Power auf der 7. Achse

Maschinenelemente

Lineartechnik – In Zeichen fortschreitender Automatisierung suchen Roboterhersteller und Anwender nach noch mehr Beweglichkeit für ihre Lösungen. Da kommen die Linearachsen von Rollon gerade recht …

03. November 2016

Ein erweiterter Aktionsradius ist nicht nur für Menschen ein erstrebenswertes Ziel, auch Industrieroboter werden dadurch leistungsfähiger und die Zahl der potenziellen Einsätze steigt deutlich. Grund genug auch für die Rollon Gruppe, hier den Hebel anzusetzen.

Unter anderem bietet das Düsseldorfer Unternehmen mit der Tecline-Rail-Reihe den Anwendern ein umfassendes Baukastensystem verschiedener Schwerlast-Linearachsen und -Linearführungen, mit dem sich Roboteranwendungen um eine siebte Achse erweitern lassen.

Hohe Dynamik, sehr belastbar

Damit ist es zum Beispiel möglich, Schweißroboter mit einem Hub von zehn Metern und mehr zu verfahren. Beim Prinzip der siebten Achse bewegt sich der komplette Roboter auf einer bodennahen Linearachse. Verfahren werden können kleine bis mittlere Roboter mit einer Nutzlast bis zu 300 Kilogramm. Zum Aufbau der Linearachse kommen vorwiegend die besagten Tecline-Rail-Profile zum Einsatz. Diese prismatischen Laufrollen- oder auch Profilschienenführungen mit Zahnstangenantrieb sollen eine hohe Dynamik garantieren und sehr belastbar sein. Ihre Hauptanwendungsgebiete sind Robotik, Maschinenverkettungen, Palettierung und Logistik.

»So kann ein sechsachsiger Knickarm-Roboter zum Beispiel auf der Linearachse parallel zu einer Produktionsstraße mitlaufen und dabei Manipulationen vornehmen«, sagt Rollon-Marketingleiter Klaus Hermes. Durch das geringe Eigengewicht des Tecline-Rail-Systems treten vergleichsweise geringe Deckenlasten auf, so dass die Lösung mit der siebten Achse auch bei unterkellerten Fertigungshallen eine Option ist.

Einzelne Linearachsen können bis zu zwölf Meter mit Profilen an einem Stück ausgeführt werden. Für größere Reichweiten lassen sich mehrere Träger stoßbearbeitet verbinden. Nach eigenen Angaben kann Rollon dem Kunden aufgrund seines großen Produktportfolios unterschiedliche, maßgeschneiderte Lösungsansätze anbieten.

In einer aktuellen Anwendung realisierte Rollon mit einer siebten Achse die lineare Positionierung eines Roboters in einer Schweißzelle. Als Roboter kommt ein Kuka KR 16 arc HW (Hollow Wrist) zum Einsatz. Der Roboter hat ein Gewicht von 245 Kilogramm und erreicht eine Nutzlast von 16Kilogramm. Die maximale Reichweite des Sechsachs-Roboters von 1.636 Millimetern wird durch die siebte Achse um einen Hub von sechs Metern erweitert. Dadurch lässt sich sein Arbeitsbereich auf eine sehr wirtschaftliche Art vergrößern.

Mehrere Roboter auf einer Achse

Auf der Achse wird der Roboter in dieser Anwendung mit einer Geschwindigkeit von einem Meter pro Sekunde und einer Beschleunigung von einem m/s2 verfahren. Das System erlaubt maximale Verfahrgeschwindigkeiten bis zu drei Metern pro Sekunde. Auch der Einsatz mehrerer Roboter auf einer Achse ist möglich. Diese können dann zum Beispiel gemeinsam an einem Werkstück arbeiten.

Bei der Konzeption des Achssystems muss klar unterschieden werden zwischen Be- und Entladefunktion und aktiver Werkstückbearbeitung, beispielsweise durch Bohren oder Fräsen.

Nur so lassen sich die jeweiligen Genauigkeits- und Steifigkeitsanforderungen genau prüfen und in der Realisierung der Anlage berücksichtigen. Für den Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen gibt es darüber hinaus prismatische Linearführungen, die ohne ein zusätzliches Schmiersystem betrieben werden können.

Einfache Montage dank Nuten

Für den Aufbau der siebten Achse griff Rollon auf ein Tecline-Rail-System mit zwei parallelen Statyca-Portalprofilen mit den Maßen 170 x 120 Millimeter und einer schrägverzahnten, gehärteten und geschliffenen Präzisionszahnstange zurück. »Die in den Profilen integrierten Nuten können dabei als einfache Montagemöglichkeit für externe Komponenten genutzt werden«, nennt Klaus Hermes einen großen Vorteil für den Anwender. »Dabei ist es egal, ob es sich um mechanische Bauteile handelt oder elektrische wie Sensoren.«

Weitere Komponenten in der Anlage sind Profilschienenführungen mit Kugelkette in Baugröße 30, die als vormontierte Systemlösung mit Bodenplatten und Nivellierschrauben für die einfache Vor-Ort-Montage und Höhenjustage geliefert wurden. Hermes: »Der Kunde braucht so ein mit Energiekette und Getriebe geliefertes Achssystem dann nur noch mit dem Getriebeflansch an seinen Motor anzuschließen.« Die maximale Wiederholgenauigkeit des Systems beträgt dabei ± 0,05 Millimeter.

Die Rollon-Ingenieure konnten für die Entwicklung der neuen Lösung mit einer siebten Achse voll auf ihre Anwendungserfahrung in der Lineartechnik setzen. Der Auftraggeber hatte sich aber auch wegen des überzeugenden Baukastenprinzips auf Basis von Aluminiumträgerelementen mit optimiertem Querschnitt und hohen Widerstandselementen für die Rollon GmbH entschieden. Das gesamte Konzept der siebten Achse bietet höhere Flexibilität als eine Roboter-OEM-Lösung und ist bei Robotern bis etwa 1.500 Kilogramm Gesamtgewicht aus Nutzlast und Eigengewicht eine wirtschaftliche Alternative zur Stahlbauweise. Auch die Auslegung des Getriebes und des Servomotors gehört mit zur Rollon-Serviceleistung.

Auf einen Blick

Tecline-Rail System

• Der komplette Roboter bewegt sich auf einer bodennahen Linearachse.

• Verfahren werden kleine bis mittlere Roboter bis maximal zwei Tonnen.

• Hauptanwendungsgebiete: Robotik, Palettierung, Produktionsstraßen und Logistik.

• Einzelne Linearachsen bis zu zwölf Meter lang.

• Größere Reichweiten mit verbundenen stoßbearbeiteten Trägern.

Erschienen in Ausgabe: 08/2016