Anlässlich unseres 100-jährigen Bestehens präsentieren wir – elektrotechnik AUTOMATISIERUNG – die Pioniere der industriellen Automation. In einer exklusiven Berichtserie zeigen wir deren Errungenschaften. Mit den Wegbereitern der Automation lassen wir Technologien und Entwicklungen Revue passieren, betrachten die Gegenwart und wagen einen Blick in die Zukunft!

Handhabung & Greiftechnik

Meilenstein der Automation: Fingerfertige Greifsysteme

| Autor / Redakteur: Jakob Khoury* / Karin Pfeiffer

Schunk hat die Co-act Greifer speziell für das Teamwork von Mensch und Maschine konzipiert.
Schunk hat die Co-act Greifer speziell für das Teamwork von Mensch und Maschine konzipiert. (Bild: Schunk)

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Vom einfachen 2-Fingergreifer zum Smart Gripping: Wie kein anderer hat Schunk den Markt der Greifwerkzeuge für Roboter und Handhabungssysteme geprägt. Neben den unkaputtbaren Dauerläufern vom Mikro-Picking bis zum Schwerlasthandling umfasst das Portfolio immer mehr intelligente, feinfühlige und vernetzbare Komponenten für die Szenarien der Industrie 4.0.

Anfang der 1980er Jahre standen Roboter an der Schwelle, den Markt der industriellen Automation zu erobern. Doch ein entscheidendes Tool befand sich erst am Beginn seiner Entwicklung: der Greifer. Klobig, schwerfällig und instabil kamen die zumeist als individuelle Einzelanfertigungen hergestellten Greifwerkzeuge daher. Pneumatikleitungen verursachten extreme Störkonturen.

Heinz-Dieter Schunk, damals Juniorchef des 1945 in Lauffen am Neckar gegründeten Familienbetriebs, sah genau hierin eine Chance: Kleiner, leichter, zuverlässiger und erschwinglicher sollten Robotergreifer werden, so seine Vision. Zum einen, um die Prozessstabilität zu erhöhen. Zum anderen, um höhere Teilegewichte zu ermöglichen und über eine Standardisierung Kosten- und Lerneffekte zu realisieren, die dann wiederum dem Markt zugutekommen.

Die Geschichte von Schunk in Bildern:

Kompetenzaufbau: Unmittelbar am Werkstück

1966 hatte der findige Unternehmer mit dem Aufbau eines standardisierten Spannbackenprogramms für Drehfutter eine führende Position im Bereich der Werkstückspannung erarbeitet. 1978 kam mit dem Produktbereich Hydro-Dehnspanntechnik ein zweites Standbein hinzu, diesmal in der hochpräzisen Werkzeug- und Werkstückspannung. Systematisch baute Schunk sein Kompetenzfeld „closest to the part“ in den Achtzigern aus und übertrug die entscheidenden Qualitäten und Funktionen der Schunk Spanntechnik sukzessive auf die Automation.

Alles begann in Lauffen mit der „Industriehand“

Den Anfang machte 1982 die Industriehand Schunk SVH. Ein Jahr später kam mit dem Schunk PPG der weltweit erste standarisierte Industriegreifer auf den Markt. Dieser war vergleichsweise leicht und wurde über integrierte Luftkanäle betätigt, was die Verschlauchung erheblich vereinfachte. Kurz darauf folgten ein Dreifingergreifer und ein Schwenkmodul. Schon bald ermöglichten abgestufte Baugrößen eine gezielte Auslegung. Sukzessive entstand ein umfassendes Modulprogramm, das Greifmodule, Drehmodule, Linearmodule und Roboterzubehör umfasst.

Bereits 1986, also lange bevor sich der Trend zur Mechatronik etablierte, präsentierte Schunk mit dem Schunk SEG 10 einen ersten servoelektrischen Greifer. In der Welt der Handhabung und Robotik, die bis dato von Hydraulik und Pneumatik geprägt war, setzte Schunk mit dem SEG Maßstäbe.

Schlagartig wurde klar, dass das industrielle Greifen in Zukunft weit mehr sein würde, als zwei Finger zu öffnen und zu schließen.

Das Mechatronikmodul war für die damalige Zeit so außergewöhnlich, dass es den Weg bis in die populärwissenschaftliche „Knoff-Hoff-Show“ des ZDF fand.

Und neben seiner Kompaktheit, Leistungsdichte und universellen Einsetzbarkeit überraschte der Mechatronikgreifer vor allem auch mit einer einstellbaren Greifkraft sowie einer flexiblen Positionierung der Greiferfinger.

Power Cube: Idee modularer Robotik war geboren

Wenige Jahre später ging es dann Schlag auf Schlag: 2003 integrierte Schunk die Amtec Robotics GmbH aus Berlin und erweiterte das Portfolio um die legendäre Power-Cube-Reihe, ein Programm aus Greifern, Drehmodulen und Schwenk-Neigeeinheiten. Die Kernidee der modularen Robotik war geboren und prägte von nun an vor allem die Entwicklungen in der Service- und Assistenzrobotik.

