Turbo-Programm für Cobots (Promotion) Flexibel wie ein Cobot, präzise und dynamisch wie ein Industrieroboter

Neuartige Motoren, Lager und Sensoren bieten mehr Präzision und Performacne für Cobots.

Bild: Schaeffler
05.04.2022

Bis zu 50 Prozent höhere Geschwindigkeiten und 30 Prozent mehr Traglast – eine Möglichkeit von vielen, die der Automobil- und Industriezulieferer Schaeffler anbietet, um Cobots „einen Turbo zu verpassen“. Ein erster Blick auf die Innovationen in unserer Titelstory und einen Vorgeschmack auf die Hannover Messe...

In wenigen Wochen ist es endlich so weit. Die internationale Automatisierungsbranche trifft sich wieder in Hannover. Endlich können Fachgespräche persönlich geführt, bestehende Geschäftskontakte gepflegt und neue geknüpft werden. Das diesjährige Messe-Motto „Transforming Industry Together“ könnte treffender nicht sein, nur gemeinsam kann die notwendige Transformation gelingen.

Bleibt die Entscheidung zu treffen, welche der rund 1800 Aussteller man in den wenigen Tagen besuchen möchte. Wer im Bereich der Robotik-Entwicklung tätig ist, sollte auf jeden Fall in seinen Messe-Planer Halle 6, Stand C48 als Pflicht-Termin eintragen. Dort wird der Automobil- und Industriezulieferer Schaeffler erstmals sein erweitertes Robotik-Portfolio ausstellen.

Betrachtet man die erzielten Fortschritte genauer, entsteht schnell der Eindruck, dass man vor einem Durchbruch steht, wenn es um den breiten Einsatz von Leichtbaurobotern und Cobots in der Automation geht. Durchbruch deshalb, weil den Entwicklern zufolge mit den hier angebotenen Lösungen zwei Hauptforderungen der produzierenden Industrie, nämlich höhere Dynamik und Sensitivität ohne Steifigkeitsverlust, gelöst werden können.

Mehr Dynamik und Traglast

Für mehr Dynamik und Traglast entwickelten die Ingenieure die innovative PCB-Motorenbaureihe UPRS, die im Vergleich zum Marktstandard um 80 Prozent höhere Nenndrehzahlen und gleichzeitig 60 Prozent mehr Drehmomentdichte erzielt. Das bedeutet für die Branche einen signifikanten Entwicklungssprung hinsichtlich höherer Geschwindigkeiten und gleichzeitig größerer Traglasten.

Konzeptionell lässt sich das höhere Drehzahlband zu einem Anteil für größere Geschwindigkeiten (zum Beispiel um 50 Prozent) und gleichzeitig für eine größere Traglast (zum Beispiel um 30 Prozent) nutzen – indem man eine entsprechend größere Übersetzung wählt. Schaeffler bietet die PCB-Motorbaureihe UPRS in den vier Baugrößen 14, 17, 25, 32 an, mit Außendurchmessern von 53 bis 115 mm und axialen Baulängen von nur 21 bis 33 mm. Wie bei rahmenlosen Motoren üblich, werden die Lagerungen der Umgebungskonstruktion mitbenutzt. Das spart Bauraum und Gewicht.

Höhere Steifigkeit der Cobotstruktur

Bei hohen Beschleunigungen wie sie vor allem bei Pick-&-Place-Aufgaben gefordert sind, bedarf es einer besonders steifen Cobotstruktur, um ein lang andauerndes Einschwingen am Greifer beziehungsweise Werkzeug zu vermeiden. Schaeffler bietet zur Steigerung der Steifigkeit als Gelenklager ein zweireihiges Schrägnadellager vom Typ XZU an. Dieses erreicht im Vergleich zu den üblichen Kreuzrollenlagern etwa 30 Prozent mehr Kippsteifigkeit. Simulationen und Versuche mit XZU-Lagern haben eine Halbierung der Einschwingzeit im Vergleich zu Kreuzrollenlagern ergeben. Das ist ein enormer Fortschritt und wird helfen, die Taktzeiten beispielsweise in der Montageautomation zu senken.

