Servoantrieb macht Felgenhandling hochpräzise

Eisenmann hat das Handling-System eines Industrieroboters für Lackieranlagen weiterentwickelt. In der Anlage übernimmt ein Roboter mit Greifer das Handling unterschiedlich großer und schwerer Felgen und führt sie der Lackierung zu. Bisher setzte der Maschinenbauer dafür auf pneumatische Antriebstechnik.

Diese Lösung hatte zunächst Vorteile: Pneumatische Antriebe gelten als einfach, dynamisch und vergleichsweise günstig in der Anschaffung. Im Betrieb zeigten sich jedoch Grenzen. Die Technik erwies sich als ineffizient, ließ sich nur eingeschränkt regeln und verursachte durch die energieintensive Drucklufterzeugung sowie mögliche Leckagen zusätzliche Verluste und Kosten. Deshalb entschied sich Eisenmann für elektrische Antriebe. Sie arbeiten laut vorliegender Mitteilung energieeffizienter, sind wirtschaftlicher im Betrieb und ermöglichen die direkte Integration von Sensorik.

Vom pneumatischen Greifer zur servoelektrischen Lösung

Der Wechsel zur servoelektrischen Antriebslösung war nicht nur ein Austausch einzelner Komponenten. Die neue Technik musste in das bestehende Greiferkonzept integriert und exakt auf die Anforderungen der Anlage abgestimmt werden. Im Zuge neuer Projektanforderungen rückten die Antriebslösungen von Stöber in den Fokus der Eisenmann-Entwickler. Gemeinsam mit Klaus Buschko aus dem Stöber-Vertrieb und Robert Boger aus der Applikationsentwicklung erarbeitete Eisenmann eine passende Lösung.

Ausgangspunkt war eine Probeanlage. Dort zeigte sich, dass die zunächst prototypisch eingesetzte Antriebstechnik eines Mitbewerbers die Anforderungen an die Regelbarkeit nicht vollständig erfüllte. Besonders die ursprünglich geplante Zwei-Kabel-Lösung erwies sich beim Verfahren des Greifers als nachteilig.

So präzise arbeitet der Servoantrieb im Greifer

Bei der neuen Lösung bewegt sich der am Roboter befestigte Greifer zunächst im Eilgang auf das Bauteil zu. Einen Millimeter vor der Berührung stoppt er und fährt anschließend im Schleichgang kontrolliert an die Felge heran. Dadurch entsteht ein besonders feinfühliger Prozess. „Unsere Roboteranlage kann sogar ein rohes Ei so vorsichtig aufnehmen, dass es nicht beschädigt wird“, erklärt Peter Butz, Produktentwickler bei Eisenmann in Böblingen.

Im industriellen Einsatz geht es allerdings nicht um Eier, sondern um unterschiedlich große und schwere Felgen. Der Greifer muss diese sicher aufnehmen, halten und der Lackieranlage zuführen. Entscheidend ist dabei nicht nur eine sanfte Annäherung, sondern auch ein hohes Haltemoment. „Wichtig ist uns vor allem auch ein hohes Haltemoment“, erklärt Produktentwickler Peter Butz. Denn der Roboterarm kann abrupt stoppen und anschließend schnell wieder anfahren. Die Felge muss dabei jederzeit sicher gehalten werden.

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Redaktion Automation NEXT

Kompakte Antriebstechnik direkt im Greifer

Stöber lieferte für die Anwendung Kegelradgetriebe der Baureihe KL mit direkt angebautem Synchron-Servomotor EZ. Die kompakte Einheit bietet günstige Einbaumaße und eine hohe Leistungsdichte. Das ist für Eisenmann entscheidend, weil die Antriebslösung direkt im Greifer verbaut ist und daher leicht sowie kompakt ausfallen muss. „Durch ihre robuste Lagerung und die hochwertige Verzahnungstechnologie sind die Kegelradgetriebe extrem belastbar und kippstabil“, erläutert Buschko.

Ein weiteres Merkmal der Baureihe ist laut Stöber die hohe Laufruhe. Da der Greifer entlang zweier Achsen verfahren wird, kommt für die Ansteuerung der kompakte Stand-Alone-Regler SC6 zum Einsatz. Werden weitere Greifer ergänzt, lässt sich der SC6 mit dem für Anreihtechnik konzipierten Antriebsregler SI6 kombinieren. So entstehen Lösungen für zwei bis fünf Greifer. Die Getriebemotoren und Antriebsregler sind über die One Cable Solution von Stöber verbunden. Das Hybridkabel mit dem Protokoll EnDat 3 überträgt Encoder- und Leistungsdaten über eine einzige Leitung.

Damit entsteht ein durchgängiges System aus Synchron-Servogetriebemotor, Kabel und Antriebsregler. Zugleich vermeidet Eisenmann das Problem, das bei der ursprünglich geplanten Zwei-Kabel-Lösung auftrat. Zusätzlich reduziert sich der Montageaufwand deutlich.

Integration unabhängig vom Robotertyp

Stöber hat die Antriebsregler SC6 und SI6 um zusätzliche Profinet-Funktionen erweitert. In Verbindung mit dem Sicherheitsmodul SU6 unterstützen sie Sicherheitsfunktionen wie STO (Safe Torque Off) und SS1 (Safe Stop 1) über PROFIsafe. Durch die Möglichkeit der freien Programmierung können die Entwickler von Eisenmann ihr eigenes Know-how gezielt ergänzen.

Dadurch entsteht ein flexibles und multifunktionales System, das sich herstellerunabhängig in unterschiedliche Robotertypen integrieren lässt. Eisenmann kann so auf verschiedene Kundenanforderungen reagieren. Während des Projekts zeigte sich weiteres Optimierungspotenzial im Betrieb. Bei längeren Stillstandszeiten bleiben die Motoren bestromt und erzeugen Wärme. Um diese thermische Belastung zu vermeiden, wurden die Antriebe mit einer Bremse nachgerüstet.

Darüber hinaus brachte Stöber an den Getrieben Drehmomentstützen an. Diese nehmen Reaktions- oder Differenzdrehmomente auf und leiten sie in die umgebende Tragstruktur ab. Damit verhindern sie, dass sich Motor oder Gehäuse verdrehen. Für eine noch kompaktere Bauweise wurde die Geometrie der Stützen angepasst.

Eisenmann profitiert nun von einem auf die Anforderungen abgestimmten Antriebssystem und einer engen technischen Begleitung. „Mit Stöber setzen wir auf eine zukunftsfähige, energieeffiziente Antriebslösung – feinfühlig bis ins Detail“, ist Butz zufrieden.