News
Immer aktuell informiert
Mauerstetten, 14.10.2016

Technologie für höchste Ansprüche

Zuverlässige Sicherheitsbremsen für zukunftsweisende RoboDrive-Motoren

Zuverlässige Sicherheitsbremsen für zukunftsweisende RoboDrive-Motoren

Antriebe in der Robotik erfordern ein Höchstmaß an Dynamik und Präzision, müssen aber gleichzeitig möglichst klein und leicht bauen. Daher hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt mit den RoboDrive-Motoren eine neue Motortechnologie geschaffen, die eine hohe Drehmoment-Entwicklung und Leistungsdichte vereint – und dies bei minimalem Gewicht und Bauraum. In den Motoren setzen die Entwickler auf Sicherheitsbremsen von mayr® Antriebstechnik. Die leistungsstarken ROBA®-servostop® Bremsen sind nicht nur extrem schlank und leicht, sondern bieten auch sichere, konstante Haltemomente über die gesamte Lebensdauer.

Ob Roboter in Produktionsstraßen mit Menschen interagieren, im Krankenhaus hochpräzise Operationen vornehmen oder Flugzeuge instand halten – überall dort, wo der Bauraum begrenzt ist und Leichtbau gefordert wird, gleichzeitig aber höchste Präzision und Dynamik erreicht werden müssen, kommen die richtungsweisenden RoboDrive-Motoren zum Einsatz. Diese Motoren wurden vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) speziell für die Bedürfnisse der Robotik entwickelt. Seit 2005 steht die RoboDrive-Antriebstechnologie, gefertigt von der TQ Systems GmbH, als kommerzielles Produkt zur Verfügung. „Unsere Motoren haben die höchste Drehmomentdichte am Markt“, erklärt Dipl-Ing. Manfred Schedl, Leiter Mechatronik des Geschäftsbereichs TQ-Drives bei der TQ Systems GmbH. „Größen wie Gleichlauf, Dynamik und optimale thermische Anbindung sind an den besonders hohen Anforderungen der Robotik ausgerichtet. Das heißt, die Motor-Auslegung ist optimiert zum Halten von Lasten und für höchste Dynamik beim Beschleunigen.“ In den Motoren kommen die kompakten und robusten ROBA®-servostop® Sicherheitsbremsen von mayr® Antriebstechnik zum Einsatz. Auch sie sind mit ihrer extrem schlanken Bauform und dem geringen Gewicht auf die Anforderungen der Robotik zugeschnitten und halten den anspruchsvollen Umgebungsbedingungen problemlos stand. Nach Abschalten des Stromes oder bei Stromausfall sorgen die Bremsen für zuverlässigen und sicheren Halt der Achsen in jeder Position und gewährleisten so höchste Betriebssicherheit.

Hohe Flexibilität und Leistungsdichte

Mit den Stator-Rotor-Einbausätzen der ILM Baureihe, den sogenannten Servo-Kits, bietet die RoboDrive-Technologie individuelle Lösungen für strukturintegrierte Antriebstechnik. „Angepasst an die unterschiedlichsten Antriebsaufgaben werden die Servo-Kits direkt beim Kunden in die Anwendungen designed“, erläutert Manfred Schedl. „Auf Basis dieser Servo-Kits entwickeln unsere Kunden eigene Aktuatoren. Wir bieten darüber hinaus aber auch an, kundenspezifische Gesamtlösungen zu entwickeln.“ Die Vorteile der Stator-Rotor-Einbausätze liegen neben dem geringen Gewicht und dem kompakten Bauraum vor allem auch im Hohlwellendesign, das die Durchführung von Signalen, Medien, Strahlen und Kabeln sowie die Integration von Getriebeelementen, Spindelmuttern oder Optiken ermöglicht. Neben Servo-Kits sowie gehausten Voll- und Hohlwellenmotoren gehören zum RoboDrive-Programm die Getriebemotoren der Baureihen RD-HD und RD-PG, die sich durch eine branchenführende Leistungsdichte auszeichnen. Um Bauraum und Gewicht zu sparen, sind bei diesen Motoren das Planetengetriebe (Baureihe RD-PG) bzw. das Harmonic-Drive-Getriebe (Baureihe RD-HD) direkt in das Motorgehäuse integriert, genauso wie verschiedene Positionssensoren. „In allen Motoren ist eine Integrationsmöglichkeit für die ROBA®-servostop® Sicherheitsbremsen vorgesehen“, ergänzt Manfred Schedl. „Die Bremsen zeichnen sich durch kleine Außendurchmesser bei gleichzeitig großem Bohrungsdurchmesser für das Hohlwellendesign aus. Zugeschnitten auf den jeweiligen Motor haben die Bremsen nur eine Länge von 10-15mm und sind sehr leicht. Hinzu kommt, dass die Bremsen im magnetischen Aktuieren extrem schnell sind: Mit Schaltzeiten von 8-15 ms sind sie um den Faktor fünf bis zehn schneller als andere Bremsen.“

