
Robotersysteme helfen dabei, eintönige Aufgaben zu automatisieren, wiederholgenaue Qualität zu liefern und Produktionsprozesse effizient zu gestalten. Damit das zum Tragen kommt, braucht es zuverlässige Antriebskomponenten. Spielfreie Kupplungen nehmen hier eine Schlüsselrolle ein.
Kaum eine Branche ist in Deutschland in den vergangenen Jahren so stark gewachsen wie die Robotik und Automation. Laut des VDMA Fachverbandes Robotik und Automation stieg der (prognostizierte) Gesamtumsatz der Industriesparte von 2020 bis 2023 um mehr als 33 Prozent von 12,1 auf 16,2 Mrd. Euro. Und auch für das Jahr 2024 prognostiziert der Verband ein Umsatzplus von weiteren 4 Prozent. Die naheliegenden Gründe: Robotergestützte Systeme werden immer wirtschaftlicher und sind ein probates Mittel, um dem Fachkräftemangel zu begegnen. Für Konstrukteure dieser Systeme gilt es jedoch einige Herausforderungen zu meistern und Erwartungen der Maschinenbetreiber zu erfüllen.
Challenges in der Konstruktion von Robotersystemen
Welche Grundvoraussetzung muss gegeben sein, um die Vorteile automatisierter Prozesse effizient zu nutzen? Richtig: Die Maschinen und Geräte müssen höchst präzise agieren. Dies gilt insbesondere für Anwendungen mit Roboterarmen, wie man sie beispielsweise zur Bestückung von Werkzeugmaschinen oder zur Vereinzelung von Waren- und Bauteilströmen einsetzt. Gerade in den letzten Jahren geht der Trend zudem zum Einsatz von Cobots bzw. kompakter und einfach zu nutzender Roboter, die eher eintönige und simple Aufgaben wie das Palettieren übernehmen oder bei der Montage unterstützen.
Lukas Dominik, Technical Sales bei der R+W Antriebselemente GmbH, erläutert die Herausforderungen: „Der Fachkräftemangel ist allgegenwärtig, so auch im produzierenden Gewerbe. Hochautomatisierung und Robotik können helfen, mit weniger Personal dieselbe oder sogar eine verbesserte Produktivität zu erreichen. Doch in diesen hochautomatisierten Prozessen müssen die Abläufe maximal wiederholgenau sein. Kommt es zu Ungenauigkeiten – etwa in der robotergestützten Sortierung und Positionierung von Bauteilen – kann dies den gesamten Folgeprozess aus dem Ruder laufen lassen.“ Denn die Sortierung und Positionierung gehören üblicherweise zu den ersten Schritten in einer automatisierten Produktionslinie, die den Grundstein für den effizienten und störungsfreien Ablauf der weiteren Verarbeitungsschritte legen. Fehler in diesen Pick-and-Place-Anwendungen können großen wirtschaftlichen oder qualitativen Schaden nach sich ziehen.
Hohe Präzision für maximale Qualität
Noch essenzieller ist die Präzision bei automatisierten robotergestützten Fertigungsprozessen wie etwa dem Roboterschweißen oder Roboterkleben. Gerade fehlerhafte Schweißverbindungen können negative sicherheitskritische Folgen haben, wenn man beispielsweise an die Fertigung von Fahrzeugteilen denkt. Doch auch wenn es nicht so weit kommt, kann mangelnde Genauigkeit des Roboterarms zu Qualitätsmängeln und Ausschuss führen, die sich wiederum langfristig negativ auf das Image des Fahrzeug-, Maschinen- oder Komponentenherstellers auswirken.
„Wer auf robotergestützte hochautomatisierte Systeme setzt, erwartet angesichts dieser Herausforderungen perfekte Wiederholgenauigkeit und Zuverlässigkeit des Prozesses, um Effizienz, Produktivität und Prozessgüte optimal zu gestalten. Auch die Langlebigkeit und das einfache Handling der eingesetzten Roboter spielt eine wichtige Rolle, um den Prozess kosteneffizient zu gestalten. Dementsprechend hochwertig und verlässlich müssen die eingesetzten Antriebskomponenten sein“, weiß Dominik.
