Die weitgehend autarke Antriebsplattform Kann-Motion hat die Steuerungseinheit huckepack und benötigt nur die Stromversorgung (24 V DC) und gegebenenfalls Steuersignale von der SPS. Koco Motion

Die weitgehend autarke Antriebsplattform Kann-Motion hat die Steuerungseinheit huckepack und benötigt nur die Stromversorgung (24 V DC) und gegebenenfalls Steuersignale von der SPS. (Bild: Koco Motion)

| von kuppingers

Kaum zwei Jahre jung, hat Eta-opt aus Kassel bereits den 3. Preis beim Robotics Award gewonnen. Kein Wunder, denn Geschäftsführer Dr. Christoph Pohl hat das Unternehmen als Spin-off aus dem Fachgebiet ‚Umweltgerechte Produkte und Prozesse‘ der Universität Kassel gegründet. Seine patentierte Eta-vac-Technologie hat er im Rahmen seiner Promotion entwickelt. Nun will er die druckluftlose Handhabung für die Industrie salonfähig machen und die Druckluft in der Saugtechnik ablösen.

Überschrift

Das Wesentliche in 20 Sek.

  • Druckluft wird bei Greifer-Applikationen überflüsig
  • Dezentrales Vakuum senkt Fehlerquellen und Energiekosten
  • Symbiose von Schrittmotor und
  • Plug-&-Play-fähige Lösung

„Unser zentraler Ansatz ist es, nur so viel Vakuum zu erzeugen, wie erforderlich ist und auch möglichst exakt dort, wo es benötigt wird – nämlich dezentral direkt an der Applikation“, erklärt Dr. Christoph Pohl.

Bisher wurden zwei Ausführungen der Hebevorrichtung auf Basis dieser Technologie entwickelt: die SH-ZPN Saug-Hebevorrichtung (SH) und die Balgpumpe (BP 30). Während die Vorrichtung mit Balgpumpe so konzipiert ist, dass sie einen permanenten Vakuumvolumenstrom erzeugt, um beispielsweise auch Leckage-behaftete Werkstücke zu handhaben oder Gewichte über 10 kg zu heben, stellt die Saug-Hebevorrichtung diesen Ansatz in seiner reinsten Form dar: Sie ist ein kompletter Vakuumgreifer, der sich mittels direkt an den Werkzeugflansch eines herkömmlichen Industrieroboters montieren lässt. Der erzeugt ein Vakuum, das er beim Absetzen des Werkstücks wieder eliminiert.

„Als wir damals auf der Suche nach einem passenden waren, konnte uns Koco Motion auf Anhieb einen anbieten, bei dem die Spindel durch den Motor läuft und zudem sehr flexibel hinsichtlich unserer spezifischen Anpassungswünsche beispielsweise einer eigens für uns angefertigten Steuerung“, resümiert Dr. Pohl.„Die Entwicklung unserer Antriebsplattform ‚Kann-Motion‘ kam genau zur rechten Zeit“, erinnert sich Gerhard Kocherscheidt, Firmengründer von Koco Motion.

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Dr. Christoph Pohl, Geschäftsführer bei Eta-opt: “Innovative Unternehmen erkennt man am Druckluftverbrauch.” Koco Motion

Brücke zwischen Vakuumtechnik und Elektromechanik

Bei der Saug-Hebevorrichtung ist die von einem elektromechanischen Linearantrieb bewegte Kolbenstange an einen Faltenbalg angeflanscht, der direkt oder indirekt über einen Schlauch mit einem handelsüblichen Sauger für Vakuum-Anwendungen verbunden ist. Die Auf- und Abwärtsbewegung vergrößert oder verkleinert das Volumen des Balges, wodurch ein Vakuum am Sauger erzeugt wird. Das Zusammenpressen des Balgs eliminiert das Vakuum, das Auseinanderziehen erzeugt es. Damit wird dezentral ein Vakuum direkt am Einsatzort ohne Druckluft erzeugt. So lassen sich Produktionsanlagen ohne zusätzliche Druckluft-Infrastruktur aufbauen oder Bestandsanlagen von Druckluft-abhängigen Anwendungen befreien. „Wir können bis zu 66 Prozent der Kosten einsparen und autark arbeitende Produktionsanlagen aufbauen,“ erklärt Pohl. Abgesehen von den wirtschaftlichen Vorteilen verbessert die Technologie auch das Arbeitsumfeld, da ohne Druckluft die Lärmbelastung um rund 30 Dezibel sinkt.

„Mit der Saug-Hebevorrichtung und der Balgpumpe sind wir in der Erzeugung eines dezentralen Vakuums mittels elektromechanischem Linear­antrieb technologischer Vorreiter und somit konkurrenzlos“, stellt Pohl heraus. Derzeit werde das dezentrale Vakuum meist mithilfe von druckluftbetriebenen Vakuumejektoren erzeugt, was energetisch nachteilig ist. Und: Zusätzliche Anforderungen an die vorliegende Infrastruktur der Produktionsstätte sind zu beachten und in der Fabrik muss die Anlage an ein zentrales Druckluftversorgungsnetz angeschlossen sein. Kapazitätserweiterungen in der führen dann oft auch zum Ausbau der Druckluft-Infrastruktur.

