Vakuum-Greifer

Andreas Mühlbauer,

Kleiner Greifer mit großer Kraft

Die Unterschiede zwischen Cobot-Vakuumgreifern liegen auch in der Unterdruckerzeugung und dem daraus resultierenden Vakuumfluss begründet. Der Vakuumfluss bestimmt die Tragfähigkeit des Greifers und entscheidet somit darüber, ob sich die Kapazität des Cobots voll ausnutzen lässt. Ein neues System erlaubt einen deutlich gesteigerten Vakuumfluss und damit eine hohe Effizienz des Cobots. Von Andrea Bodenhagen

Der piCobot kann auch flexible Materialien anheben, wie zum Beispiel Beutel, bei denen die Saugnäpfe nicht vollständig abschließen. © Piab

Kollaborative Roboter oder Cobots sind so konzipiert, dass sie neben Menschen funktionieren. Ausgestattet mit Greifern, Sensoren und optischen Technologien, ist diese neueste Robotergeneration in nahezu jeder Umgebung sicher und einfach zu bedienen. Kein Wunder, dass sie in der Industrie schnell zu einem bekannten Anblick geworden sind.

Plug-and-Play-Modelle, die speziell auf kleine Werkstätten oder Unternehmen abzielen, in denen bisher ausschließlich manuell gearbeitet wurde, werden von verschiedenen Hersteller angeboten. Abhängig von ihrem Design können Kapazität und Leistungspotenzial dieser Cobots und Endeffektoren jedoch erheblich variieren. In der Tat haben einige Vakuum-End- effektor-Greifer das Mehrfache der Zuladungskapazität von anderen Greifern.

Vakuumfluss – der determinierende Faktor

Das Geheimnis hinter einem erfolgreichen Cobot-Vakuumgreifer ist der Vakuumfluss. Ohne einen starken und kontinuierlichen Vakuumfluss kann der Cobot-Vakuum-Endeffektor nicht das sicher anheben und halten, was die Anwendung von ihm verlangt. Ein Cobot mit unzureichender Tragkraft ist sowohl frustrierend als auch unsicher. Ein „schwacher“ Cobot wird Teile fallen lassen und beschädigen, die Arbeitsumgebung beeinträchtigen und das Risiko von Arbeitsunfällen erhöhen. Aus diesem Grund ist es wichtig zu prüfen, wie das Vakuum in der Cobot- und Greifereinheit erzeugt wird.

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In der Technik wird Unterdruck normalerweise mit einer Vakuumpumpe erzeugt, und obwohl es verschiedene Arten von Vakuumpumpen gibt, finden in Cobot-Vakuum-Endeffektoren zwei Haupttypen Verwendung: elektromechanische Miniaturpumpen und druckluftbetriebene Pumpen beziehungsweise Ejektoren.

Die Vakuumpumpen werden nach ihrer Fähigkeit zur Erzeugung eines Vakuumflusses bewertet. Der Vakuumstrom ist die aus der Atmosphäre in den Pumpenkörper eingesaugte Luft. Diese Zahl wird üblicherweise als Normalliter pro Minute (Nl/min) oder Kubikfuß pro Minute (cfm) ausgedrückt.

Die Coax-Technologie macht den piCobot leistungsfähig und erlaubt dennoch eine kompakte Bauform. © Piab

Einige der heute auf dem Markt angebotenen Plug- and-Play-Vakuumgreifer für Cobots verwenden elektro-mechanische Miniatur-Vakuumpumpen. Dies kann eine Alternative sein, wenn kein Zugang zu Druckluft vorhanden ist oder wenn der Cobot für den Einsatz auf einer mobilen Plattform vorgesehen ist. Miniaturelektromechanische Vakuumpumpen bieten jedoch im Vergleich zu druckluftbetriebenen Vakuumpumpen einen deutlich geringeren Vakuumfluss.

Höhere Tragfähigkeit mit Druckluft

Da die Hebekapazität von der Vakuumströmung abhängt, bieten Cobots mit druckluftbetriebenen Vakuumpumpen ein Mehrfaches der Zuladungskapazität von Cobots, die elektromechanische Miniaturpumpen verwenden. Der einfachste Typ einer druckluftbetriebenen Vakuumpumpe ist als einstufiger Ejektor bekannt.

