Trendumfrage Getriebe für Roboteranwendungen

„Kleiner, leichter, einfacher“

In der aktuellen Trendumfrage hat ROBOTIK UND PRODUKTION Experten zum Thema Getriebe in Roboteranwendungen befragt. Dabei ging es um die Entwicklungen der letzten Jahre, USPs und Technologietrends. Es antworteten Peter Pühringer (Geschäftsführer, Stäubli Robotics Bayreuth), Mathias Blaskovic (Produktmanager für Präzisionsgetriebe, Sumitomo), Martin Pointner (Global Business Development Manager Robotics, Sumitomo), Daniel Obladen (Head of Sales General Industries, Nabtesco), Frank Szamer (Materialgruppenmanager Getriebe, Kuka) und Alexander Handfest (Manager Domain Gears, Kuka).

ROBOTIK UND PRODUKTION: Welche besonderen Entwicklungen gab es in den letzten Jahren bei Getrieben für Roboteranwendungen?

Frank Szamer, Kuka: Die Entwicklung bei Getrieben ist vergleichbar mit den allgemeinen Entwicklungen, die wir im Maschinenbau und im Bereich Robotik in den vergangenen Jahren beobachten konnten. Einfach ausgedrückt: Es geht um eine weiter verbesserte Performance bei gleichzeitiger Kosteneinsparung. Bei Getrieben im Speziellen lässt sich beobachten, dass durch mehr Drehmoment bei kleineren Abmessungen die Leistungsdichte gesteigert wurde und besonders im Bereich der Kleingetriebe durch eine größere Anzahl an Herstellern mehr Wettbewerb entstanden ist. Außerdem werden Getriebe zunehmend aus alternativen Materialien wie Kunststoffen hergestellt, was zur Gewichts- und Kosteneinsparung beiträgt.

Peter Pühringer, Stäubli: Die Antriebstechnik ist eine entscheidende Komponente für die Performance eines Roboters. Und dennoch vertrauen nahezu alle Roboterhersteller auf Standardgetriebe von Zulieferern. Wir bei Stäubli gehen einen anderen Weg und leisten uns bereits seit 25 Jahren eine eigene Getriebefertigung. Mit der Einführung der Scara-Baureihe TS2 ist es uns jetzt erstmals gelungen, die JCS/JCM-Antriebstechnik auch bei den Vierachsern einzusetzen, was dort einen großen Leistungssprung zur Folge hat.

„Die Antriebstechnik ist eine entscheidende Komponente für die Performance eines Roboters.“ Peter Pühringer, Stäubli (Bild: Stäubli Tec-Systems GmbH Robotics)

Mathias Blaskovic, Sumitomo: Viele Hersteller haben in den letzten Jahren kollaborative Roboter mit hohem Aufwand entwickelt. Das ausgegebene Ziel war: kleiner, leichter, einfacher. Dadurch wurde hier ein Hype aufgebaut, der allerdings (noch) nicht die Realität abbildet. Die Umsätze bleiben gerade bei kollaborativen Anwendungen hinter den Erwartungen zurück. Probleme sind die hohen Investitionskosten und die noch schwierige, bürokratische Situation in vielen Bereichen.

Daniel Obladen, Nabtesco: Infolge der zunehmenden Digitalisierung und Automatisierung der Industrie schreitet auch die Roboterisierung unaufhaltsam voran. Treiber sind vor allem Themen wie MRK und Serviceroboter. Gefragt sind zudem kleinere, bewegliche sowie flexible Robotereinheiten und Bewegungsachsen. Wir beobachten außerdem, dass auch in konservativen Branchen vermehrt robotergestützte Technologien zum Einsatz kommen.

ROBOTIK UND PRODUKTION:Welche USPs lassen sich als Anbieter bzw. Roboterhersteller in diesem Bereich belegen?

Blaskovic, Sumitomo: Das könnte man subsummieren in: kleiner, leichter, einfacher. Ein großes Verkaufsargument ist auch die Flexibilität sowie die Kosteneinsparung: Ist ein Roboter kollaborativ, braucht das Produktionsgelände weniger Platz. Die Verarbeitung erfolgt schneller mit der Unterstützung eines Roboters und es können Bauteile mit höherem Gewicht verfahren werden. Allerdings muss ich sagen, dass man in vielen Fällen, in denen ich einen kollaborativen Roboter gesehen habe, den Sachverhalt sicher einfacher und günstiger hätte lösen können.

