Vorteile mechatronischer und pneumatischer Greif-Lösungen

Immer häufiger stehen Anwender und Anlagenplaner vor der Frage, welches Antriebskonzept die größeren Vorteile für den Handhabungs- und Montageprozesse bringt: Pneumatik oder Mechatronik? Mithilfe adaptierbarer Antriebe, vielseitiger Reglerkonzepte und einer großen Auswahl von Standardschnittstellen lassen sich mechatronische Module immer einfacher in übergeordnete Anlagensteuerungen einbinden. Parallel dazu bewirkt der rasante Fortschritt bei elektrischen Servoantrieben, dass mechatronische Komponenten preislich und damit wirtschaftlich immer attraktiver werden. Bei der Auswahl des optimalen Greifsystems lohnt es sich daher immer häufiger, die Potenziale beider Antriebskonzepte gegeneinander abzuwägen. Pneumatiklösungen sind robust und einfach zu bedienen Pneumatisch angetriebene Greifsysteme wurden über Jahrzehnte hinweg kontinuierlich optimiert. Sowohl konst­ruktiv als auch mechanisch sind sie zumeist voll ausgereift. Beispiele sind der vielzahngeführte Universalgreifer PGN-plus, der wälzlagergeführte Kleinteilegreifer MPG-plus oder die Schwenkeinheit SRU-plus. Sowohl Inbetriebnahme als auch Wartung sind bei den konditionsstarken pneumatischen Dauerläufern so einfach gelöst, dass auch Bediener ohne umfassende Fachkenntnisse schnell damit klar kommen. Fein abgestufte, standardisierte Baureihen sowie ein umfassendes Zubehörprogramm ermöglichen eine maßgeschneiderte Auslegung. Im Mittel liegen die Investitionskosten für Pneumatikmodule bei einem Drittel bis der Hälfte von vergleichbaren mechatronischen Modulen. Wer also stets identische Teile montiert, hohe Taktraten erzielen will und kaum über mechatronisches Know-how verfügt, kann sich auch heute noch getrost für pneumatische Lösungen entscheiden. Der Wartungsaufwand beschränkt sich bei ihnen in der Regel auf die Dichtungen und bleibt damit überschaubar. Die Betriebskosten, die aufgrund der eingesetzten Druckluft vergleichsweise hoch sind, lassen sich mithilfe von ­Mikro­ventilen reduzieren. Mittlerweile gibt es für viele Pneumatikmodule vom Greifer bis zur kompletten pneumatischen Pick&Place-Einheit Ventillösungen, die den Druckluftverbrauch um bis zu 90% senken und zugleich die Taktrate um bis zu 100% erhöhen. Pneumatische Pick&Place-Einheiten können auf diese Weise energieeffizient bis zu 95 Picks pro Minute erzielen und das bei einer Wiederholgenauigkeit von 0,01mm. An Grenzen stoßen die druckluftgetriebenen Dreh- und Linearmodule auch heute noch bei großen translatorischen Bewegungen ab ca. 1.500mm bzw. bei Beladungen ab ca. 50kg. In diesen Dimensionen sind pneumatische Systeme kaum noch sinnvoll umzusetzen. Hingegen lassen sich mit elektrisch angetriebenen Linearmodulen (Spindel-/Riemenantrieb) Linearbewegungen bis 8.000mm und mit elektrischen Drehmodulen Beladungen bis 800kg realisieren. Mechatroniklösungen arbeiten mit hoher Flexibilität Je flexibler und dosierter ein Handhabungsprozess gestaltet werden soll, desto mehr spricht für den Einsatz elektrisch angetriebener Module. Ihr größter Vorteil ist die Flexibilität: In chaotischer Folge lassen sich bei mechatronischen Greifern, Dreh- oder Linearmodulen mit hoher Präzision und Dynamik beliebige Zwischenposition anfahren. Dabei können Position, Hub, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Kraft bzw. Drehmoment individuell geregelt werden. Auf diese Weise lassen sich innerhalb eines Prozesses im Wechsel unterschiedliche Teile handhaben. Zudem können mechatronisch ausgerüstete Anlagen innerhalb kürzester Zeit auf neue Teilespektren angepasst werden. Sie erhöhen also die Flexibilität innerhalb von Handhabungs- und Montageprozessen. Darüber hinaus bieten sie Spielräume bei der Einführung neuer Produkte, Baugröße oder Ausstattungsvarianten. Gerade unter dem Aspekt der immer weiter wachsenden Variantenvielfalt erschließen sie also neue Potenziale. Das gilt erst recht bei Anwendungen mit hohen Zyklenzahlen und vielen Greifvorgängen, bei denen elektrisch angetriebene Greifer von Haus aus energie- und damit kosteneffizienter arbeiten als ihre pneumatischen Pendants. Selbst wenn die Anfangsinvestitionen in der Regel deutlich über denen pneumatischer Module liegen, hat sich die Amortisationszeit mechatronischer Module aufgrund der rückläufigen Einstandspreise und der Einsparungen bei den Betriebskosten mittlerweile deutlich verringert. Auch in puncto Leistung brauchen sie den Vergleich mit pneumatischen Lösungen nicht mehr zu scheuen. So ist beispielsweise der mechatronische Kleinteilegreifer EPG wie sein pneumatisches Gegenstück mit einer Kreuzrollenführung ausgestattet, die einen hohen Wirkungsgrad und damit ein hohes Tempo bei gleichzeitig hoher Greifkraft ermöglicht. Bereits bei den einfachsten Mechatronikmodulen sorgen wartungsarme Servomotoren, die im Inneren verbaut sind, für Zuverlässigkeit und kompakte Maße. Zum Teil lassen sich mechatronische Module auch per Internet oder Datenleitung in Betrieb nehmen oder fernwarten. Systemwechsel wird immer einfacher Auch wenn die Inbetriebnahme und Einbindung mechatronischer Module inzwischen beispielsweise mithilfe adaptiver Antriebe vereinfacht wurde, brauchen Bediener für den umfassenden Einsatz auch heute noch mehr Know-how als dies bei Pneumatiklösungen der Fall ist. Bei komplexen Anlagen und Highspeed-Anwendungen wird noch eine gewisse Zeit vergehen, bis intuitiv bedienbare Plug&Work-Konzepte auf den Markt kommen. Bei einfachen mechatronischen Anwendungen hingegen gab es in jüngster Zeit deutliche Fortschritte in puncto Kompatibilität und Bedienbarkeit. So hat der Hersteller innerhalb seines Mechatronikprogramms eine Gruppe von Modulen entwickelt, die den Wechsel von Pneumatik auf Mechatronik erleichtert. Der oben genannte Kleinteilegreifer beispielsweise lässt sich vergleichsweise einfach über den Sensorverteiler digital ansteuern. So können Anwender die Sensorik des MPG-plus in vielen Fällen auf den Kleinteilegreifer übertragen und vorhandene Anlagen im Handumdrehen von Pneumatik auf Elektrik umstellen.