Federdruckbremsen für Servomotoren speziell für die Robotik.

Federdruckbremsen für Servomotoren speziell für die Robotik. (Bild: Mayr Antriebstechnik)

| von Bernd Kees, Mayr Antriebstechnik

Ob in Medizin-Robotern, Industrie-Robotern oder generell in vertikalen Achsen von automatisierten Anlagen – bewegte Lasten dürfen nach Ausschalten des Stroms, bei Stromausfall oder Not-Halt nicht unkontrolliert absinken oder abstürzen. Dafür sorgen Sicherheitsbremsen. Eine falsche Auslegung und Dimensionierung dieser Bremsen kann zu gravierenden Sach- und Personenschäden führen. Was müssen Einkäufer also beachten?

In allen wichtigen Industriebranchen – aber gerade auch im Bereich der Medizintechnik – wird die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter immer enger. Verstärkt wird diese Entwicklung hier auch durch die aktuelle Corona-Pandemie. An vielen Stellen wird nun der Einsatz von Robotern diskutiert.

Die Roboter sollen helfen, Kontaktpunkte mit Menschen, wo sinnvoll und möglich, zu vermeiden und die Übertragung von Krankheiten so zu minimieren. Wo die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter enger wird, steigt aber auch das Gefährdungspotenzial.

Fällt zum Beispiel während eines Arbeitsvorgangs der Strom aus, muss der Roboterarm, der den Arbeitsschritt vornimmt, sofort exakt gehalten werden, damit Personen in der Nähe keinen Schaden nehmen. Deshalb ist es wichtig, bereits in der Konstruktionsphase ein unbeabsichtigtes Absinken der Last sowie unzulässig lange Anhaltewege dauerhaft auszuschließen.

Entscheidend dabei sind die richtige Auswahl der Sicherheitsbremsen sowie deren korrekte Integration in das Gesamtsystem. 

Sicherheit durch Fail-Safe-Prinzip

Für Anwendungen aus dem Bereich Robotik sind Sicherheitsbremsen nach dem Fail-Safe-Prinzip die erste Wahl. Denn diese Bremsen sind im energielosen Zustand geschlossen. Sie bringen das geforderte Bremsmoment also auch bei Not-Stopp, Stromausfall oder bei einer zum Beispiel durch Kabelbruch verursachten Unterbrechung der Energieversorgung.

Damit die Sicherheitsbremsen auch in Not-Stopp-Situationen ausreichend Reibarbeit leisten und Bewegungen mit definiertem Bremsmoment abbremsen, ist ein dafür entwickelter Reibbelag mit dazugehöriger Stahlgegenreibfläche erforderlich.

Während dies bei Federdruckbremsen üblich ist, stoßen Permanentmagnetbremsen mit ihren Stahl-auf-Stahl-Reibkombinationen hier hingegen an ihre tribologischen Grenzen.

Immer informiert mit den Newsletter von TECHNIK+EINKAUF

Hat Ihnen gefallen, was Sie gerade gelesen haben? Dann abonnieren Sie unseren Newsletter. Zwei Mal pro Woche halten wir Sie auf dem Laufenden über Neuigkeiten, Trends und Wissen rund um den technischen Einkauf - kostenlos!

Newsletter hier bestellen!

Anwendungsbedingungen genau prüfen

Nicht nur in der Medizintechnik ist es wichtig, vor der Auswahl eine Applikationsprüfung durchzuführen und die Anwendungsbedingungen der Bremsen genau zu definieren. Anwender sollten deshalb aus den technischen Daten ihres Antriebs und der Antriebskonstellation möglichst exakt die Anforderungen an die Bremsen bestimmen.

Dazu gehören neben einer Drehmoment-Unter- und -Obergrenze und den Umgebungstemperaturen zum Beispiel auch die Anzahl der dynamischen Bremsungen oder spezielle Vorgaben zum Einbauraum. Unterstützung und Orientierungshilfe bietet hier beispielsweise ein ausgereifter Standardbaukasten des Bremsenherstellers.

Deshalb sollten Anwender bei der Auswahl von Roboterbremsen auf ein breites Produktprogramm des Herstellers achten – denn Variantenvielfalt schafft ein hohes Maß an Flexibilität für die verschiedenen Einbausituationen. Und ein sinnvolles Baukastenprinzip ermöglicht einen schnellen Überblick über die verschiedenen Lösungen. Gerade bei Servomotoren spielt die Baulänge häufig eine wichtige Rolle.

