Die jüngste Handlingroboterserie von Schuler Automation heisst «Crossbar-Roboter Generation 4.0». Sie ist für das Materialhandling bei grossen Pressen konzipiert und glänzt mit vielen Vorteilen. Sie verbindet praxiserprobte Technik von Sechs-Achs-Robotern mit den Vorteilen der von Schuler Automation entwickelten Crossbar-Technologie.
Sechs-Achs-Roboter mit Schuler-Technologie
In Kombination mit dem Dynamischen Energiespeicher DES 3.0 der Michael Koch GmbH bekommt der Crossbar-Roboter seine ganz besondere Note, die ihn dynamischer, gleichzeitig energieeffizienter und sogar zuverlässiger macht. Der Crossbar-Roboter 4.0 basiert auf einem sechsachsigen Industrie-Roboter, den Schuler Automation um zwei Achsen, nämlich eine Fahr- sowie eine weitere Schwenkachse ergänzt hat. Die zusätzlichen Achsen bilden den horizontalen Antrieb sowie eine weitere Variabilität am Roboterkopf. Damit kann er mit viel Bewegungsspielraum Teile innerhalb einer Pressenlinie von einer Stufe zur nächsten transportieren. Er entnimmt dem Werkzeug der Presse bis zu vier Teile gleichzeitig, positioniert sie gegebenenfalls neu und legt sie direkt und ohne Zwischenablage in das Werkzeug der folgenden Pressenstufe ein.
Die Horizontalbewegung des Crossbar-Roboters Generation 4.0 erfolgt dabei über Kopf unter einer hängenden Führungsbahn, die oberhalb der Presse befestigt ist. Dadurch passt der Crossbar-Roboter zu allen Presselinien, denn der Roboter kann problemlos auch grössere Abstände zwischen den Pressen überwinden: Von viereinhalb bis zehn Metern darf der Zwischenraum betragen. Der Crossbar-Roboter kann bei Bedarf die Teilelage während des Transportes ändern, was wiederum eine platzraubende Ablagestation, wie sie vor allem bei älteren Linien noch üblich ist, überflüssig macht. Zudem steigert er damit auch die Ausbringungsleistung wesentlich.
Gewichtsreduzierung um 50 Prozent erhöht Dynamik
Hilfreich für die Dynamisierung ist die Verringerung des Gewichts des Roboterarms, der deutlich leichter wurde. Insgesamt gelang beim Crossbar-Roboter Generation 4.0 gegenüber dem Vorgängermodell eine Halbierung des Gewichts von 2800 auf 1400 kg. Trotz der Gewichtsreduzierung des Roboters hat sich die maximale Traglast inklusive Tooling nicht reduziert: Weiterhin darf diese 90 kg betragen. Unter dem Strich führt die beeindruckend hohe Gewichtsreduzierung zu einem Zugewinn an Energieeffizienz, Geschwindigkeit und Performance. Mit rund 20 Prozent beziffert Schuler Automation die so erreichte Dynamikerhöhung des neuen Crossbar-Roboters Generation 4.0.
Die Schnelligkeit der neuen Robotergeneration macht es möglich, dass die Werkstücke schon während der Öffnungsphase aus der Presse entnommen werden. Auf der Beladungsseite geschieht ähnliches: Der Roboterarm mit seinen Haltewerkzeugen befindet sich noch in der Presse, wenn diese ihren Schliessvorgang beginnt. Die Dynamik des Roboters optimiert die Bewegungen derart, dass sich auch letzte Zeitreserven nutzen lassen.
Deutlich höhere Ausbringleistung
Doch schnellere Zyklen bedeuten auch eine höhere Dynamik der Antriebe. Beschleunigungs- und Bremsvorgänge werden elektrisch deutlich härter, was belastende Auswirkungen auf die Antriebsumrichter hat. Und häufigere Bremsvorgänge bedeuten ein Plus an Bremsenergie, das ungenutzt die Energiebilanz nicht gut aussehen lassen würde.
