Evolution in der Robotik

Die Vielfalt der Aufgaben, die von Robotern erledigt werden, ist inzwischen grenzenlos. Sie reicht vom Greifen und Halten über Manipulationen wie Klemmen und Schrauben bis zum Ausschäumen und Schweißen. In einheitlicher Massenproduktion können spezialisierte Roboter eingesetzt werden, die Tag und Nacht dieselbe Arbeit verrichten. Doch in vielen Prozessen ist Flexibilität – Stückzahl 1 Produktion - gefragt, auch um Investitionskosten zu sparen. Je mehr unterschiedliche Aufgaben ein Roboter erledigen kann, desto besser.

Für diesem Vorgang wird in vielen industriellen Anwendungen traditionell die pneumatische Kraftübertragung verwendet. Die Drucklufttechnik hat sich über Jahrzehnte bewährt, und sie ist nicht zuletzt für die Handhabung sehr schwerer Objekte gut geeignet. Ein Pneumatik-System braucht allerdings Kompressoren, Leitungen und eine eigene Steuerung mit zahlreichen mechanischen Komponenten – bei der Neueinrichtung eine beträchtliche Investition. In Branchen mit erhöhten Anforderungen an Sauberkeit und Hygiene wie Mikroelektronik oder Lebensmittel kommt Pneumatik wegen des unvermeidlichen Ausstoßes von Druckluft an vielen Stellen gar nicht in Frage; im Reinraum ist sie tabu.

IPR – Intelligente Peripherien für Roboter in Eppingen beobachtet einen starken Trend, statt der pneumatischen Antriebe zunehmend elektrische zu verwenden: „Neben der hygienischen Unbedenklichkeit ist es vor allem die Flexibilität im Einsatz, die für Elektromotoren spricht. Im Gegensatz zu einem Druckluftanschluss ist eine Steckdose praktisch überall zu finden. Bei neuen Industrieanlagen verzichtet man heute oft auf die Einrichtung eines Pneumatik-Systems. Für Cobots und kleinere Roboter sowie für dezentrale Einsatzorte ist die elektrische Variante ohnehin fast immer die bessere Lösung.“

Dass der elektrische Antrieb heute eine echte Alternative zur Pneumatik darstellt, hat auch mit der Motortechnik zu tun, erklärt Roman Batz, Entwicklungsingenieur bei IPR: „Da hat es in den letzten Jahren große Fortschritte gegeben. In unseren Anwendungen brauchen wir grundsätzlich sehr viel Leistung bei sehr kleinen Abmessungen. Bei FAULHABER finden wir die Motoren, die mit pneumatischen Antrieben locker mithalten können.“

Mithalten ist hier auch wörtlich gemeint: Das derzeit stärkste elektrische Modell der TKX-Serie, wird der TKE 300, ist für das Handling von Objekten bis 300 Kilogramm Gewicht geeignet. Mit solche Brocken, etwa in Form von Gussblöcken oder großen Schmiedeteilen hantieren Roboter in der Metallverarbeitung. Ihre gesamte Masse wirkt dann mit ihrer Zugkraft auf den Verriegelungsring im TKX Wechsler. Für das sichere Halten würde hier eigentlich schon das Drehmoment ausreichen, das der Motor im Standbetrieb liefert. IPR hat hier jedoch zusätzlich eine im Haus entwickelte  selbsthaltende Kinematikeingebaut, um eine besonders zuverlässige Fixierung zu gewährleisten.

Die Antriebskraft für das Öffnen, Schließen und Halten liefert ein bürstenloser Motor der FAULHABER-Familie BXT. Mit seiner Außenläufer-Technologie erreicht er ein auf dem Markt einzigartiges Verhältnis von Drehmoment zu Gewicht und Bauvolumen. Diese Leistungsdichte gehört zu den Voraussetzungen für das Alleinstellungsmerkmal der neuen Produktfamilie von IPR, das Roman Batz so beschreibt: „Mit der TKX-Reihe kommen die ersten Werkzeugwechsler auf den Markt, die auf derselben Plattform sowohl mit pneumatischem als auch mit elektrischem Antrieb zur Verfügung stehen – eine manuelle Version gehört übrigens auch zur Produktfamilie. Das heißt, das gesamte Zubehörportfolio kann mit allen Antriebsarten unverändert genutzt werden. Auch ein Umstieg auf den elektrischen Betrieb erfordert keinen großen Aufwand. Für die robotische Automation werden damit neue Möglichkeiten eröffnet.“

Die TKE-Wechsler wird es in sieben Baugrößen geben für die Handhabung von Werkstücken von 3 bis 300 Kilogramm. Damit deckt die elektrische Variante der Produktfamilie eine große Palette von Einsatzfeldern ab, vom Leichtbauroboter bis zur stationären Applikation. Die Dimension der eingesetzten BXT-Motoren entspricht der Anwendung. „Die Bandbreite der Baugrößen sowie die große Auswahl an passenden Getrieben für die jeweils optimale Untersetzung war für uns ein wichtiges Kriterium“, erläutert Roman Batz. „Roboter sollen siebenstellige Zykluszahlen ohne Wartung schaffen. Da kommt also nur ein bürstenloser Motor in Frage, der zudem höchste Verarbeitungsqualität aufweist. Er sollte leicht anzusteuern sein und ohne zusätzliche Steuerung auskommen – dafür sorgt der integrierte Speed Controller. Nicht zuletzt müssen die Komponenten Temperaturen bis +80 C° vertragen.“