Das bedeutet, schlanke Bremsen sind hier von Vorteil. Im Bereich der Leichtbauroboter kommt es zudem auf das Gewicht der Bremsen an. Roboter, die für die verschiedenen Arbeitsschritte oftmals wechselnde Positionen einnehmen, erreichen mit leichten Bremsen eine höhere Dynamik, schließlich müssen sie die Bremsen auch mitbewegen. Für diesen Einsatzbereich bieten sich leichtbauende Bremsen in Hohlwellen-Ausführung an, die speziell für die Integration in das Robotergelenk konzipiert sind.

Neben dem geringen Gewicht ist es wichtig, dass die Bremsen auch im magnetischen Aktuieren extrem schnell sind. Gleichzeitig müssen sie leistungsdicht und verschleißfest sein und sich durch eine hohe zulässige Reibarbeit bei dynamischen Bremsungen auszeichnen. Anwender sollten außerdem darauf achten, dass die Roboterbremsen so ausgelegt sind, dass der Bauraum optimal ausgenutzt und möglichst viel Energie eingespart wird. Durch die intelligente Ansteuerung der Bremsen und den Betrieb mit kurzzeitiger Übererregung und anschließender Spannungsabsenkung kann zusätzlich Energie eingespart werden.

Werden die Roboterbremsen im Motor eingebaut, dann bevorzugt im A-Lagerschild, weil hier das Festlager sitzt und Temperaturdehnungen die Bremse nicht gravierend beeinflussen können. Bremsen renommierter Hersteller können aber ohne Einschränkung auch in der B-Lagerseite des Motors integriert werden. Denn Temperaturdehnungen und Lagerspiel haben hier keinen negativen Einfluss auf die Funktion und Zuverlässigkeit der Bremsen. Alternativ können Anwender bei diesen Herstellern auch auf Anbaubremsen zurückgreifen, die modular an den Motor angefügt werden.

ROBA Brake Checker: sensorloses, vernetztes Bremsenmonitoring für die vorausschauende Maschinenwartung.
ROBA Brake Checker: sensorloses, vernetztes Bremsenmonitoring für die vorausschauende Maschinenwartung. (Bild: Mayr Antriebstechnik)

Kurze Schaltzeiten über die Lebensdauer und intelligentes Bremsenmonitoring

Für die Sicherheit von Mensch und Maschine sind kurze Anhaltewege wichtig. Entscheidend für den Bremsweg sind dabei die Schaltzeiten der Bremse. Denn in der Zeit des freien Falls, bis die Bremse schließt und die Verzögerung einsetzt, beschleunigt sich die Masse zusätzlich – unter Umständen so extrem, dass die zulässigen Werte der Bremse überschritten werden.

Anwender sollten daher bei der Auswahl der Sicherheitsbremsen auf möglichst kurze, verifizierte Schaltzeiten achten – und auch darauf, dass diese Schaltzeiten über die gesamte Lebensdauer der Bremse eingehalten werden. Hier sind Monitoring-Lösungen wichtig. Bislang waren Servobremsen für Roboter aufgrund der kleinen Luftspalte gar nicht überwachbar. Renommierte Hersteller bieten jetzt allerdings intelligente Lösungen für sensorloses Bremsenmonitoring.

Das sind Module, die die Bremsen nicht nur versorgen, sondern eben auch überwachen. Sie erkennen die Bewegung der Ankerscheibe und wissen, in welchem Zustand sich die Bremse befindet. Diese Module leisten neben der Überwachung von Schaltzustand und kritischer Spulentemperatur auch eine präventive Funktionsüberwachung auf Verschleiß, Funktionsreserve und Fehler.

Außerdem können sie Daten zu Schaltzeit, Strom, Spannung, Widerstand, Leistung und relativem Anzugsstrom liefern. Damit sind auch Verläufe auswertbar, Auffälligkeiten im Bearbeitungsprozess lassen sich schnell erkennen und somit Schlüsse aus komplexen Zusammenhängen ziehen. Wartung wird planbar und durch die permanente Inspektion kosteneffektiv. Der Anlagenbetreiber beziehungsweise -hersteller kann die Wartung gezielt und abgestimmt auf seinen Arbeitsprozess vornehmen. Darüber hinaus ist auch die Integration in Fernwartungssysteme möglich.

