„Es geht nicht darum, druckluft-basierte Ejektor-Systeme zur Vakuumerzeugung zu ersetzen. Wir wollen Alternativen schaffen, die den Energieverbrauch reduzieren und auch dann noch funktionieren, wenn keine oder zu wenig Druckluft zur Verfügung steht“, erklärt Dr. Kurt Schmalz, geschäftsführender Gesellschafter von J. Schmalz. Mögliche Szenarien sind mobile Roboter oder Roboterzellen, die in einem Bereich arbeiten, der nicht an das Druckluftsystem angeschlossen ist. Die Vakuum-Erzeuger verbrauchen im Vergleich zur gesamten Anlage prozentual gesehen wenig Energie.
Vakuum-Erzeuger klein gemacht
Die Lösung sind rein elektrische Vakuum-Erzeuger, die so kompakt sind, dass sie auch direkt am Roboterarm montiert werden können. An sich sind sie nichts Neues: „Wir haben schon lange elektrische Pumpen und Gebläse für den Fall im Angebot, dass hohe Saugvolumenströme erforderlich sind. Für eine Anwendung am Roboterarm sind sie aber zu groß und zu schwer.“ Schmalz hat also das Portfolio elektrischer Vakuumerzeuger in Richtung kleinerer und leichterer Bauformen erweitert und 2016 mit der ECBPi die erste Cobot-Pump vorgestellt. Sie ist elektrischer Vakuumerzeuger und mechanische Greifer-Schnittstelle zum Roboter in Einem. Die Herausforderung: Schmalz musste auf engem Raum neben der Vakuumerzeugung auch die druckluftlose Ablegefunktion realisieren. Die Lösung für das schnelle Ablegen des Werkstücks heißt Belüften statt Abblasen.
Klein, robust und schnell
Kompakter ist die neue Cobot-Pump ECBPMi, die für das Kleinteilehandling saugdichter Objekte ausgelegt ist. „Die leichten End-of-Arm-Komponenten sind ideal für Cobots und Leichtbauroboter. Sie kommen ohne Druckluft aus und lassen sich deshalb auch auf autonom fahrenden Transportfahrzeugen einsetzen“, skizziert Schmalz eine mögliche Anwendung. Es sind aber nicht mehr nur die kleinen Leichtbauroboter, bei denen das Loslösen von der Druckluft sinnvoll ist. Mit dem Anspruch nach effizienteren Systemen ist der Bedarf an druckluftunabhängiger Vakuum-Automation auch für größere Anlagen gestiegen. Druckluft bietet dabei einige Vorteile: die hohe Leistungsdichte und die realisierbaren betriebssicheren Funktionen in den pneumatischen Komponenten. Das macht sie kleinbauend, robust und schnell. „Wir haben leistungsstarke und effiziente Komponenten mit einer Einsparung von bis zu 95%. Allerdings lassen sich die Luftsparfunktionen nicht überall einsetzen.“
Entkoppelt
„Falls die druckluftlose Fabrik kommen sollte, müssen Hersteller von Pneumatik-Komponenten und Handhabungstechnik alternative Produkte liefern, die rein elektrisch funktionieren.“ Daher fahre man eine Parallelstrategie, zu der der Vakuum-Erzeuger GCPi gehört. Er ist größer als die Cobot-Pump und schließt die neuen elektrischen Vakuumerzeuger an das bisherige Portfolio an. Mit dem GCPi löst sich Schmalz vom Standard, den Vakuumerzeuger direkt auf dem Roboterarm anzubringen. Der Anwender montiert ihn stattdessen an der Roboterbasis, damit er von dort aus mehrere Sauger auf dem Robotergreifer versorgt. Die Herausforderung dabei ist wiederum das rein elektrisch zu realisierende Ablösen der Last. Auch in den GCPi hat Schmalz eine Belüftungsfunktion integriert. Je nach Schlauchlänge zum Sauger kann sich der Druckausgleich zur Atmosphäre allerdings verzögern. In dem Fall lässt sich die Belüftungsfunktion auch von der Pumpe entkoppeln.
Neue Perspektive
Deshalb hat Schmalz das elektrische Belüftungsventil LQE entwickelt: „Das ist die eigentliche Innovation. Damit können wir größere Vakuum-Erzeuger weiterhin zentral nutzen und dennoch dezentral hochdynamisch arbeiten – mit sehr kurzen Ablegezeiten. Es hat sich gezeigt, dass das direkte atmosphärische Belüften oftmals sogar schneller ist, als das aktive Abblasen mit Druckluft.“ LQE bietet weitere Vorteile: Es erlaubt ein Vorspannen der Leitungen mit Unterdruck. Öffnet sich das Ventil, baut sich das Vakuum am Greifer sofort auf. Es ist ein intelligentes Ventil, das auch die Luftsparfunktion der Kompaktejektoren nachbilden kann. Das trägt zusätzlich zur Energieeffizienz der druckluftfreien Vakuum-Handhabung bei.
Fazit
„Nur wegen der Vakuum-Handhabung wird die Druckluft nicht abgeschaltet“, betont Schmalz. Ist ein Anschluss vorhanden, ist der Ejektor eine Möglichkeit, Vakuum zur automatisierten Handhabung zu erzeugen. Alle Fragen der Vakuum-Handhabungstechnik galten damit als gelöst – bis sich die Frage nach der Nachhaltigkeit in den Vordergrund drängte. „Die Industrie muss sich grundsätzlich Gedanken über die Druckluft machen. Unsere Aufgabe ist es, Alternativen zu entwickeln.“ Schmalz beschreitet dabei den Weg der Elektrifizierung: Ein elektrischer Vakuum-Erzeuger kann – bezogen aufs Gesamtsystem – nachhaltiger sein.
