Heute sind Umweltschutzbemühungen und Unternehmenserfolg eng verbunden. Effizient eingesetzte Energie senkt Betriebskosten, schont die Umwelt und kann das Erscheinungsbild eines Unternehmens in der Öffentlichkeit verbessern. Die Robotik- und Automationsspezialisten des japanischen Unternehmens IAI entwickeln hierfür energiesparende Robotikkomponenten und Automationslösungen. Verluste in Produktionssystemen Laut dem Ausschuss für Industrie, Forschung und Energie des Europäischen Parlaments (ITRE) wissen viele produzierende Unternehmen gar nicht, welche Kosten ihr Pneumatiksystem jedes Jahr verursacht – und wie viel durch die Verbesserung der Leistungsfähigkeit dieser Anlagen eingespart werden könnte. Daher hat IAIden Energieverbrauch für einen Druckluft-Zylinder und einen parallel laufenden elektrischen Zylinder (hier aus der RoboCylinder-Produktserie von IAI) ermittelt und verglichen. Der Vergleich fand unter identischen Bedingungen mit denselben Parametern statt: Druckhaltezeit, Energiekosten pro Einheit, Druckluftkosten pro Einheit, Geschwindigkeit, Zuladung, Hublänge, Umgebungstemperatur und Betriebsdauer. Die Kosten wurden dabei auf der Basis eines Industriestrompreises von 0,1E/kWh unter der Voraussetzung eines ununterbrochenen Betriebes und eines leistungsfähigen Kompressors berechnet. Dabei ergab sich, dass bereits kleine Undichtigkeiten erhebliche Kosten verursachen können. Ein Leckage-Loch von einem sechzehntel Zoll (1,6mm) verursacht danach jährliche Zusatzkosten von 688E, eine doppelt so große Leckage (3,2mm) bereits 2.750E – während ein Loch von nur ein Viertel Zoll (6,4mm) ein Unternehmen sogar den stolzen Betrag von 11.000E pro Jahr kosten kann (Bild 2). Selbst ohne ein sichtbares Loch lassen Leckagen, auch wenn sie nur so groß wie ein Nadelstich sind, die Energierechnung generell nach oben schnellen. Diese Undichtigkeiten können eine nicht zu unterschätzende Ursache für Energieverschwendung in einer industriell genutzten Druckluftanlage sein. In manchen Fällen kann der Verlust bis zu 20 bis 30% der Kompressorleistung betragen. Wenn durch Leckagen der Luftdruck in der Anlage sinkt, arbeiten pneumatisch angetriebene Maschinen weniger wirtschaftlich – die Fertigungskosten steigen oft dramatisch. Lösung: Elektrische Zylinder Mit elektrischen Zylindern wie den elektrischen RoboCylinder-Antrieben von IAI können diese teuren Verluste der Vergangenheit reduziert werden. Die elektrischen Zylinder haben eine einfach zu bedienende Software und bieten alle Vorteile einer hochqualitativen elektrischen Achse. Ihr effektiver Wirkungsgrad erreicht 80 bis 90%, während der typische Gesamtwirkungsgrad einer Pneumatikanlage lediglich ca. 10% beträgt (Bild 1). Geringere Betriebskosten Wenn sich die Zyklusfrequenz erhöht, steigt der Energiebedarf eines Pneumatikzylinders linear an, während der Stromverbrauch bei den energieeffizienten RoboCylindern konstant bleibt. Damit wird auch der Unterschied im Energieverbrauch mit der Anzahl von Arbeitszyklen pro Minute immer größer. Wenn beide Zylinder mit zehn Zyklen pro Minute arbeiten, beansprucht ein RoboCylinder nur ein Drittel der Energie des Pneumatikzylinders. Arbeiten beide Zylinder mit 30 Zyklen pro Minute, wird dieser Unterschied noch deutlicher: Der RoboCylinder benötigt nur ein Zehntel der Energie des Pneumatikzylinders. Damit stellen elektrische Zylinder eine sich schnell amortisierende Investition mit vergleichsweise hohem Einsparpotenzial dar (Bild 3). Aber auch in der Präzision und bei den programmierbaren Optionen liegen elektrische Zylinder vorn. Positionierungsmöglichkeiten Die RoboCylinder ermöglichen eine Multi-Punktpositionierung von über 500 verschiedenen Positionen bei einer hohen Wiederholgenauigkeit von ±0,02mm. Mit nur einer einzigen Produktionslinie kann eine Vielzahl von unterschiedlichen Produkten hergestellt werden (Bild 4). Einfache Kraftanpassung Die Kraft (Schubkraft), die von den elektrischen Zylindern ausgeübt wird, kann durch die Anpassung der Positionswerte präzise geregelt werden. So ist ein konstanter Druck möglich. Diese Funktion ist interessant beim Schieben, Klemmen, Erkennen, Pressmontieren oder Spannen von Werkstücken – und resultiert in einer höheren Produktionsqualität (Bild 6). Geschwindigkeit & Beschleunigung Sowohl Geschwindigkeit als auch Beschleunigung und Verzögerung der RoboCylinder können für jede Position exakt programmiert werden. Das verbessert die Zykluszeiten, kann Beschädigungen der Werkstücke verringern und die Produktqualität steigern. Automatische Signalausgabe Wenn der RoboCylinder einen bestimmten, voreingestellten Abschnitt erreicht, kann ohne zusätzliche Sensoren automatisch ein ausgehendes Signal erzeugt werden. Die Ausgabe eines solchen (Warn-)Signals kann für verschiedene Anwendungen sinnvoll und notwendig sein. Da keine weiteren Sensoren dafür benötigt werden, spart das Investitionen für Sensorik sowie für deren Wartung und Betrieb. Pauseneingabe Im Gegensatz zu pneumatischen Systemen können RoboCylinder einen Schlitten an jeder beliebigen Stelle abstoppen und bis zum Halt verzögern, wenn sie ein externes Signal während des Betriebs erhalten. So können z.B. Kollisionen vermieden werden. Das erhöht die Sicherheit für Bediener und Material. Festgelegte Wegstrecken Beim kontinuierlichen Verfahren mit fester Wegstrecke ist eine wiederholte Bewegung auf Basis der Daten einer einzigen Position möglich. Das Arbeiten mit einem einzigen Positionsdatensatz ohne Eingabe vieler einzelner Positionen vereinfacht den Programmieraufwand. Der Anwender kann eine gewünschte, feste Wegstrecke in eine Positionsdatentabelle eingeben (Bild 5). Keine Mikroschwingungen Die RoboCylinder der DC-Schrittmotor-Baureihen ERC2/RCP2 stoppen sofort und erzeugen keine Mikroschwingungen wie etwa konventionelle AC-Servomotor-Antriebe. Deshalb sind sie z.B. für Mess-Systeme mit Kameras geeignet. Zukunftssichere Antriebslösung Elektrische Zylinder bieten gegenüber Pneumatik-Zylindern eine ganze Reihe von Vorteilen. So können z.B. verschiedenste Positionen immer wieder mit hoher Wiederholgenauigkeit angesteuert werden. Neben dem sanften, ruckelfreien Betrieb, einer präzisen Geschwindigkeitsregelung und ihrer Unempfindlichkeit gegenüber Lastschwankungen ermöglichen sie gegenüber pneumatischen Lösungen aufgrund ihrer energieeffizienten Auslegung Kosteneinsparungen. Elektrische Zylinder sind deshalb eine zukunftssichere und intelligente Antriebslösung für Positionier-, Montage- und Handhabungsaufgaben.
IAI Industrieroboter GmbH
