Wie Sie Servobremsen richtig beschaffen

Die Roboter sind auf dem Vormarsch. In allen wichtigen Industriebranchen wird die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter immer enger. Damit steigt das Gefährdungspotenzial. Fällt zum Beispiel während eines Arbeitsvorgangs der Strom aus, muss der Roboterarm, der den Arbeitsschritt vornimmt, sofort exakt gehalten werden.

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. Für Servomotoren 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.

Es gibt Federdruckbremsen für Servomotoren, die speziell auf die hohen Anforderungen der Robotik angepasst sind. Anwender können dabei wählen zwischen klassischen Servobremsen im Motor, mit Nabe und verzahntem Rotor oder aber sogenannten Pad-Lösungen mit großem Innendurchmesser. Letztere sind speziell für die Integration in das Robotergelenk konzipiert. Aber auch die klassischen Bremsen sind kundenspezifisch anpassbar und direkt in ein Gelenk integrierbar.

Im Motor werden Servobremsen bevorzugt im A-Lagerschild eingebaut, 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 auch auf Anbaubremsen zurückgreifen, die modular an den Motor angefügt werden. Hochwertige Servobremsen zeichnen sich außerdem durch kompakte Abmessungen aus. Sie sind nicht nur sehr leicht, sondern auch im magnetischen Aktuieren extrem schnell. Gleichzeitig sind sie leistungsdicht und verschleißfest.

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 Bremsen renommierter Hersteller sind durch hohe zulässige Reibarbeiten und Reibleistungen Lastmassenverhältnisse von 30:1 und mehr möglich.

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 aufgrund der kleinen Luftspalte gar nicht überwachbar. Renommierte Hersteller bieten jetzt allerdings intelligente Lösungen für sensorloses Bremsenmonitoring. Module, die die Bremsen nicht nur versorgen, sondern eben auch sensorlos überwachen, liefern Daten zu Schaltzeit, Strom, Spannung, Widerstand, Leistung und relativem Anzugsstrom.

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.

Damit die Bremsen bei ihrem Einsatz in der jeweiligen Anwendung immer größtmögliche Sicherheit gewährleisten, ist es wichtig, dass statisches und dynamisches Bremsmoment den jeweiligen Kundenspezifikationen entsprechen. Dafür ist es nötig, diese beiden Einsatzbedingungen versuchstechnisch zu prüfen.

Anwender sollten sich daher über das Versuchsfeld des Herstellers informieren und hinterfragen, ob die Bremsen so realitätsnah wie möglich getestet werden. Neben den qualitätssichernden Maßnahmen während des Konstruktionsprozesses sollte ein renommierter Hersteller auch eine umfassende Endprüfung durchführen. So muss jede einzelne Sicherheitsbremse, die das Werk verlässt, nach der Komplettmontage und Einstellung eine 100%-Prüfung bestehen.

Bei renommierten Herstellern werden alle ermittelten Messwerte zusammen mit der dazugehörigen Seriennummer der Bremse in einer elektronischen Datenbank archiviert. Nur so ist eine 100-prozentige Rückverfolgbarkeit gewährleistet.

• 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 breitstellt. 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.
• Nehmen Sie sich die Zeit, die Produktion des Lieferanten zu besichtigen, gerade bei wichtigen Einkäufen. Bei einem Besuch im Werk können Sie sich selbst davon überzeugen, was wirklich hinter den Kulissen steckt.

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 1200 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 aufgestellt.