Beide Problembereiche werden durch den dynamischen Energiespeicher DES 3.0 gelöst. So wird die Antriebselektronik geschont, wodurch sich die Dynamik sogar noch weiter steigern lässt, also die Taktrate ohne negative Folgen für die Elektronik noch weiter erhöht werden kann. Dank des dynamischen Energiespeichers gelingt es nun im Normalbetrieb, mit dem Crossbar-Roboter bis 15 Takte pro Minute zu fahren, was einer deutlichen Steigerung der Produktivität der Pressenlinie entspricht.
Antriebselektronik wird geschont
Der dynamische Energiespeicher wirkt auf die Drive Controller schonend, weil er die heftigen Ausschläge der Spannung in deren Gleichstromzwischenkreis auf ein Minimum reduziert. Bei jedem Beschleunigungsvorgang sinkt die Spannung auf gleichgerichtetes Netzniveau, bei jeder Bremsung schnellt sie auf Bremschopperniveau hoch. Eine Differenz von mehreren Hundert Volt in kurzer Abfolge der schnellen Zyklen belastet die Kapazitäten der Elektronik sehr. Dazu kommen noch die zwar deutlich geringeren, aber recht hochfrequenten Spannungssprünge auf den beiden Extremen, nämlich der netzseitigen Eingangsspannung und dem Bremschopper.
Mit dem Einsatz des DES 3.0 gelingt es, diese Spannungshübe weitgehend zu glätten. Bremst der Roboter, steigt die Spannung im Gleichstromzwischenkreis abrupt. Der DES 3.0 übernimmt ab einem bestimmten Spannungsniveau die zuströmende Bremsenergie, die er in seine Speichereinheit einspeist. Durch diese Übernahme der Energie hält der DES 3.0 die Spannung des Drive-Controller-Zwischenkreises auf einem stabilen Niveau. Die stark belastenden Ausschläge nach oben und die hochfrequenten Chopperspannungssprünge bleiben dem Drive Controller damit erspart.
Beschleunigung mit der Bremsenergie
Beschleunigt der Roboter, würde die Spannung im Gleichstromzwischenkreis einbrechen. Doch direkt bei Energiebedarf speist der dynamische Energiespeicher die in ihm zwischengepufferte elektrische Energie zurück. Die Spannung bleibt dann im Zwischenkreis so lange stabil auf dem Ausgangsniveau, wie der DES Energie gespeichert hat. Geht sie zur Neige, holt sich der Drive Controller die notwendige Energie aus dem Netz, wobei die Spannung auf gleichgerichtete Netzspannung abfällt. Doch im Vergleich zum Betrieb ohne DES sind die Spannungshübe sehr viel seltener und fallen zudem geringer aus.
Bei der Beschleunigung spielt der dynamische Energiespeicher seinen zweiten bedeutenden Vorteil aus: Durch die aktive Rückführung der Bremsenergie wird die Energieeffizienz des Crossbar-Roboters Generation 4.0 drastisch verbessert. Abhängig von der Zyklenanzahl pro Minute wird der Verbrauch elektrischer Energie um rund 25 Prozent gesenkt. Dabei ist anzumerken, dass bei steigender Zyklenanzahl, die selbst nur durch den Einsatz des DES 3.0 möglich ist, die Energieeffizienz sogar zunimmt.
Mehr Leistung, längere Lebensdauer und weniger Energieverbrauch – ein seltenes aber sehr positives Phänomen, das speziell die Pressennutzer überzeugt. Kunden müssen nicht mehr einen bestimmten Vorteil durch Nachteile teuer erkaufen, sondern dürfen eine höhere Ausbringung bei geringerem Energieverbrauch und längerer Lebensdauer geniessen. Eine sehr gelungene Kombination.
DES-Datenblatt: 11_15.52.pdf
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