Anpassung und Vielseitigkeit

Kartesische Handhabungssysteme mit serieller Kinematik verfügen über Hauptachsen für geradlinige Bewegungen und Hilfsachsen für Rotationen. Das System dient gleichzeitig als Führung, Stütze und Antrieb und muss unabhängig von der Struktur des Handhabungssystems in das Gesamtsystem der Anwendung integriert werden.

【Standard-Montagepositionen】

Alle kartesischen Fördersysteme lassen sich an jeder beliebigen Stelle im Raum installieren. Dadurch kann das mechanische System optimal an die jeweiligen Anwendungsbedingungen angepasst werden. Im Folgenden werden einige der gängigsten Ausführungen vorgestellt.

Zweidimensional – Diese kartesischen Handhabungssysteme werden in die Kategorien Kragarme und lineare Portale mit ihrer Bewegung in der Vertikalebene und ebene Flächenportale mit ihrer Bewegung in der Horizontalebene unterteilt.

Ein 2D-Ausleger besteht aus einer horizontalen Achse (Y) mit einem vertikalen Antrieb (Z), der an der Vorderseite montiert ist.

Ein Linearportal besteht aus einer horizontalen Achse (Y), die an beiden Enden, links und rechts, fixiert ist. Eine vertikale Achse (Z) ist auf einem Schlitten zwischen den beiden Endpunkten der horizontalen Achse montiert. Linearportale sind üblicherweise schlank und verfügen über einen rechteckigen vertikalen Arbeitsbereich.

Ein ebenes Portal besteht aus zwei parallelen Achsen (X), die durch eine Achse (Y) senkrecht zur Bewegungsrichtung verbunden sind. Ebene Portale können einen deutlich größeren Arbeitsraum abdecken als Robotersysteme mit Delta-Kinematik oder SCARA-Systeme mit ihren kreisförmigen/nierenförmigen Arbeitsräumen.

Neben der herkömmlichen Ausführung mit Einzelachsen existieren Linear- und Flächenportale auch als Komplettsysteme mit fester mechanischer Verbindung und einem rotierenden Zahnriemen als Antriebselement. Die geringe effektive Last prädestiniert sie für hohe Kapazitäten (Stöße/min) mit entsprechender Dynamik.

Dreidimensional – Diese kartesischen Handhabungssysteme werden in die Kategorien Kragarme und 3D-Portalkrane mit Bewegungen in beiden Ebenen unterteilt.

Bei 3D-Auslegern handelt es sich um zwei parallel angeordnete Achsen (X) sowie eine Auslegerachse (Y), die senkrecht zur Bewegungsrichtung steht, und eine vertikale Achse (Z), die an der Vorderseite angebracht ist.

3D-Portale bestehen aus zwei parallelen Achsen (X), die durch eine zur Bewegungsrichtung senkrechte Achse (Y) verbunden sind. Auf dieser senkrechten Achse ist eine vertikale Achse (Z) montiert.

Hinweis: Bei ebenen, linearen und 3D-Portalen wirkt die Kraft zwischen den beiden Auflagepunkten der horizontalen Achsen. Die horizontale Achse des Kragarms fungiert aufgrund der an ihrem Ende hängenden Last als Hebel.

【Einfachere Programmierung erforderlich】

Der erforderliche Programmieraufwand hängt von der Funktion ab: Wenn das System nur einzelne Punkte anfahren muss, genügt eine schnelle und einfache SPS-Programmierung.

Ist eine Bahnbewegung erforderlich, beispielsweise beim Auftragen von Klebstoff, reicht eine SPS-Steuerung nicht mehr aus. In solchen Fällen ist auch für kartesische Handhabungssysteme eine konventionelle Roboterprogrammierung notwendig. Die Steuerungsumgebung für kartesische Handhabungssysteme bietet jedoch im Vergleich zu konventionellen Robotern eine Vielzahl an Alternativen. Während konventionelle Roboter stets das herstellerspezifische Steuerungssystem benötigen, kann für kartesische Handhabungssysteme jede beliebige SPS verwendet werden – in der Version mit dem optimalen Funktionsumfang für die Anforderungen und die Komplexität der Anwendung. Dadurch können Kundenspezifikationen eingehalten und eine einheitliche Steuerungsplattform implementiert werden, inklusive einheitlicher Programmiersprache und Programmstruktur.

Bei herkömmlichen Robotern ist oft eine komplexe Programmierung erforderlich. Daher ist der Einsatz von 4- bis 6-Achs-Systemen für mechanische Aufgaben mit einem hohen Aufwand verbunden. Beispielsweise müssen für eine geradlinige Bewegung stets alle 6 Achsen gleichzeitig bewegt werden. Auch die Programmierung der Bewegung vom rechten zum linken Arm ist in herkömmlichen Roboteranwendungen schwierig und zeitaufwendig. Kartesische Handhabungssysteme bieten hier hervorragende Alternativen.

【Hohe Energieeffizienz】

Die Grundlagen für energieeffizientes Handling werden bereits bei der Systemauswahl gelegt. Erfordert die Anwendung lange Verweilzeiten in bestimmten Positionen, unterliegen alle Achsen konventioneller Roboter einer Regelung und müssen die Gewichtskraft kontinuierlich kompensieren.

Bei kartesischen Handhabungssystemen muss üblicherweise nur die vertikale Z-Achse kontinuierlich Kraft aufbringen. Diese Kraft ist erforderlich, um die effektive Last entgegen der Schwerkraft in der gewünschten Position zu halten. Dies lässt sich sehr effizient mit pneumatischen Antrieben realisieren, da diese in ihren Haltephasen keine Energie verbrauchen. Ein weiterer Vorteil pneumatischer Z-Achsen ist ihr geringes Eigengewicht, wodurch kleinere Abmessungen für die mechanischen Komponenten der X- und Y-Achse sowie deren Elektromotor möglich sind. Die reduzierte effektive Last führt zu einem geringeren Energieverbrauch.

Die typischen Stärken elektrischer Achsen kommen insbesondere bei langen Verfahrwegen und hohen Taktraten zum Tragen. Daher stellen sie oft eine sehr effiziente Alternative zu X- und Y-Achsen dar.

【Abschluss】

In vielen Fällen ist der Einsatz kartesischer Handhabungssysteme effizienter und wirtschaftlicher als der von herkömmlichen Robotersystemen. Für ein breites Anwendungsspektrum lässt sich ein optimales kartesisches Handhabungssystem entwickeln, da:

• Die Systeme werden hinsichtlich optimaler Pfade und dynamischer Reaktion auf die Anforderungen der Anwendung konfiguriert und an die Last angepasst.

• Dank ihrer mechanischen Struktur sind sie einfach zu programmieren: Für vertikale Bewegungen muss beispielsweise nur eine Achse aktiviert werden.

• Ihre optimale mechanische Anpassung macht sie energieeffizient, zum Beispiel durch Abschalten der Energiezufuhr im Ruhezustand.

• Kartesische Handhabungssysteme sind platzoptimiert für die Anwendung.

• Standardisierte, in Serie gefertigte Komponenten ermöglichen es, dass kartesische Handhabungssysteme eine preisgünstige Alternative zu herkömmlichen Industrierobotern darstellen.

Und zu guter Letzt: Bei kartesischen Handhabungssystemen wird die Kinematik durch die Anwendung und ihre Peripheriegeräte definiert, nicht umgekehrt.