gesponsertRobotik Enabler für den Cobot-Vormarsch

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Seit kurzem hat Automobil- und Industriezulieferer Schaeffler auch Motoren und Präzisionswellgetriebe für Leichtbauroboter und Cobots im Portfolio. Nun kommen noch neue sensorisierte Präzisionswellgetriebe-Baureihen hinzu.

Alle Neuentwicklungen von Schaeffler in einer vormontierten Einheit: Antriebsmotor, Wellgetriebe mit Schrägnadellager, optional mit integrierter Drehmomentsensorik.
Alle Neuentwicklungen von Schaeffler in einer vormontierten Einheit: Antriebsmotor, Wellgetriebe mit Schrägnadellager, optional mit integrierter Drehmomentsensorik.
(Bild: Schaeffler)

Die Anforderungen in der Leichtbaurobotik sind vielfältig. Das weiß Ralf Moseberg nur zu gut. „Wir erleben das in unserer eigenen Fertigung hautnah“, erklärt der Leiter Geschäftsbereich Industrial Automation bei Schaeffler. Mit den 75 weltweit verteilten Fertigungsstandorten bildet das Unternehmen ein großes Spektrum heutiger Produktionsmethoden ab. Manche ähneln einer maschinengestützten Manufaktur, einige sind One-Piece-Flow-Anlagen, andere wiederum sind speziell für Großserien teil- oder vollautomatisiert. „Von daher kennen wir die Einsatzbedingungen für kollaborierende Roboter in der produzierenden Industrie sehr gut“, so Moseberg.

Wir kennen die Einsatzbedingungen für kollaborierende Roboter in der produzierenden Industrie sehr gut.

Ralf Moseberg

Doch Moseberg kennt nicht nur die Einsatzbedingungen, sondern vor allem auch die Anforderungen, die Komponenten für Cobots erfüllen müssen. „Die Branche verlangt nach Komponenten, die Cobots dynamischer und folglich auch steifer und belastbarer machen“, erklärt Moseberg. Für die Realisierung der Sensitivität, in der Regel also für die Messung von Kräften und Drehmomenten, werden Alternativen zu den teuren 6-Achs-Kraft-Drehmoment-Sensoren gesucht. Durch den zunehmenden Bedarf an Robotik-
anwendungen in der Lebensmittelindustrie und in der Medizintechnik erfährt das Thema Schmierstoffabdichtung aktuell zusätzliche Relevanz.

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Flexible Cobots können auch autark arbeiten

Cobots, die hohe Dynamik und Sensitivität in sich vereinen, sind sehr viel flexibler einsetzbar, z.B. tagsüber kollaborativ und nachts autark wie ein klassischer Industrieroboter. Damit wird der ROI sehr viel schneller erreicht und die Produktivität kann signifikant gesteigert werden. In diesem Szenario kann von stark steigenden Cobot-Verkaufszahlen ausgegangen werden.

Vor diesem Hintergrund kann Schaeffler schon allein mit der jahrzehntelangen Erfahrung als Serienproduzent punkten, betont Ralf Moseberg: „Wir verfügen über die notwendigen Produktionskapazitäten und über das Qualitätsmanagement für mittlere und große Serien und alles Weitere, was nötig ist, den künftigen Bedarf an Systemkomponenten für Leichtbauroboter zu decken.“

Denn für die Entwicklung von Robotikkomponenten, wie Elektromotor, Präzisionsgetriebe, Lagerung und Sensorik, sind höchst unterschiedliche Kompetenzen notwendig, über die in Summe nur wenige Unternehmen verfügen. Die Messlatte in der Robotik liegt für jeden Systemlieferanten sehr hoch. Von den Neuentwicklungen erwarten potenzielle Kunden signifikante Vorteile hinsichtlich Funktion und Wirtschaftlichkeit, um den Aufwand für den Wechsel zu einem neuen Entwicklungspartner zu rechtfertigen.

Das Portfolio für Leichtbaurobotik im Überblick

Das Portfolio des Industriekonzerns enthält für Leichtbauroboter Motoren, Präzisionswellgetriebe, Gelenk- bzw. Getriebehauptlager und eine innovative Sensorlösung. Schon das Schnittbild der Antriebseinheit lässt erkennen, dass die Schaeffler-Entwickler beim Antrieb ganz neue Wege gegangen sind: eine Axialfluss-Maschine für die Robotik! Der Hersteller verspricht Drehzahlen, die um 80 Prozent höher als der Marktstandard liegen, außerdem eine bis zu 60 Prozent höhere Drehmomentdicht

Das Entwicklungsziel vieler Cobot-Hersteller, Dynamik und Traglast gleichzeitig zu erhöhen, wird sich endlich realisieren lassen

Ralf Moseberg

Ralf Moseberg erklärt die Vorteile: „Konzeptionell lässt sich das deutlich höhere Drehzahlband der UPRS-Motorenbaureihe zweifach nutzen: zu einem Anteil für größere Geschwindigkeiten und der verbleibende Anteil für eine höhere Traglast – indem man eine größere Getriebeübersetzung wählt. Das Entwicklungsziel vieler Cobot-Hersteller, Dynamik und Traglast gleichzeitig zu erhöhen, wird sich so endlich realisieren lassen.“

