Vakuumgreifer

Andreas Mühlbauer,

Der Cobot greift zu

Cobots sind Helfer, die ordentlich anpacken. Je nach Situation sind unterschiedliche Greifer gefordert. Worauf es bei den verschiedenen Greifereinheiten an Cobots ankommt, zeigt dieser Beitrag.

Die Vakuum-Greifereinheit der Serie ZXP-X1 ermöglicht eine schnelle und einfache Montage und bietet einen hohen Variantenreichtum bei der Bestückung mit Vakuumsaugern für zahlreiche Anwendungsfälle. © SMC

Die Zeiten, in denen hunderte Menschen Fabrik- und Lagerhallen bevölkerten, sind schon lange vorbei. Laut aktuellen Zahlen der International Federation of Robotics (IFR) sind stattdessen weltweit fast drei Millionen Industrieroboter im Einsatz. Damit diese für Pick-and-Place-Anwendungen, Beförderungslinien, Etikettieren oder Palettieren sowie den allgemeinen Transport von Werkstücken gut gerüstet sind, benötigen sie moderne Greifereinheiten. Je nach Anwendungsfall kommen dazu etwa Vakuum-, Parallel-, Finger- oder Magnetgreifer infrage. Diese verfügen über unterschiedliche Eigenschaften – aber in Sachen Prozesssicherheit, Produktivität und Energieeffizienz sollten sie alle höchsten Ansprüchen genügen. Auf was Konstrukteure hierbei zu achten haben, zeigt der Lösungsanbieter SMC.

Die menschliche Hand gehört zu den komplexesten Werkzeugen, die die Natur hervorgebracht hat. Sie kann kräftig zugreifen, aber auch feinfühlige Bewegungen mit hoher Präzision ausführen. Doch sind ihr und dem Menschen klare physische Grenzen gesetzt. Auch deshalb haben sich Industrie- und kollaborative Roboter etabliert. So sichern sie unter anderem Produktionsprozesse und unterstützen die Automatisierung in zahlreichen industriellen Branchen. Damit insbesondere kollaborative Roboter ihre Aufgaben sicher, präzise, produktiv und zugleich energiesparend erfüllen können, benötigen sie die passenden Greifereinheiten.

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Schnell und sicher mit Vakuum

Ob in der Medizintechnik, der Papier- und Verpackungsindustrie oder der allgemeinen Automatisierungs- und Fertigungsindustrie: Branchenweit gibt es Anwendungen, bei denen etwa empfindliche Werkstücke besonders sanft und zugleich sicher und schnell aufgenommen werden müssen. Das gilt beispielsweise für die Aufnahme von Aufklebern, Folien- oder Beutelverpackungen sowie flüssigkeits-, pulver- oder gasgefüllte Verpackungen. „Kommen in solchen Fällen Cobots zum Einsatz, sollten Konstrukteure diese mit Vakuum-Greifereinheiten bestücken. Denn das hier eingesetzte Vakuum sorgt für einen sicheren Halt, und in Verbindung mit einem passenden Sauger lassen sich vielfältige Anwendungen realisieren“, sagt Lisa Zille, Product Management bei SMC. Um hierbei flexibel und schnell umrüsten zu können, sollte neben dem Anschluss der Vakuumsauger auch die Installation und Inbetriebnahme einfach gelingen. Lässt sich zudem ein Vakuumsicherheitsventil anbringen, sorgt das für zusätzliche Sicherheit, da es das Vakuum auch bei nicht belegten Saugern während des Transfers aufrechterhält.

Der Magnetgreifer der Serie MHM-X7400A-TM bietet eine Haltekraft von bis zu 200 N beim Anziehen und dem Transport ferromagnetischer Werkstücke. © SMC

Mit der Serie ZXP7-01-X1 und erweiterten Serien von SMC stehen Vakuum-Greifereinheiten für Cobots von verschiedenen Herstellern zur Verfügung. Alle Varianten lassen sich mit 1, 2 oder 4 Vakuum-Saugern bestücken. Die Plug-and-Play-fähigen Lösungen sind zugleich besonders schnell anzuschließen und einfach zu warten. Zudem können Konstrukteure dabei auf verschiedene Sauger-Varianten zurückgreifen – von der Saugerform über das Material bis zum Durchmesser. Das schafft neben der Kompatibilität mit Cobots verschiedener Hersteller eine hohe Flexibilität für eine Vielzahl von Anwendungsfällen. Außerdem lassen sie sich mit dem Vakuumsicherheitsventil der Serie ZP2V von SMC bestücken.

Greifen mit Magnetkraft

Einige Werkstücke können Vakuumgreifer an ihre Grenzen bringen. „Wenn eine Oberfläche uneben oder perforiert ist, lässt sich das Vakuum nicht effektiv aufbauen und demzufolge gelingt kein sicheres Ansaugen mehr. Im Falle von ferromagnetischen Werkstücken wie Rohren oder Blechen schlägt dann die Stunde von Magnetgreifern“, erläutert Lisa Zille. Dank der natürlichen Magnetkraft wird ein fester Halt auch bei unterbrochener Druckluft- oder Stromversorgung gewährleistet und zugleich Energie eingespart. Bei der Auswahl eines Magnetgreifers sollten Konstrukteure darauf achten, dass sich die Haltekraft des Magneten stufenlos einstellen lässt, um diese genau auf die Prozessanforderungen anpassen zu können. Die Haltekraft lässt sich beispielsweise optional beim Magnetgreifer der Serie MHM-X7400A von SMC stufenlos über eine Einstellschraube regulieren, durch die der Abstand zwischen Magnet und Werkstück verändert wird.

