Hochpräzisionslager | Extrem ruhige Rotation

Hochpräzisionslager werden in Robotergelenken eingesetzt, um die Reibung zu reduzieren, verschiedene Lastarten aufzunehmen und reibungslose und präzise Bewegungen zu ermöglichen. Diese Lager bestehen aus Präzisionskugellagern, die als Radial- oder Schrägkugellager ausgeführt sein können, sowie aus Rollenlagern, die zylindrisch oder kegelförmig sein können. Kreuzrollenlager spielen ebenfalls eine wichtige Rolle in Anwendungen mit hohen Lasten und komplexen Momenten und eignen sich daher für anspruchsvolle Robotikanwendungen. Die Verwendung solcher Hochgeschwindigkeits-Präzisionslager ist begrenzt, und selbst japanische Hersteller geben an, dass ihre Leistung von der Präzisionsklasse (z. B. ISO P5 oder P4) und den verwendeten Materialien wie Edelstahl und Keramik abhängt, die die Lebensdauer, Korrosionsbeständigkeit und Betriebsgenauigkeit des Lagers beeinflussen.

Die Präzisionsklassen ISO P5 und P4 für Lager bieten standardisierte Bewertungen der Fertigungsgenauigkeit und Leistungsfähigkeit von Lagern. Diese Klassen sind unerlässlich für die Robotik und Hochleistungsmaschinen, wo Präzision, Laufruhe und Wiederholgenauigkeit erforderlich sind.

Engere Toleranzen

• ISO P5 und P4 weisen Abmessungen mit engeren Toleranzen auf als Lager für allgemeine Anwendungen (e.g. P6 oder normale Klasse).
• Die Toleranzen für ISO P4- und P5-Lager minimieren das mechanische Spiel und ermöglichen eine exakte Ausrichtung von Robotikkomponenten in Anwendungen mit wiederholbaren Bewegungsabläufen.

Reduzierter Rundlauf und geringere Vibrationen

• Lager mit einer geringeren Qualität als ISO P5 und P4 weisen eine höhere Unrundheit auf. Weniger Unrundheit bedeutet weniger Taumeln, wenn sich das Lager mit hoher Drehzahl dreht.
• Ein geringerer Rundlauffehler führt zu verbesserten Bewegungsprofilen, was für Anwendungen mit hochauflösenden Sensoren oder Präzisionskugellagern in leichten und empfindlichen Baugruppen von entscheidender Bedeutung ist.

Potenzial für höhere Geschwindigkeiten

• Die verbesserten Toleranzen für die Innengeometrie ermöglichen es diesen Lagertypen, mit höheren Geschwindigkeiten und geringerer Reibung zu laufen.
• Dies führt zu flüssigeren Bewegungen bei hohen Geschwindigkeiten, was für sich schnell bewegende, dynamisch gesteuerte Roboter erforderlich ist.
• Höhere Geschwindigkeiten verringern die Problematik der Wärmeentwicklung, und überschüssige Wärme stellt während des normalen Betriebs eines kontinuierlich laufenden Robotergelenksystems kein Problem dar.

Anwendungsrelevanz

• P5: Wird für Industrieroboter, CNC-Maschinen oder beliebige andere Maschinen verwendet (steuerbar), und Systeme mit mittlerer Leistung.
• P4: Wird für hochpräzise Systeme verwendet, wie z. B. Kreuzrollenlager in Operationsrobotern oder kardanischen Aufhängungen in der Luft- und Raumfahrt.

Durch die Wahl der richtigen Klasse können Systemingenieure und -designer das optimale Gleichgewicht zwischen Leistung, Preis und Zuverlässigkeit für ihre jeweiligen Anwendungen erzielen.

Lager für Robotergelenke tragen zu einem reibungslosen, effizienten und präzisen Betrieb von Robotersystemen bei. Ihre Funktionsweise basiert auf folgenden Prinzipien:

• Reibung als Grundlage: Lager minimieren die Reibung zwischen zwei beweglichen Bauteilen erheblich, um eine reibungslose Bewegung an Gelenken zu ermöglichen und Verschleiß sowie Energieverluste zu verringern.
• Tragen verschiedener Lasten: Diese Belastungen können radialer, axialer oder momentenartiger Natur sein, sodass die Stabilität und strukturelle Integrität unter den Belastungen, denen sie während des Betriebs ausgesetzt sind, gewährleistet bleibt.
• Aufgaben, die Präzision und Genauigkeit erfordern: Hochpräzisionslager (wie beispielsweise Präzisionskugellager und Kreuzrollenlager) Übertragen Sie die Steuerung an Bewegungen, die hohe Präzision erfordern, an Montagevorgänge, Inspektionen oder chirurgische Robotersysteme.
• Erhöhung der Lebensdauer und Haltbarkeit: Durch die Minimierung des Metall-Metall-Kontakts und die effiziente Verteilung der Belastungen auf die Oberflächen verlängern Lager die Lebensdauer von Robotergelenken, es sei denn, die Bewegungen sind sehr schnell oder die Belastungen sehr hoch.
• Reduzierung von Vibrationen und Geräuschpegel: Lager tragen ihrerseits ebenfalls zur Geräuschdämpfung und Vibrationsreduzierung bei und verbessern dadurch die Gesamtleistung des Roboters und den Benutzerkomfort.

Je nach Belastungsanforderungen der Anwendung, den Genauigkeitsanforderungen des Gelenks und den Platzverhältnissen können verschiedene Lagertypen für Robotergelenke ausgewählt werden. Die folgende Liste gibt an, wann welcher Lagertyp für das jeweilige Gelenk ausgewählt wird.

