Schunk ELP: Handhabung der nächsten Generation

Indem Abus die elektrisch gesteuerten Schunk ELP-Linearachsen mit Schunk ERD-Drehmodulen kombiniert, konnten bewegte Spiralschläuche eliminiert werden. Das eigentliche Schlüsselhandling übernehmen vielzahngeführte PGN-plus-P-Universalgreifer. (Bilder: Schunk)

Dass drei Anlagengenerationen unmittelbar nebeneinander unter Volllast laufen, ist außergewöhnlich. Für Christof Neumann, Leiter Maschinenkonstruktion und Fertigungsoptimierung am Abus-Fertigungsstandort in Rehe, ist es ein Beleg, wie Automation solide, wirtschaftlich und nachhaltig gestaltet werden kann. Offenbar basieren der Abus Anlagenbau und die millionenfach bewährte Abus Sicherheitstechnik auf derselben DNA.

Die kompakten, elektrisch gesteuerten Schunk ERD-Drehmodule können an den Fräs- und Entgratstationen beliebige Winkel anfahren. Die Zuführung der Schlüsselpaare erfolgt über Schunk SRH-plus-Universalschwenkköpfe, die jeweils mit zwei PGN-plus-P-Universalgreifern ausgestattet sind.

Christof Neumann
Leiter Maschinenkonstruktion und Fertigungsoptimierung am Abus Fertigungsstandort in Rehe

„Ein großer Vorteil der Schunk-Greiferfamilie ist die enorme Vielfalt an Baugrößen und Optionen. Als Konstrukteur finde ich für jeden Anwendungsfall den passenden Greifer und die passende Variante. Außerdem sind die Anschlussbedingungen für die Greiferfinger ausgesprochen unkompliziert.“

Elektrische Hub-Drehbewegung

Während die Mitarbeiter an den Halbautomaten der ersten Generation vor allem Sonderaufträge fertigen, die nicht zuletzt durch den E-Bike-Boom und dem damit verbundenen Wunsch identischer Schlösser für Akku und Faltschlösser boomen, produzieren die vollautomatisierten Anlagen aus dem Jahr 2006 und 2019 dreischichtig im 15-Sekunden-Takt Schlüsselpaare und dazu passende Code-Karten. Erfolgte das Handling bei den Halbautomaten noch manuell und bei der ersten Anlage pneumatisch, hat Christof Neumann bei der jüngsten Anlage eine Kombination aus pneumatischen und mechatronischen Komponenten realisiert. „Unser Ziel war es, die bewegten Spiralschläuche zu eliminieren, indem wir die Hub-Drehbewegungen elektrisch ausführen“, berichtet der Konstruktionsleiter. Heute übernimmt eine Kombination aus SCHUNK ELP-Linearachse und SCHUNK ERD-Drehmodul die Handhabung der Schlüsselpaare an den Fräs- und Entgratstationen. „Mir war wichtig, dass beide Komponenten von einem Anbieter kommen“, so Neumann, „und mit den ELP konnten wir die früheren pneumatischen Achsen sehr einfach ersetzen.“ Nützlicher Nebeneffekt: Durch den Einsatz der elektrischen Komponenten war es möglich, die zu bewegende Masse in Teilen der Anlage deutlich zu reduzieren.

Mit minimalem Rüstaufwand lassen sich in der Anlage zwei unterschiedliche Schlüsselvarianten fertigen. Als Standardgreifer nutzt ABUS den vielzahngeführten und lebensdauergeschmierten Schunk PGN-plus-P-Universalgreifer.