Sehr große Variantenvielfalt

Ebenso bedeutend für eine steife Cobotstruktur ist die Auswahl eines passenden Präzisionswellgetriebes. Abgesehen von einer hohen Torsionssteifigkeit standen im Lastenheft der Entwickler die Spielfreiheit während einer langen Gebrauchsdauer, geringes Gewicht, geringer Bauraum auch eine hohe Variantenvielfalt. Deshalb bietet Schaeffler nun zwei Wellgetriebe-Baureihen an: High Torque RT1 und Standard Torque RT2. RT2-Wellgetriebe decken zirka 80 Prozent der üblichen Cobot-Anwendungen ab.

Die Baureihe ist in fünf Baugrößen von 14 bis 32, fünf Übersetzungen von 50 bis 160, in Varianten mit Hohlwelle und zum direkten Anbau an die Motorwelle, als geschlossene Einheit mit Dichtungen sowie als Komponentenset erhältlich. Die RT1-Getriebe werden aktuell in vier Baugrößen von 14 bis 32, in den Übersetzungen 100 und 160 und für Drehmomente von 25 bis knapp 900 Nm angeboten.

Mit der hohen Drehmomentdichte der RT1-Wellgetriebe sind besonders kompakte Gelenkarme für überdurchschnittlich hohe Lasten realisierbar. Dieses Motor- und Getriebeprogramm bietet Herstellern die Basis, um ein sehr breites Cobot-Programm zu konzipieren, das sowohl hinsichtlich Performance als auch Kosten die meisten Kundenwünsche abdecken kann.

Neu: In Getriebe vollintegrierte Sensorik

Als Neuheit werden dieses Jahr als Option auch sogenannte sensorisierte Wellgetriebe präsentiert, das heißt vollständig in die Wellgetriebe integrierte Drehmomentsensoren. Diese liefern ohne zusätzlichen Bauraum zu beanspruchen und ohne Steifigkeitsverlust des mechanischen Gesamtsystems hochgenaue Drehmomentsignale. Im Gegensatz zu anderen Lösungen am Markt ist bei den sensorisierten Wellgetrieben die DMS-Struktur auf der Flexspline in Dünnschicht-Technologie dauerhaft aufgebracht. Damit wird dem Markt erstmalig eine serientaugliche und langlebige Sensorlösung geboten. Die Sensorik kombiniert Sicherheitsfunkionen mit einer präzisen, feinfühligen Positions- und Prozessregelung.

Ein innovatives Konzept: In jedem Wellgetriebe eine Sensorik vorausgesetzt, können die Drehmomentsignale für die Entwicklung einer aktiven Schwingungskompensation genutzt werden. Höhere Verfahrgeschwindigkeiten bei gleichzeitig kürzeren Einschwing- und Positionierzeiten werden so realisierbar.

Neu: Präzisionsplanetengetriebe

Der Automobil- und Industriezulieferer wird in Hannover auch Produkte der kürzlich erworbenen Melior Motion ausstellen. Dessen Präzisionsplanetengetriebe sind für Industrieroboter mit Traglasten bis über 100 kg konzipiert. Sie zeichnen sich im Vergleich zum Marktstandard durch ein um den Faktor 10 geringeres Verdrehspiel und eine um den Faktor 3 verlängerte Gebrauchsdauer aus.

Derartig große Entwicklungssprünge sind sehr selten und haben das Potential, die Zukunft der Industrierobotik zu bestimmen. Nicht zu übersehen ist, dass Schaeffler im Jahr 2022 ein Portfolio an Präzisionsgetrieben für die Robotik anbietet, das alle Achsen und Traglasten lückenlos von wenigen Kilogramm bis über 100 kg abdeckt. Allein das macht den Stand C48 in Halle 6 zu einem Pflicht-Termin für Robotik-Entwickler und -Interessierte.

Bildergalerie

  • Der PCB-Motor UPRS mit 60 Prozent höherer Drehmomentdichte ermöglicht kleinere und leistungsfähigere Antriebe für Cobots.

    Der PCB-Motor UPRS mit 60 Prozent höherer Drehmomentdichte ermöglicht kleinere und leistungsfähigere Antriebe für Cobots.

    Bild: Schaeffler

  • Das Präzisionswellgetriebe RT1 trumpft mit Spielfreiheit, hoher Positioniergenauigkeit, Kompaktheit und sehr hoher Lebensdauer auf.

    Das Präzisionswellgetriebe RT1 trumpft mit Spielfreiheit, hoher Positioniergenauigkeit, Kompaktheit und sehr hoher Lebensdauer auf.

    Bild: Schaeffler

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