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Im Fokus - Juni 2010
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01.06.2010 -
Um Bauteile zügig und präzise zu montieren, können Anwender zwischen unterschiedlichsten Pick & Place Lösungen wählen. Die Leistungsmerkmale der Systeme weichen dabei beträchtlich voneinander ab. Wer die optimale Lösung sucht, sollte also genau hinsehen und die jeweiligen Vorteile und Einschränkungen abwägen. Ein Vergleich zeigt, wo die Unterschiede liegen und welche Lösungen sich bei welchen Anwendungen am besten rechnen.
Längst sind die Zeiten vorbei, als die Königswelle der alleinige Taktgeber beim Pick & Place war. Zwar gibt es auch heute noch mechanische Lösungen mit geschliffenen Kurvenscheiben, die im definierten Takt definierte Bewegungen verrichten. Doch werden sie in modernen Anlagenkonzepten meist durch pneumatische oder elektrisch angetriebene Lösungen ersetzt, die Anwendern wesentlich größere Freiräume eröffnen. Angesichts der zunehmenden Variantenvielfalt, Miniaturisierung und des wachsenden Kostendrucks sind mehr denn je präzise, schnelle und prozesssichere Lösungen gefragt, die zudem flexibel und vielseitig sind.
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Pneumatischer oder elektrischer Antrieb?
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Für einfache Anwendungen ideal: die modular aufgebaute, pneumatische Pick & Place Einheit.
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Auch beim Pick & Place erkennen immer mehr Anwender die Vorzüge mechatronischer Lösungen. Ihre hohe Flexibilität und Dynamik sowie die geringen Betriebskosten überzeugen. Allerdings liegt der Preis elektrisch angetriebener Lösungen auch heute noch beim 2,5 bis 3-fachen pneumatischer Systeme. Wer also stets identische Teile montiert und kaum über mechatronisches Know-how verfügt, kann sich getrost für pneumatische Lösungen entscheiden.
So ist für einfache Pick & Place Anwendungen die Kombination zweier pneumatisch angetriebener Linearmodule ideal. Indem die entsprechenden Größen, Modelle und Aufbausysteme miteinander kombiniert und die Endlagen eingestellt werden, lassen sich solche Lösungen individuell an die jeweiligen Anwendungen anpassen. In der Montageautomation können bei gängigen Hüben von 200 mm horizontal und 100 mm vertikal auf diese Weise Zykluszeiten von 1,2 s erreicht werden. Mit modular aufgebauten Pneumatiklösungen sind sogar Hübe bis 1500 mm möglich.
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Kompakte Pneumatikeinheiten für hohe Taktrate
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Die PPU-P von SCHUNK ist eine kompakte Pneumatikeinheit für Highspeed-Aufgaben.
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Für hochpräzise Highspeed-Anwendungen gibt es mittlerweile sogar pneumatische Lösungen, die bis zu 120 Picks pro Minute schaffen. Die kompakten Tempomacher gewährleisten dabei Wiederholgenauigkeiten von 0,01 mm. Im Gegensatz zu konventionellen pneumatischen Lösungen sind bei ihnen die horizontale und die vertikale Bewegung miteinander verschliffen und über eine Kurvenrolle zwangsgeführt. So können beide früher geschaltet werden, was die Zykluszeiten gegenüber konventionellen pneumatischen Pick & Place Lösungen um rund 50 Prozent verkürzt.
Insbesondere für Anwender, die kaum über mechatronisches Know-how verfügen und dennoch hohe Taktraten erzielen wollen, ist eine solche Lösung ideal. Die vergleichsweise kostengünstigen Einheiten lassen sich schnell und einfach in Betrieb nehmen. Hübe können über die Endlage eingestellt werden. Um die Energieeffizienz zu erhöhen, minimiert eine optional erhältliche Ventilbox den Druckluft- und damit den Energieverbrauch und beschleunigt zugleich die Taktung. Der Wartungsaufwand beschränkt sich bei den Pneumatikeinheiten auf die Stoßdämpfer, die nach jeweils vier bis fünf Millionen Zyklen ausgewechselt werden müssen.
