Roboter tunen!

Schaeffler bietet mit seinem breitgefächerten Programm Systemkomponenten wie Lagerungen, Gelenkarmgetriebe und Antriebsmotoren, die sich besonders für den Einsatz in der Leichtbaurobotik eignen. So sieht das Unternehmen mit seinen Innovationen die Zukunft zum Greifen nah. 

Auf die anhaltende Forderung der produzierenden Industrie nach noch mehr Produktivität, Flexibilität, Verfügbarkeit und Prozesssicherheit konzentriert sich eine relativ junge Disziplin: die Leichtbaurobotik. Mit der zunehmenden Digitalisierung der Produktionsprozesse, der einfachen Integration von Robotern in Produktionssysteme und der Fähigkeit zur Mensch-Roboter-Kollaboration ist ein sehr dynamisches Marktsegment an Leichtbaurobotern für verschiedenste Handling- und Montageprozesse entstanden. „In der Industrieautomation gelten Cobots als Lösung und Hoffnungsträger für viele unterschiedliche Herausforderungen“, weiß Ralf Moseberg, Leiter Geschäftsbereich Industrial Automation bei Schaeffler. „Die technischen Voraussetzungen sind jedoch noch nicht ausreichend erfüllt.“  

Schaeffler hat sich demnach zum Ziel gesetzt, in wenigen Jahren ein bedeutender Partner für die Leichtbaurobotik zu werden – mit neuartigen Lösungen für Gelenklager, Gelenkgetriebe und -motoren. Genau solche Komponenten sind gefragt, um noch kompaktere Roboter mit größeren Arbeitsbereichen und höheren Traglasten realisieren zu können.  

Signifikante Entwicklungssprünge in der Leichtbaurobotik sind vor allem dann möglich, wenn Gelenkarmlagerung, Getriebe und Motor von Grund auf neu entwickelt werden und dadurch zusätzliche Freiheitsgrade in der konstruktiven Lösung entstehen. „Wir sind in der einmaligen Position, über alle hierfür erforderlichen Systemkompetenzen und Technologien zu verfügen: Wälzlager-Expertise, Getriebeauslegung, Verzahnungskonstruktion, Entwicklung von neuen Motortopologien und integrierten Sensoren, Produktionstechnologien im Serieneinsatz oder Beschichtungsverfahren“, freut sich Ralf Moseberg. „Die Hersteller suchen nach neuen und innovativen Lösungen, wir verfügen über die nötigen Technologien und das Know-how. Das versetzt uns in die Lage, für die Robotik signifikante Entwicklungssprünge zu realisieren. Das alles sind echte Neuentwicklungen.“ 

Neue Lagerbauart 

Speziell für Gelenkarme von Leichtbaurobotern und Cobots entwickelte Schaeffler eine neue Lagerbauart: die zweireihigen Schrägnadellager der Baureihe XZU. Sie wurden auf höchste Kippsteifigkeit und einen reduzierten, gleichmäßigen Reibwiderstand hin optimiert. 

Die Schrägnadellager verfügen über den gleichen Querschnitt wie die häufig eingesetzten Kreuzrollenlager und sind mit diesen 1:1 austauschbar. Umkonstruktionen entfallen somit. XZU-Lager können Sie sowohl als Gelenkarmlager als auch für die Hauptlagerung von Gelenkarmgetrieben einsetzen. Mit einer hohen Zahl an Wälzkörpern, einem steifen Linienkontakt und einem internen Stützabstand durch zwei getrennte Laufbahnen ermöglichen die XZU-Lager kompaktere Gelenkarme und höhere Traglasten. 

Die Lager verfügen nämlich über zwei getrennte Laufbahnen und somit über einen die Kippsteifigkeit steigernden Stützabstand. Im Vergleich zu Kreuzrollenlagern sind die XZU-Lager um zirka 30 Prozent kippsteifer. Ein weiterer Fortschritt gegenüber den Kreuzrollenlagern besteht in ihrem günstigeren tribologischen Verhalten. Durch die Käfige werden die Wälzkörper voneinander getrennt, die Reibung wird um bis zu 20 Prozent reduziert und es steht mehr Raum für den notwendigen Schmierstoff zu Verfügung. Der von Kreuzrollenlagern bekannte Squeeze-Effekt wird dank der käfiggeführten Wälzkörper betriebssicher vermieden. Leckagen und die Kontamination durch austretenden Schmierstoff werden so wirkungsvoll verhindert. 

Vorteile für Cobots 

• Größere zulässige Traglasten 
• Größerer Arbeitsbereich 
• Kompaktere Gelenkarme 
• Höhere Dynamik möglich, kürzere Positionierzeiten 
• Feinfühlige Armbewegungen 
• Einfachere Regelbarkeit 
• Entlastung der Dichtungen, kein Fettaustritt 
• Kompakte Bauweise, 1:1 austauschbar mit Kreuzrollenlagern, einfachste Umkonstruktion 
• Einfache Montage 

Sensorisiertes Wellgetriebe  

Leichtbauroboter, die in Kollaboration mit Menschen eingesetzt werden – sogenannte Cobots – stellen aktuell das am stärksten wachsende Marktsegment in der Robotik dar. In die Gelenkarme integrierte Drehmomentsensoren machen die Cobots sensitiv und ermöglichen so neue Anwendungen. Die Sensoren sorgen auch für die Sicherheit des Menschen, indem die vom Cobot erzeugten Kräfte überwacht und begrenzt werden. 