1. Kugellager (Radial- und Winkelkontakt)

Kugellager eignen sich für Anwendungen mit: geringen bis mittleren Belastungen, hohen Drehzahlen und geringer Reibung.

Anwendungen: Allgemein einsetzbare Robotik, Elektromotoren und Gelenke, die eine gleichmäßige, kontinuierliche Rotation erfordern.

Präzisionsvorteil: Präzisionskugellager zeichnen sich durch eine hervorragende Rotationsgenauigkeit aus und sollten beim Bau kompakter Gelenke in Betracht gezogen werden.

2. Rollenlager (Zylindrisch und konisch)

Kann ausgewählt werden, wenn: Hohe Radiallasten oder kombinierte Radial- und Axiallasten erheblich sind und Teile des Betriebs moderate Geschwindigkeiten erfordern.

Anwendungen: Hochleistungs-Roboterarme, schwere Industriemanipulatoren und Getriebe.

Vorteil in Bezug auf die Haltbarkeit: Durch den größeren Oberflächenkontakt können die Rollenlager während des Betriebs deutlich höheren Kräften standhalten und weisen gleichzeitig eine längere Lebensdauer auf.

3. Kreuzrollenlager

Kann ausgewählt werden, wenn: Sehr hohe Präzision, Steifigkeit und Belastbarkeit. (Axial-, Radial- und Momentenbelastung gleichzeitig) Sie sind alle von größerem Wert oder von größerer Bedeutung.

Nützlich für: Hochpräzisionslager werden für Roboterhandgelenke, Hände, Drehtische, medizinische Roboter, bildgesteuerte Systeme usw. verwendet.

Platzersparnis: Kreuzrollenlager sind kompakt und können multidirektionale Belastungen bei minimalem Platzbedarf aufnehmen.

Jede Lagerart hat bestimmte Vor- und Nachteile hinsichtlich Tragfähigkeit, Präzision, Größe und Drehgeschwindigkeit. Das Verständnis der am besten geeigneten Lagerart für die von Ihnen entwickelte Anwendung ist entscheidend für die optimale Leistung Ihres Roboters.

• Reibungsarme Leistung: Entwickelt, um Energieverluste und Wärmeentwicklung zu minimieren und so eine reibungslosere Bewegungssteuerung zu gewährleisten.
  
• Präzisionsrollenlager: Bewährt unter hoher Belastung und hoher Geschwindigkeit; konstruiert für Langlebigkeit, Zuverlässigkeit und Präzision.
  
• Kundenspezifische Präzisionslager: Rillenkugellager, Schrägkugellager oder Axialkugellager; wir können individuelle Größen, Materialien und Belastungsbedingungen berücksichtigen.
  
• Entwickelt für kritische Bewegungssteuerungssysteme: Wird in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt und genießt dort großes Vertrauen, darunter in den Bereichen Robotik, Luft- und Raumfahrt, Automatisierung und Medizintechnik.
  
• Thermische und Verschleißfestigkeit: Entwickelt unter Verwendung fortschrittlicher Materialien und Beschichtungen, um in unkontrollierten Umgebungen zu bestehen.
  
• Vertikal integrierte Fertigung: Bietet die vollständige interne Kontrolle des Werkstücks vom Bearbeitungsprozess bis zur abschließenden Prüfphase.

Die Materialwahl beeinflusst maßgeblich die Leistung, Haltbarkeit und Anwendbarkeit von Hochpräzisionslagern, die in Robotersystemen eingesetzt werden. Im Folgenden wird erläutert, wie sich Edelstahl und Keramikmaterialien auf die Leistungsmerkmale auswirken:

Edelstahllager

• Edelstähle sind korrosionsbeständig und eignen sich daher für feuchte Umgebungen, Bereiche mit regelmäßiger Reinigung oder Umgebungen mit chemischer Belastung.
• Sie bieten gute Festigkeit und Haltbarkeit und eignen sich am besten für allgemeine Robotik- und Industrieanwendungen, bei denen sowohl die Tragfähigkeit als auch die Lebensdauer wichtige Kriterien sind.

Keramiklager

• Die Keramikmaterialien (üblicherweise Siliziumnitrid) sind leichter, härter und temperaturbeständiger als Stahl.
• Diese Lager weisen eine geringere Reibung auf, was einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb und geringeren Verschleiß ermöglicht – ideal für Präzisionskugellager, die für Reinraum-, Vakuum- oder Luft- und Raumfahrtanwendungen geeignet sind.

Hybridlager (Stahlringe + Keramikkugeln)

• Die Kombination aus Laufringen aus Edelstahl und Keramikkugeln sorgt sowohl für Langlebigkeit als auch für geringen Rollwiderstand.
• Sie eignen sich hervorragend für Hochgeschwindigkeits- und Hochpräzisionsanwendungen, wie beispielsweise in der Robotik, wo die Reduzierung der Wärmeausdehnung und der Ausfallzeiten von größter Bedeutung ist.

Auswirkungen auf Klang und Leben

• Keramik sorgt für einen leiseren Betrieb und hat aufgrund geringerer Reibung und Abnutzung in der Regel eine längere Lebensdauer.
• Edelstahllager hingegen mögen zwar etwas Geräusche verursachen, stellen aber dennoch eine robuste und wirtschaftliche Lösung für viele Probleme von Automatisierungsplattformen dar.