Industrielle Drehlager transportieren Roboterlasten entlang definierter Kraftwege.

Wie kann die Genauigkeit einer Roboterbasis erhalten bleiben, wenn ein Roboterarm ausgefahren, beschleunigt, angehalten und die Richtung geändert wird? Die Antwort beginnt mit dem Verständnis, wohin die Last gelangt, nachdem sie das Drehgelenk erreicht hat.Industrielle DrehlagerSie sind so konstruiert, dass sie gleichzeitig axiale Kräfte, Radialkräfte und Kippmomente aufnehmen können, ihr Verhalten hängt jedoch von der gesamten Baugruppe ab: dem Lager, den Befestigungsstrukturen, den Schrauben, dem Zahneingriff, der Antriebsanordnung und dem Betriebszyklus.

Für Automatisierungsingenieure in der frühen Evaluierungsphase ist die wichtigste Frage nicht einfach „Welcher Lagerdurchmesser wird benötigt?“, sondern „Welche Lasten wirken auf die Lagerlaufbahnen, wie werden sie auf die Roboterbasis übertragen und welche Konstruktionsmerkmale können zu Spiel, Verformung oder abnormalem Verschleiß führen?“ Ein Lager, das zwar den Anforderungen entspricht, kann dennoch die falsche Wahl sein, wenn sich die Grundplatte durchbiegt, der Lastschwerpunkt weit von der Achse entfernt liegt oder die Befestigungsschrauben den Lagerring unter Momentbelastung nicht halten können.

Beginnen Sie mit der Roboterbewegung und den tatsächlichen Lastfällen.

Abschluss:Definiere den kompletten Bewegungszyklus, bevor du Lagertypen vergleichst. Die statische Nutzlast allein reicht nicht aus, da Robotergelenke während der Rotation veränderliche Kraftrichtungen und Hebelarme erzeugen.

Die Argumentation ist einfach. Ein Robotersockel mag zwar im Ruhezustand den Arm und das Werkzeug tragen, ist aber im Betrieb auch Beschleunigung, Verzögerung, Notstopps, außermittigen Nutzlastpositionen, Seilzug, Getriebekräften und von der Roboterstruktur übertragenen Kräften ausgesetzt. Das Lager erfährt daher keinen konstanten Wert, sondern eine Vielzahl kombinierter Belastungen.

Dieser Ansatz eignet sich für Knickarmroboter, Palettierzellen, Schweißpositionierer, Inspektionsplattformen, Drehhandhabungsstationen und ähnliche Anlagen, deren Oberwagen sich relativ zu einem festen Fundament dreht. Er ersetzt jedoch keine vollständige statische oder dynamische Berechnung für sicherheitsrelevante Anlagen, Hochgeschwindigkeitssysteme oder Anwendungen mit signifikanter Stoßbelastung. Für diese Konstruktionen muss der Maschinenbauer das gesamte Lastsystem bewerten.

Erstellen Sie eine Lastfallliste, bevor Sie ein Lagerangebot anfordern.

• Parkzustand:Ermitteln Sie die Armposition, bei der die Nutzlast am weitesten vom Drehzentrum entfernt ist. Dies erzeugt häufig das höchste Kippmoment.
• Maximale Reichweitenbedingung:Erfassen Sie die Gesamtmasse der Armsegmente, des Endeffektors, des Werkstücks, der Vorrichtungen und aller daran befestigten Prozessanlagen.
• Beschleunigungsbedingung:Berücksichtigen Sie die Kräfte, die beim Anlaufen oder bei Drehzahländerungen der rotierenden Baugruppe entstehen. Das vom Antriebssystem benötigte Drehmoment kann die Belastung von Zahnrädern und Zahnkranz beeinflussen.
• Verzögerungsbedingung:Die Bremsrichtung kann gesondert betrachtet werden. Eine Umkehrung kann den Kontakt von einer Rennstreckenzone in eine andere verlagern.
• Prozessbedingung:Berücksichtigen Sie externe Kräfte wie Zugkräfte beim Schweißen, Zugkräfte beim Dosieren, Bearbeitungskräfte oder Kontaktkräfte von Handhabungsgeräten.
• Transport- oder Wartungszustand:Prüfen Sie, ob die Maschine bewegt, gekippt, angehoben oder in einer Position verriegelt ist, die von ihrer normalen Betriebshaltung abweicht.

Ein nützliches Angebotsanfragepaket enthält Angaben zur rotierenden Masse, zum Schwerpunkt, zu den vertikalen und horizontalen Kräften, zu den Kippmomenten, zur Drehzahl, zum Betriebszyklus, zur Montageanordnung und zum verfügbaren Installationsraum.Leitfaden zur LagerauswahlDiese Eingaben können zwar organisiert werden, die endgültige Auswahl sollte jedoch auf den tatsächlichen Lastfällen der Maschine und nicht auf einer allgemeinen Nutzlastangabe basieren.