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Konventionelle elektrische Lösung fürs Grobe
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Flexibilität bei Pick & Place Aufgaben mit größeren Teilen bringen Einheiten mit Spindel-/Riemenantrieb
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Während pneumatische Lösungen üblicherweise nur bis zu zwei Zwischenpositionen bieten, eröffnen Lösungen mit elektrischen Antrieben Anwendern große Freiräume. Konventionelle, modular aufgebaute Pick & Place Lösungen arbeiten dabei meist in Z-Richtung mit einem Spindel- und in Y-Richtung mit einem Zahnriemenantrieb. Dieser ist vergleichsweise kostengünstig und erreicht respektable Geschwindigkeiten bis 8 m/s. Konventionelle elektrisch angetriebene Pick & Place Lösungen erreichen konstante, hohe Kräfte, was Zuladungen bis 800 kg möglich macht. Mit ihnen sind extrem große Hübe bis acht Meter möglich. Obwohl beide Werte in der klassischen Montageautomation nie eine Rolle spielen, zeigen sie doch die große Bandbreite möglicher Anwendungen auf. Aufgrund der selbsthemmenden Wirkung des Spindelantriebs können derartige konventionelle Lösungen auch ohne zusätzliche Absenksperre bei sicherheitsrelevanten Anwendungen eingesetzt werden.
Für die automatisierte Montage kleiner Teile eignet sich die konventionelle Lösung allerdings nur bedingt. Weil sowohl Spindel- als auch Zahnriemenantrieb nicht besonders steif sind, lassen sich mit der Lösung lediglich Wiederholgenauigkeiten < 0,1 mm gewährleisten. Aufgrund der recht umfangreichen Mechanik müssen zudem regelmäßig Verschleißteile ausgetauscht werden, was zusätzlichen Wartungsaufwand verursacht. Bei der hochpräzisen Montage kleiner Bauteile stößt eine konventionelle elektrisch angetriebene Lösung daher an ihre Grenzen und auch bei sehr kleinen Hüben ist sie schnell überfordert. In beiden Fällen empfiehlt es sich, auf Achsen mit Lineardirektantrieb auszuweichen.
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Flexible Modullösung mit Lineardirektantrieb
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Wartungsfrei, präzise und flexibel sind modular aufgebaute Einheiten mit Lineardiektantrieb.
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Beim Lineardirektantrieb gibt es wesentlich weniger Schnittstellen im Antriebsstrang als beim Spindel- bzw. Zahnriemenantrieb und somit auch weniger Spiel.
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Deutlich präziser und schneller arbeiten quasi wartungsfreie Lineardirektantriebe, bei denen zwischen Motor und Schlitten nur eine einzige Schnittstelle liegt. Modular aufgebaute Lösungen mit Lineardirektantrieben bieten ein Höchstmaß an Präzision, Flexibilität, Geschwindigkeit und Komfort. Mit ihnen lassen sich zuverlässig Wiederholgenauigkeiten < 0,01 mm erzielen. Allerdings sind die Lösungen bei der Anschaffung deutlich kostspieliger als pneumatische oder konventionell elektrische Lösungen. Dies gilt umso mehr, je größer die Achsen sind.
Zusätzlich zum Aufbau, können bei direktangetriebenen Linearmodulen sowohl der Hub als auch die Antriebskräfte individuell definiert und geregelt werden. Vor allem bei häufig wechselnden Teilen zahlt sich diese Flexibilität schnell aus. Bei Fügeprozessen lässt sich zudem die jeweilige Kraft über den Regler messen. Mit Lineardirektantrieben sind Hübe bis 3.800 mm möglich. Bei Highspeed-Anwendungen allerdings wirkt sich nachteilig aus, dass der Motor der Vertikalachse jeweils mitbewegt wird. Das erhöht zum einen bei hohen Geschwindigkeiten die Gefahr eines Kabelbruchs. Zum anderen muss aufgrund des Motors immer eine relative hohe Masse bewegt werden, was die Effizienz verringert.
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Variable Einheit für rasantes Pick & Place
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Mit einer Zykluszeit von 0,58 Sekunden und einer Wiederholgenauigkeit < 0,01 Millimeter setzt die lineardirekt angetriebene Pick & Place Einheit PPU-E30 von SCHUNK Maßstäbe in der Montageautomation.
