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DER KONSTRUKTEUR 5/2020

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DER KONSTRUKTEUR 5/2020

ROBOTIK HOHL – ABER

ROBOTIK HOHL – ABER OHO SPECIAL Multiturn-Funktionalität beim Motorfeedback in hochdynamischen Roboterarmen – was bislang kaum möglich war, ist ein Kinderspiel mit kapazitativen Hohlwellen-Kits. Dabei gibt es die präzisen Montage-Kits mit einer Zählelektronik, die dank Energy Harvesting ohne Batterien oder aufwendige Getriebe auskommt und komplett wartungsfrei ist. Installiert sind die Hollow-Shaft-Kits direkt in den Gelenken der Knickarmroboter. Von hier überwachen und steuern sie minutiös und detailliert die dreidimensionalen Bewegungsabläufe der einzelnen Roboterarme. Wie hoch die Messlatte in Sachen Präzision und Positionierung liegt, wird daran deutlich, dass moderne Industrieroboter mit Wiederholgenauigkeiten von bis zu 0,1 mm arbeiten. Während die kapazitative Messtechnik, die Platine mit der Auswerteelektronik sowie das Multiturn-System mit dem Wiegand- Harvester auf engstem Raum in den gegenüberliegenden Rotorbzw. Statorscheiben integriert sind, wird die zentrale Öffnung (wahlweise 30 und 50 mm) für die Führung von Kabeln und Medienschläuchen im Innern des Roboters genutzt. KAUM SCHWERER ALS EINE TAFEL SCHOKOLADE Orientiert sich der Außendurchmesser des Hollow Shaft-Kits mit 80 mm gezielt an klassischen Standardmaßen von Hohlwellen- Drehgebern für die Robotik, fallen das geringe Gewicht und die minimale Bauhöhe auf. Mit gerade mal 110 g wiegt das komplette Kit, das mit einem Schutzgehäuse umhaust ist, kaum mehr als eine Autor: Jörg Paulus, General Manager, Sales – Europe, Posital-Fraba, Köln Tafel Schokolade. Mit einer Bauhöhe von 17,8 mm steht der neue Hohlwellen-Encoder überaus schlank da und sorgt laut Hersteller für eine neue Richtgröße in diesem Segment. Was sich mit den neuen Kits tatsächlich einsparen lässt, zeigt ein Blick auf die Ist-Situation. Während für die Drehzahlüberwachung und Positionssteuerung bislang zwei parallel arbeitende Singleturngeber – plus Getriebe für die Synchronisation – nötig sind, schafft der neue Kit-Encoder dies im Alleingang. Aus zwei mach eins – lautet die Devise. Prädestiniert sind die kapazitativen Hohlwellen-Kits für klassische Industrieroboter wie für die hochflexiblen, kleineren Cobots, die stark auf dem Vormarsch sind. Über mechanische Adapterplatten lassen sich die Hollow-Shaft-Geräte problemlos in verschieden große Robotergelenke einpassen. Montage wie Inbetriebnahme sind ein Kinderspiel. Wenige Schrauben reichen, und das System ist einsatzbereit – ganz ohne komplizierte Kalibrierung. Während Posital seit Jahren bei Gebern mit Vollwelle für den erfolgreichen Switch von optischer zu magnetischer Messtechnik, bei der robuste Präzision kostengünstig über Rechenpower und Algorithmen generiert wird, steht, wurde bei der Hollow-Shaft-Serie gezielt ein alternativer Weg eingeschlagen. Da sich magnetische Erfassungsprinzipien nur mit sehr großem Aufwand in Hohlwellen- Designs umsetzen lassen, gab man, ganz pragmatisch, der kapazitativen Messtechnik den Vorzug. Auch sie steht für Zuverlässigkeit und Präzision – zu moderaten Kosten. Dies zeigt sich in Performancedaten wie einer elektronischen Singleturn Auflösung von 18 Bit, gepaart mit einer Genauigkeit von ± 0,02 °. Schlüsselkomponenten der kapazitativen Messtechnik sind die mit unterschiedlichen Mustern bzw. Rastern gestalteten leitfähigen Oberflächen von Rotor und Stator. Sie erzeugen elektrische Hochfrequenzsignale, die über spezielle ASIC-Prozessoren erfasst und gescannt werden. Dabei wird die aktuelle Weg- und Winkelposition ermittelt und als eindeutiger Positionswert über die Open Source- Schnittstellen SSI bzw. BiSS C an die zentrale Steuerung weitergegeben. Da beim Scannen immer die komplette Oberfläche erfasst wird, lässt sich das neue Hohlwellen-Kit auch von punktuellen Verschmutzungen nicht aus dem Takt bringen. 34 DER KONSTRUKTEUR 2020/05 www.derkonstrukteur.de