Lastpfadanalyse für ein Drehlager an einem Roboterfuß

Abschluss:Axial-, Radial- und Momentenlasten sind als zusammenhängende Kräfte und nicht als isolierte Katalogeinträge zu betrachten. Jede Last wirkt unterschiedlich auf das Lager, durchläuft verschiedene Kontaktzonen und stellt unterschiedliche Anforderungen an Ringe, Laufbahnen, Wälzkörper, Schrauben und Stützstrukturen.

Die folgende Tabelle erläutert die praktische Wirkung der einzelnen Kräfte. Sie zeigt auch, was passieren kann, wenn der Lastpfad in der frühen Entwurfsphase falsch interpretiert wird.

Die axiale Belastbarkeit ist vor allem dann von Bedeutung, wenn das Gewicht des Oberwagens hoch und überwiegend vertikal ist. Sie allein bestätigt jedoch nicht die Eignung für einen Roboterarm mit großer Reichweite. Ein Roboter kann ein moderates vertikales Gewicht aufweisen und dennoch ein hohes Drehmoment erzeugen, weil sein Schwerpunkt weit von der Lagerachse entfernt liegt.

Die radiale Lastübertragung gewinnt an Bedeutung, wenn der Roboter seitliche Bearbeitungsvorgänge durchführt, Kabel konstant in eine Richtung ziehen oder das Lager zusätzlich einen Antrieb mit Zahnradeingriffskräften stützt. Bei einer sorgfältig ausbalancierten vertikalen Achse mit minimaler Seitenbelastung ist sie weniger dominant, sollte aber nicht vernachlässigt werden, nur weil die Hauptlast vertikal verläuft.

Das Kippmoment ist üblicherweise der entscheidende Faktor für die Stabilität einer Roboterbasis. Je weiter der Schwerpunkt vom Drehzentrum entfernt liegt, desto stärker versucht die obere Struktur, den rotierenden Ring zu kippen. Auf einer Seite des Lagers wirken auf die Wälzkontakte höhere Druckkräfte. Auf der anderen Seite kann sich der Ring von seiner Auflage abheben. Dieser Tendenz wird durch die Lagerkonstruktion, die Befestigungsschrauben und die Steifigkeit der zugehörigen Strukturen entgegengewirkt.

Eine praxisorientierte Konstruktionsprüfung sollte daher den Kraftfluss über das Lager selbst hinaus verfolgen. Es ist zu klären, wo die Kraft in den oberen Ring eintritt, wo sie den unteren Ring verlässt und ob sich eine der Auflageflächen lokal verbiegen kann. Wenn sich der Stützflansch durchbiegt, entspricht die unter idealen Lagerbedingungen angegebene Tragfähigkeit möglicherweise nicht dem Verhalten im montierten Roboter.

Wählen Sie die Lageranordnung um das dominante Ausfallrisiko herum.

Abschluss:Die Lageranordnung ist anhand der Lastkombination und des erforderlichen Rotationsverhaltens zu wählen, nicht allein anhand des Außendurchmessers. Ein größerer Bauraum kann zwar hilfreich sein, jedoch beeinflussen Ringquerschnitt, Wälzkörperanordnung, Laufbahngeometrie, Montagehalterung und Verzahnung das Ergebnis.

Bei Roboterbasen, die erheblichen Axialkräften und Kippmomenten ausgesetzt sind, wird häufig eine Drehlageranordnung in Betracht gezogen, da sie Lastaufnahme und Rotation in einer Baugruppe vereint. Wenn der Konstrukteur ein flaches Drehgelenk benötigt und die Belastung geeignet ist, …DünnprofillagerDie Bewertung kann im Rahmen einer anderen Maschinenarchitektur erfolgen. Diese Optionen sind nicht austauschbar. Die richtige Wahl hängt vom Lastpfad, dem verfügbaren Stützdurchmesser, der angestrebten Steifigkeit und der Antriebsanordnung ab.

Wird ein Zahnrad in ein rotierendes System integriert, ist es als Teil des Lastsystems und nicht als separates Beschaffungsteil zu betrachten. Die Eingriffskraft der Zahnräder erhöht die radiale Beanspruchung, während die Ritzelanordnung eine lokale Kraftkonzentration verursachen kann. Bei Anlagen mit Außenverzahnung ist die Schnittstelle zwischen Lager undDrehkranzDie Überprüfung sollte unter Berücksichtigung des Antriebsdrehmoments, der Zahnradposition, der Anforderungen an das Zahnflankenspiel und der Gehäusesteifigkeit erfolgen.

