Intelligente Sicherheit für Robotik und Automation

Neue Möglichkeiten für das Monitoring von Federdruckbremsen in Servomotoren

Das Modul ROBA^®-brake-checker von mayr^® Antriebstechnik kann Sicherheitsbremsen nicht nur sensorlos überwachen und versorgen. In einer erweiterten Ausführung liefert es darüber hinaus auch Daten und sorgt damit für intelligente Sicherheit. Jetzt hat das Unternehmen auch kleine Bremsenbaugrößen für die Überwachung mit dem Modul zugelassen. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten für das Bremsenmonitoring – gerade auch bei Federdruckbremsen in Servomotoren und für Anwendungen in den Bereichen Robotik und Automation.

Ob in Industrie-Robotern, die in Produktionsstraßen mit Menschen kollaborieren, oder auch in der Medizintechnik – Roboterarme dürfen nach Ausschalten des Stroms, bei Stromausfall oder Not-Halt nicht unkontrolliert absinken oder abstürzen. Dafür sorgen Sicherheitsbremsen, die die Robotergelenke zuverlässig und sicher in ihrer Position halten. mayr^® Antriebstechnik, der Spezialist für Sicherheitsbremsen, Sicherheitskupplungen und Wellenkupplungen aus Mauerstetten im Allgäu, bietet mit der ROBA^®-servostop^® Baureihe leistungsstarke Bremsen für den Einbau in Servomotoren. Eine spezielle Hohlwellenausführung in schlanker Bauform mit geringem Gewicht ist auf die Anforderungen der Robotik zugeschnitten und hält den anspruchsvollen Einsatzbedingungen problemlos stand. Für das Monitoring dieser Bremsen eröffnen sich mit dem intelligenten Modul ROBA^®-brake-checker jetzt neue Möglichkeiten. Denn mit einer neuen Ausführung des Moduls können dank noch feinerer Auswertung auch kleine Bremsengrößen sensorlos versorgt und überwacht werden. Bislang waren diese Bremsen aufgrund der der kleinen Luftspalte gar nicht überwachbar. 

Sicherheit wird sichtbar

Das Modul ROBA^®-brake-checker arbeitet ohne Sensoren. Es erkennt durch eine erweiterte Analyse von Strom und Spannung die Bewegung der Ankerscheibe und weiß, in welchem Zustand sich die Bremse befindet. Der ROBA^®-brake-checker überwacht neben Schaltzustand, Temperatur und Verschleiß auch auf Zugweg- oder Zugkraftreserve, also ob der Magnet noch in der Lage ist, die Ankerscheibe anzuziehen. Mit dem neuen Modul werden somit jetzt bei der Überwachung deutlich mehr Parameter als mit Mikroschaltern und Initiatoren abgebildet. Bei Erreichen der Zugkraftreserve sendet der ROBA^®-brake-checker so frühzeitig ein Warnsignal, dass noch eine gewisse Betriebszeit der Bremse möglich ist.

Neben dem reinen Signal kann, in einer erweiterten Ausbaustufe, das Modul über z. B. eine optische Schnittstelle Daten zu Schaltzeit, Strom, Spannung, Widerstand, Leistung und relativem Anzugsstrom liefern. Letzterer lässt Rückschlüsse auf kritische Betriebszustände der Bremse zu. Über ein Auswertungsprogramm sieht der Kunde, ob alles passt oder wenn es etwas zu tun gibt. Zum Beispiel wird ein Luftspalt, der zu groß wird, rechtzeitig vorher erkannt. Sicherheit wird sozusagen sichtbar. Wartung wird planbar – der Anlagenbetreiber bzw. -hersteller kann die Wartung gezielt und abgestimmt auf seinen Arbeitsprozess vornehmen. Darüber hinaus ermöglicht die Ausgabe von Fehler- oder Warnsignalen über die Schnittstelle auch die Integration in ein kundenseitiges Fernwartungssystem.

Einbaufertig und leicht zu integrieren

mayr^® Antriebstechnik bietet mit dem ROBA^®-brake-checker als einziges Unternehmen im Standard eine intelligente Lösung für die sensorlose Überwachung elektromagnetischer Bremsen an. „Anwender können das Modul einfach und schnell in Maschinen und Anlagen integrieren, ohne dabei in die Komponenten ‚Umrichter‘ oder ‚Steuerung‘ eingreifen zu müssen“, erklärt Andreas Merz, Produktmanager bei mayr^® Antriebstechnik in Mauerstetten. „Sie gehen damit kein Risiko ein, weil sie Grenzwerte und Daten nicht selbst validieren müssen. Wir liefern den ROBA^®-brake-checker einbaufertig und testen alle Werte vorher ab. Für Anwender bedeutet das sozusagen eine ‚Plug-and-play-Lösung‘. In Zukunft werden wir das Modul in einem neuen, modernen und funktionalen Design anbieten.“

Zuverlässige Leichtbaubremsen für die Robotik

mayr^® Antriebstechnik kann bei der Entwicklung von Leichtbaubremsen auf eine langjährige Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt zurückblicken. „Unsere Leichtbaubremsen, die 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“, erläutert Produktmanager Bernd Kees. „Die Herausforderung besteht heute darin, die unterschiedlichsten Einbausituationen durch ein sinnvolles Baukastenprinzip effektiv zu bedienen.

Sicherheit durch Fail-Safe-Prinzip

Die Bremsen der bewährten ROBA^®-servostop^® Baureihe 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 aber auch Material und ist zum Beispiel in der Medizintechnik genauso wichtig wie bei Industrie-Robotern, die in Produktionsstraßen mit Menschen kollaborieren. Fällt dort 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. 

Kleine Bremsen mit hoher Leistungsdichte

Die Sicherheitsbremsen von mayr^® Antriebstechnik gewährleisten sichere, konstante Haltemomente über die gesamte Lebensdauer. Sie zeichnen sich durch kompakte Abmessungen aus und sind nicht nur sehr leicht, sondern auch im magnetischen Aktuieren extrem schnell. Gleichzeitig sind sie leistungsdicht, verschleißfest und auch bei anspruchsvollen Umgebungsbedingungen wie z. B. Temperaturen innerhalb des Motors bis 120°C einsetzbar. Die Bremsen überzeugen zudem durch eine hohe zulässige Reibarbeit bei dynamischen Bremsungen: 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. „Jede einzelne Sicherheitsbremse, die das Werk verlässt, muss nach der Komplettmontage und Einstellung eine 100%-Prüfung bestehen“, fasst Bernd Kees zusammen. „Alle ermittelten Messwerte werden zusammen mit der dazugehörigen Seriennummer der Bremse in unserer elektronischen Datenbank archiviert. Das gewährleistet eine 100-prozentige Rückverfolgbarkeit – denn Zuverlässigkeit und Sicherheit kennen keine Kompromisse.“

Quelle: Konstruktion S2/2019, Special Antriebstechnik, Seite 14-16