Sicherheit durch Fail-Safe-Prinzip

Bei der Entwicklung von Leichtbaubremsen kann mayr® Antriebstechnik auf eine langjährige Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt zurückblicken. „Unsere Leichtbaubremsen, welche vor annähernd 20 Jahren im Zuge des Forschungsprojekts LBR II begannen, haben sich heute als marktfähige Standardlösung etabliert und bewähren sich tagtäglich in unzähligen Robotik-Applikationen weltweit“, erklärt Helmut Kleinheinz, Verkaufsleiter bei mayr® Antriebstechnik in Mauerstetten. „Die Herausforderung besteht heute darin, die unterschiedlichsten Einbausituationen durch ein sinnvolles Baukastenprinzip effektiv zu bedienen.“ ROBA®-servostop® Bremsen sind ruhestrombetätigte, elektromagnetische Federdruckbremsen, die nach dem Fail-Safe-Prinzip arbeiten: Im energielosen Zustand drücken Schraubenfedern gegen die Ankerscheibe. Der Rotor mit den Reibbelägen, der direkt mit dem Kundenbauteil verschraubt wird, wird zwischen der Ankerscheibe und der Bremsplatte gehalten. Wenn der Strom eingeschaltet wird, baut sich ein Magnetfeld auf. Die Ankerscheibe wird gegen den Federdruck an den Spulenträger gezogen. Der Rotor ist frei und der Motor kann durchlaufen.
Fail-Safe Prinzip bedeutet also, nach Ausschalten des Stroms, bei Stromausfall oder Not-Halt bremst die Bremse zuverlässig und sicher und hält die Achsen in jeder beliebigen Position. Dies dient dem Schutz von Personen und Material und ist beispielsweise bei Industrie-Robotern, die in Produktionsstraßen mit Menschen kollaborieren, genauso wichtig wie in der Medizintechnik. Fällt zum Beispiel während eines Arbeitsvorgangs der Strom aus, muss der Roboterarm, der den Arbeitsschritt vornimmt, sofort exakt gehalten werden und darf nicht unkontrolliert absinken oder abstürzen.

Robust und zuverlässig

Die Sicherheitsbremsen von mayr® Antriebstechnik sind speziell für die hohen Anforderungen der Robotik konzipiert und gewährleisten sichere, konstante Haltemomente über die gesamte Lebensdauer. Sie sind leistungsdicht, verschleißfest und auch bei anspruchsvollen Umgebungsbedingungen wie z. B. Temperaturen innerhalb des Motors bis 120°C einsetzbar. Die Bremsen zeichnen sich zudem durch eine hohe zulässige Reibarbeit bei dynamischen Bremsungen aus: Normalerweise werden bei Servoantrieben zugunsten guter Regeleigenschaften und hoher Dynamik Lastmassenverhältnisse (Last/Motor) von 3:1 oder kleiner gewählt. Bei den ROBA®-servostop® Bremsen sind durch hohe zulässige Reibarbeiten und Reibleistungen Lastmassenverhältnisse von 30:1 und mehr möglich. Die einfache und robuste Konstruktion der Sicherheitsbremsen erlaubt eine einfache, schnelle und zuverlässige Montage: Der Betriebsluftspalt ist ab Werk vorgegeben. Eine genaue axiale Positionierung auf der Motorwelle ist im Gegensatz zu Permanentmagnetbremsen nicht erforderlich. Die ROBA®-servostop® Bremsen arbeiten immer exakt und zuverlässig, der magnetische Luftspalt wird von der mechanischen Einbausituation nicht beeinflusst. „Unsere Bremsen werden alle einer umfangreichen Endprüfung auf modernen Prüfständen unterzogen, bei welcher alle betriebsrelevanten Kriterien überprüft und dauerhaft archiviert werden“, erläutert Helmut Kleinheinz. „Das stellt die gleichbleibend hohe Qualität unserer Produkte sicher und erlaubt 100-prozentige Nachvollziehbarkeit – denn Zuverlässigkeit und Sicherheit kennen keine Kompromisse.“

Entwicklung geht weiter

In Zukunft will sich die TQ Systems GmbH mit der RoboDrive-Technologie vom Komponenten- und Motorenhersteller hin zum Systemlieferanten entwickeln. „Wir arbeiten derzeit an der Entwicklung eines eigenen Umrichters, der sich durch höchste Regler-Taktfrequenzen auszeichnet, also um den Faktor fünf schneller ist als aktuell am Markt erhältliche Umrichter“, gibt Manfred Schedl einen kurzen Ausblick in die Zukunft. „Dadurch reizt er die mögliche Dynamik unserer Motoren auch in der Regelung aus“.

Mehr Informationen zur Sicherheitsbremse ROBA®-servostop®

Mehr Informationen zur RoboDrive-Technologie

Quelle: Konstruktionspraxis 10/2016 S. 94-96