Mit den mehrstufigen Vakuum-Ejektoren des Coax-Systems optimiert Piab die Technik der Ejektor-Vakuumerzeugung. © Piab

Vakuum wird erzeugt, indem Druckluft mit sehr hoher Geschwindigkeit durch eine kleine Öffnung oder eine Ejektordüse gedrückt wird, wodurch sich im System Unterdruck aufbaut. Von der Außenseite des Systems versucht der Atmosphärendruck, diesen Unterdruck auszugleichen und das Gleichgewicht wiederherzustellen. Dadurch entsteht der Vakuumstrom oder der induzierte Luftstrom.

Bei sogenannten mehrstufigen Ejektorpumpen tritt Druckluft in die Pumpe ein und wird durch ein System von Ejektordüsen und Kammern unterschiedlicher Größe geleitet, die als „Druckverstärker“ dienen. Mehrstufige Vakuum-Ejektoren nutzen die in der Druckluft gespeicherte Energie durch speziell entwickelte Luftdüsen in einer Reihe von zunehmend größeren Ejektoren, die den Druckluftstrom in kontrollierten Stufen ausdehnen können, optimal aus. Mehrstufige Ejektor-Vakuumpumpen bieten zudem viele weitere Vorteile gegenüber einstufigen Ejektoren und mechanischen oder elektromechanischen Vakuumpumpen. Sie sind leise, haben wenig bewegliche Teile und erzeugen weder Wärme noch Vibration, was zu einem nahezu wartungsfreien Betrieb führt.

Gesteigerter Vakuumfluss mit Mehrstufen-Technik

Cobot-Vakuumgreifer mit Plug-and-Play-Funktion, die mehrstufige Vakuum-Ejektoren verwenden, bieten den optimalen Vakuumfluss, der sich in der höchsten Hebekapazität und der Fähigkeit zur Handhabung einer Vielzahl von Produkten äußert, einschließlich schwer greifbarer Objekte wie beispielsweise flexibler Verpackungen. Aus diesem Grund ist die Wahl eines druckluftgetriebenen „starken“ Cobot-Vakuum-Endeffektors eine gute Wahl für hohe Ansprüche beim Heben.

Der piCobot-Greifer von Piab nutzt die mehrstufige Vakuumtechnik „Coax“. Die Coax-Ejektoren basieren auf der Mehrstufen-Technologie von Piab und sind kleiner, effizienter und zuverlässiger als konventionelle Ejektoren, was die Entwicklung eines flexiblen, modularen und effizienten Vakuumsystems gestattet. Ein solches System bietet drei Mal mehr Vakuumfluss als konventionelle Systeme und bietet die Möglichkeit, die Geschwindigkeit bei großer Betriebssicherheit zu erhöhen, während weniger Energie verbraucht wird. Die Technologie sichert hohe Leistung sowohl bei niedrigem als auch hohem Speisedruck.

Beim piCobot sind zwei Coax-Micro-Ti05-2-Ejektoren verbaut, die eine hohe Saugleistung auch bei tiefem Vakuumniveau erreichen. So erreicht der piCobot einen maximalen Vakuumfluss von 38,4 NI/min im Gegensatz zu 12 NI/min vergleichbarer Greifer, die eine elektromechanische Pumpe nutzen. Dadurch lassen sich mit dem piCobot auch schwierige Materialien handhaben, die wie im Fall von Kartonage leicht luftdurchlässig sind, oder flexible Materialien, wie zum Beispiel Beutel, bei denen die Saugnäpfe nicht vollständig abschließen. Dies ist mit Greifern mit einer elektromechanischen Pumpe nicht möglich.

Aufgrund des geringen Platzbedarfs der Ejektoren ist die Pumpeneinheit des piCobot kompakt und leicht. Denn er ist nur 76 mm hoch und wiegt 0,51 kg – mit der Standardsaugnapfeinheit 0,71 kg. Entsprechend lassen sich höhere und schwerere Objekte bewegen. Unternehmen, die in einen Cobot investiert haben, können somit dessen Kapazität voll ausnutzen und dadurch eine kürzere Amortisationszeit und entsprechend einen höheren Kapitalertrag erreichen.

Andrea Bodenhagen, Marketing Director Europe, Piab / am

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