“ In vielen Fällen, in denen
ich einen Cobot gesehen habe,
hätte man den Sachverhalt
sicher einfacher und
günstiger lösen können.“ Mathias Blaskovic, Sumitomo (Bild: Sumitomo (SHI) Cyclo Drive Germany GmbH)

Martin Pointner, Sumitomo: Einfacher ist noch ein gutes Stichwort. Durch die per Tablet und App bedienbaren Cobots sind auch die großen Industrieroboterhersteller jetzt unter Druck, mit intuitiver Software und flexiblen Applikationsbausteinen, die Einrichtung der Roboter zu vereinfachen und zu verschnellern.

Obladen, Nabtesco: Neben den wachsenden Anforderungen hinsichtlich Performance, Produktqualität, Integrierbarkeit und Usability sind hier vor allem der vermehrte Customising-Bedarf sowie die erhöhte Nachfrage nach mechatronischen Gesamtsystemen zu nennen.

Alexander Handfest, Kuka: Getriebe spielen bei einem Roboter natürlich eine wichtige Rolle. Schließlich führt eine höhere Leistungsdichte bei Getrieben schlussendlich auch zu einer höheren Leistungsdichte beim jeweiligen Roboter. Außerdem macht das einen Roboter kompakter, was für unsere Kunden ebenfalls ein wichtiger Aspekt ist. Denn heutzutage ist nicht nur Zeit Geld – es geht häufig auch darum, platzsparend zu bauen, um auf einer festgelegten Fläche eine höhere Produktivität zu erzielen. Für uns als Hersteller sind natürlich Customizing-Lösungen bei Getrieben für eine einfache Integration wertvoll.

Pühringer, Stäubli: 1992 gelang es Stäubli, den ersten voll gekapselten Roboter auf den Markt zu bringen. Diese Getriebe- bauform ermöglichte die Innendurchführung des Kabelbaums auf elegante Weise. Damit war der Grundstein für die Entwicklung unserer Reinraum- und Stericlean-Roboter gelegt, die erstmals die Roboterautomation in der Halbleiterproduktion sowie unter aseptischen Umgebungen ermöglichte. Auch die Entwicklung des Hygienedesigns unserer aktuellen Roboterbaureihen basiert auf unserer Antriebstechnik, aufgrund derer wir für jede Roboterbaureihe passend dimensionierte Getriebe einsetzen können.

ROBOTIK UND PRODUKTION: Welche Eigenschaften von Getrieben fokussieren Integratoren und Endanwender heute?

Pühringer, Stäubli: Entscheidend für Endanwender ist natürlich der Verschleiß der Getriebe, der letztendlich die Zuverlässigkeit der Roboter bestimmt. Stäubli-Antriebe setzen hier mit Laufleistungen bis 100.000h bei gleichzeitig geringem Wartungsaufwand Benchmark und bewahren den Endanwender vor teurem Produktionsstillstand ganzer Linien aufgrund von Getriebeausfällen. Dabei sind die Getriebe auf weitere wichtige Faktoren wie Dynamik und Präzision im jahrelangen Dauerbetrieb getrimmt.

Szamer, Kuka: Die unterschiedlichen Funktionsprinzipen der Getriebe haben natürlich ihre jeweiligen Vor- und Nachteile. Mit entsprechender Regelungstechnik können aber fast alle Applikationen umgesetzt werden. Viel wichtiger sind aber Lebensdauer und Genauigkeit von Getrieben. Diese Eigenschaften sind elementar, auch wenn es hier unterschiedliche Einsatzfälle gibt. Im Automotive-Bereich sprechen wir z.B. häufig von einem Einsatzzeitraum der Roboter von mehr als zehn Jahren, während es in der Elektronikbranche natürlich deutlich schnellere Zykluszeiten gibt.

