antriebstechnik 12/2021

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KUPPLUNGEN UND BREMSEN TITEL Zugegeben, ein Roboterarm, der zu Hause beim Ein- bzw. Ausräumen der Spülmaschine unterstützt, klingt im ersten Moment nach Zukunftsmusik und Luxus. Aber im Bereich der Altenpflege bspw., wo nicht erst seit Corona Personalmangel herrscht, können Roboter – ungeachtet der ethischen Debatte – künftig sinnvolle Unterstützung leisten. So können sie Pfleger und Pflegerinnen z. B. beim Heben und Lagern der Bewohner und Bewohnerinnen entlasten. Und nicht nur in Pflegeeinrichtungen, auch in den eigenen vier Wänden wird eine zunehmend älter werdende Bevölkerung in Zukunft vielleicht auf zusätzliche Hilfe durch Maschinen angewiesen sein. Doch egal ob im Alltag der Zukunft oder heute schon in den Fertigungshallen der Industrie – dort, wo die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter enger wird, steigt das Gefährdungspotenzial. Fällt z. B. während eines Arbeitsvorgangs der Strom aus, muss der Roboterarm, der den Arbeitsschritt vornimmt, sofort exakt gehalten werden, damit Personen in der Nähe keinen Schaden nehmen. Deshalb ist es wichtig, bereits in der Konstruktionsphase ein unbeabsichtigtes Absinken der Last sowie unzulässig lange Anhaltewege dauerhaft auszuschließen. Entscheidend dabei sind die richtige Auswahl der Sicherheitsbremsen sowie deren korrekte Integration in das Gesamtsystem. SICHERHEIT DURCH FAIL-SAFE-PRINZIP Für Servomotoren sind Sicherheitsbremsen nach dem Fail-Safe- Prinzip die erste Wahl. Denn diese Bremsen sind im energielosen Zustand geschlossen. Sie bringen das geforderte Bremsmoment also auch bei Not-Stopp, Stromausfall oder bei einer z. B. durch Kabelbruch verursachten Unterbrechung der Energieversorgung. Damit die Sicherheitsbremsen auch in Not-Stopp-Situationen ausreichend Reibarbeit leisten und Bewegungen mit definiertem Bremsmoment abbremsen, ist ein dafür entwickelter Reibbelag mit dazugehöriger Stahlgegenreibfläche erforderlich. Während dies bei Federdruckbremsen üblich ist, stoßen Permanentmagnetbremsen mit ihren Stahl-auf-Stahl-Reibkombinationen hier hingegen an ihre tribologischen Grenzen. Mit der Roba-Servostop Baureihe hat Mayr Antriebstechnik Federdruckbremsen für Servomotoren entwickelt, die speziell an die hohen Anforderungen der Robotik angepasst sind. Das Unternehmen kann dabei auf über 20 Jahre Erfahrung aus der Zusammenarbeit mit renommierten Forschungseinrichtungen zurückgreifen. „Unsere Leichtbaubremsen bewähren sich heute in unzähligen Robotik-Applikationen weltweit“, erklärt Bernd Kees, Produktmanager bei Mayr Antriebstechnik in Mauerstetten. Der Standardbaukasten schafft dabei ein hohes Maß an Flexibilität für die verschiedenen Einbausituationen. Anwender profitieren vom schnellen Überblick über die verschiedenen Lösungen. „Gerade bei Servomotoren spielt die Baulänge häufig eine wichtige Rolle“, beschreibt Bernd Kees die Anforderungen an die Bremsen. „Das bedeutet, schlanke Bremsen sind hier von Vorteil.“ Im Bereich der Leichtbauroboter kommt es zudem auf das Gewicht der Bremsen an. Roboter, die für die verschiedenen Arbeitsschritte oftmals wechselnde Positionen einnehmen, erreichen mit leichten Bremsen eine höhere Dynamik, schließlich müssen sie die Bremsen auch mitbewegen. Für diesen Einsatzbereich bieten sich leichtbauende Bremsen in Hohlwellen-Ausführung an, die speziell für die Integration in das Robotergelenk konzipiert sind. Im Motor werden Servobremsen bevorzugt im A-Lagerschild eingebaut, weil hier das Festlager sitzt und Temperaturdehnungen die Bremse nicht gravierend beeinflussen können. Bremsen von DIE INTELLIGENTE ANSTEUERUNG DER BREMSEN MITTELS GLEICHRICHTER BIETET GROSSES ENERGIESPARPOTENZIAL. BERND KEES, PRODUKTMANAGER BEI MAYR ANTRIEBSTECHNIK Mayr Antriebstechnik können aber ohne Einschränkung auch in der B-Lagerseite des Motors integriert werden. Denn Temperaturdehnungen und Lagerspiel haben hier keinen negativen Einfluss auf die Funktion und Zuverlässigkeit der Bremsen. Alternativ können Anwender auch auf Anbaubremsen zurückgreifen, die modular an den Motor angefügt werden. Die Roba-Servostop Bremsen sind nicht nur sehr leicht, sondern auch im magnetischen Aktuieren extrem schnell. Gleichzeitig sind sie leistungsdicht und verschleißfest. Die Bremsen überzeugen zudem durch eine hohe zulässige Reibarbeit bei dynamischen Bremsungen. „Daneben sind die Roba-Servostop Bremsen so ausgelegt, dass der Bauraum optimal ausgenutzt und möglichst viel Energie eingespart wird“, erläutert Bernd Kees. „Ein weitaus größeres Einsparpotenzial bietet sich aber im Betrieb durch die intelligente Ansteuerung der Bremsen mit einem 01 02 12 antriebstechnik 2021/12 www.antriebstechnik.de
