Bremsen in Robotern intelligent und sensorlos überwachen

Szenen aus einem Produktionsbetrieb: Ein Werker montiert Getriebe. Metallkomponenten fallen klirrend in ihre Position in einem Gehäuseteil. Ein kurzes Tippen auf eine Schaltfläche, schon setzen sich Servomotoren surrend in Bewegung. Ein Roboterarm nimmt ein massives Kegelrad auf und setzt es exakt an der richtigen Stelle in das Getriebe. Die Bewegung ist schnell, fließend und absolut wiederholgenau.

Damit diese Kooperation zuverlässig und ohne Gefahr für den Werker funktioniert, darf die Last keinesfalls unkontrolliert absinken, der Roboter muss seine Position in jeder Situation halten können. Entscheidend dafür sind die passenden Sicherheitsbremsen sowie deren korrekte Integration in das Gesamtsystem.

Für Servomotoren sind Sicherheitsbremsen nach dem Fail-Safe-Prinzip die erste Wahl. 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. Idealerweise sollten sie den Roboter auch in Not-Stopp-Situationen aus der Bewegung anhalten können. Dafür müssen sie ausreichend Reibarbeit leisten und Bewegungen mit definiertem Bremsmoment abbremsen. Ein eigens dafür entwickelter Reibbelag mit dazugehöriger Stahlgegenreibfläche ist die Voraussetzung dafür. 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 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 Vorteile der geringen Abmessungen spielen diese Bremsen in Robotergelenken und kleinen Geräten aus, wo der Bauraum begrenzt ist.

Für die Sicherheit von Mensch und Maschine sind kurze Anhaltewege wichtig. Entscheidend für den Bremsweg sind dabei die Schaltzeiten der Bremse. Anwender sollten bei der Auswahl der Sicherheitsbremsen auf möglichst kurze, verifizierte Schaltzeiten achten, und darauf, dass diese Schaltzeiten über die gesamte Lebensdauer der Bremse eingehalten werden. Hier sind Monitoring-Lösungen wichtig. Bislang waren Servobremsen wegen der kleinen Luftspalte gar nicht überwachbar. Das ist im Hinblick auf die immer stärkere Vernetzung von Maschinen ein Problem. Natürlich liefert die Steuer- und Regelelektronik des Servosystems Daten, die auch Rückschlüsse auf den Zustand des Gesamtsystems erlauben. Die Sicherheitsbremse selbst bleibt dabei aber stumm.