03:36
09-03-2020

Krijg grip op precisie

Nieuwe grijper voor kleine onderdelen van SCHUNK werkt zonder perslucht. Een klein grijpsysteem dat zowel snel als krachtig is – tot nu toe kon dat bijna alleen maar met behulp van pneumatiek. Want met perslucht kan een hoge druk van vrijwel zonder vertraging op een andere plaats worden toegepast. Voor perslucht is echter een complexe infrastructuur nodig en het is moeilijk en duur om die voor elke productiestap te verzorgen. Gelukkig is dit niet langer nodig – dankzij de op mechatronica gebaseerde EGP 40 van SCHUNK. De nieuwe grijper van deze vooraanstaande expert op het gebied van technologie voor het vasthouden van werkstukken en grijpersystemen haalt met gemak dezelfde prestaties als zijn pneumatische tegenhangers. De drijvende kracht hierachter is een borstelloze DC-servomotor van FAULHABER.

Pick & Place is de term die gebruikt wordt voor deze klassieke toepassing voor grijpers voor kleine onderdelen. Het oppakken en op de juiste plaats zetten van onderdelen is een standaardtaak die in veel hanterings- en assemblageprocessen – maar niet alleen daar – voorkomt. Bijvoorbeeld in moderne, grootschalige laboratoria die duizenden bloed-, DNA- of werkzame stofmonsters analyseren; deze worden met hoge snelheid op gevoelige pipetteerplaten gedistribueerd. Deze platen worden door kleine robots vastgegrepen en naar de volgende stap van de analytische procedure overgebracht. Een ander gebruikelijk toepassingsgebied is de montage van printplaten voor grotere elektronica, bijvoorbeeld in elektrische machines of schakelsystemen. De SCHUNK grijpers pakken de componenten op en plaatsen deze met hun contactpunten in de daarvoor bestemde gaatjes op de printplaat. Ze moeten een onderdeel stevig vastpakken, maar mogen het werkstuk natuurlijk niet beschadigen. Naast een precies afgestemde kracht speelt bij de meeste processen vooral de snelheid een rol: snel grijpen verhoogt de productiviteit.

In het geval van industriële grijpers domineerden tot nu toe pneumatisch aangedreven systemen. Dit is toe te schrijven aan zowel traditie als praktische aspecten. Pneumatische aandrijvingen hebben een hoge vermogensdichtheid, wat betekent dat ze met een compacte massa relatief veel kracht kunnen leveren. Deze kracht is vrijwel zonder tijdsvertraging beschikbaar. Zodra het regelventiel wordt geopend, kan de toegevoerde perslucht direct de gewenste hefwerkzaamheden – in dit geval het grijpen – uitvoeren.

Pneumatiek vraagt om een eigen infrastructuur

In principe hebben pneumatische aandrijvingen echter slechts twee toestanden: open of gesloten, vol vermogen of helemaal niets. Een incrementele besturing is alleen mogelijk met aanzienlijke inspanningen en kosten op het gebied van besturingstechnologie. Naast de elektrische contacten voor de besturing vereist een pneumatische grijper ook aansluitingen voor de persluchtleidingen. Onder krappe omstandigheden, die niet ongewoon zijn bij de verwerking van kleine onderdelen, kan dit zeker een probleem vormen.
Het grootste nadeel is echter het persluchtsysteem zelf. Er zijn minstens één compressor, een luchtzuiveraar, een eigen toevoernetwerk en een gecompliceerd regelsysteem nodig, zodat de constante druk continu en op alle punten beschikbaar is. Deze componenten zijn relatief duur en vragen veel onderhoud. Met name in nieuwe faciliteiten zijn de eigenaars daarom steeds meer geneigd om zonder deze extra infrastructuur te werken en zijn zij volledig afhankelijk van elektrisch bediende aandrijvingssystemen.

Proactief motorvermogen

Dankzij de nieuwe elektrische grijper voor kleine onderdelen EGP 40 kan dit nu op puur elektrische basis en eigenlijk volledig zonder compromissen op het gebied van prestaties. Met 140 Newton ontwikkelt hij een nog grotere sluitkracht dan zijn pneumatische tegenhanger: de MPG-plus 40, die ook door SCHUNK wordt vervaardigd. Deze krachtige prestatie wordt geleverd door een 4-polige borstelloze DC-servomotor van de BX4-serie van FAULHABER. De motor heeft een geoptimaliseerde, uitzonderlijk hoge vermogensdichtheid. Oftewel: hij levert een maximum aan koppel en vermogen ten opzichte van zijn massa. Het compacte, robuuste ontwerp kan economisch en geautomatiseerd worden vervaardigd.

