Zurück
WELCHE ANFORDERUNGEN MÜSSEN DICHTUNGEN UND DÄMPFUNGSELEMENTE IN ROBOTIK-ANWENDUNGEN ERFÜLLEN?
Robotik: Dieser Begriff umfasst eine Wertschöpfungskette, die vom Industrieroboter über Gelenkarmroboter, Cobots und autonome Roboter der Lagerverwaltung reicht – und darüber hinaus auch die Konstruktion humanoider Roboter einschließt, die der Vielfalt des menschlichen Leistungsvermögens nahekommen sollen. In jeder dieser Prozessketten geht es um maßgeschneiderte Robotermechaniken im Zusammenspiel mit State of the Art– Modellen der künstlichen Intelligenz und ausgeklügelter Sensorik.
Zwei Aspekte, die in der Berichterstattung über den vielseitigen Markt der Robotik-Entwicklungen selten Beachtung finden, sind die Dichtungen und Dämpfungselemente (Damper), ohne die keine mechanische Bewegung möglich ist. Dichtungen halten Schmierstoffe dort, wo sie hingehören. Damper hingegen absorbieren Schwingungen und Vibrationen und ermöglichen eine optimale Kraftübertragung. Dieses White Paper gibt einen Überblick darüber, in welchen Marktsegmenten der Robotik wegweisende Entwicklungen stattfinden – und welche Werkstoffe, Dichtungsprofile und Oberflächen ideal geeignet sind, um diese Evolution zu ermöglichen.
Expertenmeinung
Hunter Cheng,
Global Segment Manager Robotics, Freudenberg Sealing Technologies
„Technologischer Fortschritt entsteht immer dann, wenn smarte Menschen eine Lösung suchen, um Gefahrenquellen zu eliminieren und Prozesse zu optimieren. Im Bereich der Robotik sehen wir an den revolutionären Fortschritten der letzten Jahrzehnte, was wir leisten können, wenn wir „out of the Box“ denken. Heute assistieren medizinische Roboter bei Operationen am offenen Herzen und der Tumorchirurgie. Gleichzeitig ist in immer mehr Haushalten der Einsatz von Servicerobotern zur Selbstverständlichkeit geworden – sei es draußen zum Rasenmähen oder im Innenbereich zur Bodenpflege.
All diese Roboter-Technologien benötigen Dichtungslösungen, Dämpfelemente und spezifische kleinskalige Batterien, die den Einsatz in unterschiedlichen systemischen Anforderungen und Umgebungsbedingungen ideal unterstützen. Seit über 30 Jahren entwickeln wir bei Freudenberg Sealing Technologies in enger Zusammenarbeit mit unseren Industriekunden innovative Werkstoffe und Dichtungsprofile, die für den dynamischen Fortschritt in der Robotik benötigt werden. Auf diesem Werkstoff-Know-how basierend entwickeln und fertigen wir inzwischen auch eine Vielzahl an Dämpfelementen sowie Elektronikkomponenten für Batteriemodule. Dabei ist es in allen Bereichen entscheidend, die technischen Entwickler mit den Werkstoff- und Design-Spezialisten an einen Tisch zu bringen, um innerhalb kurzer Zeit Produktideen zu realisieren und bis zur Marktreife zu entwickeln.
