In Antrieben, Werkstoffen und Greifkonzepten stecken noch immer Effizienzpotenziale.

Talentierte Greifer für große Teile

Vor 30 Jahren brachte Schunk den weltweit ersten standardisierten Industriegreifer auf den Markt. Aus einfachen mechanischen Komponenten wurden kraftvolle und hocheffiziente Hightech-Module, die flexible und eng miteinander verzahnte Handhabungsprozesse ermöglichen. Drei technologische Ansätze verdeutlichen, was heute bereits möglich ist und wie Großhubgreifer in Zukunft aussehen werden.

Beim Aufwälzgreifer AWG werden die Handhabungsobjekte mithilfe von Förderbändern auf dem Greifer platziert. (Fotos: Schunk)

Pneumatische Großhubgreifer wie der PHL des Kompetenzführers für Spanntechnik und Greifsysteme Schunk gelten sowohl in punkto Prozessstabilität als auch in punkto Wirtschaftlichkeit als ausgereift. Daneben gewinnen mechatronische Module in jüngster Zeit zunehmend an Bedeutung. So ist es Schunk gelungen, mit dem mechatronischen EGA einen modularen Standardgroßhubgreifer zu etablieren, der sich besonders einfach in vorhandene Steuerungslandschaften einbinden lässt.

Mechatronik statt Pneumatik

Das robuste Modul basiert auf einer mechanischen Plattform, die sich beim pneumatischen PHL bereits vielfach bewährt hat. Er baut extrem flach und kompakt und weist nur geringe Störkonturen auf. Die Führungswägen seiner Grundbacken sind auf Kugeln gelagert, wodurch die Reibung minimiert und die Kraft optimal verteilt wird. Auf diese Weise arbeitet er dauerhaft präzise und verfügt über eine lange Lebensdauer. Zudem kommt das gewichtsoptimierte Design des Greifers der Dynamik und der Energieeffizienz der Anlage zugute. Als Antrieb lassen sich viele gängige Industrie-Servomotoren einsetzen, insbesondere auch Servomotoren im Spannungsbereich ab 230 Volt AC. Je nach Verwendung kann der Motor parallel oder rechtwinklig zur Bewegungsrichtung angeflanscht werden. Der parallele Anbau bietet sich insbesondere bei Roboterapplikationen an, bei denen die Höhe des Greifers minimiert werden soll, der rechtwinklige Anbau hingegen ist beispielsweise bei Portalanwendungen relevant, bei denen die Breite des Greifers minimiert werden soll. Da der EGA mit einem Kronenradgetriebe ausgestattet ist, lässt er sich besonders einfach installieren. Es gibt ihn in drei Baugrößen mit jeweils drei baugrößenspezifischen Hubvarianten von 30 bis 160 Millimeter. Mit Greifkräften von 650, 1.750 beziehungsweise 4.000 Newton eignet er sich für die Handhabung großer Teile bis 20 Kilogramm ebenso wie für die Chargenfertigung, bei der unterschiedliche Werkstückgrößen über eine einzige Linie laufen.

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CFK statt Aluminium

Ein zweiter Entwicklungsansatz konzentriert sich auf die verwendeten Werkstoffe. So ist Schunk mit dem Großhubgreifer CGH ein regelrechter Meilenstein in der Handhabung gelungen: Es ist der erste standardisierte Großhubgreifer mit CFK-Gehäuse. Das vielseitig einsetzbare Modul überzeugt in Sachen Energieeffizienz ebenso wie in punkto Wirtschaftlichkeit. Mit ihm ist es möglich, die Dynamik vorhandener Anlagen zu erhöhen oder kleinere Roboter einzusetzen.

