Drehen und Schwenken der nächsten Generation

Ob hohe Lasten oder kurze Taktzeiten – in Handhabung und Montage müssen Drehmodule und Schwenkeinheiten immer höhere Leistungen bringen. Systematisch hat Schunk in den vergangenen Jahren sein Modulprogramm für rotative Bewegungen ausgebaut und um besonders dynamische, intelligente und adaptierbare Komponenten erweitert. Jüngster Spross im Pneumatiksegment ist die Schunk SRM Hochleistungsschwenkeinheit, die laut Hersteller schon bald zum neuen Standard beim pneumatischen Schwenken bis 180° avancieren könnte.

Gegenüber vorhandenen pneumatischen Schwenkeinheiten am Markt punktet das leistungsdichte Modul mit einer bis dato einzigartigen Kombination aus hohen Drehmomenten und hohen Massenträgheitsmomenten bei kurzen Schwenkzeiten, großer Mittenbohrung, robuster Lagerung und zugleich schlanker Störkontur. Bei der Entwicklung des Hochleistungsmoduls hat Schunk neueste Simulationstechnologien eingesetzt, mit denen erstmals auch Reaktionskräfte, Druckverläufe, Auftreffgeschwindigkeiten, kinetische Energien sowie Antriebsenergien erfasst werden konnten.

Neuartige Dämpfer und spezielle Kolbendichtungen sowie eine Viton-/FKM-Abdichtung bilden die Grundlage für ein bis dato einzigartiges Leistungspaket und eine hohe Robustheit. Das Schwenkmodul eignet sich damit auch für den Einsatz in Umgebungen mit aggressiven Medien.
Eine sowohl in achsialer als auch in radialer Richtung spielfrei vorgespannte Lagerung ermöglicht die Aufnahme besonders hoher Momente und Querkräfte. Da die innenliegenden Dämpfer bereits voreingestellt sind, müssen bei der Inbetriebnahme meist nur die Drosseln eingestellt werden, schon kann es losgehen. Werden die innenliegenden Stoßdämpfer gewechselt, bleiben sowohl der Schwenkwinkel als auch die Dämpferhubeinstellung erhalten, wodurch Wartungsarbeiten besonders schnell erledigt sind.

Mit der Schunk SRM können Anlagen kleiner dimensioniert, Taktzeiten verkürzt und sowohl die Präzision als auch die Lebensdauer erhöht werden. Die hohe Leistungsdichte bietet perfekte Voraussetzungen für besonders kompakte und zugleich wirtschaftliche Lösungen. Konsequent modular aufgebaut gewährleistet die Schwenkeinheit eine maßgeschneiderte Auslegung zu einem am Markt einzigartigen Preis-Leistungs-Verhältnis. Die außerordentlich große Mittenbohrung erlaubt die Durchführung von Pneumatikleitungen und vorkonfektionierten Kabeln mit angegossenen Steckern. Noch mehr Komfort bieten die pneumatische oder elektrische Drehdurchführung: Kommt die pneumatische Mediendurchführung zum Einsatz, bleibt die große Mittenbohrung vollständig erhalten. Bei der elektrischen Drehdurchführung wiederum lassen sich die Sensorkabel unmittelbar am Modul einstecken. Dabei vereinfacht eine farbliche Codierung der Steckverbinder die Inbetriebnahme und die Zuordnung der Signale. Sollte es trotz aller Umsicht zu einem Kabelbruch kommen, können auch einzelne Kabel ersetzt werden, ohne die komplette Drehdurchführung zu tauschen.

Die Hochleistungsschwenkeinheit Schunk SRM gibt es zunächst in den Baugrößen 14, 16, 25 und 40 für Schwenkwinkel von 0°/180°, 0°/90° beziehungsweise frei einstellbar für Schwenkwinkel zwischen 0° und 180°. In Baugröße 40 sind Drehmomente bis 23,7 Nm und Massenträgheitsmomente bis 7 kgm2 möglich. Das sind fast 20 % mehr Drehmoment als beim bisherigen Topmodell Schunk SRU-plus.

Zweites Highlight ist das mechatronische Schwenkmodul Schunk ERP. Statt wie bei pneumatischen Schwenkmodulen immer wieder umständlich Drosseln einzustellen und Stoßdämpfer zu wechseln oder wie bei elektrischen Drehmodulen immer wieder neue Verfahrsätze aufzuspielen, können Anwender nun zur deutlich einfacheren und langfristig kostengünstigeren elektrischen Alternative greifen. Mit der verschleißarmen Komponente kommt Schunk den Forderungen der Industrie entgegen, dass Anlagen möglichst störungs- und im Idealfall auch weitgehend wartungsfrei laufen müssen.
Größter Knackpunkt bei pneumatischen Schwenkmodulen waren bislang die auf Seiten des Inbetriebnehmers erforderliche Geduld, Erfahrung und Fingerspitzengefühl sowie der Verschleiß der Stoßdämpfer. Bis heute werden pneumatische Schwenkmodule immer wieder überlastet, sei es aufgrund mangelnder Kenntnis und Geduld, sei es aufgrund der hohen Taktzeitforderungen. Während korrekt eingestellte pneumatische Schwenkeinheiten sich dadurch auszeichnen, dass kein mechanisches Schlagen zu hören oder Stoßschwingungen wahrzunehmen sind, erzeugen überlastete Einheiten Schläge und zum Teil erhebliche Vibrationen des Gesamtsystems. Die Folge: Stoßdämpfer verschleißen vorzeitig, es kommt zu ungeplanten Anlagenstillständen und im Extrem werden sogar andere Anlagenbauteile, wie etwa empfindliche Kamerasysteme, durch die permanenten Schwingungen in Mitleidenschaft gezogen.