So sind wir bei Freudenberg Sealing Technologies in der Lage, gemeinsam mit unseren Kunden Markt-Trends zu gestalten und damit auch in der Entwicklung humanoider Roboter wirtschaftlich neue Maßstäbe zu setzen. Aktuell sehen wir unsere zukünftige Hauptaufgabe darin, den Robotik-Systemen nicht nur das hochpräzise Arbeiten in kontrollierten Innen- und Außeneinsatzbereichen zu ermöglichen. Hierfür haben wir ein leistungsstarkes, modulares Gesamtkonzept mit einem branchenübergreifenden Informationsaustausch implementiert. Denn schon in naher Zukunft sollen mobile und humanoide Roboter auch für das Bewältigen von Aufgaben in komplexen Arbeitsumgebungen und auf schwierigem Terrain einsatzbereit sein. Mit diesem White Paper laden wir Sie ein, Ihr Wissen im Bereich der Dichtungs- und Dämpfungslösungen für Robotik-Anwendungen zu erweitern und mit uns in den Dialog zu treten, um zentrale Facetten der Robotik gemeinsam und wegweisend weiterzuentwickeln.“
-
Der Bereich der Robotik umfasst den Entwurf, die Entwicklung und Konstruktion sowie den Einsatz von Robotern. Dabei integriert die Robotik Elemente aus der Mechanik, Elektronik, Informatik und Mathematik. Im Wesentlichen sind Robotik-Anwendungen Systeme, die ihre Umgebung wahrnehmen, Entscheidungen treffen und definierte Aktionen durchführen können. Hierfür benötigen Roboter ausgeklügelte Sensoren, um Informationen über die Umgebung zu sammeln. Sie nutzen Aktoren (auch Aktuatoren genannt), um Bewegungen oder Aktionen auszuführen – beispielsweise Elektromotoren in Gelenken und Rädern, kraftvolle hydraulische oder pneumatische Antriebe in umfangreichen Systemen oder hochspezialisierte Greifwerkzeuge an Roboterarmen. Dabei sind komplexe Steuerungssysteme erforderlich, um Entscheidungen zu treffen und Aktionen zu koordinieren. In den folgenden Bereichen der Robotik sind leistungsstarke Dichtungen und Dämpfungselemente essenziell, damit Batteriesysteme energieeffizient funktionieren und Aktoren die gewünschten Aktionen ausführen können:
Welche Dichtungen und Dämpfer benötigen 6- und 7-Achs-Roboter?
6-Achs Roboter operieren von einer festen Basis aus und verfügen über sechs Freiheitsgrade. 7-Achs-Roboter erhalten einen zusätzlichen Freiheitsgrad dadurch, dass sie auf einem linearen Führungssystem montiert werden. Diese Robotersysteme können eine Vielzahl von Arbeiten mit großer Flexibilität durchführen – wobei die 7-Achs-Roboter in der Lage sind, mehrere Arbeitsstationen anzufahren und dabei größere Entfernungen zu überbrücken. Für diese hohe Flexibilität und Mobilität werden flexible Werkstoffe benötigt, die mechanischen Belastungen standhalten und vor allem im Frontend für eine höhere Effizienz und Betriebssicherheit sorgen.
Zum Beispiel für:
- Achsdämpfer
- Dichtungen für das Getriebe
- Dichtungen für den Motor
- Dynamische Dichtungen für den Roboterarm
- Statische Dichtungen an Robotergehäusen
- Zusätzliches Ausgleichssystem – wann immer erforderlich
- Dämpfungsdichtungen an Roboter-Führungen (7. Achse)
-
Automated Guided Vehicles (AGV) und Autonome Mobile Roboter (AMR) sind fahrerlose Transportsysteme. Sie automatisieren Prozesse in Lager- und Produktionsstätten und haben im Bereich der Logistik ein enormes Wachstumspotenzial. Dabei fahren AGVs auf festen Routen und sind damit ideal für standardisierte Prozesse geeignet. AMRs sind deutlich flexibler. Sie verfügen über eine anwendungsbezogene Sensorik und nutzen KI, um in Echtzeit selbständig und flexibel zu agieren. Beispielsweise können sie Hindernissen ausweichen. Damit sind sie für den Einsatz in dynamischen Lagerprozessen und variablen Produktionsumgebungen ideal geeignet. Für den Betrieb des passenden Systems werden robuste Materialien und Designs benötigt, die staubigen und feuchten Umgebungen standhalten.