Mit einer in das Wellgetriebe vollständig integrierten Drehmomentsensorik bietet Schaeffler eine bauraumneutrale Lösung für Cobots. Ohne nennenswerten Konstruktions- und Montageaufwand lassen sich Roboter sowohl mit als auch ohne Drehmomentsensorik ausrüsten. Die Sensortechnologie Sensotect basiert auf einer Submikrometer dünnen, mikrostrukturierten und dehnungsempfindlichen PVD-Beschichtung. 

Da keine Klebstoffe zur Fixierung benutzt werden, ist das Messsystem besonders temperaturstabil und alterungsbeständig. 

Weitere Produktmerkmale sind das kompakte Design mit integrierter Mikroelektronik und Embedded-AI, die hochpräzise Sensotect-Beschichtung mit Submikrometer dünner Strukturierung, die direkte Drehmomentmessung und eine minimale Hysterese- und Linearitätsabweichung. 

Vorteile für Ihren Cobot 

• Kein zusätzlicher Bauraum 
• 1:1 austauschbar mit nicht sensorisiertem Getriebe DuraWave RTWH 
• Sehr einfache Aufrüstung nicht sensorisierter Cobots 
• Reduziertes Gewicht als Gesamtsystem durch Entfall zusätzlicher Komponenten 
• Erhältlich in vier unterschiedlichen Baugrößen 
• Ideal für den Einsatz in kollaborativen Anwendungen 
• Kein Einfluss auf das mechanische System und die Torsionssteifigkeit 
• Ausgezeichnete Langzeitstabilität der Sensorik über die gesamte Lebensdauer 
• Temperaturunempfindlich 
• Hohe Sensitivität 
• Präzise Drehmomentmessung für höchste Anforderungen 

Grenzen überwinden 

Weniger Bauraum, geringeres Gewicht, höhere Momentendichte und mehr Dynamik bieten die neuen rahmenlosen Motoren der Baureihe UPRS von Schaeffler. Diese sind als Axialfluss- Maschinen ausgeführt. Mit dem konventionellen Spulendesign in PCB-Bauweise (Printed Circuit Board) wird eine sehr hohe Momentendichte und eine hervorragende Wärmeabgabe nach außen erzielt. Durch den Einsatz innovativer Werkstoffe konnte das Gewicht der aktiven Komponenten reduziert werden. Das geringere Motorgewicht und die höheren Leistungswerte führen zu einer deutlich besseren Gesamtdynamik. 

Die Motoren sind auf die jeweilige DuraWave-Getriebegröße abgestimmt und werden als Getriebe- motor-Einheit angeboten. Auf Kundenwunsch liefert Schaeffler die UPRS-Motoren auch separat. Wie bei rahmenlosen Motoren üblich, werden die Lagerungen der Umgebungskonstruktion mitbenutzt. Das spart Bauraum und Gewicht. 

Ralf Moseberg: „Mit den Präzisionsplanetengetrieben der PSC-Baureihe sind wir der einzige Hersteller am Markt, der dauerhaft spielarme Präzisionsplanetengetriebe anbieten kann.“ 

Hier sind besondere Produktmerkmale die um 60% höhere Drehmomentdichte, die sehr kurz bauende, kompakte und leichte Konstruktion, das modulare, Design, das nicht messbare Rastmoment und eine verbesserte Wärmeleitung. 

Vorteile für Cobots 

• Bis zu 30% höhere Nutzlasten 
• Produktivitätssteigerungen aufgrund von bis zu 80% höheren Geschwindigkeiten 
• Geringer Bauraumbedarf 
• Konstruktiv leicht integrierbar 
• Mit vier Baugrößen in unter- schiedlichen Gelenken einsetzbar 
• Schnell modifizierbar an kunden- spezifische Anforderungen 
• Sehr gleichmäßige, leichtgängige Bewegungen 
• Deutliche Komfortverbesserungen im Teaching-Modus 
• Hohe Energieeffizienz 
• Geringe Betriebskosten 

Der verlängerte Arm  

Die Vorteile der 7. Achse liegen auf der Hand: im Nahbereich können kleinere Roboter ein- gesetzt werden; bei langen Verfahrwegen lassen sich unter Umständen zusätzliche Roboter einsparen. Aufgrund des größeren Arbeitsbereiches, den die Achse ermöglicht, können oft auch neue Produktionsbereiche voll automatisiert werden. Schaeffler bietet für diese Anwendungen angetriebene Linearachsen als individuelle Komplettlösung an - die Tandemmodule MDKUVE. 

Ausgeliefert wird der Plug-and-play-fertige Range Extender mit einem Servogetriebemotor, Kabelschlepplösung, Boden- oder Deckenmontage-Satz sowie Adapterplatte für den Roboter. Die Tandemmodule verfügen über einen Laufwagen, der auf zwei parallel angeordneten vierreihigen Kugelumlaufeinheiten gelagert ist. Aus dem großen Profilquerschnitt und dem breiten Stützabstand der beiden Kugelumlaufeinheiten resultiert eine hohe Steifigkeit.  

Vorteile für Cobots 

• Größerer Arbeitsbereich erschließt neue Anwendungen  
• Kein Konstruktionsaufwand für den Maschinenbetreiber 
• Kosteneinsparung 
• Einfache Portfolio-Ergänzung 
• Neue Funktionen 
• Auch als senkrechte Achse einsetzbar 
• Hinsichtlich Steifigkeit und Positioniergenauigkeit skalierbar 

Autor: zusammengestellt von Michael Kleine 

Bilder: Schaeffler Technologies AG & Co. KG