24V-Revolution in der Montageautomation

Baukastensystem sorgt für reichlich Potenzial

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Mit seinem 24V-Baukasten hat Schunk einen neuen Maßstab in der Montageautomation definiert. Erstmals können aus Greifern, Greif-Schwenkeinheiten und Linearmodulen komplette Handhabungssysteme auf 24V-Basis aufgebaut werden. Nach Meinung von Anwendern hat die Technologie reichlich Potenzial. Vor allem dann, wenn immer mehr Anbieter Komponenten auf 24V-Basis auf den Markt bringen – von der Zuführtechnik bis hin zum mobil einsetzbaren Roboter und der Sicherheitstechnik.

Es gibt immer wieder Komponenten, die bei Konstrukteuren Aha-Effekte auslösen. In der Handhabungstechnik gehört die Schunk ELP Linearachse ohne Zweifel dazu. Statt wie bei pneumatischen Modulen Drosseln einzustellen oder wie bei elektrisch gesteuerten Modulen neue Verfahrsätze aufzuspielen, wird bei der lineardirekt angetriebenen ELP lediglich mechanisch die Endlage definiert und die Ein- beziehungsweise Ausfahrgeschwindigkeit an zwei Drehcodierschaltern reguliert. Alles andere übernimmt die Auto-Learn-Funktion. Zwei bis fünf Hübe genügen, schon ist die Programmierung abgeschlossen. Während des Einlernvorgangs wird die maximal mögliche Geschwindigkeit bei jeweils aktueller Zuladung berechnet. Das Verfahrprofil selbst ist als Rampe angelegt, sprich abhängig vom Gesamthub beschleunigt und bremst die Einheit automatisch. Schläge und Schwingungen sowie eine unkontrollierte Fahrt mit Maximalgeschwindigkeit des Moduls sind somit ausgeschlossen. Ändert sich das Teilegewicht im laufenden Prozess, passt die Achse ihr Bewegungsprofil innerhalb weniger Hübe automatisch an, ohne dass ein Bedienereingriff erforderlich ist. Da die Ansteuerung über digitale I/O erfolgt, ist die ELP Baureihe mit sämtlichen Steuerungen kompatibel und kann pneumatische Module ganz einfach ersetzen. In Kombination mit EGP Kleinteilegreifern und EGS Greifschwenkmodulen des Unternehmens ergibt sich erstmals ein Baukasten, mit dem sich komplette Handhabungslösungen auf Basis der 24V-Technologie realisieren lassen.

Anforderungen an Montageanlagen steigen

Neben den bislang dominierenden Pneumatiknetzen, über die derzeit rund 70 % aller Aktoren versorgt werden, und den Netzen 400 V, die derzeit bei elektrisch angetriebenen Aktoren verbreitet sind und rund 30 % ausmachen, steht die 24V-Technologie am Start, um zu einer dritten großen Säule im Bereich der Montageautomation zu werden. Nach Einschätzung von Integratoren, Anlagenbauern und großen Anwendern, hat sie unter modernen Gesichtspunkten eine ganze Reihe von Vorteilen gegenüber der Pneumatik: Eine rasant wachsende Variantenvielfalt in vielen Branchen, immer empfindlichere Teile, ein knallharter Preiskampf und steigende Anforderungen bei Energieeffizienz und Geräuschemissionen spielen der smarten Technologie in die Karten. Kaum eine Anlage wird heute noch für ein einziges Produkt entwickelt. Stattdessen sollen meist möglichst viele Varianten in möglichst kurzer Taktzeit produziert werden und zusätzlich reichlich Spielraum für künftige Design- und Sortimentsänderungen vorhanden sein. Entsprechend flexibel müssen Montageanlagen heute aufgebaut werden. Ein pneumatisches Handling stößt angesichts solcher Forderungen schnell an Grenzen, erst recht, wenn die Anlagen auch noch möglichst geräuscharm arbeiten sollen und Lastenhefte mittlerweile maximale Schallpegel nahe 60 dB aufrufen. Trotz der zum Teil enormen Fortschritte bei pneumatischen Netzen und Komponenten, wie Ventilinseln mit intelligenter Pneumatik, in Aktoren integrierbaren Mikroventilen oder moderaten Einstandspreisen, werden diese die Stärken der 24V-Technologie auf Dauer nicht vollständig kompensieren, so dass eine Umverteilung des Marktes weg von der Pneumatik hin zur 24V-Technologie absehbar ist. Ganz bewusst hat das Unternehmen daher neben die seit Jahren bewährten Komponenten, wie den Kleinteilegreifer MPG-plus, moderne 24V-Module, wie den EGP, gestellt, um sich proaktiv dem Wandel zu stellen. Beim 24V-Universalgreifer PGN-plus-E, dem 24V-Gegenstück zum Megaseller PGN-plus-P, ist es sogar gelungen, eine vollständige Wartungsfreiheit zu realisieren.