Damit unter solchen Betriebsbedingungen Cobots weiterhin präzise ihre Tätigkeiten ausführen können, sind entsprechend kippsteife Lagerungen und torsionssteife Getriebe notwendig. Für die Drehgelenk- bzw. Getriebehauptlagerung hat Schaeffler eine neue Lagergattung für die Leichtbaurobotik entwickelt: das zweireihige Schrägnadellager XZU. Es ersetzt 1:1 die Kreuzrollenlager und übertrifft diese bezüglich Kippsteifigkeit um rund 30 Prozent bei einer gleichzeitig um 20 Prozent reduzierten Reibung.

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Neu: Zwei Wellgetriebe-Baureihen

Zur Hannover Messe präsentiert das Unternehmen nun auch zwei neue Präzisionswellgetriebe-Baureihen, nämlich Standard Torque RT2 und High Torque RT1, womit sich auch der bevorzugte Anwendungsbereich erklärt. RT2-Wellgetriebe decken mit einer sehr hohen Variantenvielfalt praktisch alle Standardanwendungen im Bereich der Leichtbaurobotik ab. RT1-Wellgetriebe werden – nach Angaben der Entwickler – einen neuen Benchmark hinsichtlich Kompaktheit am Markt setzen. Hinsichtlich der Drehmomentdichte übertreffen die RT1-Getriebe die RT2-Getriebe um cirka
30 Prozent.

Als Abtriebslager dient in beiden Getriebebaureihen das zweireihige Schrägnadellager XZU. Mit diesen Komponenten wird die Cobot-Struktur signifikant steifer, was sich positiv auf deren Eigenfrequenz und Einschwingzeit auswirkt. Besonders in der Montageautomation werden so Positionierzeiten und Taktzeiten reduzierbar.

Beim Einsatz innerhalb sensitiver Arbeitsaufgaben sind entweder 6-Achs-Force-Torque-Sensoren weit verbreitet, die am Endeffektor befestigt werden, oder jeweils ein zusätzliches Sensorelement in den Gelenken. Beide Lösungen benötigen zusätzlichen Bauraum, zusätzliches Gewicht und sind heute noch teuer in der Anschaffung. Des Weiteren reduzieren sie die Steifigkeit und Dynamik.

Die Smart Factory im Visier
Angewandte Forschung

Mit der Eröffnung eines neuen Labors an der Technischen Universität Nanyang (NTU) in Singapur stärkt Schaeffler seine Forschungsaktivitäten weiter. Am neuen Labor forschen Schaeffler-Mitarbeitende im Zuge des Programms SHARE (Schaeffler Hubs for Advanced Research) gemeinsam mit Wissenschaftlern, Promovierenden und Studierenden der NTU an Zukunftsprojekten in den Bereichen Robotik, Digitalisierung und Industrie 4.0. „Mit Blick auf die zunehmende autonome Produktion werden wir unseren Kunden beispielsweise innovative mechatronische Systeme für den wachsenden Robotikmarkt bieten“, kündigt Uwe Wagner, Vorstand Forschung und Entwicklung der Schaeffler AG, an. Im neuen Labor an der NTU wird konkret an industrieorientierten Projekten in den Bereichen kollaborative Robotik, automatisierte mobile Roboterplattformen (AMR) sowie IoT für Smart-Factory-Anwendungen geforscht.

Optional: Drehmomentsensor in jedem Gelenk

Eine innovative Alternative bietet Schaeffler mit einer optional vollständig in die Wellgetriebe integrierten Drehmomentsensorik. Weder der Bauraum der Getriebe noch das Layout des Roboters verändern sich mit der Sensorik. Ebenso positiv ist nach Angaben der Schaeffler-Entwickler, dass die Sensorik die Torsionssteifigkeit der Getriebe nicht beeinflusst.

In jedem Gelenk ein Sensor vorausgesetzt, sind auf Basis dieser Sensoren Sicherheitsfunktionen, die Positions- und Prozessregelung und sogar eine Schwingungskompensation realisierbar. „Dem Markt fehlte bislang eine serientaugliche, langlebige Sensorlösung. Bis jetzt. Denn die DMS-Strukturen in unseren Wellgetrieben sind in Dünnschichttechnologie auf der Flex- spline des Getriebes dauerhaft aufgebracht. Ein völlig anderes Konzept, das bei unseren Pilotkunden viel Interesse weckte und ebenso viel Aufmerksamkeit auf den Fachmessen erfahren wird“, ist sich Ralf Moseberg sicher.

Die Robotikkomponenten von Schaeffler fokussieren die aktuellen Entwicklungsthemen der Branche. Sicher ist: Die Robotikbranche ist um einen innovativen Marktteilnehmer reicher – mit dem Know-how und den Möglichkeiten eines großen Automobil- und Industriezulieferers.

* Autor: Jochen Krismeyer ist freier Fachjournalist in Nürnberg.

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