News
Immer aktuell informiert
Mauerstetten, 09.12.2020

Intelligente Sicherheit für Roboter

Robotik-Anwendungen mit Servobremsen zuverlässig und smart absichern
Intelligente Sicherheit für Roboter

Robotik-Anwendungen mit Servobremsen zuverlässig und smart absichern

Ob in Industrie-Robotern, Medizin-Robotern, oder generell in vertikalen Achsen – bewegte Lasten dürfen nach Ausschalten des Stroms, bei Stromausfall oder Not-Halt nicht unkontrolliert absinken oder abstürzen. Dafür sorgen Sicherheitsbremsen, die die Achsen zuverlässig abbremsen und sicher in ihrer Position halten. Ganz aktuell hat mayr® Antriebstechnik neue Baureihen der ROBA®-servostop® Bremsen entwickelt. Diese sind mit ihrer extrem schlanken Bauform und dem geringen Gewicht auf die Anforderungen der Robotik zugeschnitten. Der neue Standard-Baukasten deckt eine Vielzahl an Lösungen für anspruchsvolle Einsatzbedingungen ab.

Die Roboter sind auf dem Vormarsch. In allen wichtigen Industriebranchen – aber gerade auch im Bereich der Medizintechnik, wird die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter immer enger. Verstärkt wird diese Entwicklung hier auch durch die aktuelle Corona-Pandemie. An vielen Stellen wird nun der Einsatz von Robotern diskutiert, z.B. bei Corona-Teststationen oder bei der Desinfektion von Räumen. Die Roboter sollen helfen, Kontaktpunkte mit Menschen wo sinnvoll und möglich zu vermeiden und die Übertragung von Krankheiten so zu minimieren. Wo die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter enger wird, steigt aber auch das Gefährdungspotenzial. Fällt zum Beispiel 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 zum Beispiel 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.

Sinnvolles Baukastenprinzip für verschiedene Einbausituationen

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 rund 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. „Aktuell haben wir eine neue Standardbaureihe etabliert. Das erlaubt uns, die unterschiedlichsten Einbausituationen durch ein sinnvolles Baukastenprinzip effektiv zu bedienen. Kunden profitieren vom schnellen Überblick über die verschiedenen Lösungen.“ Und Bernd Kees ergänzt: „Die Baulänge ist bei Servomotoren häufig ein Thema, das bedeutet, schlanke Bremsen sind hier von Vorteil. Auch diesem Trend trägt die neue Standardbaureihe Rechnung.“ Im neuen Baukasten können die Anwender wählen zwischen klassischen Servobremsen im Motor, mit Nabe und verzahntem Rotor, in klassischer oder schlanker Bauform.

Hohlwellen-Lösung für die Robotik

Daneben gibt es eine weitere schlanke und leichtbauende Variante, die sogenannte Pad-Lösung mit großem Innendurchmesser. Letztere ist speziell für die Integration in das Robotergelenk konzipiert. Diese Lösungen sind besonders kompakt und überzeugen durch ihr geringes Gewicht und ideale dynamische Eigenschaften. Aber auch die klassischen Bremsen mit Nabe und verzahntem Rotor sind kundenspezifisch anpassbar und direkt in ein Gelenk integrierbar. Eine axiale Positionierung zur Welle ist hier nicht notwendig.

Temperaturbeständig bis 120°C

Im Motor werden Servobremsen bevorzugt im A-Lagerschild eingebaut, weil hier das Festlager sitzt und Temperaturdehnungen die Bremse nicht gravierend beeinflussen können. Bremsen von 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.

Energieeffiziente Bremsen mit hoher Leistungsdichte

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 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.

Kurze Schaltzeiten über die Lebensdauer und intelligentes Bremsenmonitoring

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 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, OPC UA, 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 Bearbeitungsprozess lassen sich schnell erkennen und somit Schlüsse aus komplexen Zusammenhängen ziehen. Sicherheit und Zuverlässigkeit werden sozusagen sichtbar. Wartung wird planbar und durch die permanente Inspektion kosteneffektiv. Der Anlagenbetreiber bzw. -hersteller kann die Wartung gezielt und abgestimmt auf seinen Arbeitsprozess vornehmen. Darüber hinaus ist auch die Integration in Fernwartungssysteme möglich.

Mehr Informationen zu ROBA®-servostop® Bremsen

Mehr Informationen zum Monitoring mit dem Modul ROBA®-brake-checker

mac-book
neu

mayr® Kundenportal

Mit unserem neuen Kundenportal können Sie exklusive Funktionen unseres Service- und Informationsangebots nutzen.