DER KONSTRUKTEUR 07/2025

SPECIAL FLUIDTECHNIK DER

SPECIAL FLUIDTECHNIK DER ZUKUNFTMEHR DYNAMIK FÜR VAKUUM-GREIFERFLUID-CONTROL ENTSCHEIDETÜBER PROZESSQUALITÄTPRODUKTE UND ANWENDUNGENDie präzise Steuerung und Dosierung von Flüssigkeits- und Gasmengen im MikroliterundNanoliterbereich ist in Produktionsprozessen oft äußerst anspruchsvoll.Hier setzen leistungsstarke Fluid-Control-Komponenten in Miniaturbauweise an:Sie ermöglichen Lösungen für viele konstruktive und prozessbedingteHerausforderungen. Welche Potenziale piezoelektrische Miniaturpumpen haben,zeigt der Beitrag beispielhaft an Leichtbau-Vakuumgreifern.Peter Becker, Becker Storytelling, Uelversheim,für Lee Hydraulische Miniaturkomponenten GmbH, Sulzbach (Taunus)36 DER KONSTRUKTEUR 2025/07 www.derkonstrukteur.de

SPECIAL FLUIDTECHNIK DER ZUKUNFTOb Lebensmittelindustrie, Arzneimittelforschung undAnalysetechnik oder der Tintenstrahldruck, in diesentypischen Industrien und Technologien kommt es häufigauf eine äußerst präzise Fluid-Control an. Ebensoprofitieren klassische Pick-and-Place-Roboter mit Vakuumgreifernvon hochgenauen und vor allem schnell ansprechendenSystemen. Die Leistungsfähigkeit der Systeme in diesen Anwendungenhängt hierbei meist von drei Steuergrößen ab: demDruck, der Präzision der Düse und der Ventilgeschwindigkeit.MINIATURPUMPEN SORGENFÜR HOHE DYNAMIKIn nahezu jeder modernen Produktion und Fertigung sind automatisiertePick-and-Place Stationen zu finden. Sie sind entwedermit einem flexiblen Roboterarm oder als Portalroboter realisiert.Die Roboter sortieren beispielsweise Bauteile, geben sie im Produktions-und Montageprozess weiter oder sind in VerpackungsundVersandprozessen im Einsatz.Präzision und Geschwindigkeit sind in diesen Anwendungenessenziell. Die Dynamik dieser Systeme wird immer größer, dieZykluszeiten kürzer, um den global steigenden Anforderungenan die Effizienz und Produktivität zu genügen. Diese Faktorenstellen sehr hohe Anforderungen an das Greifsystem. MechanischeGreifer müssen auf das aufzunehmende Gut angepasst werdenund verschleißen schnell angesichts der Belastung durchden dauerhaften Betrieb und die geringen Zykluszeiten.Für kleinere und leichte Bauteile setzen viele Industrien daherauf Vakuumgreifer. Sie sind universell einsetzbar, saugen dasBauteil an, halten es mithilfe des Unterdrucks während des Platzierungsvorgangsfest und lösen das Vakuum wieder, wenn dieGüter am gewünschten Ablageort angekommen sind.ANSPRECH- UND REAKTIONSZEITENHERKÖMMLICHER PUMPEN BEGRENZTJe schneller und präziser das Vakuum anliegt, umso schnellerkann der Prozess ablaufen und es können potenziell mehr Güterin der gleichen Zeit produziert werden. Dies setzt allerdings auchvoraus, dass nachgelagerte Prozesse im gleichen Maße beschleunigtwerden können. Hier haben herkömmliche MembranpumpenNachteile, von Systemen auf Basis einfacher Venturi-Düsenzur Vakuumsteuerung ganz zu schweigen.Membranpumpen unterliegen häufig Druckschwankungen,welche zu Mikrobewegungen des Greifers führen können. Imschlimmsten Fall kann zudem der Halteprozess negativ beeinträchtigtwerden. Bei besonders empfindlichen Bauteilen, wiezum