Checkliste für den Einkauf von Servobremsen

  • Definieren Sie aus den technischen Daten Ihres Antriebs und der Antriebskonstellation möglichst exakt die Anforderungen an die Sicherheitsbremsen. Führen Sie eine Applikationsprüfung durch und vergewissern Sie sich, dass die ausgewählte Bremse zu den Umgebungsbedingungen passt, die in der Praxis tatsächlich vorherrschen.
  • Achten Sie darauf, dass die Sicherheitsbremsen auch für dynamische Bremsungen geeignet sind und unter realistischen Bedingungen getestet wurden. Erkundigen Sie sich hier auch nach den Prüfmöglichkeiten des Herstellers.
  • Vergewissern Sie sich, dass der Lieferant eine 100 %-Endprüfung durchführt, inklusive der automatischen Speicherung aller Testdaten. Für eine lückenlose Rückverfolgbarkeit müssen die Bremsen zudem mit eindeutigen Seriennummern gekennzeichnet sein.
  • Prüfen Sie die Ansprechzeiten der Bremse (Anzug/Abfall). Nur mit einer schnellen Bremse und konstanten Schaltzeiten über die Lebensdauer erreichen Sie kurze, sichere Anhaltewege.
  • Achten Sie darauf, dass der Lieferant Sicherheitskennwerte für seine Bremsen bereitstellt. Diese benötigen Sie für Ihre Sicherheitsbetrachtung.
  • Setzen Sie gerade in der relativ jungen Branche Robotik auf Hersteller mit Erfahrung bei der Entwicklung von Leichtbaubremsen. Kann der Lieferant eine Zusammenarbeit mit renommierten Forschungseinrichtungen vorweisen? Fordern Sie Beratung ein, um so die Unterschiede feststellen zu können.

Servobremsen nicht immer integriert – intelligente Lösungen für Anbaubremsen

In einigen Anwendungsfällen aus dem Bereich Robotik und Automation ist eine direkte Integration der Servobremse nicht vorgesehen oder eine zusätzliche Sicherheitsbremse erforderlich. Das ist zum Beispiel bei speziellen Konstruktionen der Fall.

Die Bremsen sind dabei zumeist auch speziell für den jeweiligen Anwendungsfall konstruierte Sonderlösungen. Oder aber das Servo-System wird für kleinere Serien aus Standardkomponenten zusammengesetzt. Dann sind Sicherheitsbremsen gefragt, die ohne weitere Schwierigkeiten außen an die Motoren angebaut werden können. Dafür bieten renommierte Hersteller zuverlässige Lösungen an.

Etwa die ROBA-stop-M Bremse von Mayr Antriebstechik, die sich schon seit Jahrzehnten als B-seitig angebaute Motorbremse bewährt hat. Sollte der Anbau von Encoder oder Resolver nur eine A-seitige Lösung zulassen, ist der Einsatz einer ROBA-topstop die einfachste Lösung. Sie ist besonders für schwerkraftbelastete Achsen geeignet und hält die Last auch bei abgebautem Motor sicher und zuverlässig.

Das modulare Bremssystem ist mit passgenauen Montageflanschen erhältlich und lässt sich damit flexibel in vorhandene Antriebe integrieren. Aufwendige Sonderkonstruktionen entfallen dadurch. Die noch kompakter bauende ROBA-alphastop ist, wie die ROBA-topstop, ebenfalls für den Anbau zwischen Motor und Anbauflansch vorgesehen. Zu beachten ist bei dieser Baureihe, dass der Motor über eine verlängerte Welle verfügen muss, oder aber, dass das Bremssystem mit integrierter Welle konstruiert ist. 

Das Unternehmen: Mayr Antriebstechnik

Das 1897 gegründete Familienunternehmen Mayr Antriebstechnik ist ein führender Hersteller von Sicherheitsbremsen, Sicherheitskupplungen und Wellenkupplungen. Diese Produkte sind in erster Linie für den Einsatz in elektrisch angetriebenen Maschinen und Anlagen konzipiert. Sie finden sich unter anderem in Abfüllanlagen, Werkzeug-, Verpackungs- und Druckmaschinen sowie in Aufzügen, Windkraftanlagen und in der Bühnentechnik. Weltweit ist das Unternehmen in über 60 Branchen aktiv. Im Allgäuer Stammhaus in Mauerstetten arbeiten derzeit rund 700 Beschäftigte, international hat Mayr Antriebstechnik rund 1.200 Mitarbeiter. Mit Werken in Polen und China, Vertriebsniederlassungen in den USA, in Frankreich, Großbritannien, Italien, Singapur und in der Schweiz sowie rund 40 weiteren Ländervertretungen ist das Unternehmen global präsent. Mehr unter: www.mayr.com.

Kostenlose Registrierung

Newsletter
Bleiben Sie stets zu allen wichtigen Themen und Trends informiert.
Das Passwort muss mindestens acht Zeichen lang sein.

Ich habe die AGB, die Hinweise zum Widerrufsrecht und zum Datenschutz gelesen und akzeptiere diese.

*) Pflichtfeld

Sie sind bereits registriert?