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Wie bei den Pneumatiklösungen gibt es mittlerweile auch im Bereich der lineardirekt angetriebenen Pick & Place Einheiten eine sehr kompakte Lösung, die wesentliche Vorteile vereint. So kommt die schnellste Pick & Place Einheit am Markt, die PPU-E von SCHUNK, komplett ohne bewegte Motorkabel aus, da bei ihr der Motor der Vertikalachse ebenfalls feststeht. Mit rasanten Zykluszeiten und einer exzellenten Wiederholgenauigkeit < 0,01 mm setzt sie Maßstäbe bei der Montage kleiner Teile. Gerade einmal 0,58 s beträgt die Zykluszeit inklusive Schalt- und Greifzeiten bei 40 mm Vertikalhub, 120 mm Horizontalhub und 2 kg bewegter Masse.
Sämtliche Zuleitungen für Strom, Steuerung, Sensorik und Pneumatik werden bei der kompakten Einheit am rückwärtigen, stationären Anschluss eingesteckt. Kabelbrüche und Anlagenstörungen sind damit quasi ausgeschlossen. Die frei programmierbare Einheit ist für bis zu 100 mm Vertikalhub, 270 mm Horizontalhub sowie 3 kg bewegte Masse ausgelegt. Sie erledigt Highspeed-Montageaufgaben mit größtmöglicher Präzision und eignet sich dank Kraftregelung auch für Fügeprozesse, fürs Einpressen und zum Messen von Kräften. Um die zahlreichen Optionen voll auszuschöpfen, sollten Anwender möglichst über entsprechende Erfahrung mit mechatronischen Lösungen verfügen. Gegebenenfalls können sich Bediener in Schulungen das notwendige Wissen aneignen.
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Individuelle Analyse sinnvoll
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Pick & Place Lösungen im Vergleich
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Die Beispiele zeigen, dass jede Pick & Place Lösung Stärken und Schwächen hat. Während modular aufgebaute Lösungen alle denkbaren Anforderungen abdecken, können kompakte Pick & Place Einheiten vor allem bei Highspeed-Anwendungen punkten. Umso wichtiger ist es, anhand der konkreten Anforderungen eine optimale Kombination zu erarbeiten.
Als Kompetenzführer für Spanntechnik und Greifsysteme bietet SCHUNK ein umfassendes Modulprogramm für jede denkbare Pick & Place Anwendung. Eine neu-trale Analyse stellt sicher, dass Anwender eine maßgeschneiderte und zugleich wirtschaftliche Lösung erhalten. Für eine erste Einschätzung genügt dazu die Angabe der Hübe, der Massen und der geforderten Taktzeiten. Aus diesen drei Angaben entwickeln die Experten bei SCHUNK schnell eine optimale Lösung. Für besonders anspruchsvolle Aufgaben erarbeitet SCHUNK zudem Lösungen mit unterschiedlichen Antrieben, mit 3-Achs-Systeme oder Flächenportalen. Das umfassende Baukastenprogramm des Automationsspezialisten stellt sicher, dass vom Greifer über das Drehmodul bis zur Linearachse allen Komponenten optimal aufeinander abgestimmt sind.
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09.2010
Greiftechnik für Industrieroboter
Industrieroboter arbeiten schnell, zuverlässig und rund um die Uhr. Welchen Output und welche Qualität sie erzielen, hängt maßgeblich von der jeweiligen Peripherie, insbesondere von den Greifsystemen ab. Auf der Suche nach dem optimalen Greifer, müssen Konstrukteure und Anwender eine Vielzahl von Einflussfaktoren berücksichtigen. Zusätzlich zur Wirtschaftlichkeit und Prozesssicherheit spielt dabei auch die Zukunftsfähigkeit der Greifsysteme eine immer größere Rolle.
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07.2010
Effiziente Spannmittel zum automatisierten Werkzeugschleifen
Beim Werkzeugschleifen entscheiden wenige Tausendstel Millimeter über die Qualität der gefertigten Werkzeugschneiden. Eine zentrale Rolle spielen dabei die Spannmittel. Angesichts kleiner Losgrößen und unterschiedlichster Werkzeuge sind regelrechte Alleskönner gefragt: Präzise für exakte Schneidengeometrien und -oberflächen. Schlank für einen ungehinderten Schleifscheibenauslauf. Kräftig, damit auch kurze Einspanntiefen und hohe Schleifabträge möglich sind. Variabel, um viele unterschiedliche Schaftdurchmesser abzudecken. Hinzu kommt, dass immer mehr Betriebe automatisierte Schleifmaschinen einsetzen, um die laufenden Kosten zu senken.
