Dünnringlager in der Robotik
Von der Industrie bis zum Weltraum
Dünnringlager des Antriebsspezialisten Rodriguez eignen sich sowohl für den Einsatz in der Halbleiterbranche und Medizintechnik als auch in der Robotik. Dort sind die schmalen Komponenten unter anderem in einem Laserroboter, in Wissenschaftsanwendungen und bei einer NASA-Mars-Mission verbaut.
Wenn wie in der Robotik jedes Gramm zählt und Miniaturisierung und Kompaktheit bei gleichzeitig großem Bohrungsdurchmesser im Fokus stehen, seien Kaydon-Dünnringlager von Rodriguez die richtige Wahl, empfiehlt der Anbieter. Jede Serie der Reali-Slim-Dünnringlager basiert auf einem einzigen Querschnitt, der auch mit steigendem Bohrungsdurchmesser konstant bleibt. Durch diesen konstruktiven Kniffs lassen sich Vollwellen durch Hohlwellen ersetzen. Der Innenraum der hohlen Welle bietet Platz für Komponenten wie Luft- oder Hydraulikleitungen, elektrische Verkabelungen oder Schleifringe. Bei etlichen Applikationen kann ein Vierpunkt-Reali-Slim-Dünnringlager sogar zwei Lager ersetzen, was der kompakten Bauweise und einer einfachen Montage dient.
Schlanke Komponenten für Laserroboter
Aufgrund dieser Vorteile werden diese Dünnringlager zunehmend in der Robotik eingesetzt – etwa in einem Laserroboter, der für die Bearbeitung von Kunststoff- und Metallbauteilen konzipiert wurde. Bei dessen Entwicklung stand der Hersteller Robot-Technology vor einer Herausforderung, denn für die Kopfachse des Roboters wurden spezielle Lager benötigt: Sie übernehmen die Lagerung der Antriebswelle und der drehbaren Außenglocke, die das Umschalten von Scanner- auf Düsenbetrieb ermöglicht. Aufgrund des begrenzten Bauraums mussten die Lager im Querschnitt dünn, im Durchmesser aber relativ groß sein. Robust sollten sie schließlich auch sein, denn beim Laserschneiden entstehen Stäube und Gase, die sich funktionsmindernd auswirken können.
Rodriguez hatte für diese Anwendung eine Lagerungslösung. Heute werden sowohl in der Antriebsachse des Roboters als auch im Außenring jeweils zwei metrische Reali-Slim-Dünnringlager verbaut. Die metrische Ausführung senkt den Konstruktionsaufwand; eine Umrechnung von Inch in metrische Maße ist nicht mehr erforderlich, was Zeit und Rundungsfehler vermeidet. Alle metrischen Kaydon-Dünnringlager sind wahlweise als Radial-, Schräg- oder Vierpunktlager lieferbar.
Roboter in der Forschung
Wie werden Roboter in Zukunft mit Menschen interagieren, und welche Aufgaben können sie übernehmen? Mit diesen Fragen beschäftigen sich derzeit zahllose Wissenschaftler rund um die Welt. Auch in der Forschung bewährt sich die schlanke Lagerungstechnik von Rodriguez, zum Beispiel in einem mobilen Zwei-Arm-Roboter, dessen Transport- und Greifverhalten von einem am Produkt befindlichen digitalen Produktgedächtnis gesteuert wird. Die anthropomorphe Maschine namens Aila erkennt und greift unterschiedliche Gegenstände wie Flaschen, Kartons oder Beutel und adaptiert ihr Verhalten an die spezifischen Eigenschaften des Objekts, zum Beispiel dessen Gewicht oder Zerbrechlichkeit.
Im Rahmen eines weiteren Projekts erforschen Wissenschaftler künstliche kognitive Systeme anhand der Interaktionen zwischen einem menschenähnlichen Roboter namens Icub und seiner Umwelt. Eine der größten Herausforderungen bei der mechanischen Konstruktion des Icub bestand in der Fertigstellung der kleinen Roboterelemente, deren Baugröße im Zehntelmillimeterbereich liegt. Die Herausforderung lag darin, entsprechend klein dimensionierte und zugleich leistungsstarke Komponenten zu finden. Bei den hier eingesetzten Reali-Slim-Dünnringlagern handelt es sich deshalb um Vierpunktlager mit kleinem Durchmesser von ein oder zwei Zoll – also 25,4 beziehungsweise 50,8. Diese Lager besitzen im Vergleich zu herkömmlichen Radiallagern eine erhöhte Steifigkeit sowie die Fähigkeit, gleichzeitig Radial-, Axial- und Momentenlasten aufzunehmen.
Roboter für Mars-Mission ausgerüstet
Dünnringlager erfüllen die hohen Anforderungen von Industrie und Wissenschaft – und auch den extremen Kriterien der NASA für den Einsatz im Weltraum. So wurde für die Phoenix-Mars-Lander-Mission 2008 die Hand-Arm-Konstruktion eines Roboters so optimiert, dass sie sich im Weltraum von der Erde aus direkt fernsteuern ließ. Höchste Präzision und strenge Gewichtsreduzierung des Vorgängermodells standen dabei im Fokus. Das System konnte durch konsequente Materialeinsparung um 26 Kilogramm reduziert werden. Für die Hohlwelle vom Antrieb wurde ein Lager benötigt, das in den Außendurchmesser des Gelenks passt, aber trotzdem im Innern noch die Kabelführung ermöglicht. Der Roboter wurde auf dem Mars unter anderem für die Entnahme von Bodenproben eingesetzt. Dafür müssen die Lager sehr hohe Kräfte aufnehmen – zum Durchbrechen der Eisschicht und zum Graben bis in eine Tiefe von etwa 50 Zentimeter wird eine Kraft von mehr als 45 Kilogramm benötigt. Eine Sonderausführung von Dünnringlagern der Ultra-Slim-Reihe war die optimale Lösung für diese High-Tech-Anwendung im All: Sie sind aus wärmebehandeltem 440C-Edelstahl gefertigt, der zusätzlich gehont wurde, um eine sehr glatte Oberfläche und ein besseres Laufverhalten zu erreichen. Eine zusätzliche Wärmebehandlung ermöglicht den Einsatz bei extremer Kälte, denn die Gelenke des Roboterarms sind für eine Temperatur bis minus 108 Grad Celsius ausgelegt. Entsprechend sind die Lager mit Spezialschmierstoff mit niedriger Ausgasung befettet, der bei großer Kälte nicht zu zäh wird und in der dünnen Atmosphäre nicht verdampft.
Rodriguez modifiziert die Kaydon-Dünnringlager exakt nach den spezifischen Anforderungen. Dazu zählen neben Vorspannungen und Sonderbefettungen oder Auslieferung ohne Fettfüllung auch die Antikorrosions-Beschichtung der Lager und der Einsatz spezieller Wälzkörpermaterialien oder Wälzlagerkäfigen aus Peek, Teflon, Edelstahl und anderen Werkstoffen. pb
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