Innerhalb weniger Jahre entwickelte sich der Baukasten weltweit zu einem Standard in der angewandten Forschung. Plötzlich war es möglich, unterschiedlichste, flexibel nutzbare Greifsystemstrukturen aus dem Baukasten heraus zu realisieren – Vorbild heutiger Leichtbauroboter.

Die Module vereinten 32-Bit Technologie, hochpräzise Strommessung und eine reduzierte Wärmeabgabe auf kompaktem Raum. Modular kombinierbar, mit integrierter Intelligenz in den einzelnen Modulen sowie ausgestattet mit universellen Kommunikationsschnittstellen und Einkabeltechnologie gewährleistete das Programm eine schnelle und einfache Einbindung in bestehende Steuerungskonzepte.

Und mit den Schunk Expert Days on Servicerobotics startete das Unternehmen im Jahr 2008 das weltweit führende Symposium für die angewandte Servicerobotik.

Boom der mechatronischen Antriebe beginnt

Parallel dazu trieb Schunk die Mechatronisierung der industriellen Handhabung voran. So kam 2002 der Schunk EGN 100 auf den Markt, der erste servoelektrische Industriegreifer. 2005 folgten die elektrische Miniatur-Dreheinheit Schunk MRD als Vorgänger der heutigen Schunk ERD sowie die Lirax-MLD, eine Linearachse mit Direktantrieb für hochpräzise Highspeed-Anwendungen, als Vorgänger der aktuellen Schunk LDx Achsen.

Nicht zuletzt die Integration des Ventil- und Linearachsspezialisten GAS Automation GmbH aus St. Georgen, die heute als Schunk Electronic Solutions firmiert, gab der Mechatronisierung des Schunk Greifsystemprogramms zusätzlichen Schub. Höhepunkte waren 2009 die Vorstellung der Pick & Place-Einheit Schunk PPU-E für Highspeed-Anwendungen und 2016 der Markteintritt der mit Auto-Learn-Technologie ausgestatteten Schunk ELP 24V-Linearachse.

Systematisch erschloss das Management die Synergien der Zusammenarbeit zwischen Schunk, Amtec Robotics und GAS Automation und baute schlagkräftige Strukturen in Entwicklung, Produktmanagement und Vertrieb auf. So war es möglich, schon zu einem sehr frühen Zeitpunkt Teilmärkte zu identifizieren, in denen aufgrund der besonderen Anforderungen eine große Offenheit gegenüber elektrisch gesteuerten Komponenten und Systemen bestand.

Zugleich wurde deutlich, wo Entwicklungsarbeit geleistet werden musste, um zu einer flächendeckenden Akzeptanz zu gelangen. Vor allem einheitliche Antriebsschnittstellen, Steuerungs- und Kommunikationskonzepte standen damals auf der Agenda.

Strategie Mechatronik3: Vielfalt mit System

Die Aktivitäten mündeten 2011 im Schunk-Programm „Mechatronik3“. Zu diesem Zeitpunkt zeichnete sich bereits ein Trend zur Mechatronisierung von Handhabungssystemen ab. Während pneumatische Greifer konstruktionsbedingt eher unflexibel waren und im Regelfall lediglich geöffnet und geschlossen werden konnten, boten elektrische Greifer mit der ihnen eigenen Flexibilität vollkommen neue Möglichkeiten bei der Gestaltung von Greif-, Transport- und Montageprozessen. So kann der Öffnungshub frei variiert und von Zyklus zu Zyklus exakt an die Werkstückgröße angepasst werden. Damit steigt die Vielseitigkeit hinsichtlich des Teilespek- trums, es ergeben sich Vorteile bei den Schließ- und Öffnungszeiten sowie höhere Taktraten und eine bessere Systemauslastung.

Außerdem lassen sich nun Parameter wie Greiferstellung, Schließgeschwindigkeit, Beschleunigung oder Kraft während des Betriebs abfragen. Erstmals konnten Bewegungs- und Halteströme der Greifer erfasst und in der Maschinensteuerung oder in externen Computern verarbeitet werden – ein Konzept, das Schunk heute im Rahmen des sogenannten Smart Grippings immer weiter verfeinert und auf die vielfältigen Aspekte der smarten Fabrik überträgt.

Hinzu kam die Erkenntnis, dass mit dem Umstieg von pneumatischen auf mechatronische Systeme zum Teil erhebliche Betriebskosteneinsparungen verbunden sind. Zwar kommen elektrisch angetriebene Komponenten aufgrund der inte- grierten Motoren und Sensoren in der Regel etwas teurer als ihre pneumatischen Pendants. Ihre Gesamtkosten liegen aber dennoch deutlich niedriger, da der Aufwand für Bereitstellung und Unterhalt des Druckluftsystems entfällt.

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