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06.2010
Pick & Place Lösungen im Vergleich
Um Bauteile zügig und präzise zu montieren, können Anwender zwischen unterschiedlichsten Pick & Place Lösungen wählen. Die Leistungsmerkmale der Systeme weichen dabei beträchtlich voneinander ab. Wer die optimale Lösung sucht, sollte also genau hinsehen und die jeweiligen Vorteile und Einschränkungen abwägen. Ein Vergleich zeigt, wo die Unterschiede liegen und welche Lösungen sich bei welchen Anwendungen am besten rechnen.
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05.2010
Energieeffizientes Greifen
Energieeffiziente Automationsmodule schlagen im Idealfall zwei Fliegen mit einer Klappe: Zum einen sorgen sie dafür, dass der Energieverbrauch eines Handhabungssystems sinkt. Zum anderen lassen sie Taktraten und damit den Output steigen. Das tut sowohl der Umwelt als auch dem Geldbeutel gut. Es lohnt sich für Anwender, wenn sie auf Maßnahmen setzen, die beides können.
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04.2010
Erfolgsfaktor Engineering -
Mit virtueller Simulation zur optimalen Spannlösung
Wie verformt sich ein Bauteil beim Spannvorgang und bei der Bearbeitung? Welche Spannlösung gewährleistet, dass Werkstücke maßhaltig sind? Wie können vorhandene Spannmittel optimal genutzt werden? Auf diese und ähnliche Fragen liefert die virtuelle Simulation wertvolle Antworten. Mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) lassen sich unter anderem Verformungen und Belastungen von Bauteilen berechnen. So ist es möglich, einzelne Spannoptionen zu vergleichen und zu optimieren. Das erhöht die Prozess- und Investitionssicherheit, verkürzt die Entwicklungszeit, erleichtert die Auswahl geeigneter Spannmittel und senkt die Kosten.
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03.2010
Magnetspanntechnik - hocheffizient bei unterschiedlichsten Aufgaben
Der Magnetismus gehört zu den faszinierendsten und zugleich einflussreichsten Kräften unseres Universums. Dieselbe Kraft machen sich Ingenieure und Techniker zunutze, um Werkstücke blitzschnell zu spannen oder Bauteile sicher zu heben. Inzwischen hat sich die Magnetspanntechnik in unterschiedlichsten Bereichen etabliert: Beim Schleifen ebenso wie beim Fräsen und beim Drehen, bei mobilen Lasthebeeinheiten in der Fertigung ebenso wie bei riesigen Krananlagen. Längst ist es kein Geheimtipp mehr, dass Magnetspannlösungen Rüstzeiten um bis zu 80 Prozent reduzieren, dass sie Werkstücke vollkommen deformationsfrei spannen oder selbst Coils sicher transportieren.
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02.2010
EU-Förderung macht Servicerobotern Beine
Experten sagen der Servicerobotik eine große Zukunft voraus. Kein Wunder: Moderne Roboteranwendungen bieten enorme Potenziale für Wirtschaft und Gesellschaft. Erste Pilotanwendungen zeigen bereits heute, wie der Roboter immer mehr zum intelligenten Helfer des Menschen werden kann. Zusätzlich zu Universitäten und anderen Forschungseinrichtungen sollen künftig vor allem auch Industrieunternehmen die Entwicklung in diesem Bereich vorantreiben und in die Realität übertragen. Aus diesem Grund hat sich die Europäische Union entschlossen, den Know-how-Transfer zwischen Forschungseinrichtungen und Industrie finanziell zu fördern und zu intensivieren.
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01.2010
Flexibel packen und palettieren
Bei großer Variantenvielfalt und häufigen Sortimentswechseln sorgen adaptive Handhabungssysteme für Dynamik und Wirtschaftlichkeit
Jede Woche eine neue Welt - immer schneller wird eine Produktgeneration von der nächsten abgelöst. Was im Handel für neue Impulse sorgt, ist für den Verpackungsprozess eine echte Herausforderung: Gefragt sind immer häufiger schnelle, prozesssichere und zugleich hochflexible Automatisierungslösungen. Mit ihnen lassen sich die Handlingkosten auch bei wachsender Produktvielfalt unter Kontrolle halten.
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