ROBOTIK ENERGY HARVESTING STATT BATTERIEN Der eigentliche USP ist die Multiturn-Auslegung der Hollow Shaft- Serie. Bislang gab es Durchgangs- bzw. Hohlwellen-Geber fast ausschließlich als Singleturn-Lösung, da die richtige Multiturn-Technologie noch gefehlt hat. Diese Lücke konnte jetzt mit einer Variante des Wiegand-Sensors geschlossen werden. Statt Batteriepower sorgen hier Impulse aus einem von Posital in Eigenregie gefertigten Wiegand- Draht für die Energie-Ernte. Während der klassische Wiegand-Harvester, der seit 2005 erfolgreich bei Vollwellen-Gebern im Einsatz ist, im Tandem mit einem zentralen Permanentmagneten operiert, musste für das Hohlwellen-Design ein komplett neues Set-Up gefunden werden. Über intensive Magnetfeldsimulation und in praktischen Feldtests wurde im Aachener F&E-Zentrum eine zuverlässige DER ENCODER SPIELT SEINE STÄRKEN VOR ALLEM BEI DER HOCHPRÄZISEN POSITIONIE- RUNG UND STEUERUNG VON ROBOTERARMEN AUS Lösung mit vier Diametralmagneten entwickelt, die gleichmäßig im Rotor platziert wurden. Die vier Magneten sorgen für ein stabiles Magnetfeld, das von dem fest auf dem Stator installierten Wiegand-Sensor detektiert und genutzt werden kann. Mit jeder 360°-Rotation des externen Magnetfeldes erzeugt der haarfeine Wiegend-Draht, der in eine Kupferspule eingebettet ist, einen Spannungsimpuls. Er weckt die Zählelektronik auf, die jede einzelne Umdrehung exakt erfasst. Der Multiturn-Zähler verfügt über einen 43-Bit-Speicher für einen Messbereich von fast neun Billionen Umdrehungen. Die Bemusterung mit den neuen Hollow-Shaft-Kits erfolgt seit Mitte letzten Jahres. „Das Echo ist riesig, wobei wir den größten Schub vor allem bei Neuentwicklungen sehen, die im rasant schneller werdenden Robotergeschäft in immer kürzeren Intervallen auf dem Plan stehen,“ so Posital-Fraba-CEO Christian Leeser. Bilder: Posital Fraba Europe www.posital.de Rotor und Stator – die kapazitative Messtechnik setzt auf verschieden gestaltete leitfähige Oberflächen iSync® ® BELTS Designed for Performance, Engineered for Excellence. LEISTUNG UND PRÄZISION UNTER KONTROLLE Bis zu 30% höhere Leistung als herkömmliche Riemen, Hochpräzise endlose Hochleistungsriemen Verfügbare Profile: • T2,5, T5, T10 • AT5, AT10 • L, XL Doppelverzahnung: • DT5, DT10 Leistung (%) 140 120 100 80 60 40 20 0 Polyurethan T-AT iSync ® T-AT iSync® T- AT +30% Leistungssteigerung www.elatech.com SIT Antriebselemente GmbH - Rieseler Feld 9 (Gewerbegebiet West) D-33034 Brakel Tel. +49.5272.3928.0 - Fax +49.5272.392890 info@sit-antriebselemente.de Banner iSync 2020 DE_R1.0.indd 1 15/04/2020 15:49:27 www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2020/05 35

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