Handhabung und Montage Flexible Drehmodule: kompakt, punktgenau und dynamisch

Redakteur: Gudrun Zehrer

Bei den Diskussionen rund um die Smart Factory und die Industrie 4.0 entsteht leicht der Eindruck, dass die Früchte der Mechatronisierung nur durch einen radikalen Umbruch, ja einen regelrechten Big Bang der Produktionsautomatisierung zu erlangen seien. Das Gegenteil ist der Fall: Immer mehr Konstrukteure erkennen die Potenziale mechatronischer Komponenten und wissen sie bereits heute effektiv zu nutzen. Dazu zählt unter anderem die Mechatronisierung rotativer Bewegungen. Schunk hat sein standardisiertes Greifsystemprogramm im Bereich der elektrischen Drehmodule konsequent ausgebaut.

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(Bild: Schunk)

Ob hochdynamische Elektronikmontage, frei positionierbarer Rundschalttisch für Montageapplikationen oder kraftstrotzender Drehantrieb für schwere Lasten – das Mechatronikprogramm von Schunk bietet 300 Standardkomponenten und damit für jede Dimension das passende mechatronische Drehmodul.

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Miniaturmodul ERD: Torquemotor mit integrierter Luftdurchführung

So hat das Unternehmen speziell für Montageanwendungen in der Elektronik-, Konsumgüter- und Pharmaindustrie das endlos drehende Miniaturmodul Schunk ERD entwickelt, einen Torquemotor mit integrierter Luftdurchführung und Absolutwegmesssystem.

Serienmäßig verfügt das Modul über zwei integrierte Luftdurchführungen. Optional sind zudem vier Elektrodurchführungen sowie das SIL2-zertifizierte Absolutwegmesssystem erhältlich. Mit dem 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. Laut Schunk 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, dazu kommt 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. Zur Steuerung können beispielsweise Bosch-Rexroth IndraDrive CS Antriebsregelgeräte eingesetzt werden.

Minimale Störkonturen mit dem Drehmodul ERS

Für rotative Bewegungen im meistgefragten mittleren Lastbereich wurde das vielseitig einsetzbare Drehmodul Schunk ERS entwickelt. Es wird als das derzeit kompakteste mechatronische Drehmodul am Markt vorgestellt und hat in Baugröße 170 gerade einmal eine Höhe von 66 mm. Es erreicht ein Nennmoment von 5 Nm und ein maximales Moment bis 17 Nm.

Mit ihm können besonders flexible und kompakte Anlagenkonzepte umgesetzt werden. In Montageapplikationen lässt es sich zum einen als Drehmodul, zum anderen als kleiner Rundschalttisch einsetzen. Kernstück ist ein Torquemotor mit Hohlwelle. Er ermöglicht, dass das Modul besonders leicht und kompakt baut und verschleißfrei und damit sehr zuverlässig arbeitet.

Endlos drehend kann es mit bis zu 250 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 bietet das langlebige Modul hohe 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.

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.

Das ERS gibt es in drei Baugrößen mit Außendurchmessern von 135 bis 210 mm. Die Version mit Drehdurchführung ist in zwei Baugrößen mit Außendurchmessern von 170 und 210 mm erhältlich. Um eine größtmögliche Flexibilität bei der Steuer- und Regelungsstrategie zu ermöglichen, lassen sie sich wahlweise mit dem Motion Controller ECM (48 V-Variante) oder einem gängigen Standardregler beispielsweise von Bosch oder Siemens (560 V-Variante) betreiben.

Freie Wahl des Motors für das elektrisch angetriebene Drehmodul ERM

Dass das mechatronische Schwenken auch bei höheren Lasten Vorteile bieten kann, zeigt das elektrisch angetriebene Drehmodul ERM. Es vereint hohe Drehmomente und eine hohe Genauigkeit. Selbst große Lasten, wie sie beispielsweise beim Drehen und Umorientieren von Werkstücken in der Automobilzulieferindustrie vorkommen, lassen sich mit ihm beliebig und zugleich präzise positionieren. Das erhöht zum einen die Flexibilität bei der Prozessgestaltung, denn spontane Änderungen des Handhabungsschemas lassen sich ebenso schnell programmieren wie ein kontinuierlicher Wechsel von Teilefamilien.

