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RoboterzellenGutes Team

Roboterzellen

Der Automatisierungs- und Fördersystemhersteller Asa bringt zwei kooperierende Roboter als Team für die Fertigung von Rotorträgern für Hybridantriebe aus der Automobilindustrie auf den Markt. Während ein Roboter das Produkt positioniert, entgratet der andere mit unterschiedlichen Werkzeugen die zahlreichen Bohrungen, Fräsungen und Kanten.

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Mikrosystemtechnik, Montage- und HandhabungstechnikSchneller Zugriff

Nicht nur in betrieblichen Organisationen gilt: Ein System arbeitet umso effizienter, je kürzer die Wege sind und je direkter und schneller ein Impuls wirken kann. Die Mikroventile von Schunk sind direkt im Aktor - etwa einem Greifer - integriert, die Verschlauchung zwischen Ventil und Aktor entfällt. Chefredakteur Hajo Stotz beschreibt, wie die integrierte Lösung mit Mikroventilen Druckluft und Leitungsgewirr spart; und bei alledem auch noch die Zykluszeiten enorm beschleunigt.

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Mikrosystemtechnik: Schneller Zugriff

Ihr Ruf ist nicht der Beste: Druckluft gilt nicht als Vorzeigetechnologie in Sachen Energieeffizienz. Kein Wunder, entstehen doch aus 100 Prozent elektrischer Energie durchschnittlich gerade mal fünf Prozent Druckluft.

Die Bilanz ruft auch bereits die EU auf den Plan, und in einer aktuellen Studie wird ein hoher Anteil des Energieverbrauchs in der Industrie der Druckluft zugeschrieben. Jährlich werden rund 14 Milliarden Kilowattstunden (!) Strom für die Erzeugung von Druckluft aufgebracht – das entspricht dem jährlichen Stromverbrauch der Deutschen Bahn. Würde die Druckluft effizienter erzeugt und genutzt, könnten verschiedenen Untersuchungen zufolge bis zu 40 Prozent dieser Energie eingespart werden.
Auf Kompressorenseite hat sich hier in den letzten Jahren viel bewegt: die Hersteller verpassten dem Energiehunger ihrer Maschinen Schonkost in Form drehzahlgeregelter Kompressoren, sparsamer Antrieben und moderner Steuerungen. Und auch am anderen Ende des Schlauches tut sich in Sachen Energieoptimierung einiges – hier ist das Stichwort Mikrosystemtechnik. Die Integration von Mikroventilen in die Aktoren bietet beispielsweise Vorteile bei Energieeffizienz, Kosten und Geschwindigkeit.

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So beschleunigt etwa die jüngste Generation elektromagnetischer Mikroventile des Automatisierungsspezialisten Schunk bei pneumatischen Aktoren die Taktung um bis zu 100 Prozent und spart so wertvolle Druckluft sowie lästigen Montageaufwand.

Die Mikroventile werden dazu unmittelbar mit dem Aktor verschraubt. Die Verschlauchung zwischen dem Ventil und dem Aktor entfällt also komplett. Anstelle einer Vielzahl langer und meist störender Pneumatik- und Elektroleitungen übernehmen kompakte Verteiler die pneumatische und elektrische Versorgung der Ventile, Aktoren und Sensoren. Über je eine gemeinsame Druckluft- und Elektroleitung lassen sich auf diese Weise mit geringstem Aufwand fast beliebig viele Aktoren schnell und energieeffizient versorgen. Ein System arbeitet umso effizienter, je kürzer die Wege sind und je direkter und schneller ein Energieimpuls wirken kann. Schunk hat diese Erkenntnis in Bezug auf seine Automatisierungskomponenten weiterentwickelt und bietet seit kurzem Mikroventile seines Kooperationspartners GAS Automation an, die der jeweilige Aktor huckepack unmittelbar bei sich trägt. Die elektrisch angesteuerten 3/2-Pneumatikventile werden dafür direkt in den Aktor eingeschraubt. Luftdurchfluss und Luftanschlussgewinde sind genau auf den jeweiligen Aktor abgestimmt, so dass eine einfache Montage und Inbetriebnahme gewährleistet ist.

Die Verschlauchung zwischen Ventil und Aktor – bisher ein unvermeidliches Übel bei pneumatischen Lösungen – entfällt mit den Miniaturventilen komplett. Das reduziert zum einen die Störkonturen und den Montageaufwand. Zum anderen werden die Zykluszeiten erheblich verringert, weil die Druckluft unmittelbar auf den Aktor wirkt, statt zunächst vergleichsweise zeitaufwändig die Zuleitungen zu füllen. So lassen sich auch vorhandene Anlagen deutlich effizienter nutzen.
„Wie groß dieser Effekt ausfällt, hängt stark von den jeweiligen Gegebenheiten ab“, erläutert Dipl. Betr. (FH) Gregor Metzler, der im Produktmanagement Ventiltechnik bei Schunk tätig ist. „Bei einem pneumatischen Parallelgreifer MPG 50 beispielsweise, der bisher über eine drei Meter entfernte Ventilinsel mit Druckluft versorgt wurde, wird die Zykluszeit mit Mikroventilen um etwa 50 Prozent reduziert. Der Greifer öffnet und schließt also doppelt so schnell wie zuvor.“