Das Leichtgewicht macht sich die besonderen Materialeigenschaften von CFK zunutze: Der Werkstoff verfügt über ein rund viermal so hohes E-Modul und über eine doppelt so hohe Zugfestigkeit wie Aluminium. Gleichzeitig wiegt er rund 40 Prozent weniger. Um die Vorteile der Faserverbundtechnologie in vollem Umfang zu nutzen und gleichzeitig eine hohe Stabilität des Greifers zu gewährleisten, wurde die Kohlefaserstruktur des im RTM-Verfahren hergestellten Greifergehäuses beanspruchungsgerecht ausgelegt. So war es möglich, einen leichten und zugleich außerordentlich biege- und torsionssteifen Greifer zu realisieren. Bei einem Gewicht von nur 11,7 Kilogramm verfügt der CGH über eine Greifkraft von 2.500 Newton und einen variablen Hub je Greiferfinger von bis zu 160 Millimeter. Mit ihm lassen sich Werkstücke bis 12,8 Kilogramm dynamisch handhaben. Damit sich die wirkenden Momente optimal auf sämtliche Wälzkörper verteilen, sind die Kugelumlaufwägen des Greifers entkoppelt gelagert, wodurch der Greifer einen enormen Wirkungsgrad erreicht: Rund 90 Prozent der eingesetzten Energie kommen am Finger an. Über Anzahl und Abstand der Führungswägen lässt sich das Modul exakt an die jeweilige Belastung anpassen. Für besonders hohe Greifkräfte oder besonders lange Finger wird einfach der Abstand zwischen den Wägen vergrößert. Auf diese Weise ist es möglich, selbst Finger mit einer Länge von über 1.000 Millimeter einzusetzen. Dabei wirken über die gesamte Fingerlänge annähernd identische Spannkräfte. Um die Effizienz des Greifers noch weiter zu steigern, lässt sich der Hub bei gedämpfter Endlage beliebig skalieren. Die Positionen „offen“ und „geschlossen“ können je nach Bedarf eingestellt werden, so dass nicht mit jedem Zyklus der komplette Zylinder be- und entlüftet werden muss. Das minimiert die Taktzeiten und reduziert zugleich den Druckluftverbrauch. Ein annähernd spielfreier Riemenantrieb und synchronisierte Finger gewährleisten, dass der Greifer auch bei variablem Hub präzise arbeitet. So kann er bei Bedarf große und kleine Teile im Wechsel handhaben. Über einen ISO-Flansch lässt er sich unmittelbar an unterschiedlichste Roboter adaptieren.

Wälzen statt Greifen

Ein neuartiges Handhabungsprinzip hingegen verfolgt der Aufwälzgeifer AWG, den das Fraunhofer IPA in Stuttgart gemeinsam mit SCHUNK als Technologiestudie entwickelt hat. Statt Teile zu greifen, wälzt der Geifer sie auf. Dabei wird ein rundes Friktionselement stirnseitig an ein zu greifendes Objekt angedrückt und rückwärts gedreht. Durch die Reibung wird das Objekt vereinzelt und auf den Greifer transportiert. Um einen möglichst flexiblen Einsatz zu gewährleisten, sind zwei Aufwälzmodule parallel angeordnet. Wird deren Abstand zueinander über eine Lineareinheit variiert, lassen sich sowohl unterschiedliche Objektverpackung als auch unterschiedliche Objektgrößen handhaben. Da beide Finger drehbar sind, kann der Greifer sowohl zum Klemmen als auch zum Aufwälzen eingesetzt werden. Er eignet sich sowohl zum Palettieren als auch zum Depalettieren von sortenreinen und gemischten Paletten und kann für die Handhabung von Kartons, Trays und eingeschweißten Gebinden ebenso eingesetzt werden wie für die Handhabung von Beuteln und Säcken. Um spezielle Lagenmuster zu erzeugen, lassen sich die Objekte im laufenden Handhabungsprozess auf dem Greifer drehen. Dazu werden beide Bänder in einer definierten Abfolge gegenläufig verfahren. Wie der EGA ist auch der AWG adaptiv aufgebaut, so dass unterschiedliche Industrieservomotoren als Antriebe genutzt werden können. Das maximale Handhabungsgewicht liegt derzeit bei 40 Kilogramm. Die maximale Breite der zu handhabenden Objekte beträgt 1,50 Meter.

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