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Zum anderen sinkt der Inbetriebnahmeaufwand, denn im Gegensatz zu pneumatischen Schwenkeinheiten ist es nach Firmenangaben bei den ERM-Modulen leicht, Toleranzen im Anlagenbau in Sekundenschnelle über eine feinjustierte Drehbewegung präzise auszugleichen. Zudem können die Module beim Einrichten oder bei der Wartung der Anlage mit sicher reduzierter Geschwindigkeit gefahren werden, wodurch Schäden verhindert und der Zeitbedarf beim Einfahren der Anlage reduziert werden soll.

Adaptiv konzipiert lassen sich die ERM-Module mit allen gängigen Industrie-Servomotoren ausstatten. Sie bieten damit hinsichtlich der Steuer- und Regelungsstrategie einen besonders hohen Freiheitsgrad. Mit dem passenden Motor ausgerüstet können die Eigenschaften der Anlagensteuerung hinsichtlich Programmierung, Safety oder Feldbussen direkt auf das Modul übertragen werden.

Unterschiedliche regionale Standards zwischen Europa, USA und Asien lassen sich auf diese Weise vergleichsweise leicht kompensieren. Das in 4 x 90°-Schritten drehbare Vorgelegegetriebe ermöglicht darüber hinaus, dass die Störkontur des Drehmoduls inklusive Antrieb optimal auf die Gegebenheiten von Portalen abgestimmt werden kann. Eine serienmäßige Mittenbohrung von 22 mm ermöglicht besonders kompakte und aufgeräumte Anlagendesigns. Um pneumatische Aktoren hinter der Drehachse mit Druckluft zu versorgen, sind standardmäßig acht Luftdurchführungen integriert. In Baugröße 160 beträgt das maximale Abtriebsdrehmoment 75 Nm, das maximale Antriebsdrehmoment 2 Nm.

Hochleistungsdrehmodule als kompakte Kraftpakete

Am oberen Ende der Leistungsskala sind mit den Hochleistungsdrehmodulen PR 2, PDU 2 und PSM 2 drei kompakte, besonders leistungsdichte und intelligente Antriebe angesiedelt, die gezielt für den robusten Einsatz in der Industrie optimiert sind. Die komplette Regel- und Leistungselektronik ist bei diesen Modulen vollständig integriert. Das spart einen externen Regler und minimiert den Verkabelungsaufwand sowie die Fehleranfälligkeit.

Die Kraftpakete gibt es in jeweils drei standardisierten Baugrößen. Die Ansteuerung erfolgt wahlweise über Profibus (bis 12 Mbit/s) oder CAN-Bus (bis 1 Mbit/s). Zur Inbetriebnahme und Parametrierung via PC mit dem Motion Tool verfügen die Module über einen USB-Device-Anschluss. Über einen einfach einstellbaren Drehcodierschalter lassen sie sich manuell adressieren.

Erste Modulbewegungen lassen sich manuell über Dip-Schalter realisieren. Der jeweilige Status ist anhand einer LED-Anzeige ablesbar. Mit Harmonic Drive Getrieben erreichen das als Drehmodul konzipierte PR 2 und das für den Antrieb von Linearachsen konzipierte PDU 2 je nach Baugröße enorme Drehmomente zwischen 16 Nm und 184 Nm. Zum schnellen Verfahren von kleineren Massen kann das direkt angetriebene PSM 2 genutzt werden.

Das kompakte Modul erzielt bei einem Drehmoment von bis zu 1,8 Nm bis zu 4.320 min-1. Position, Geschwindigkeit und Drehmoment lassen sich bei allen drei Modulen individuell regeln. Ein inkrementeller Encoder gewährleistet eine hohe Positionier- und Wiederholgenauigkeit. Über die integrierte Haltebremse können die angefahrenen Positionen zuverlässig fixiert werden.

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