Kollaborative Lager

Maschinenelemente

Drahtwälzlager – Die Mensch-Roboter-Kollaboration wird Realität, und dazu sind leistungsfähige Komponenten unabdingbar wie die speziellen Drahtwälzlager von Franke, die es auch in Leichtbauausführung gibt.

18. August 2015

Die Zeiten, in denen Menschen und Roboter ausschließlich in sehr streng voneinander abgeschirmten Arbeitsräumen ihren jeweiligen Tätigkeiten nachgehen, sind heute vorbei. Das Stichwort der Mensch-Roboter-Kollaboration ist zu einem bestimmenden Faktor in der Automatisierungstechnik geworden.

In diesem Zusammenhang ist eine neue Generation von Robotern im Anmarsch: Leicht, leise, extrem beweglich und vor allem äußerst sensibel im Zusammenspiel mit ihrer Umgebung sind sie auf dem besten Weg, die Grenzen aufzulösen und dem Menschen in seiner Welt ein enger Partner zu werden.

Als Montagehilfen oder Serviceroboter arbeiten die flinken Helfer dem Menschen zu und greifen dort ein, wo es unbequem, schwer oder auf andere Art für Menschen mühsam wird. Damit die interaktive Kollaboration perfekt funktioniert, sind die Roboter mit intelligenter Sensorik ausgerüstet, um auf ihre Umgebung individuell zu reagieren.

Das richtige Lager

Neben Elektronik und Steuerungs-Know-how sind es aber auch rein mechanische Qualitäten, die in der Ausstattung moderner Kleinroboter den Ausschlag geben. So sind denn Eigenschaften wie eine schlanke Bauweise, geringes Gewicht und eine außergewöhnlich hohe Beweglichkeit Voraussetzungen für Leichtbauroboter, um ohne großen Installationsaufwand an allen möglichen Stellen einsetzbar zu sein und dort anfallende Aufgaben zuverlässig zu übernehmen.

Für die Gelenke der Roboter wünschen sich die Konstrukteure daher Lagerungen, die zum einen geringes Gewicht und kleinen Einbauraum aufweisen, zum anderen jedoch eine hohe Steifigkeit besitzen, um die auftretenden Momente sicher aufzunehmen. Außerdem auf der Wunschliste der Roboterbauer steht ein definierter Drehwiderstand, der für gleichförmige Bewegungen sorgt und über den der Anwender gleichzeitig die Antriebsleistung exakt auslegen kann.

Ein Hersteller von Lagertechnik für kollaborative Roboter ist die Franke GmbH aus Aalen. Das Unternehmen sieht seine Drahtwälzlager als prädestiniert an für solche Anforderungen.

Die Lagerelemente bestehen aus gehärteten Laufringen mit profilierter Laufbahn und werden direkt in die weiterführende Konstruktion eingelegt. Diese spezielle Methode spart Einbauraum und soll den Konstrukteuren größtmöglichen Freiraum bei der Gestaltung der umschließenden Teile geben.

Leichtbau ist gefragt

Dies betrifft auch das für die Gehäuseteile eingesetzte Material. Leichtbau ist bei der Roboterkonstruktion ein wichtiges und Erfolg versprechendes Thema, und darum sind die Drahtwälzlager von Franke sehr attraktiv für die Anwender, weil ihnen auch Varianten aus alternativen Werkstoffen wie Aluminium, Kunststoff oder sogar Karbon (CFK) zur Verfügung stehen.

Tatsächlich hat der Aalener Anbieter bereits komplette Drehverbindungen realisiert, deren Gehäuseteile aus Karbon gefertigt sind. Umfangreiche Labortests haben dabei ergeben, dass das eingesetzte Karbonlager in seiner Performance herkömmlichen Aluminiumlagern nicht nachsteht – und das bei halbem spezifischem Gewicht.

Durch die Anordnung der Laufdrähte lässt sich die Lagerung an die vorherrschenden Belastungsverhältnisse anpassen.

Als reine Vierpunktausführung nimmt das Lagerelement gleich hohe Lasten aus allen Richtungen auf. Werden die Laufringe in O-Anordnung als zweireihiges Schrägkugellager montiert, so resultiert daraus eine noch höhere Steifigkeit bei gleichzeitig geringerem Drehwiderstand. Weitere Anpassungen können über den Grad der Schmiegung, das heißt der Größe der Kontaktfläche zwischen den Wälzkörpern und der Laufbahn, vorgenommen werden sowie über Durchmesser und die Anzahl der eingebrachten Wälzkörper.

Durch die große Anzahl der Gelenke vor allem bei Robotern neuester Bauart kommen auch wirtschaftliche Aspekte für die Wahl der geeigneten Lagerung zum Tragen. Hier spielen Parameter wie Montagefreundlichkeit, Montagezeit und auch der Anschaffungspreis eine Rolle.

Franke verweist bei seinen Drahtwälzlagern in diesem Fall auf eine sehr einfache Montage, die in kurzer Zeit zu bewerkstelligen ist, und auch die Preise speziell für Lagerelemente oder Dünnringlager in Serienbedarf seien äußerst attraktiv.

Technik für die Zukunft

»Durch den Einsatz flexibler und intelligenter Robotertechnik können neue Einsatzfelder in der Produktion generiert werden. Im Bereich der Life-Sciences und Biotechnologien verbinden wir biologische Anforderungen und neueste Robotertechnologien für industrielle Anwendungen«, verkündet das Fraunhofer-Institut für Fabrikautomation im Rahmen seines Internetauftritts.

Bis diese Art der Roboter für uns alltäglich ist, wird jedoch noch etwas Zeit vergehen. Noch steht die Mensch-Roboter-Kollaboration an ihrem Anfang, aber innovativ sind derartige Systeme genauso wie die Komponenten, die in ihnen verbaut sind – als Beispiel dienen die hier beschriebenen Drahtwälzlager von Franke. mk

Auf einen Blick

Franke GmbH

- Kundenspezifische Wälzlager und Linearsysteme nach dem Franke-Prinzip: Wälzkörper rollen auf speziellen Laufdrähten ab, die in umschließende Laufdrähte eingelegt werden.

- 200 Mitarbeiter, Stammsitz Aalen, Vertretungen rund um den Globus.

Erschienen in Ausgabe: 06/2015