TITEL KUPPLUNGEN UND BREMSEN 03 01 Es gibt Federdruckbremsen für Servomotoren, die speziell auf die hohen Anforderungen der Robotik angepasst sind; Anwender können wählen zwischen klassischen Servobremsen im Motor – mit Rotor und Verzahnung – oder Bremslösungen, die direkt in das Robotergelenk eingepasst werden – sogenannten Pad-Lösungen mit großem Innendurchmesser 02 Sensorloses, vernetztes Bremsenmonitoring ermöglicht eine effiziente und vorausschauende Maschinenwartung 03 Menschen werden in Zukunft vielleicht auf zusätzliche Hilfe durch Roboter angewiesen sein, in deren Antrieben Bremsen für zuverlässigen und sicheren Halt sorgen Roba-switch Gleichrichter: Denn nur beim Einschalten wird die Bremse kurzzeitig mit einer hohen Spannung bestromt. In dieser Phase ist eine hohe Magnetkraft erforderlich, um die Ankerscheibe über den Luftspalt anzuziehen. Liegt die Ankerscheibe dann allerdings am Spulenträger an, reicht eine wesentlich kleinere Magnetkraft aus, um die Bremse offen zu halten. Deshalb kann in dieser Phase die Spannung deutlich abgesenkt werden. Senkt der Gleichrichter die Spannung nach dem Lüften der Bremse auf ein Drittel des Wertes ab, sinkt die Spulenleistung und damit auch der Energieverbrauch auf nur mehr ein Neuntel. SENSORLOSES MONITORING Für die Sicherheit von Mensch und Maschine sind kurze Anhaltewege wichtig. Entscheidend für den Bremsweg sind dabei die Schaltzeiten der Bremse. Denn in der Zeit des freien Falls bis die Bremse schließt und die Verzögerung einsetzt, beschleunigt sich die Masse zusätzlich – unter Umständen so extrem, dass die zulässigen Werte der Bremse überschritten werden. Anwender sollten daher bei der Auswahl der Sicherheitsbremsen auf möglichst kurze, verifizierte Schaltzeiten achten – und auch darauf, dass diese Schaltzeiten über die gesamte Lebensdauer der Bremse eingehalten werden. Hier sind Monitoring-Lösungen wichtig. Bislang waren Servobremsen aufgrund der kleinen Luftspalte oder aber ihrer Einbausituation gar nicht überwachbar. Mayr Antriebstechnik bietet jetzt allerdings eine intelligente Lösung für sensorloses Bremsenmonitoring. Das nachrüstbare Modul Roba-brake-checker erkennt durch eine erweiterte Analyse von Strom und Spannung die Bewegung der Ankerscheibe und weiß, in welchem Zustand sich die Bremse befindet. Das Modul arbeitet sensorlos und leistet neben der Überwachung von Schaltzustand und kritischer Spulentemperatur auch eine präventive Funktionsüberwachung auf Verschleiß, Funktionsreserve und Fehler. In einer erweiterten Ausführung ist das Modul Roba-brake-checker mit einer zusätzlichen Platine mit kundenspezifischer Schnittstelle (z. B. optisch, W-Lan, IO Link, Profibus, etc.) ausgestattet. Über diese Schnittstelle kann es Daten zu Schaltzeit, Strom, Spannung, Widerstand, Leistung und relativem Anzugsstrom liefern. Damit sind auch Verläufe auswertbar, Auffälligkeiten im Prozess lassen sich schnell erkennen und somit Schlüsse aus komplexen Zusammenhängen ziehen – ein Vorteil nicht nur für die vorausschauende Wartung, sondern auch beim Zusammenspiel von Robotern. Darüber hinaus ist auch die Integration in Fernwartungssysteme möglich – ein nicht unwichtiges Kriterium für den Einsatz im Alltag, wo keine Fachkräfte vor Ort sind. Fotos: 03 Mayr Antriebstechnik und Miriam Doerr Martin Frommherz/Shutterstock.com, sonstige Mayr Antriebstechnik www.mayr.de DIE IDEE „Sicherheitsbremsen sind mechanische Bauteile und zunächst einmal stumm. Daher haben wir mit dem Modul Roba-brake-checker ein smartes elektrisches Bauteil entwickelt, das unsere Bremsen ohne zusätzliche Sensoren kommunikationsfähig macht. Generell sind Bremsen prädestinierte Komponenten, um Daten zu sammeln. Denn Notabschaltungen oder unerwartet hohe Lastmomente beeinflussen direkt die geforderte Reibleistung der Bremsen und die Bremszeiten. Die Verläufe von Schaltzeit und Temperatur können folglich hilfreich sein für eine Analyse. Gleiches gilt für Stromverläufe.“ Andreas Merz, Produktmanager, Mayr Antriebstechnik www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2021/12 13
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