Was Kupplungen für Roboterarme können müssen
Kupplungen für Robotikanwendungen müssen daher eine spielfreie Drehmomentübertragung vom Motor zur Rotationsachse gewährleisten – selbst bei großer Dynamik und Geschwindigkeit der Bewegungen. Die Kupplungen bilden die geometrische Verbindung von An- und Abtrieb und kompensieren gleichzeitig den Versatz der Antriebswellen. Letzteres beugt Lagerschäden vor, die durch die Rückstellkräfte der Wellenversätze entstehen können, und langfristig zum Maschinenausfall und damit im schlimmsten Fall zum Stillstand der Produktionslinie führen können. Die Kupplung dient daher als einfaches und schnell montierbares Verbindungselement, das einerseits die Langlebigkeit des Roboters aber auch die Prozesssicherheit begünstigt.
Um die Tragkraft und vor allem auch die Größe der Roboter nicht negativ zu beeinflussen, müssen die eingesetzten Kupplungslösungen zudem möglichst kompakt und leicht sein. Dies trägt darüber hinaus zu größerer Flexibilität in der Konstruktion bei. Insbesondere bei der nachträglichen Integration in bestehende Produktionsstraßen ist das wichtig, um die Roboterarme an die vorhandenen räumlichen Gegebenheiten anzupassen.
Maximal individuell an die Kundenanforderung angepasst
Die R+W Antriebselemente GmbH liefert Herstellern von Robotersystemen optimal auf ihre Anwendungen abgestimmte Kupplungen. „Wir bei R+W passen unsere Kupplungen zu 100 Prozent an die Anforderungen unserer Kunden an. Die Grenzen setzt uns einzig die Physik. Egal, welches Drehmoment übertragen werden soll, und welche Stückzahl gefordert ist – wir individualisieren unsere Kupplungen wunschgemäß, und das auch schon ab Losgröße 1“, erklärt Dominik.
Für Robotikapplikationen setzt R+W auf Metallbalgkupplungen, die einerseits sehr torsionssteif sind und sowohl laterale, axiale als auch angulare Achsversätze ausgleichen. Andererseits weisen sie ein besonders geringes Gewicht auf. Falls gewünscht, kann die Kupplung elektrisch isolierend ausgeführt werden oder vibrationsdämpfende und/oder drehmomentbegrenzende Funktionalitäten aufweisen.
Speziell für Robotikanwendungen bietet R+W die Metallbalgkupplung BK8 mit ISORoboterflanschanbindung an. Sie auf kleinstem Bauraum größten Anforderungen an Torsionssteife und Drehmoment stand. Die BK8 ist standardmäßig als Flansch-Welle-Verbindung konzipiert, kann auf Wunsch jedoch auch als Welle-Welle-Verbindung konstruiert werden. Die Kupplung ist in Standardvarianten mit maximalem Drehmoment von 50 bis 2600 Nm verfügbar.

Alle R+W Kupplungen sind gemäß DIN 740-2 ausgelegt und geprüft. Die ISONormen 9001:2015 und 14001:2015 werden ebenfalls eingehalten. Kommen Sicherheitskupplungen von R+W zum Einsatz sind diese vom TÜV-Süd Bauart geprüft.
Lukas Dominik fasst zusammen: „Unsere Metallbalgkupplungen sind die optimale Wahl für Robotik- und Automatisierungsapplikationen. Wir unterstützen zudem mit unserem R+WTeam von Applikationsingenieuren bei der Wahl und Auslegung der optimalen Kupplungslösung. Mit unserem Testlabor und unseren hauseigenen Prüfständen sind wir der Full-Service-Partner in Sachen Kupplung und können bestmögliche Qualität sicherstellen, die perfekt auf die jeweilige Anwendung abgestimmt ist.“