„Elementare Eigenschaften
von Getrieben sind Lebensdauer und Genauigkeit.“ Frank Szamer, Kuka (Bild: Kuka AG)

Obladen, Nabtesco: Eigenschaften wie Präzision, Dynamik, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit sind immer gefragt. Aktuell rücken darüber hinaus vor allem Themen wie Energieeffizienz, Nachhaltigkeit, intuitive Handhabbarkeit sowie integrierte Intelligenz in den Fokus. Auch kompaktere Konstruktionen werden verstärkt nachgefragt. Es geht aber nicht allein um einzelne Getriebespezifikationen. Das Gesamtpaket, bestehend aus Produktqualität, Beratungsleistung, Engineering-Services und Fertigungskompetenz, muss stimmen.

Blaskovic, Sumitomo: Kurz gesagt: Kleiner, mehr Leistung und günstiger. Wir stehen immer im direkten Wettbewerb und haben uns darauf fokussiert, kleinere und leichtere Getriebe zu entwickeln, die jedoch trotz gesteigerter Performance ein gleichbleibendes Preisniveau aufweisen.

Pointner, Sumitomo: Zuverlässigkeit und Sicherheit sind trotz des Preisverfalls immer noch die wichtigsten Punkte. Denn fällt ein einziger Roboter in einer Prozesskette aus, liegt oder steht die ganze Produktionsstraße lahm. Der Preisdruck ist definitiv in den letzten Jahren enorm gestiegen. Chinesische Getriebekopien und ganze chinesische Roboter setzen die klassischen Hersteller unter Kostendruck.

ROBOTIK UND PRODUKTION: Welche Technologietrends halten durch die Digitalisierung und Industrie 4.0 Einzug in Robotergetriebe?

Obladen, Nabtesco: Die Vernetzung und das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten von Maschinen und Anlagen eröffnet große Chancen hinsichtlich Performance, Effizienz und Wirtschaftlichkeit. Stichworte sind hier unter anderem intelligente Getriebe, die Integration von Sensoren, kontinuierliche Zustandsüberwachung, vorausschauende Wartung und Open-Source-Technologien. Die Smart Factory von morgen ist flexibel, modular und mobil. Das gilt auch für die Getriebelösungen. Um die antriebstechnischen Aufgaben der Zukunft erfolgreich meistern zu können, braucht es fortschrittliche Konzepte, die auf die jeweilige Applikation zugeschnitten sind.

„Aktuell rücken vor allem
Themen wie Energieeffizienz,
Nachhaltigkeit, intuitive
Handhabbarkeit sowie integrierte
Intelligenz in den Fokus.“ Daniel Obladen, Nabtesco (Bild: Nabtesco Precision Europe GmbH)

Pointner, Sumitomo: Gesamtaktuatoren inklusive Motoren und intelligenter Elektronik statt nur Getriebe. Ist die Steuerungselektronik genau auf Motor und Getriebe abgestimmt, lassen sich vielerlei Kompensationsalgorithmen implementieren. Das führt zu Performanceverbesserungen, wie sie durch reine Mechanik nicht zu erreichen wären.

Pühringer, Stäubli: Thema Industrie 4.0: Wir können an einem Sechsachser über 2.000 Maschinenparameter erfassen und über OPC UA übergeordneten Systemen zur Verfügung stellen. Die Auswertung dieser Daten kann dann entweder mit dem Stäubli Tool Optimize Lab, in übergeordneten Produktionssystemen oder in unserer Industrie-4.0-Box erfolgen. Mit diesen Daten lassen sich in jedem Fall neue Möglichkeiten der Performanceüberwachung bzw. Predictive Maintenance im Rahmen der digitalen Vernetzung realisieren. Auch für den nächsten Schritt, die Selbstoptimierung von Robotersystemen, sind damit die Weichen gestellt.

Handfest, Kuka: Hier lassen sich z.B. integrierte Sensoriklösungen beobachten, die etwa als Drehmomentsensoren gerade für kollaborative Roboter wie den LBR iiwa von Kuka eine wichtige Rolle spielen können. Außerdem befinden sich Lösungen aus den Bereichen Condition Monitoring bzw. Predictive Maintenance in der Entwicklung. Diese dürften in digitalisierten Produktionsumgebungen in der Industrie 4.0 eine immer prominentere Rolle einnehmen. (fiz)