Schleifringe: Ausfallsichere Übertragung von Sensorsignalen

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Pneumatische Schwenk- und Drehmodule der Zimmer Group kommen in Achsportalen für die Rotation von Greifern zum Einsatz. In einer kundenspezifischen Version der Serie SF-C sorgen flanschlose SVTS-A-Schleifringe von Servotecnica für die ausfallsichere Übertragung von Sensorsignalen.

Schleifringe in der Praxis: Allein im Produktbereich „Handhabungstechnik“ mit einbaufertigen Greif- und Handhabungssystemen liefert die Zimmer Group rund 3.000 Katalogprodukte und konstruiert bei Bedarf auch kundenspezifische Lösungen. Dazu gehören Schwenk- und Drehmodule, die beispielsweise in Achsportalen zur Rotation von Greifern um die eigene Achse eingesetzt werden.

Von der Linear- zur Drehbewegung

Die sogenannten Flachschwenkeinheiten werden in elektrisch und pneumatisch angetriebenen Versionen gebaut. Zu den pneumatischen Flachschwenkeinheiten gehört die Serie SF-C. Sie besteht im Wesentlichen aus zwei parallel angeordneten, doppelwirkenden Pneumatikzylindern, die gegeneinander laufen und über Zahnstangen ein senkrecht stehendes Zahnrad zwischen den Zylindern antreiben.

Das Zahnrad sitzt am Ende einer zweifach kugelgelagerten Hohlwelle. Am anderen Ende befindet sich eine Flanschplatte, auf der ein anwendungsspezifischer Greifer montiert wird. So wird aus einer Linearbewegung eine Drehbewegung, deren Geschwindigkeit über je eine Drosselverschraubung an den beiden Pneumatikzylindern feinreguliert werden kann. Die Flachschwenkeinheiten werden vorwiegend an Portalen und Achsmodulen eingesetzt. Grundsätzlich können sie in jeder Position montiert werden, im Regelfall sitzen sie aber am Ende einer Z-Achse. Der Greifer kommt von oben in die Anwendung.

Mehr Masse in kürzerer Zeit

Pneumatische Flachschwenkeinheiten erreichen Schwenkwinkel von 90 bis 180 Grad und dank ihrer groß dimensionierten Lagerung und der Hohlwelle hohe Kräfte und Drehmomente bis 130 Newtonmeter – und das über bis zu 107 wartungsfreie Zyklen. Durch ihre Endlagendämpfung können sie mehr Masse in kürzester Zeit schwenken und erhöhen somit den Maschinenausstoß. Auch eine möglichst kurze Taktzeit ist beim Schwenken extrem wichtig. Die von der Zimmer Group 1992 selbst entwickelten Stoßdämpfer mit Wendelnuttechnologie bieten deshalb die optimale Endlagendämpfung. Ein weiteres entscheidendes Detail ist die große Mittenbohrung in der Hohlwelle: Sie ermöglicht die Reduktion von Störkonturen in der Anwendung, indem Versorgungsleitungen direkt durch die Mitte des zentralen Drehflansches geführt werden können.

Kompakte Schleifringe für die Signalübertragung

Die Flachschwenkeinheiten werden normalerweise in Kombination mit Robotergreifern eingesetzt, die auf dem Flanschteller montiert sind. Zur Positionsabfrage an den Greifern kommen meistens induktive Sensoren zum Einsatz, die mit Spannung versorgt und deren Signale übertragen werden müssen. Um die elektrischen Kontakte für Sensorsignale zwischen den beiden Seiten der drehbaren Verbindung sicherzustellen, sind kompakte Schleifringe von Servotecnica geeignet.

