehmodulen stecken, hat SCHUNK bereits erfolgreich unter Beweis gestellt: So ist das vielseitig einsetzbare Drehmodul SCHUNK ERS mit seinen drei Durchmesservarianten von 135 mm, 170 mm und 210 mm speziell für rotative Bewegungen im mittleren Lastbereich konzipiert. In Baugröße 170 erreicht es bei einer kompakten Höhe von 66 mm ein Nennmoment von 5 Nm und ein maximales Moment bis 17 Nm.

Es bietet damit ideale Voraussetzungen, um flexible und zugleich kompakte Anlagenkonzepte umzusetzen. So lässt sich das Kompaktmodul in Montageapplikationen wahlweise als Dreheinheit oder als Rundschalttisch einsetzen. Endlos drehend kann es mit bis zu 750 min-1 beliebige Zwischenpositionen mit einer Wiederholgenauigkeit von 0,01° anfahren. Im Gegensatz zu Drehmodulen mit herkömmlichem Servomotor weist das ERS keine zusätzliche Störkontur auf. Zudem entfallen Elastizitäten durch Spiel und Reibung.

Stattdessen überzeugt das langlebige Modul mit hoher Beschleunigung, Schwenkgeschwindigkeit und Präzision. Eine auf Wunsch integrierbare pneumatische Haltebremse stellt sicher, dass sich einzelne Positionen zuverlässig fixieren lassen. Eine große Mittenbohrung ermöglicht die Durchführung von Kabeln oder Werkstücken beziehungsweise den Einsatz einer Kamera.

Damit nicht genug. Um Druckluft oder Signale schlauch- bzw. kabellos direkt durchs Modul zu leiten, gibt es das Kompaktmodul auch in einer Version mit pneumatisch-elektrischer Durchführung, die via Schleifring beziehungsweise Luftkanal die Durchleitung von bis zu acht elektrischen Signalen (24 V DC/2 A) sowie einem Fluid mit einem Druck von bis zu 8 bar ermöglicht. Die Version mit Drehdurchführung ermöglich Drehzahlen bis 250 min-1.

Smartes Schwenken für die smarte Fabrik

Für Prof. Dr.-Ing. Markus Glück, Geschäftsführer Forschung & Entwicklung, CINO, bei SCHUNK ist das Potenzial beim rotativen Bewegen noch längst nicht ausgeschöpft: „Wir erleben aktuell eine Phase rasanter technologischer Innovation. Hochautomatisierte, vernetzte Produktionssysteme bestimmen die intelligente Produktion und halten Einzug in den Fertigungsstätten“, beschreibt Glück den Status Quo. „Der Markt fordert Schwenkeinheiten, die sich zügig und intuitiv ohne besondere technische Detailkenntnisse in Betrieb nehmen lassen. Schwenkeinheiten von morgen müssen sich zudem selbsttätig an Belastungssituationen und Einsatzszenarien anpassen.

“ Das Schwenkmodul SCHUNK ERP sei in diesem Zusammenhang ein Meilenstein, denn erstmals sei es mithilfe der integrierten Intelligenz gelungen, eine autonome Einstellung des Moduls zu realisieren. Nach vorne betrachtet geht der F&E-Chef davon aus, dass sowohl die Sensitivität, aber auch die Leistungsdichte und Dynamik von Dreh- und Schwenkmodulen weiter steigen werden. „In Zukunft wird eine kontinuierliche Systemdiagnose den ordnungsgemäßen, optimalen und ressourcenschonenden Einsatz von Schwenkeinheiten bei höchster Dynamik absichern“, ist Glück überzeugt.

„Inbetriebnehmer werden künftig von integrierten Sensorsystemen auf einfachste Weise unterstützt. Mehr noch: Beim smarten Drehen und Schwenken wird künftig der komplette rotative Prozess überwacht und die Anlagensteuerung sowie Peripherieeinheiten in Echtzeit mit entsprechenden Prozessdaten versorgt.

“ Das Ziel sei es, fortlaufende Zustandsinformationen zu liefern, die ohne technisches Detailwissen treffsicher interpretierbar sind, unterstreicht Glück. Derart intelligente Systeme führten zu einer längeren Laufzeit der Maschinen und einer Verringerung von ungeplanten, teuren Stillständen sowie Reinvestitionen. Auch das Einlagern von Ersatzkomponenten, das aus Anwendersicht zu viel und zu langfristig Kapital bindet, könne auf diese Weise entfallen beziehungsweise auf ein Mindestmaß reduziert werden.

„Schwenkeinheiten werden künftig dank moderner Sensorik intelligent.“
Prof. Dr.-Ing. Markus Glück, Geschäftsführer Forschung & Entwicklung, CINO SCHUNK GmbH & Co. KG, Lauffen/Neckar

Kombiniertes Greifen und Schwenken mit 24V

Bei der weltweit kompaktesten elektrischen Greif-Schwenkeinheit SCHUNK EGS ermöglicht eine Koppelung des Greif- und Schwenkgetriebes Endlosdrehungen des Greifers ohne elektrische Schleifdurchführung. Spielfrei vorgespannte Kreuzrollenführungen gewährleisten ein präzises Greifen und nahezu konstante Greifkräfte über die gesamte Fingerlänge. Angesteuert wird das mit Standardanschlüssen ausgestattete Greif-Schwenkmodul entweder über Feldbusverteiler oder über digitale I/O, so dass es mit allen gängigen Steuerungen kompatibel ist und keine zusätzlichen Kosten und Lieferzeiten für die Peripherie berücksichtigt werden müssen.

Die komplette Regelungs- und Leistungselektronik zur dezentralen Ansteuerung der Motoren ist unmittelbar in das Modul integriert. Auf Ventilinseln wie bei pneumatischen Greif-Schwenk-Modulen sowie Antriebsregler im Schaltschrank kann komplett verzichtet werden. Das spart Platz und jede Menge Zeit bei der Planung, Beschaffung und Inbetriebnahme. Sowohl die Drehgeschwindigkeit als auch die Greifkraft lassen sich über Drehschalter in mehreren Stufen direkt am Modul regeln.

Realisierbar sind Drehwinkel zwischen 30° und 270°. Diese werden direkt am Modul mechanisch eingestellt. Eine Abfrage ist über induktive Näherungsschalter möglich. Da das Modul ausschließlich mit stationären, bürstenlosen und damit verschleißfreien 24V-DC-Motoren ausgestattet ist und ohne bewegte Kabel, Schleifringe oder Stoßdämpfer auskommt, erhöht es die Prozessstabilität und Verfügbarkeit von Montageanlagen. Zudem sinkt der Geräuschpegel.

www.schunk.com

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