Busbox steuert bis zu vier Handhabungskomponenten

Vereinfachter Anschluss für elektrische Aktoren

09.09.2014 

Mit der neuen Busbox hat es die Zimmer Group geschafft, den Verdrahtungsaufwand beim Einsatz elektrischer Handhabungskomponenten erheblich zu reduzieren. Die Box wird so einfach wie eine klassische Ventilinsel angeschlossen, kann aber bis zu vier Aktoren mit Steuerungsdaten und elektrischer Energie versorgt.

Die elektrischen Komponenten, die von der Zimmer Group unter der Traditionsmarke Sommer-automatic vertrieben werden, sind sehr einfach anzuschließen: Ein einzelnes Kabel genügt, um die Komponenten mitsamt den integrierten Sensoren an die Steuerung anzubinden. Jetzt ist der Automationsspezialist aber noch einen Schritt weiter gegangen und hat die BusBox entwickelt, an die bis zu vier elektrische Aktoren der Serie 9000 angeschlossen werden können – wobei das System kaskadiert werden kann und damit auf fast beliebig viele Aktoren erweiterbar ist. Der Anschluss erfolgt so einfach wie bei einer pneumatischen Ventilinsel: Wird der Anschluss des jeweiligen Aktors an der Busbox eingeschraubt, ist der Greifer oder der Vereinzeler ohne weiteren Programmieraufwand einsatzbereit. Zum Schaltschrank oder zur Steuerung läuft dann, unabhängig von der Zahl der Aktoren, lediglich ein einziges Anschlusskabel für die Busbox, so dass der Aufwand für Verlegung, Anschluss und Wartungsaufgaben erheblich reduziert wird.

PowerPack übernimmt Stromversorgung

In die Busbox haben die Ingenieure zudem einen Energiespeicher integriert, der die Stromversorgung der angeschlossenen Aktoren vereinfacht. „Die elektrischen Aktoren der Serie 9000 werden nur in der Arbeitsphase bestromt und benötigen dann für einen Zeitraum von 30-60 ms Ströme von etwa 5 A“, erläutert Timo Mauderer, der bei der Zimmer Group für die Vorentwicklung zuständig ist. „Statt aber jeden elektrischen Aktor an ein eigenes Netzteil mit 5 A Leistung anzuschließen, haben wir eine Lösung gewählt, bei der alle angeschlossenen Aktoren aus der Busbox versorgt werden“.

Je nach Zykluszahl der angeschlossenen Komponenten genügt es dazu, die Busbox an ein Netzteil mit einer Leistung von 5 A oder 10 A anzuschließen: Der integrierte Energiespeicher versorgt dann bis zu vier Aktoren während der Arbeitsphasen mit dem benötigten Strom und wird in den Ruhephasen aus dem Netzteil nachgeladen. Das spart Investitionen in die Netzteile, reduziert zusätzlich zu den Ausfallrisiken auch den Wartungsaufwand und senkt gleichzeitig den Verkabelungsaufwand.

Feldbus eröffnet neue Perspektiven

Aktuell steht die Busbox mit einer Profibus-Anbindung zur Verfügung, längerfristig ist auch eine Erweiterung auf Profinet und Ethercat geplant. Die Bussteuerung bietet alle Vorteile einer digitalen Ansteuerung und ermöglicht es dem Nutzer, auf praktisch jeden Parameter der angeschlossenen Aktoren zuzugreifen. So kann die Temperatur im Aktor jederzeit ausgelesen werden, um zum Beispiel Störungen frühzeitig zu erkennen. Der Zykluszähler gibt gleichzeitig exakte Auskunft über die erreichte Zyklenzahl und eröffnet damit neue Möglichkeiten für die vorbeugende Wartung. Der Aktor-Status (z.B. offen oder geschlossen) wird direkt an die Steuerung gemeldet und muss nicht erst über einen Blinkcode am Aktor abgelesen werden. Die Fensterbreite von Base-, Work- und Teach-Positionen lässt sich beliebig einstellen, auch mit einer vorgegebenen Schwankungsbreite. Der Greifer meldet dann das Erreichen der Greifposition nicht nur an einem definierten Punkt, sondern innerhalb einer gewissen Toleranzgrenze – ein Merkmal, das vor allem beim Greifen elastischer oder biegeschlaffer Teile von Vorteil ist.