Zum Beispiel für:
- Räder und Stoßdämpfer
- Dichtungen für Karosserie und Räder
- Dichtungen für den Motor
- Dichtungen für das Getriebe
- IPSR (Ingress Protection Seals for Robotics) für Wasserabdichtungen
- Waveguide Antennas (für AMR) für 3D-Scans und Hinderniserkennung
-
Cobots sind durch ihre 4-Achs-Struktur gekennzeichnet und werden speziell für die direkte Zusammenarbeit mit Menschen In einem gemeinsamen Arbeitsbereich entwickelt. Im industriellen Umfeld übernehmen sie repetitive oder physisch anspruchsvolle Aufgaben, entlasten damit die Mitarbeitenden und erhöhen gleichzeitig die Arbeitsqualität. Im Vergleich zu den üblicherweise anzutreffenden Industrierobotern sind Cobots Leichtbauroboter. Sie tragen im hohen Maße zur Steigerung der Effizienz und Produktivität in industriellen Prozessen bei, weil sie sicher mit Menschen inter-agieren können, ohne dass besondere Schutzvorrichtungen erforderlich sind. Dabei zeichnen sie sich durch eine hohe Flexibilität aus und können unterschiedliche Aufgaben in variierenden Arbeitsumgebungen verrichten. Für den zuverlässigen Betrieb von Cobots sind spezifische Dichtungsgeometrien und Dämpfelemente mit einer hohen Verschleißfestigkeit, Flexibilität und Temperaturbeständigkeit erforderlich.
Zum Beispiel für:
- Dichtungen für den gesamten Roboterarm
- Getriebedichtungen
- Elastische Stoßdämpfer
- Motordichtungen
- Hygienische Dichtungen für direkten Kon-takt mit Menschen
- IPSR (Ingress Protection Seals for Robotics) für Wasserabdichtungen
-
Delta Roboter sind auch als Parallel-Gelenk-Roboter bekannt. Sie bestehen aus drei unabhängigen Armen, die in einem gleichschenkligen Dreieck (Δ – griechisch Delta) als parallelkinematisches System angeordnet sind und über drei Freiheitsgrade verfügen. Das macht die Delta Roboter zu industriellen Alleskönnern, weil sie durch die direkte Verbindung jedes Antriebs mit dem Werkzeugträger keine zusätzlichen Gewichte der nachfolgenden Glieder und Antriebe mitführen müssen. Diese geringe bewegte Eigenmasse ermöglicht es ihnen, Aktionen mit einer sehr hohen Dynamik und Präzision durchzuführen. Deshalb werden Delta Roboter in automatisierten Industrieanwendungen häufig für Pick & Place Anwendungen sowie für Montage- und Verpackungsprozesse mit hohen Taktraten eingesetzt. Hier werden Hochleistungsdichtungen und Dämpfer benötigt, die Schutz vor Leckagen bieten und Wartungskosten reduzieren.
Zum Beispiel:
- Dichtungen für das Getriebe
- Dichtungen für den Motor
- Dichtungen für die statische Basis
- Schwingungsdämpfer
-
Das herausragende Kennzeichen von Knickarmrobotern ist eine mehrachsige Gelenkstruktur, die Ihnen eine flexible Bewegung und Arbeitsleistungen im dreidimensionalen Raum ermöglicht. Durch ihren Gelenkaufbau mit seriell hintereinander geschalteten Achsen können diese Industrieroboter vielfältige Bewegungsabläufe präzise ausführen und können damit in unterschiedlichen Anwendungsbereichen eingesetzt werden. Dabei macht die perfekte Kombination aus feinmechanischer Präzision und adaptiver Bewegungsplanung die Knickarmroboter zu einer optimalen Lösung für eine Vielzahl an dynamischen Bewegungsaufgaben in automatisierten Prozessen. Die Umgebungsbedingungen im Einsatzgebiet geben vor, welche Werkstoffe ideal geeignet sind, um die stark beanspruchten Gelenkfunktionen optimal zu unterstützen.