24V-Achse mit Auto-Learn-Funktion

Statt wie bei pneumatischen Modulen Drosseln einzustellen oder wie bei elektrisch gesteuerten Modulen neue Verfahrsätze aufzuspielen, wird bei dem lineardirekt angetriebenen 24V-Linearmodul SCHUNK ELP lediglich mechanisch die Endlage definiert und die Ein- bzw. 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 der SCHUNK ELP ist als Rampe angelegt, sprich abhängig vom Gesamthub beschleunigt und bremst die Einheit automatisch. Schläge und Schwingungen sowie eine unkontrollierte Fahrt mit Maximalgeschwindigkeit 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. „Gegenüber einer vollpositionierbaren elektrischen Linearachse ist die ELP relativ einfach in Betrieb zu nehmen und sie hat einen überschaubaren Preis“, fasst Christof Neumann zusammen. Bei einem Typenwechsel verstellen die Bediener einfach den Anschlag, schon sei das Thema erledigt, so Neumann. Dabei ist die Achse für anspruchsvolle Dauereinsätze ausgelegt: Herstellerseitig sind 30 Mio. Zyklen gewährleistet. Für Einpress- und Fügeanwendungen gibt es das Linearmodul auf Wunsch auch ohne Auto-Learn-Funktion oder mit remanentem Speicher, so dass die Auto-Learn-Funktion situativ aktiviert und deaktiviert werden kann. Optional kann es mit einer elektrisch aktivierten Haltebremse ausgestattet werden, die bei vertikaler Montage ein Herabfallen des Schlittens bei Stromausfall verhindert. Da die Ansteuerung über digitale I/O erfolgt, ist die SCHUNK ELP-Baureihe mit sämtlichen Steuerungen kompatibel, so dass pneumatische Module sehr einfach ersetzt werden können.

Die Universalschwenkköpfe Schunk SRH-plus ermöglichen eine gleichzeitige Be- und Entladung der Schlüsselpaare. Integrierte Fluid- und Elektrodurchführungen ersetzen auch hier bewegte Schläuche und Kabel zur Ansteuerung und Abfrage der Greifer.

Dynamisches Drehmodul

Das SCHUNK ERD-Drehmodul wiederum überzeugt mit Dynamik, Kompaktheit, Präzision und Zuverlässigkeit. Serienmäßig ausgestattet mit zwei integrierten Luftdurchführungen ermöglicht es eine einfache Ansteuerung der SCHUNK PGN-plus-P-Universalgreifer und ein aufgeräumtes Anlagendesign. Optional ist das Modul auch mit vier Elektrodurchführungen sowie SIL2-zertifiziertem Absolutwegmesssystem erhältlich. Mit dem SCHUNK ERD lassen sich platzsparende, drehmomentstarke Montagesysteme realisieren, die auch hohen Anforderungen der Maschinenrichtlinien genügen. Den Antrieb übernimmt ein bürstenloser Synchronmotor mit Permanenterregung, dessen spezielle Geometrie eine hohe Dynamik und Beschleunigung ermöglicht. Zudem können daran angeschlossene, pneumatische Aktoren aufgrund der optimierten Luftdurchführungen schneller betätigt werden. Damit sind kurze Taktzeiten und eine hohe Produktivität möglich. Aufgrund des Absolutwertgebers sind weder beim Anfahren noch nach einem Not-Aus zeitraubende Referenzfahrten nötig, zudem profitiert die Wiederholgenauigkeit, die mit 0,01° angegeben wird. Eine große Anzahl von Polpaaren stellt bei dem Modul sicher, dass es auch bei niedrigen Drehzahlen ein hohes Nenndrehmoment von bis zu 1,2 Nm erzeugt. Da das Modul kaum Verschleißteile besitzt, ist eine lange Standzeit gewährleistet.

Die Greiferfinger konstruiert Christof Neumann selbst. Über ein Schnellwechselsystem lassen sich die PGN-plus-P-Universalgreifer mit wenigen Handgriffen umrüsten.