 

Maximum an Betriebssicherheit bei reduzierten Kosten

Da der jeweilige Aktortyp automatisch erkannt wird, lassen sich zum Beispiel fehlerhafte Verdrahtungen entdecken, bevor ein Maschinenschaden entsteht.

Die Spannung unter Last wird permanent überwacht, so dass die Steuerung eine Fehlermeldung generiert, wenn das Netzteil defekt oder überlastet ist. Zudem führt die BusBox Schaltkommandos nur dann aus, wenn die gespeicherte Energie dazu ausreicht. Bei konventioneller Beschaltung würde der Aktor das Kommando auch dann ausführen wollen, wenn z.B. die anliegende Versorgungsspannung zu gering ist. Eine Störung wäre die Folge. Die Busbox dagegen garantiert ein Maximum an Betriebssicherheit, denn sie sorgt dafür, dass die Kommandos im schlimmsten Fall zwar zeitversetzt, aber garantiert vollständig ausgeführt werden.

Diese vielfältigen technischen Möglichkeiten können vom Anwender genutzt werden, müssen es aber nicht. Im einfachsten Fall wird die Busbox wie eine herkömmliche Ventilinsel betrieben: Die Greifer und andere Aktoren werden dann einfach angeschlossen und melden zurück, ob sie offen oder geschlossen sind bzw. ob sie ihre Teachposition erreicht haben.

Trotz aller Vorteile sind die Kosten einer Busbox-Lösung mit denen einer Ventilinsel vergleichbar. Gegenüber den pneumatischen Lösungen anderer Hersteller, bei denen Ventilinsel und Sensorik getrennt sind, lässt sich sogar eine Kosteneinsparung von rund 30 % erzielen.

Kleinteilehandhabung mit Speed: Elektrischer Greifer GEP 9000

Die Busbox kann alle elektrischen Aktoren der 9000er-Baureihen ansteuern, also neben den Vereinzelern der Baureihe VEE 9200 auch die Nadelgreifer der Baureihe GEN 9100. Das Paradebeispiel für die elektrischen Aktoren dürften aber die Parallelgreifer der Baureihe GEP 9000 sein. Sie weisen je nach Baugröße Greifkräfte bis 26 N auf, schaffen bis zu 250 Zyklen pro Minute und sind bei ihrer Nenngeschwindigkeit von 200 Zyklen/min in der Lage, volle 30 Millionen Zyklen ohne Wartung zu bewältigen!

Diese extreme Lebensdauer ist ebenso wie die hohe Geschwindigkeit dem Funktionsprinzip zu verdanken: In den Greifern arbeitet ein enorm verschleißfester Tauchspulenantrieb, bei dem die Tauchspule keine Berührung mit der Innenwand hat und es daher auch keine mechanische Abnutzung gibt. Die Ingenieure der Zimmer Group haben die elektromagnetischen Eigenschaften der Spule so optimiert, dass sie bei geringstem Energieverbrauch hohe Kräfte aufbringen kann. Die Kinematik ist sowohl robust als auch leichtgängig, so dass die hohen Kräfte leichtgängig und verschleißarm auf die Backen übertragen werden können.

 

Minimaler Stromverbrauch

Die GEP-Greifer werden immer nur kurzzeitig bestromt und weisen daher eine hervorragende Energiebilanz auf. Sie eignen sich für alle Automatisierungsaufgaben, bei denen es sowohl auf kurze Zykluszeiten als auch auf einen geringen Energieverbrauch ankommt – also vor allem in der Handhabung von Kleinteilen und bei der Bewältigung großer Stückzahlen. Da sie eine Steuerungselektronik bereits integriert haben, ist auch ohne die Busbox ein echter Plug&Play-Einsatz möglich. Dazu muss lediglich die 24-Volt-Stromversorgung und die Steuerleitung angeschlossen werden, und schon ist der Greifer einsatzbereit.

Da in die GEP-Greifer bereits eine Positionsabfrage per Hall-Sensor integriert ist, wird der Anbau und die Verkabelung von zusätzlichen Abfragesensoren überflüssig.

Die Maschinensteuerung ist damit jederzeit über den aktuellen Zustand des Greifers im Bild, und so kann mit dem geringsten Aufwand eine maximale Prozesssicherheit gewährleistet werden.