Genau hier setzt die Idee des Mechatronikschwenkmoduls Schunk ERP an: Im Gegensatz zu pneumatischen Schwenkeinheiten kommt die 24V-Komponente ohne hydraulische Stoßdämpfer aus. So entfällt das lästige Einstellen der Stoßdämpfer und damit die Hauptfehlerquelle beim Schwenken.

Eine intelligente Auto-Learn-Technologie gewährleistet stattdessen vollautomatisch, dass das Bewegungsprofil stets an das jeweilige Teilegewicht angepasst wird. Zur Inbetriebnahme wird die 24V-Komponente einfach über digitale I/O mit der Steuerung verbunden und bei Bedarf die Endlage mechanisch feineingestellt (+/- 5°). Alles andere übernimmt die integrierte Auto-Learn-Technologie. Drei bis fünf Schwenkbewegungen genügen, schon ist die Programmierung abgeschlossen. Dabei ist das Bewegungsprofil als Rampe angelegt. Abhängig vom Schwenkwinkel und dem Gewicht des Schwenkaufbaus beschleunigt und bremst die direktangetriebene Rotationseinheit also automatisch. Schläge und Schwingungen sowie eine unkontrollierte Fahrt mit Maximalgeschwindigkeit sind somit ausgeschlossen. Das minimiert den Geräuschpegel sowie den Verschleiß und macht den Einsatz hydraulischer Stoßdämpfer überflüssig. Zugleich sind kürzeste Reaktions- und Verfahrzeiten möglich. Ändert sich das Teilegewicht im laufenden Prozess, passt das Modul sein Bewegungsprofil automatisch an, ohne dass ein Bedienereingriff erforderlich ist. Die Geschwindigkeit lässt sich bequem unmittelbar am Gehäuse über einen Drehschalter regulieren. Da die Ansteuerung über digitale I/O erfolgt, ist die Schunk ERP Baureihe mit sämtlichen Steuerungen kompatibel und kann pneumatische Module ganz einfach ersetzen. Das 24V-Drehmodul gibt es im ersten Schritt in Baugröße 25 für Massenträgheitsmomente bis 0,1 kgm2 mit einem Schwenkwinkel von 45°, 90° oder 180°. Die Wiederholgenauigkeit beträgt +/- 0,01°.

Welche Potenziale grundsätzlich in mechatronischen Drehmodulen stecken, hat Schunk bereits erfolgreich unter Beweis gestellt: So ist das vielseitig einsetzbare Drehmodul Schunk ERS mit seinen drei Durchmesservarianten von 135 mm, 170 mm und 210 mm speziell für rotative Bewegungen im mittleren Lastbereich konzipiert. In Baugröße 170 erreicht es bei einer kompakten Höhe von 66 mm ein Nennmoment von 5 Nm und ein maximales Moment bis 17 Nm. Es bietet damit ideale Voraussetzungen, um flexible und zugleich kompakte Anlagenkonzepte umzusetzen. So lässt sich das Kompaktmodul in Montageapplikationen wahlweise als Dreheinheit oder als Rundschalttisch einsetzen. Endlos drehend kann es mit bis zu 750 min^-1 beliebige Zwischenpositionen mit einer Wiederholgenauigkeit von 0,01° anfahren. Im Gegensatz zu Drehmodulen mit herkömmlichem Servomotor weist das ERS keine zusätzliche Störkontur auf. Zudem entfallen Elastizitäten durch Spiel und Reibung. Stattdessen überzeugt das langlebige Modul mit hoher Beschleunigung, Schwenkgeschwindigkeit und Präzision. Eine auf Wunsch integrierbare pneumatische Haltebremse stellt sicher, dass sich einzelne Positionen zuverlässig fixieren lassen. Eine große Mittenbohrung ermöglicht die Durchführung von Kabeln oder Werkstücken beziehungsweise den Einsatz einer Kamera. Damit nicht genug. Um Druckluft oder Signale schlauch- bzw. kabellos direkt durchs Modul zu leiten, gibt es das Kompaktmodul auch in einer Version mit pneumatisch-elektrischer Durchführung, die via Schleifring beziehungsweise Luftkanal die Durchleitung von bis zu acht elektrischen Signalen (24 V DC/2 A) sowie einem Fluid mit einem Druck von bis zu 8 bar ermöglicht. Die Version mit Drehdurchführung ermöglich Drehzahlen bis 250 min^-1.

Speziell für Montageanwendungen in der Elektronik-, Konsumgüter- und Pharmaindustrie wiederum ist das endlos drehende Miniaturmodul Schunk ERD ausgelegt, das über ein am Markt einzigartiges Ausstattungspaket verfügt: Serienmäßig ist das Modul mit zwei integrierten Luftdurchführungen ausgerüstet. Optional sind zudem vier Elektrodurchführungen sowie ein Absolutwegmesssystem erhältlich.
Mit dem Schunk ERD, das in drei Baugrößen mit Nenndrehmomenten von 0,4 Nm, 0,8 Nm beziehungsweise 1.2 Nm angeboten wird, lassen sich platzsparende, drehmomentstarke Highspeed-Montagesysteme realisieren, die auch hohen Anforderungen der Maschinenrichtlinien genügen.

Das Drehmodul wird von einem bürstenlosen Synchronmotor mit Permanenterregung angetrieben. Seine spezielle Geometrie gewährleistet eine hohe Dynamik und Beschleunigung. Zudem können daran angeschlossene, pneumatische Aktoren aufgrund der optimierten Luftdurchführungen schneller betätigt werden. Beide Faktoren gemeinsam sorgen für kurze Taktzeiten und für eine hohe Produktivität. 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.