Mehr Tempo mit weniger Puste

Angesichts immer weiter steigender Energiepreise gewinnen die Mikroventile von Schunk noch aus einem weiteren Grund an Bedeutung: Die direkte Adaption am Aktor reduziert massiv den Luftbedarf, denn bei jedem Takt muss nur noch der Kolbenraum des Aktors mit Druckluft gefüllt werden und nicht mehr die gesamte Zuleitung. Bisher ging bei jedem Entlüften des Kolbenraums die wertvolle Druckluft in der Zuleitung komplett verloren. Bei einem drei Meter langen Zuleitungsschlauch mit Durchmesser vier Millimeter waren das pro Zyklus rund zehn Mal mehr Luftverlust als der daran angeschlossene MPG 50 verbraucht hatte. Bereits ein nur 500 Millimeter langer Schlauch hätte in dem Beispiel zu einem Luftverbrauch geführt, der dem des Greifers entspricht. Mit den sparsamen und effizienten Mikroventilen lassen sich beim Betrieb der Kompressoren also erhebliche Betriebskosten einsparen und die Investitionen in die Leistungsfähigkeit des gesamten Druckluftsystems reduzieren.

Als Faustregel gilt, dass Mikroventile grundsätzlich dann sinnvoll sind, wenn kurze Zykluszeiten angestrebt werden und das Luftvolumen im Aktor kleiner ist als das Luftvolumen in den Zuführschläuchen. Um die beiden Ventile eines Aktors zu versorgen, genügt es, die Druckluftleitung unmittelbar vor den Ventilen mit einem T-Stück zu verzweigen und beide Ventile anzuschließen. Sollen dagegen mehrere Aktoren angeschlossen werden, bietet sich der Einsatz eines Verteilerblocks an. Über eine gemeinsame Druckluftleitung lassen sich so mit geringstem Aufwand fast beliebig viele Aktoren versorgen.

„Die Mikroventile sind ein gutes Beispiel dafür, wie beim Zusammenspiel von Ventiltechnik und Automatisierungstechnik Synergien entstehen und von Schunk zum Nutzen unserer Kunden eingesetzt werden“, sagt Gregor Metzler. „Unsere Kooperation mit GAS Automation hilft uns, neue Entwicklungen und Technologien aus der Ventiltechnik sehr schnell in unsere eigenen Produkte zu integrieren und damit stets an der Spitze der technischen Entwicklung zu liegen.“

Direkt in die Verteilerbox

Beim komfortablen Anbauventil ABV von Schunk sind sowohl die Ventile als auch die optional erhältlichen Sensoren mit 30 cm langen, vorkonfektionierten Kabeln ausgestattet. Diese werden mit einem dreipoligen Stecker M8 an eine Verteilerbox angeschlossen. Die Kabel zur Ansteuerung der Pneumatikventile und zur Weiterleitung der Sensorsignale brauchen somit nicht mehr über die komplette Strecke vom Aktor bis zur Steuerung geführt werden. Stattdessen werden sie an der Verteilerbox angeschlossen, die sich in unmittelbarer Nähe des Aktors befindet. Von diesem Verteiler aus führt neben dem Pneumatikschlauch nur noch ein einziges mehradriges Kabel zur Steuerung, so dass der gesamte Verkabelungsaufwand erheblich zurückgeht. Mit dem Anbauventil ABV bleibt der Anwender sowohl bei der pneumatischen Ansteuerung des Aktors als auch bei der Positionsabfrage vollkommen flexibel. Bei Schwenkeinheiten oder Schnellwechselsystemen mit einer begrenzten Anzahl integrierter elektrischer und fluidischer Durchführungen bietet das Anbauventil ABV die Möglichkeit, über einen zentralen Anschluss für Druckluft und einen zentralen Anschluss für Elektrik mehrere Aktoren getrennt voneinander zu steuern und anzutreiben. Für Schnellwechselköpfe bietet Schunk mittlerweile Adapterplatten mit bis zu 14 integrierten Mikroventilen zur Ansteuerung von bis zu sechs doppeltwirkenden Aktoren an.

Die Mikroventile MV von Schunk bestehen aus drei grundlegenden Komponenten: Aus einer Schwenkverschraubung mit Schlauchanschluss, die in den Aktor eingeschraubt wird und durch ihre Drehbarkeit eine verdrillungsfreie Schlauchführung ermöglicht. Aus der Ventilpatrone, in der das elektromagnetisch betätigte Ventil sitzt. Und zum Dritten aus dem Ventildeckel, durch den die elektrische Steuerungsleitung angeschlossen ist und der durch eine Bohrung auch die Entlüftung des Kolbenraums ermöglicht. Zusätzlich lassen sich am Ventildeckel über ein Gewinde weitere Zubehörteile wie zum Beispiel Drosseln oder Schalldämpfer aufsetzen. Die Möglichkeit zur Abluftdrosselung sorgt für stoßfreie, schonende Bewegungen des Aktors und trägt damit erheblich zu einer verlängerten Lebensdauer der Komponenten bei.

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