Zusätzlichen Schutz bietet hier ein werkzeuglos austauschbarer Dämpfungsring aus Fluorkautschuk am Zylinderkopf, der den direkten metallischen Kontakt verhindert und dadurch die Aufnahme schonender macht. Mit bis zu 200 N können Anwender trotz des kompakten Designs auf eine hohe Haltekraft zurückgreifen. Dabei erfolgt der Anschluss von Druckluftleitung und elektrischer Verdrahtung per M8- oder M12-Steckverbindung zügig an verschiedenen Cobots. Neben flexiblen Montageoptionen in der Standardversion lassen sich bei Bedarf mehrere Magnetgreifer parallel anordnen, um auch Teile mit großer Oberfläche zu transportieren.

Für besondere Geometrien

Von einfachen Schraubverschlüssen in der Verpackungsindustrie über einzelne Komponenten im Maschinenbau bis hin zu empfindlichen Pipetten in der Pharmaindustrie: Pick-and-Place-Anwendungen für Kleinteile mit unterschiedlichen Geometrien stellen an Greifereinheiten für Cobots besondere Anforderungen. Lisa Zille dazu: „In solchen Fällen sind Parallel-, 2- oder 3-Fingergreifer eine ideale Option. Sie halten ein Werkstück vorsichtig und doch sicher parallel oder aus mehreren Richtungen. So lassen sich auch Teile verarbeiten, die nicht ferromagnetisch sind oder über keine glatte Oberfläche verfügen, also weder den Einsatz von Magnet- noch von Vakuumgreifern erlauben.“ Für die Sicherheit bei der Handhabung besonders relevant sind unter anderem der Abstand zwischen Greifergehäuse und Maschine sowie die Möglichkeit, elektronische Signalgeber am Greifer anzubringen, um Werkstücke unterschiedlicher Größe zu erkennen.

Die pneumatischen Parallelgreifer der Serie JMHZ2 sorgen bei Roboter- und Pick-and-Place-Anwendungen auch bei wenig Platz für sicheren Halt bei schnellen Bewegungen. © SMC

Ein Parallelgreifer wie die Serie JMHZ2 von SMC hat beispielsweise einen Greifpunkt von bis zu 90 mm. Durch die große Distanz zum Gehäuse werden Störungen zwischen Greifergehäuse und Maschine vermieden. Eine Wiederholgenauigkeit der Präzisions-Linearführung von ±0,01 mm sorgt für eine sehr genaue Handhabung auch bei kleinen Kolbendurchmessern. Der große Öffnungs-/Schließhub erleichtert die Aufnahme unterschiedlicher Werkstücke ebenso wie die Haltekraft pro Finger. SMC bietet zudem 2- und 3-Finger-Greifer, die sich für die besonders empfindliche Handhabung etwa von Pipetten eignen.

Kompaktheit ist Trumpf

Als die ersten Cobots Mitte der 1990er Jahre entwickelt wurden, stand dahinter die Idee, Menschen in der Produktion einen idealen Gehilfen an die Seite zu stellen. Im Gegensatz zu Industrierobotern sind kollaborative Roboter jedoch zumeist kleiner und müssen über entsprechende Sensorik verfügen, um jederzeit die Sicherheit von Mitarbeitenden zu gewährleisten. Immerhin agieren sie in ihrer unmittelbaren Nähe. „Ihre kompakte Bauart ist aber kein reiner Sicherheitsaspekt. Auch ihre Anwendungsstärke, flexibel, sicher, schnell und auf engem Raum arbeiten zu können, hängt damit entschieden zusammen. Demzufolge müssen daran angebrachte Komponenten wie Greifereinheiten so konstruiert sein, dass sie dieses Anforderungsprofil erfüllen“, erklärt Zille. Dazu zählt neben der Dimension auch ganz besonders das Gewicht. Hier kommt es auf jedes Gramm an, um das Masseträgheitsmoment gering zu halten. Das macht schnelle Bewegungen möglich, die für eine hohe Produktivität sorgen.

So wurden etwa die Magnetgreifer der Serie MHM-X7400A, die Vakuumgreifer der Serie ZXP-X1 und die pneumatischen Parallelgreifer der Serie JMHZ2-X7400B von SMC platzsparend und gewichtsarm konstruiert. Beispielsweise ist die letztgenannte Standardserie JMHZ2 in der Basisversion im Vergleich zum Vorgänger bis zu 21,7 mm kürzer und bis zu 7,6 mm dünner. Dadurch konnte fast die Hälfte an Gewicht eingespart werden, was sich mit 180 g weniger auf der Waage bemerkbar macht. Indem einzelne Komponenten entfernt und die äußeren Dimensionen verkleinert wurden, ließen sich auch bei den Vakuumgreifern der Serie ZXP-X1 5 % Gewicht einsparen.

Irina Hermann, Product Management bei SMC

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