Hochdynamisch und dennoch schonend

Am Beispiel der ELP wird deutlich, wie groß der Vorsprung zur Pneumatikwelt ist: Auch wenn Anwender im Vergleich zu pneumatischen Achsen rund das Doppelte investieren müssen, zahlt sich das verschleißfreie Modul mittel- und langfristig aus. Bei 40 Mio. Zyklen Gesamtleistung und einem Wartungsintervall von 5 Mio. Zyklen summieren sich bei pneumatischen Achsen allein die Kosten für Verschleißteile, Arbeitszeit und Produktionsausfall auf einen Wert, der die Gesamtkosten der ELP Achsen bei weitem übersteigt. Bei einer Montage-Anlage mit 17 Linearmodulen ergibt sich auf eine Lebensdauer von 40 Mio. Zyklen betrachtet eine Ersparnis von rund 12.000,- Euro, nicht eingerechnet die Einsparungen bei den laufenden Betriebskosten, wie der Druckluft. Eine Amortisation ist bereits nach 20 Mio. Zyklen erreicht. Spätestens ab diesem Zeitpunkt verdienen die 24V-Module also Geld.

Hinzu kommen konstruktive Vorteile: Oft genug werden Drosseln bei pneumatischen Modulen in der Praxis weit geöffnet, um Taktzeit zu sparen und letzte Reserven aus Anlagen herauszukitzeln. In der Folge steigen rasant der Verschleiß der Stoßdämpfer und damit die Kosten. Größere Unternehmen planen mittlerweile feste Wartungsintervalle, in denen sämtliche Stoßdämpfer unabhängig vom individuellen Zustand getauscht und neu eingestellt werden. So versucht man ungeplanten Anlagenausfällen zuvorzukommen. Und doch kommt es mancherorts weiter zu unangenehmen Nebeneffekten: Immer wieder ziehen die massiven Erschütterungen in der Peripherie pneumatischer Linearmodule auch andere Komponenten, wie etwa Kamerasysteme, in Mitleidenschaft. Die Kollateralschäden sind zum Teil beträchtlich. Die ELP setzt genau hier an: Sie ermöglicht extrem dynamische Bewegungen und fährt dennoch harmonisch und damit peripherieschonend in die Endlage. Da die kompakte Einheit ohne hydraulische Stoßdämpfer auskommt, verringert sich der Inbetriebnahme- und Wartungsaufwand auf nahezu null. Zudem ist ausgeschlossen, dass bei defekten Dämpfern Schäden und lange Ausfallzeiten an der Anlage entstehen. Darüber hinaus lässt sich der Anlagenbau deutlich schlanker organisieren, denn Ventilinseln, Verschlauchungen, Wartungseinheiten und Druckerhöher entfallen. Energieketten schrumpfen auf die Hälfte ihres bisherigen Umfangs, weil lediglich zwei 24V-Kreise für die Sensorik/Logik beziehungsweise für die Aktorik aufgebaut werden müssen. Dass die elektrische Achse rund 20 dB leiser ist als ihr pneumatisches Pendant ist ein mehr als angenehmer Nebeneffekt.

Um den Aufbau von 24V-Systemen zu vereinfachen, gibt es die ultrakompakten Linearmodule auf Wunsch auch mit elektrisch aktivierter Haltebremse. Im Falle eines Stromausfalls gewährleistet die Bremse zuverlässig die Position des Linearmoduls und verhindert ein ungewolltes Herabfallen von vertikal angeordneten Achsen in den Arbeitsbereich. Vergleichbar mit Absenksperren bei pneumatischen Modulen sind damit Schäden an Bauteilen, Anlagekomponenten oder gar Personen ausgeschlossen. Mithilfe der Haltebremse lässt sich die Sicherheitsfunktion STO (Safe Torque Off) realisieren. Ebenso kann das Linearmodul aus voller Fahrt gestoppt werden. Die langlebige Bremse eignet sich insbesondere auch für Anlagen, die häufig an- und ausgeschaltet werden. An vorhandenen Anlagen lässt sie sich jederzeit nachrüsten.

Großes Interesse an zügigem Programmaufbau

Auch wenn die Auswahl an Handhabungskomponenten mit 24 V noch recht überschaubar ist, lässt sich ahnen, welches Potenzial die Technologie bietet. Anlagenbauer und große Anwender signalisieren mittlerweile großes Interesse an einem schnellen Ausbau des 24V-Programms und nutzen die Module wie die ELP Linearachse oder den EGP Parallelgreifer bereits gezielt zur Reduzierung von Erschütterungen, als Stellantriebe beziehungsweise als Montagesysteme in kleinen Anlagen und Roboterzellen ohne Druckluftversorgung. Spätestens wenn die in der Handhabungstechnik aktiven Unternehmen auch von der Zuführtechnik bis hin zum mobil einsetzbaren Roboter und der Sicherheitstechnik Komponenten auf 24V-Basis in den wichtigsten Baugrößen zur Verfügung stellen, wird das Thema rasant an Bedeutung gewinnen, so die Einschätzung eines renommierten Anlagenbauers. Idealerweise sollten sich sämtliche Komponenten bequem von einer zentralen Steuerung aus programmieren lassen. Zusätzlich können autonome Funktionen den Inbetriebnahmeaufwand minimieren. Bestes Beispiel ist auch hier die ELP mit ihrer Auto-Learn-Funktion: Sobald die Anlage verdrahtet ist, kann der Mechaniker das Handling in Betrieb nehmen, noch bevor die Anlage programmiert wird. Angesichts der meist anspruchsvollen zeitlichen Vorgaben bei so manchem Projekt kann auch dies zu einem wichtigen Aspekt werden.

www.schunk.com



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