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Weil die Balg-Pumpe BP-30 einen permanenten Vakuumvolumenstrom erzeugt, hebt der Greifer auch Leckage-behaftete und auch über 10 kg schwere Werkstücke. Koco Motion

Ein Vakuumerzeuger direkt am Einsatzort hat weitere Vorteile: Weil es keine langen Vakuumleitungen und damit auch keine möglichen Lecks gibt, gibt es keine energetischen Verluste. Der Freiheitsgrad von Greifern und Industrierobotern erhöht sich, sind doch keine Vakuum- oder Druckluftleitungen vorhanden, die sie beim Überdrehen Schaden nehmen könnten. Verbundene Vakuumnetze gibt es ebenfalls keine und damit auch keinen Totalausfall kompletter Vakuumnetze. Denn jede Applikation erzeugt ihr eigenes Vakuum, und im Störfall lässt sich die Fehlersuche auf einen kleinen Bereich eingrenzen. Das beschleunigt wiederum die Wiederinbetriebnahme.

Wie der Wirkungsgrad steigt, während die Bauteilzahl sinkt, finden Sie auf Seite 2

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Gerhard Kocherscheidt (l.) und Olaf Kämmerling, beide Geschäftsführer von Koco Motion, sind auf ihre flexible Antriebsplattform stolz. Koco Motion

Bauteilzahl runter – Wirkungsgrad rauf

Bis zur Realisierung des Vakuumsaugers bestand der Antrieb von Koco Motion aus einem BLDC-Motor mit . „Die Herausforderung bei dieser Sauger-Anwendung bestand darin, das System so zu verändern, dass Direktantrieb und in den vorhandenen Bauraum passen“, erinnert sich Olaf Kämmerling, Geschäftsführer von Koco Motion.  Mit dem Direktantrieb kommen sie jetzt mit weniger mechanischen Bauelementen aus, erzielen einen höheren realisieren und konnten die Kosten reduzieren.
Die Motoren beeinflussen dabei maßgeblich die Performance des Vakuumsaugers hinsichtlich maximal erzeugbarem Unterdruck, Lebensdauer und realisierbarer Taktzeiten. In der Saug-Hebevorrichtung kommt ein Nema 11-Linearakuator auf Schrittmotorbasis zum Einsatz, der eine Spindelsteigung von 10 mm pro Umdrehung hat. Gesteuert wird er über die Kann-Motion 17-Steuerung, die zusätzlich über fünf Ein- und zwei Ausgänge verfügt. Die maximale Verstellgeschwindigkeit beträgt 68 mm/s bei einer Verstellkraft von etwa 30 N. Die zur Funktion notwendigen Programme lassen sich direkt in der Steuerung speichern und anwendungsspezifisch anpassen.

So sieht es Innen aus: Das Vakuum für den Greifer wird mittels Balg und Schrittmotor erzeugt.

So sieht es Innen aus: Das Vakuum für den Greifer wird mittels Balg und Schrittmotor erzeugt. Koco Motion

Weil die Steuerungseinheit des Linearantriebs mit in das der Saug-Hebevorrichtung integriert ist, benötigt diese lediglich eine 24-V-DC-Stromversorgung (0,95 A) sowie 24-V-DC-Signale einer übergeordneten Steuerung als Fahrbefehle. Deren Anschluss erfolgt über einen Standard M8-Stecker (6-polig).

Durch die Integration von Motor und Steuerung lässt sich die IP69-Vorrichtung auch in sensiblen Umgebungen einsetzen. Die Leistungsreserven sind größer und die zur Verfügung stehende Zugkraft zum Erzeugen des Vakuums fiel deutlich höher aus als erwartet. „Als Ziel hatten wir uns vorgenommen, 0,20 mbar Unterdruck zu erreichen, es sind deutlich über 0,35 mbar geworden“, so Kämmerling. Auch ist das System durch den mitgelieferten Stecker Plug-and-play fähig. Zudem lässt sich der Antrieb aufgrund der Schrittmotor-Technologie einfach referenzieren. Er könne gegen einen festen Anschlag fahren und dann – abhängig von der benötigten Ansaugkraft – nahezu jede Position innerhalb des maximalen Verfahrweges erreichen, um den Unterdruck zu erzeugen. Das Zusammenspiel von Antrieb und Steuerung ermöglicht es Eta-opt, variablere Unterdrücke und Verfahrgeschwindigkeiten zu erzeugen, als mit der Vorgängerversion.
Einsatzfälle für die Saug-Hebevorrichtung sieht Pohl in automatisierten Produktionsanlagen: „Hier gibt es eine Vielzahl an Arbeitsschritten, in denen die zu bearbeitenden oder zu montierenden Bauteile von einem Arbeitsschritt zum nächsten transportiert werden oder zur Bearbeitung in einer definierten Position gehalten werden müssen.“ Auf Basis der Eta-vac-Technik wollen beide Unternehmen weitere Produkte gemeinsam realisieren. „Wir haben schon erste Ideen für Produktvarianten beider Baureihen. Sollte es zur konkreten Umsetzung kommen, ist Koco Motion für uns ein bevorzugter Entwicklungspartner“, blickt Pohl in die Zukunft.

SPS IPC Drives 2017, Halle 3, Stand 240

(sk)

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