Benötigt werden:
- Dichtungen für die Robotergreifer/Endeffektoren
- Dichtungen für rotatorische Gelenke
- Dichtungen für translatorische Gelenke
- Gelenkdämpfer
- Zusätzliche Dichtungen und Adapter für Endeffektoren und Greifeinheiten – falls erforderlich
-
Humanoide werden dem menschlichen Körper und seinen Aktionsmöglichkeiten im Aussehen und ihrer mechanischen Leistungsfähigkeit nachempfunden. Dabei ist die aktuelle Lernkurve im Bereich elektronischer Komponenten und Energieversorgung, Thermomanagement und Sensorik steil. Perspektivisch sollen humanoide Allzweck-Roboter in unterschiedlichsten Umgebungen eingesetzt werden können, ohne dass die bestehenden Rahmenbedingungen auf sie angepasst werden müssen. Dafür muss erreicht werden, dass sie dynamisch stabil agieren können. Ein typischer Humanoid verfügt über einen Kopf, einen Rumpf, zwei Arme mit Händen, beziehungsweise Greifern, und zwei Beine mit Füßen oder ein alternatives Fortbewegungssystem – beispielsweise drei Laufräder. Für die hochkomplexe Mechanik der Humanoiden ist eine Vielzahl unterschiedlicher Dichtungen, Dämpfungselemente und Sensorik-Materialien erforderlich. Hier werden insbesondere langlebige und robuste Werkstoffe mit spezifischen Designs eingesetzt, die eine konstante und niedrige Reibung gewährleisten
Zum Beispiel:
- Dämpfelemente für unterschiedliche Aktoren
- Dichtungen für Antriebs-Aggregate
- Dichtungen für Batteriemodule
- Dichtungen für flexible und bewegliche Hand-Module – inklusive Hand- und Fingergelenken
- Kompakte und flache Wafer-Dichtungen für Schmierstoffe in kontinuierlich kleiner werdenden Bauräumen
-
SCARA Roboter (Selective Compliance Arm for Robotic Assembly) sind eine spezielle Klasse von Industrierobotern. Mit einer horizontalen Linearachse und drei Rotationsachsen verfügen sie über vier Freiheitsgrade. Dabei sind die Gelenke und Segmente in einer Kette oder Reihe angeordnet – wobei jedes Gelenk direkt mit dem vorhergehenden und dem nachfolgendem Segment verbunden ist (serielle Kinematik). SCARA Roboter können Objekte innerhalb eines begrenzten Arbeitsbereichs erreichen und mit Hochgeschwindigkeit bearbeiten. Dabei über-zeugen sie durch hohe Präzision und Geschwindigkeit. Mit diesen Eigenschaften werden sie häufig in Fertigungs- und Montageprozessen eingesetzt. In diesen anspruchsvollen Umgebungen werden primär Dichtungen und Dämpfungselemente mit geringer Reibung und hoher Verschleißfestigkeit benötigt
Zum Beispiel:
- Dämpfer für Schultergelenke und Verbinder
- Dichtungen für den Motor
- Dichtungen für das Getriebe (Gearbox)
- Statische Dichtungen für die obere und untere Basis-Abdeckung
-
Service-Roboter sind nicht direkt an industriellen Fertigungsprozessen beteiligt. Stattdessen erbringen sie einfache und definierte Dienstleistungen für den Menschen. Haushalts- und Gartenroboter rollen inzwischen weltweit durch Wohnungen und über Rasenflächen. Die Antriebs- und Lenkräder sind über Achsen miteinander verbunden und passen sich den Bodentopografien an. Gleiches gilt für Transport- und Lieferroboter, Informations- und Navigationsroboter sowie Pflegeroboter. Hier werden robuste Dichtungen und Dämpfer benötigt, die resistent gegen Reinigungsmittel, Feuchtigkeit und Staub sind und sowohl die mobile Kraftübertragung als auch die Funktionalität der Ladestationen ohne Leckagen sicherstellen.
Zum Beispiel:
- Dichtungen für die Antriebs-Elemente
- Dichtungen für den Motor
- Dichtungen für die Servicestation
- Räder und Stoßdämpfer
- eCON für sichere Erdung – vermeidet Lagerschäden durch elektrische Entladungen
Nach diesem Überblick fokussieren wir uns auf die Bereiche der Robotik, die sich aktuell mit der größten Dynamik weiterentwickeln und alle oben beschriebenen Anforderungen an Werkstoffe, Dichtungs- und Dämpferlösungen abbilden: auf Cobots und humanoide Roboter. Hier treffen zukunftweisende technologische Ansätze auf fundierte Werkstoff-Expertise:
https://www.fst.com/de/news-stories/robotik/robotics-preview/materials/
Anforderungen an Robot verstehen.
Weitere Themen
.jpg)
Immer informiert
Auf dem Laufenden bleiben:
Mit dem Newsletter von Freudenberg Sealing Technologies.
Zurück zum Anfang