Zupacken, Anheben und Absetzen sind für den Menschen monotone Arbeiten, die sich aber gut automatisieren lassen. Gerade in der Laborautomation sind durch die millionenfach durchgeführten Coronatests automatisierte Pick&Place-Lösungen unverzichtbar. Die Testautomation kann aber nur durch eine kleine Bauweise, zuverlässige Funktion und wartungsfreien Dauerbetrieb erzielt werden. Hier haben sich kleine, bürstenlose Elektromotoren wie der BX4 von Faulhaber als Antrieb für die Greifer bewährt.
Denn gerade für automatische Laboranalysen bietet ein voll elektrischer Antrieb gegenüber herkömmlichen Druckluftgreifern einen deutlichen Mehrwert. Statt einer zusätzlichen Druckluftversorgung kann ein Elektroantrieb einfach über die vorhandene Stromzufuhr mit Kabel und Steckern versorgt werden. Die Motorcontroller können dabei einfach in die Analyseumgebung mit hochentwickelten Testgeräten eingebunden werden.
Greifer melden Daten
Im Gegensatz zu Pneumatik-Zylindern können Elektromotoren zudem selbst Daten zurückmelden, und zwar entweder über eingebaute Sensoren wie Encoder oder über den Arbeitsstrom, der ein Maß für die Kraftentwicklung an der Welle liefert. Zudem erfüllen die Kleinstantriebe die hygienischen Ansprüche in der Laborumgebung.
„Bis heute wird ein Großteil der Greifer in der Industrie pneumatisch betrieben. Diese Technik ist allerdings für hygienische Umgebungen in Laboren, in der Medizin oder in der pharma- und medizintechnischen Industrie nicht geeignet. Deswegen werden dort Greifer mit Elektroantrieb verwendet“, sagt Maik Decker, Produktmanager bei der Zimmer Group.
Greifkraft via Software anpassen
Elektrische Greifer punkten aber nicht nur bei den Hygieneanforderungen, sondern auch mit einer großen Bandbreite, sowohl was das handhabbare Gewicht angeht als auch in Bezug auf unterschiedliche Formen und Materialien. So kann die neue Zimmer-Greiferserie GEP2000 je nach Ausführung nicht nur bis zu 5 kg schwere Komponenten greifen, sondern durch den sehr dynamischen bürstenlosen Motor BX4 auch sehr feinfühlig filigrane Teile wie Reagenz- und Proberöhrchen packen.
„Zu den Vorteilen des elektrischen Antriebs gehört, dass sich die Greifkraft jederzeit an verschiedene Objekte anpasst,“ sagt Volker Kimmig, Teamleiter Software bei der Zimmer Group. „Mit einer entsprechenden Steuerung kann der Greifer auf diese Weise im laufenden Betrieb zwischen zwei unterschiedlichen Teilen wechseln.“ Die Greifer sind also flexibel einsetzbar.
Wartungsfreier Dauerbetrieb
Durch den verschleißfreien bürstenlosen Antrieb in vierpoliger Ausführung ist ein zuverlässiger Betrieb über eine hohe Zyklenzahl sichergestellt. „Wir garantieren für diesen Greifer, dass er über 10 Millionen Zyklen ohne Wartung auskommt“, ergänzt Volker Kimming. „Das geht natürlich nur mit einem qualitativ hochwertigen Motor.“
Ein Paradebeispiel für anspruchsvolle Pick&Place-Anwendungen ist auch die Fertigung von Autoschlüsseln. Hier zählt aufgrund der hohen Stückzahlen jede Sekunde, wie der Entwicklungsingenieur weiß: „Die Roboter arbeiten mit kurzen Zykluszeiten. Der Greifer-Motor muss also in kurzen Abständen hochfahren und gleich wieder stoppen. Dabei kommt es ganz entscheidend auf seine Beschleunigung an, denn für den Gesamtprozess zählt hier jede Zehntelsekunde. Zudem muss der Antrieb die bei einem solchen Betrieb entstehende Wärme gut ableiten, damit eine Überhitzung ausgeschlossen ist.“
Je nach Einsatzszenario muss zudem die Sicherheit bei Störungen wie Stromausfall gewährleistet sein. Die Greiferentwickler bei Zimmer setzen dafür auf ein selbsthemmendes Getriebe. Die Motorkraft wird dazu von einem Schneckengetriebe mit steiler Steigung auf die Greiferbacken übertragen. Auch bei einem Stromausfall bleibt so die Greifkraft und die jeweilige Position erhalten und das Werkstück wird durch diese mechanische Selbsthemmung sicher gehalten. Weitere sicherheitstechnische Vorrichtungen wie Bremsen sind daher nicht nötig.
Beliebig skalierbar
Zimmer hat mit dem Kleinteilegreifer GEP2000 bereits die zweite Generation mit flexiblem Elektroantrieb im Angebot. Der Vorgänger GEH6000 arbeitet als Großhubgreifer nach dem gleichen Prinzip, ebenfalls mit einem BX4-Motor, allerdings mit bis zu 80 mm Hub zwischen offener und geschlossener Position der Backen. So kann er eine größere Bandbreite an Werkstücken im Arbeitsprozess abdecken. Die kleinere Variante übernimmt dafür die Arbeit unter beengten Verhältnissen, sie arbeitet mit bis zu 16 mm Hub.
Die Steuerung der beiden Greifer-Typen ist den Anforderungen entsprechend unterschiedlich. Während die größere Variante Encoder-Signale des Antriebs für die Backenpositionierung nutzt, arbeitet der Kleinteilegreifer mit einem separaten Positionssensor. Beide Lösungen garantieren eine Wiederholgenauigkeit von +/- 0,02 mm.
Volker Kimmig: „Bei sehr beengten Verhältnissen ist es essenziell, die Vorpositionierung des Greifers zum Eintauchen in das Zielobjekt exakt einzuhalten. Oft ist nämlich die offene Position des Greifers kaum größer als die geschlossene und selbst kleinere Abweichungen führen zum Fehlgriff. Das schaffen wir zum einen mit präziser Elektromechanik, bei der der Motor eine große Rolle spielt. Wichtig ist aber auch eine flexible Datenanbindung. Die Greifer können daher mit IO-Link oder mit digitalen I/O ausgestattet werden.“
Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG
