Antriebskomponenten

Andrea Gillhuber,

Antriebstechnik für Robotik

An Roboter und Cobots werden hohe Anforderungen gestellt. Das gilt auch für die Komponenten, die in den Gelenkarmlagern oder als Range Extender Anwendung finden. Neue Lager, Präzisionsgetriebe und Linearachssysteme stellen sich diesem Anspruch.

Das Schrägnadellager XZU. © Schaeffler

Die Robotik ist ein Markt mit hohem Wachstumspotenzial. In der Industrie werden flexible und autonome Robotersysteme sowohl monotone als auch komplexe Aufgaben übernehmen, den Menschen entlasten und die Produktivität erhöhen. Insbesondere Leichtbauroboter und kollaborative Roboter, sogenannte Cobots, haben bereits in moderne Automatisierungs- und Fertigungsanlagen Einzug erhalten. Doch die in der Industrie herrschenden hohen Ansprüche an Tragfähigkeit, Dynamik und Präzision stellen auch hohe Anforderungen an die Komponenten, welche in den Robotern verbaut sind, vor allem an Lager und Getriebe.

Speziell für die Anwendung in Roboter- und Cobot-Gelenken bringt Schaeffler das neue Schrägnadellager XZU auf den Markt. Außerdem dient es als Hauptlagerung für das ebenfalls neu entwickelte Präzisionsgetriebe RTWH.

Das Schrägnadellager findet auch im Präzisionsgetriebe Anwendung. © Schaeffler

Zweireihiges Schrägnadellager

Das Unternehmen setzt bei dem neuen Lager auf Nadeln als Wälzkörperelemente. Durch die X-Anordnung der käfiggeführten Nadeln in zwei Laufbahnen hat das XZU neben der erhöhten Anzahl tragender Wälzkörper zudem Stützabstände. So konnte die Steifigkeit im Vergleich zu Kreuzrollenlagern gesteigert werden. Der Kontaktwinkel beträgt 45°.

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Die zweireihige Laufbahnanordnung wurde auf die Anforderungen der Robotik abgestimmt. Zu den Vorteilen zählen laut Unternehmen eine im Vergleich zu Kreuzrollenlagern um bis zu 25 Prozent höhere Steifigkeit, ein minimiertes Nachschwingen sowie eine geringere Reibung. Außerdem konnte die Wiederholgenauigkeit verbessert und der Bauraum verkleinert werden.

Eine weitere Neuheit ist das Präzisionsgetriebe RTWH, bei dem das zweireihige Schrägnadellager XZU ebenfalls zum Einsatz kommt. Bei dem einbaufertigen Untersetzungsgetriebe handelt es sich um ein Wellengetriebe in „Silk Hat“-Ausführung. Dadurch zeichnet sich das Getriebe durch Spielfreiheit, hohe Positionsgenauigkeit sowie Verschleißfestigkeit aus. Vor allem für die Robotik entscheidend, führen diese Eigenschaften zu einer hohen Lebensdauer von bis zu 30.000 Stunden. Als weitere für die Robotik geeignete Merkmale werden die hohe Sensitivität durch geringe Nachgiebigkeit sowie das schnelle Anfahren der Endposition aufgeführt.

Der Antriebsflansch ist als Hohlwelle ausgeführt und kann entsprechend der Kundenanforderung ausgelegt werden. Je nach Baugröße sind die Präzisionsgetriebe mit Untersetzungen von 50 bis 150 erhältlich.

Der Trend in der Industrie geht hin zur vollständigen Automatisierung von Bestückungs-, Handhabungs-, Prüf- und Bearbeitungsvorgängen. Ausgeführt werden die Tätigkeiten in Zukunft vermehrt durch Leichtbauroboter und Cobots. Doch ist ihr Bewegungsradius aufgrund ihrer Größe meist beschränkt. Linearsystemachsen sorgen als sogenannte Range Extender dafür, den Aktionsradius und die Reichweite von Robotern zu erweitern.

Den Aktionsradius erweitern mit Linearachssystemen

Die einbaufertige Linearachse zur Reichweitenerweiterung von Cobots. © Schaeffler

Für diese Anwendungen bringt Schaeffler eine einbaufertige Komplettlösung auf den Markt. Die horizontale Linearachse besteht aus dem Tandemmodul , einer passenden Motor-/Getriebe-Einheit, konfektionierten Motorkabeln, einer Schleppkette für alle Versorgungsleitungen des Cobots und dem Motorcontroller. Längere Linearachsen sind als mehrteilige Linearmodule ausgeführt. Über die Schnittstellen Profibus, Profinet oder Ethercat können die Linearachssysteme an die Steuerung angebunden werden.

Die Tandemausführung besteht aus zwei parallelen Profilschienenführungen (Kugelumlaufeinheiten). Je nach Anforderung kann der Anwender zwischen einem Zahnriemen und einem Kugelgewindetrieb als Antrieb wählen. Der Dreifach-Zahnriemenantrieb ermöglicht Range Extender mit einer Länge bis 18 m, Verfahrgeschwindigkeiten bis 5 m/s und mit einer Wiederholgenauigkeit von ±0,1 mm. Tandemmodule mit Kugelgewindetrieb eignen sich für eine Länge bis 6 m. Dabei werden Geschwindigkeiten bis 1,7 m/s und eine Wiederholgenauigkeit von ±0,025 mm erreicht.

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