Lebenslang wartungsfreie Greifer als Standard

Auch in puncto Greifer verfolgt Christof Neumann eine klare Qualitätsstrategie: „Wir nutzen in der kompletten Anlage den PGN-plus-P 64 von SCHUNK. Der Greifer verfügt aufgrund seiner Vielzahnführung über bessere Hebelverhältnisse und über eine hohe Genauigkeit. Wo immer es sinnvoll erscheint, setzen wir den Greifer daher als Standard ein.“ Gegenüber der Vorgängeranlage profitiert Abus auch bei den Greifern vom technologischen Fortschritt: Mit der neuesten Greifergeneration SCHUNK PGN-plus-P verfolgt Schunk ein klares Ziel: mehr Leistung bei gleicher Störkontur. Gegenüber dem Vorgängermodell hat Schunk das Stützmaß zwischen den sechs lasttragenden Schultern der patentierten Vielzahnführung um bis zu 40 % und die Fläche des Ovalkolbens um rund 15 % vergrößert. Damit können höhere Momente aufgenommen, längere Finger eingesetzt und schwerere Bauteile gehandhabt werden. Zudem wurde die ohnehin schon große Schrägzugfläche des Keilhakenantriebs beim PGN-plus-P noch weiter vergrößert, wodurch auch hier der Verschleiß sinkt und die Prozesssicherheit profitiert. Selbst wenn die Leistungsgrenze wie in der Anlage bei Abus nicht angetastet wird, zahlt sich die Leistungsreserve aus: Auch unter Normalbelastung minimiert die neue Konstruktion des Schunk-Megasellers den Verschleiß und erhöht die Lebensdauer. Hinzu kommt, dass umlaufende Schmierstofftaschen an der Vielzahnführung des PGN-plus-P dafür sorgen, dass die Gleitflächen kontinuierlich benetzt werden und der Greifer unter normalen, sauberen Einsatzbedingungen lebenslang wartungsfrei arbeitet. Zyklenzahlen im mittleren siebenstelligen Bereich sind mit dem SCHUNK PGN-plus-P keine Seltenheit.

Über die integrierte Auto-Learn-Funktion lassen sich die Schunk ELP-Linearmodule schnell und einfach in Betrieb nehmen. In der Anlage ersetzen sie Zylinder mit Endlagendämpfung aus der vorherigen Anlagengeneration.

Große Vielfalt an Baugrößen und Optionen

„Ein großer Vorteil dieser Greiferfamilie ist die enorme Vielfalt an Baugrößen und Optionen. Als Konstrukteur finde ich für jeden Anwendungsfall den passenden Greifer und die passende Variante. Außerdem sind die Anschlussbedingungen für die Greiferfinger ausgesprochen unkompliziert“, unterstreicht Christof Neumann. Serienmäßig integriert sind bei der PGN-plus-P-Baureihe Möglichkeiten zum Anschrauben, Abstützen oder Zentrieren. Um eine gleichmäßige Verteilung der Sperrluft im Inneren der Greifer zu gewährleisten, wurde der Sperrluftanschluss bewusst mittig platziert. Auf Wunsch sind die Module zusätzlich mit Federsicherung zur mechanischen Greifkrafterhaltung und mit Kompensationseinheiten zum Ausgleich von Winkelfehlern erhältlich. Auch ATEX-, Korrosionsschutz-, Hochtemperatur- oder Präzisions-Versionen sind erhältlich. Ebenso beeindruckend ist das Sensorprogramm: Es reicht von induktiven Näherungsschaltern mit besonders einfach einstellbaren Schaltnocken, wie sie von Abus eingesetzt werden, über komplett integrierbare elektronische Magnetschalter und flexible Positionssensoren zur Detektion von bis zu fünf Positionsbereichen bis hin zu hochauflösenden Analogsensoren, die Messgenauigkeiten von bis 0,03 mm ermöglichen. Für den Einsatz in Maschinen, in beengten Applikationen oder in widrigen Umgebungen, wo Kabel die Prozessstabilität gefährden würden, bietet Schunk zudem spezielle Funksensoren an, die den Hub der Greiferbacken kabellos abfragen.

E-Greifer sind bislang besonderen Einsatzszenarien vorbehalten

Überlegungen, den pneumatisch gesteuerten SCHUNK PGN-plus-P in der Anlage durch den mechatronischen SCHUNK PGN-plus-E zu ersetzen, gab es laut Christof Neumann nicht. „Zwar sind Drucklufteinsparungen für uns immer ein Thema, jedoch nicht in dem Umfang, dass wir bewährte pneumatische Lösungen, wie die PGN-plus-P-Greifer radikal durch elektrische Komponenten ersetzen. Hingegen werden elektrische Komponenten immer dann zur Diskussion gestellt, wenn es darum geht, die Anlagenflexibilität zu erhöhen oder bewegte Teile zu eliminieren.“ So habe man sich beispielsweise in einer Anwendung zur Be- und Entladung von Schlossbügeln mit einem Leichtroboter für den elektrisch gesteuerten PGN-plus-E entschieden, da dort unterschiedliche Schlossbügelgrößen flexibel gehandhabt werden müssen und die einfache elektrische Ansteuerung vorteilhaft erschien.