“Omdat de motor vrij van cogging draait, is zijn geleverde koppel niet afhankelijk van de positie,” legt Andreas Knebel (klantadviseur) van FAULHABER uit. “Bovendien bereikt hij dankzij zijn minimale roterende massa een zeer hoge dynamische respons. Al bij het in beweging zetten en bij de lagere toerentallen is het volledige koppel direct beschikbaar. Dat is vooral belangrijk voor deze toepassing, omdat de grijpervingers vaak slechts een zeer korte afstand bewegen.” Een gewenst neveneffect van de hoogwaardige motortechnologie is het lage energieverbruik.

Met deze eigenschappen is de FAULHABER motor uitgegroeid tot een belangrijk technisch platform voor de ontwikkeling van deze elektrische grijpers voor kleine onderdelen. “De grijper is ontworpen voor eenvoudige, ongecompliceerde bediening en integratie in de toepassingen van de klant. Vroeger waren motoren met dergelijke prestaties gewoon te duur voor installatie in dit type apparaat,” vertelt ontwikkelingsingenieur Matthias Quaas van SCHUNK. “Dit motortype is gebaseerd op een goedkoop concept, waardoor het voor ons mogelijk werd het gebruik van een elektrische aandrijving van een andere partij te overwegen. Bovendien was het voor ons heel belangrijk om te kunnen vertrouwen op een robuuste en beproefde technologie. En deze motor had zijn betrouwbaarheid en lange levensduur al in vele toepassingen bewezen.”

Elektronica op maat

Om ruimtetechnische redenen moest de besturingselektronica echter aan de eisen van SCHUNK worden aangepast. Om in de grijper te passen, moesten de vorm van de printplaat en de plaatsing van de componenten geoptimaliseerd worden. Ter bescherming tegen elektromagnetische storingen kregen ze een klantspecifieke aansluiting en een EMC-beveiligingscircuit. Verder is de software aangepast aan de functie van de grijper. “FAULHABER is voor mij geen leverancier, maar een ontwikkelingspartner,” benadrukt Matthias Quaas.

“De samenwerking verliep zeer constructief en altijd oplossingsgericht – we kregen hier een uitmuntende ondersteuning.”

Nu kan SCHUNK met de EGP 40 de krachtigste mechatronische grijpers voor kleine onderdelen met geïntegreerde elektronica op de wereldmarkt aanbieden. Het ontwerp van de behuizing en de elektrische aansluitingen komen overeen met die van het equivalente pneumatische product MPG-plus 40. Ook het sensorsysteem en de stuursignalen zijn identiek. Op deze manier kunnen gebruikers met minimale kosten en moeite overschakelen van pneumatisch naar elektrisch. Andere sterke punten van de grijper zijn de uitstekende verhouding tussen klemtijd en hefvermogen, de uiterst nauwkeurige bediening van de grijpvingers – toe te schrijven aan een krachtige kogelgeleiding – en de viervoudige instelbare grijpkracht. Wat alleen mogelijk is voor pneumatiek met een uitgebreid besturingssysteem, is hier onvergelijkbaar eenvoudig: door een opening aan de zijkant van de behuizing kunnen schakelaarposities worden gekozen om te bepalen hoe stevig de grijper moet vastgrijpen.

Hierdoor kan de grijpkracht ook worden aangepast aan vervormbare of kwetsbare werkstukken. Bij veel productieprocessen is bovendien de snelheid van de grijper van cruciaal belang. In dit geval is er ook een EGP 40 in een snelle versie. “Daarbinnen werkt de motor met verschillende tandwielreducties,” legt Matthias Quaas uit. “Hij is een stuk minder sterk, maar hij haalt ongelooflijk korte cyclustijden en hij is zelfs nog sneller dan de pneumatische versies.”

Abonneer u op onze nieuwsbrief

Lees ons « Privacy statement » voor nadere informatie.

Lees meer over: Schunk

Industrial Automation partners