Das mit der Entwicklung und Modellpflege der Flachschwenkeinheiten befasste Konstruktionsbüro der Zimmer Group suchte 2018 für eine kundenspezifische Ausführung der Serie SF-C einen passenden Schleifring, der so kompakt wie möglich sein sollte, und stieß auf der Suche nach alternativen Lieferanten auf die Produkte von Servotecnica. Christian Becker, Geschäftsführer bei Servotecnica in Raunheim, erklärt: „Es handelte sich um eine Kleinserie Schleifringe der Baureihe SVTS A 03 im Durchmesser von 12 Millimetern aus unserem Standardportfolio, die wir nach persönlicher Beratung zur Abstimmung der genauen Anforderungen direkt ab Werk anbieten konnten. Gründe für diese Auswahl waren vor allem die kompakte Baugröße und die Anpassungsmöglichkeit beim Flansch.“

Schleifringe: Kompakt, gekapselt und kugelgelagert

Die kompakten, gekapselten Servotecnica-Schleifringe der Baureihe SVTS A sind kugelgelagert und haben ein robustes Kunststoff- oder Aluminiumgehäuse. Sie bieten Drehzahlen bis zu 250 Umdrehungen pro Minute und sind in Größen von 12, 15, 22 und 25 Millimetern erhältlich. SVTS-A-Schleifringe haben die Schutzart IP51 und eignen sich für Temperaturbereiche von -20 bis +80 Grad Celsius, es ist aber auch Schutzart IP67 für Temperaturen bis -40 Grad Celsius möglich.

Die Schleifring-Serie SVTS A garantiert dank ihrer extrem kompakten Abmessungen eine niedrige Außendrehzahl zwischen Ringen und Bürsten. Dadurch wird der Materialverbrauch reduziert und die Lebensdauer erhöht. Die zwischen Ringen und Bürsten verwendete Gold-Gold-Technologie minimiert Rauschen und Störungen und ermöglicht eine hohe Datenrate und schnelle Signalübertragung. Die Schleifringe dieser Serie sind in einer Vielzahl von Konfigurationen mit drei bis 56 Schaltungen erhältlich.

Es geht aber noch platzsparender: Der SVTS A Micro weist dieselben Leistungsdaten wie die Standardausführung auf, hat aber einen Durchmesser von gerade einmal 7,9 Millimetern. In der Länge misst er lediglich 11,2 Millimeter. Trotz dieser enormen Kompaktheit bietet der SVTS A Micro sechs Schleifbahnen, verfügt über eine 0,25-Ampere-Stromversorgung und erreicht eine Drehzahl von 200 Umdrehungen pro Minute.

Kundenindividuelle Ausstattung am Katalogmodell

Das Grundmodul der Flachschwenkeinheit war ein Katalogmodell, das auf Kundenwunsch modifiziert wurde. So sollte für die Abfrage von vier Sensoren am Greifer kein Anschlusskabel durch die Hohlwelle geführt werden, sondern die Durchführung für die Sensoranschlüsse über einen Schleifring erfolgen. Der flanschlose Servotecnica-Schleifring wurde deshalb in einer Hülse platziert und durch einen O-Ring im oberen Teil der Hohlwelle fixiert. Die lockere Klemmung reicht aus, damit sich der kugelgelagerte Schleifring auch ohne Flanschbefestigung nicht mitdreht. Der Flanschteller der Flachschwenkeinheiten wiederum kann mit einer bis zu achtfachen integrierten Luftführung ausgestattet werden. Im beschriebenen Fall waren es vier. Über die Luftführungen wird die Druckluft zum Öffnen und Schließen der Greifer schlauchlos übertragen, ohne dass das angeschlossene Schlauchpaket mitgeschwenkt werden muss.

Der von der Zimmer Group konstruierte, serienmäßige Drehverteiler befindet sich unter dem Flanschteller zwischen dem Schleifring und dem Zahnrad auf der Hohlwelle. Dort sind ringförmige Nuten gefräst, die mit Rotationsdichtungen abgedichtet werden. Durch die Nuten fließt die Druckluft sicher zu den Bohrungen im Flanschteller. Maik Decker, Produktmanager bei der Zimmer Group, ist sehr zufrieden mit der realisierten Variante: „Wir sind immer auf der Suche nach hochwertigen und zuverlässigen Lieferanten. Die kundenspezifische Lösung mit Servotecnica-Schleifringen hat das Potenzial, ein reguläres Katalogprodukt zu werden. Für weitere Kundenprojekte haben wir bereits Folgeanfragen für Schleifringe an Servotecnica geschickt.“

Der Autor Alessandro Gomarasca ist Export Manager bei der Servotecnica SPA.

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