Roboter

Bei großen Industrierobotern lassen sich die Bremsen problemlos unterbringen; sie werden in den Servomotoren eingebaut, die extern am Roboter angebracht werden. Anders sieht es bei Cobots aus. (Bild: gettyImages)

Sicherheitsbremsen in der Robotik haben zwei Aufgaben: Sie müssen die bewegten Massen aus der Bewegung in Notsituationen oder Störungsfällen abbremsen und diese im Stillstand sicher halten. Ihr Bremsmoment beziehungsweise ihre Bremskraft wird über vorgespannte Federn oder über Permanentmagnete erzeugt. Geöffnet werden die Bremsen elektromagnetisch. Im stromlosen Zustand sind sie geschlossen. Dadurch sorgen sie dafür, dass es bei allen Betriebsbedingungen einschließlich Not-Aus und Stromausfall nicht zu Kollisionen kommt, z. B. zwischen Mensch und Roboterarm. Selbst bei einer Beschädigung der Bremse, zum Beispiel durch Bruch der Energiezuleitung oder Ausfall der Magnetspule, besteht keine Gefahr, denn die Bremswirkung ist auch bei Störungen sichergestellt. Ein Roboter ohne elektromagnetische Bremsen, die die Sicherheit jederzeit gewährleistet, ist deshalb nicht denkbar.

Bremsenspezialisten zu Rate gezogen

Einbaubedingungen für Sicherheitsbremsen unterscheiden sich allerdings, sie sind abhängig vom jeweiligen Robotertyp. Bei großen Industrierobotern lassen sich die Bremsen in der Regel problemlos unterbringen; hier gibt es an den extern angebrachten Servomotoren genügend Platz. Schwieriger wird es bei dem schnell wachsenden Markt der kleinen Knickarm- und kollaborativen Roboter. Hier sitzen die Motoren oft ohne Gehäuse direkt im Gelenk, in dem auch die Sicherheitsbremse ihren Platz finden muss.

Yuanda Robotics, ein junges Start-up-Unternehmen aus Hannover, hat einen neuen, vielseitig einsetzbaren kollaborativen Roboter entwickelt. Als Allround-Werkzeug, das sich schnell integrieren lässt, bei übersichtlichen Investitionskosten, eignet sich der kleine Roboter für Präzisionsanwendungen in verschiedenen industriellen Umgebungen. Er kann bei halb- und vollautomatisierten Prozessen eingesetzt werden und dabei nahtlos mit dem Menschen zusammenarbeiten. Die sechs Robotergelenke des Cobots, der eine Tragkraft bis 7 kg hat, bieten allerdings kaum Raum für die Sicherheitsbremsen. Gesucht wurden also kleine, vor allem sehr flache Bremsen, die gleichzeitig aber noch einen großen Innendurchmesser haben sollten, um die Verkabelung hindurchzuführen. Eine Stiftverriegelung, wie sie in ähnlichen Roboterarmen verwendet wird, kam aufgrund des hohen Anspruchs an die Sicherheit für Yuanda nicht infrage. Das Start-up wandte sich an die Bremsenspezialisten von Kendrion. Deren 2017 speziell gegründetes Robotik-Team entwickelte innerhalb kürzester Zeit maßgeschneiderte, besonders flache Federdruckbremsen, mit denen Yuanda Robotics das Projekt dann zügig umsetzen konnte. Flexible Methoden, kreative Arbeitsweisen und die enge Zusammenarbeit zwischen Anwender, Vertrieb und Technik haben die Entwicklungszeit der neuen Produkte deutlich verkürzt.

Cobot
Bei Cobots sitzen die Motoren oft ohne Gehäuse direkt im Gelenk. Für Sicherheitsbremsen gibt es hier nur wenig Raum. (Bild: Yuanda Robotics)

Einfache und effiziente Kommunikation

Das Robotik-Team von Kendrion arbeitet nicht nach dem in der Produktentwicklung meist üblichen linearen Vorgehen des sogenannten Wasserfallmodells, das in streng aufeinander folgenden Projektphasen organisiert ist. Dabei gehen die Phasen-Ergebnisse kaskadenartig wie bei einem Wasserfall immer als bindende Vorgaben für den nächsttieferen Projektschritt ein. Für eine Produktenwicklung muss der Kunde seine Anforderungen in Pflichten- oder Lastenheften also haarklein definieren und zwar vor Projektbeginn. Oft kristallisiert sich jedoch erst im Laufe des Entwicklungsprozesses heraus, welche Funktionen im Einzelnen tatsächlich benötigt werden. Die Entwicklung einer neuen Robotikbremse hätte auf diese Weise gut zwei Jahre gedauert. Deshalb verfolgt das Robotik Team einen neuen Weg.

Federdruckbremse
Die Federdruckbremse ist deutlich flacher als der Marktstandard und durch ihren großen Innendurchmesser gut für Hohlwellenantriebe oder innenliegende Kabelführung geeignet. (Bild: Kendrion)

Zum Erfolg von Entwicklungsprojekten trägt einfache und effiziente Kommunikation mindestens ebenso bei wie die eingesetzten Arbeitsmethoden. Deshalb arbeitet das Team nach dem agilen Prinzip, das heißt, es arbeitet eng mit dem Kunden zusammen und steht im ständigen Kontakt mit ihm. Details können so schnell geklärt und Missverständnisse sofort beseitigt werden. Die Gefahr, dass Produkte in eine falsche Richtung entwickelt werden, wird durch mehrere Zwischenziele minimiert. Über regelmäßige Feedbackrunden zwischen dem Kunden und den Bremsenexperten wird der aktuelle Stand des Projekts geteilt und Anpassungen können direkt einfließen. Insgesamt verkürzte sich die Entwicklungszeit für die flachen Federdruckbremsen mit Hohlwelle auf ein halbes Jahr. Erste Muster standen bereits nach drei Monaten zur Verfügung, sodass zügig erste Tests realisiert werden konnten. Die Federdruckbremsen der Servo Slim Line-Baureihe sind für Robotiklösungen bis etwa 20 kg Traglast ausgelegt. Die schlanken Einscheibenbremsen sind flach und durch ihren großen Innendurchmesser gut für Hohlwellenantriebe geeignet. In dem Kundenprojekt mit Yuanda Robotics findet die Variante mit 70 mm Durchmesser in den unteren Gelenken, die 50-mm-Variante in den oberen Platz. Die Kabel lassen sich in beiden Fällen problemlos durchführen. (hw)

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Kendrion (Villingen) GmbH

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