Beispiel in der Mikrochip-Fertigung, können solche Ungenauigkeitenaber zu erheblichem Ausschuss und kostspieligenProduktionsausfällen führen. Darüber hinaus sind die AnsprechundReaktionszeiten herkömmlicher Pumpen im Vergleich zurDisc Pump von Lee sehr träge.HOCHPRÄZISE UND PULSATIONSFREIDie Disc Pump schaltet in wenigen Sekunden zwischen ihrer vollenLeistung und 0 und ist damit hervorragend auf die Anforderungendynamischer Pick-and-Place-Aufgaben abgestimmt. Derpiezoelektrische Antrieb arbeitet bei 21 kHz und liefert einenäußerst gleichmäßigen Luftstrom, sodass Bauteile stabil gehaltenwerden können.Die piezoelektrischen Miniaturpumpen wiegen nur wenigeGramm und sind in etwa so groß wie eine 2-Euro-Münze. Dankihres Ultraschallbetriebs und Ansprechzeiten im Bereich vonMillisekunden sind sie im Betrieb hochpräzise, geräusch- undpulsationsfrei. Als Smart Pump Module bieten sie einen integriertenMiniaturcontroller, welcher die hochpräzise DosierungHochpräzise, leicht und pulsationsfrei: Disc Pump in derSmart Pump Konfiguration; sie ist unter anderem für dynamischePick-and-Place-Anwendungen interessant, da keine negativenTrägheitseffekte auftretendes Luftstroms regelt, ohne dass aufwendige und vor allemschwere Ventil- und Schlauchkonstruktionen montiert werdenmüssen. Das minimale Gewicht führt ebenfalls zu einer potenziellhöheren Greiferdynamik, ohne dass negative Trägheitseffekteauftreten. So lassen sich mit der Disc Pump von Lee performanteLeichtbau-Vakuumgreifer unmittelbar am Kopf des Roboterarmsmontieren, die die Dynamik des Roboters begünstigen.LEISE UND SMART INTEGRIERBARIn modernen Fertigungen arbeiten häufig Cobots im direktenUmfeld von Mitarbeitenden. Das für das menschliche Ohr nichthörbare Betriebsgeräusch der Disc Pump kann dabei helfen, dieLärmbelastung für das Personal zu verringern.Eine Herausforderung bei der Realisierung solcher pneumatischerVakuumgreifer ist die Integration der notwendigen Komponenten,etwa von Schläuchen, Ventilen und Pumpen, am Roboterarm,ohne dessen Performance negativ zu beeinflussen. DieDisc Pump kann sowohl für diese Pick-and-Place-Anwendungenals auch für die eingangs genannten Flüssigkeitsdosierungsaufgabeneine sehr gute Lösung darstellen.Nicht zuletzt wirkt sich der Einsatz der Miniaturpumpen positivauf die Gesamtbetriebskosten aus. Die Miniaturpumpe verbrauchtmaximal 1 W (1,4 W als Smart Pump Modul) und benötigtsomit eine deutlich schlanker ausgelegte Energieversorgungals herkömmliche Systeme. Zusammengefasst lässt sich festhalten:Die Disc Pump von Lee bringt eine Vielzahl an Vorteilen fürleichte Pick-and-Place-Aufgaben in der Robotik mit sich.ENTWICKLUNGSBESCHLEUNIGERFür Maschinen- und Gerätehersteller, die erste Systemversuchemit der Disc Pump durchführen möchten, sind Demokits desHerstellers verfügbar. Mit dem integrierten Drucksensor und denVentiltreibern ermöglicht das Set den Aufbau leistungsstarkerFluid-Control-Konfigurationen, einschließlich Druck-/Vakuumregelungim geschlossenen Regelkreis sowie Luft- und Flüssigkeitsdurchflusssteuerungen.Bilder: Leewww.theleeco.comwww.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2025/07 37