Für Konstruktionen mit einem in sich geschlossenen Drehantrieb,SchwenkantriebeDiese Option eignet sich möglicherweise für Anwendungen, bei denen Antriebs- und Lagerfunktionen als aufeinander abgestimmte Einheit spezifiziert sind. Die Überprüfung der Fundamentsteifigkeit und der Richtung externer Lasten entfällt dadurch jedoch nicht. Die Montagefläche bestimmt weiterhin, wie gut die Einheit unter Betriebsbelastungen die Ausrichtung beibehält.

Ringverzerrungen durch Montagekonstruktion und Installationskontrolle verhindern

Abschluss:Ein korrekt ausgewähltes Lager kann dennoch schlecht funktionieren, wenn es auf unebenen, schwachen oder unzureichend abgestützten Flächen montiert ist. Behandeln Sie die Basis und die Drehplattform als funktionale Bestandteile des Lagersystems.

Der Grundgedanke ist, dass ein Drehkranz die Last gleichmäßig über seine Laufbahnen verteilt. Weist die Gegenstruktur lokale Unebenheiten, Spalten, Schweißnahtverformungen oder unzureichende Steifigkeit auf, kann der Drehkranz beim Anziehen der Schrauben oder im Betrieb seine vorgesehene Form verlieren. Dadurch ändert sich die Kontaktverteilung. Die Folge kann eine höhere lokale Belastung sein, selbst wenn die berechnete äußere Last akzeptabel erscheint.

Diese Empfehlung gilt für geschweißte Robotersockel, gefertigte Maschinenrahmen, bearbeitete Flansche, Drehtische und Grundplatten. Sie ist besonders relevant bei hohen Roboteraufbauten oder Lagern mit großem Stützdurchmesser. Dies bedeutet jedoch nicht, dass jede Montagekonstruktion die gleiche Ausführung verwenden muss. Die erforderliche Stützkonstruktion hängt von den konkreten Lastfällen und den Installationsvorgaben des Lagerherstellers ab.

Montageprüfungen, die bei der Konstruktionsprüfung berücksichtigt werden sollten

1. Definiere, welcher Ring stationär und welcher Ring rotierend ist, und ordne dann alle äußeren Kräfte relativ zu diesen Ringen an.
2. Sorgen Sie entsprechend der Lagerkonstruktion und der Maschinenbelastung für eine durchgehende und ausreichend steife Unterstützung unterhalb der Montageflächen.
3. Prüfen Sie vor der endgültigen Montage des Gehäuses, ob die Befestigungspunkte, der zugängliche Anzugsraum und die Wartungszugänge vorhanden sind.
4. Prüfen Sie den Einfluss der Schweißkonstruktion, der Bearbeitungsreihenfolge und des Beschichtungsaufbaus auf den Zustand der Montagefläche.
5. Berücksichtigen Sie die Ritzelposition und die Belastung des Zahneingriffs, wenn das Lager eine Außen- oder Innenverzahnung aufweist.
6. Erstellen Sie einen Installations- und Inspektionsplan für das Anziehen der Schrauben, die Schmierung, falls erforderlich, die Überprüfung der Rotation und die regelmäßige Zustandsprüfung.

Die Lager sollten gemäß den vom Lieferanten für die gewählte Ausführung dokumentierten Anweisungen eingebaut werden. LTZC bietet hierzu Hilfestellung.LagereinbauDies ist hilfreich bei der Planung der Montageabfolge und des Wartungszugangs. Allgemeine Installationshinweise sollten jedoch nicht die maschinenspezifischen technischen Anforderungen außer Kraft setzen, insbesondere wenn der Roboter Sicherheitsstandards oder außergewöhnlichen Prozessbelastungen unterliegt.

Nutzen Sie Vorlast- und Freigabeentscheidungen, um die Positionsgenauigkeit zu schützen

Abschluss:Legen Sie das Lagerspiel bzw. die Drehkranzlagervorspannung entsprechend dem erforderlichen Bewegungsverhalten und den tatsächlichen Betriebsbedingungen fest. Zu großes Lagerspiel kann die Wiederholgenauigkeit verringern, während zu hohe Vorspannung den Rotationswiderstand und die Kontaktspannung erhöhen kann.

Bei einer Roboterbasis kann Spiel am Endeffektor als kleine Winkelbewegung um die vertikale Achse auftreten. Dieser Effekt wird deutlicher sichtbar, je weiter der Arm nach außen reicht. Bei Anwendungen wie Bildverarbeitung, präziser Teileplatzierung, Schweißbahnen oder Werkzeugausrichtung sollte der Konstrukteur die zulässige Winkelbewegung am Lager sowie die Armauslenkung und das Getriebeverhalten berücksichtigen.

Eine Vorspannung kann in manchen Anordnungen die Steifigkeit verbessern, indem sie die freie Bewegung zwischen Wälzkörpern und Laufbahnen reduziert. Sie ist jedoch nicht automatisch die richtige Lösung. Eine für die Montagebedingungen, die Betriebstemperatur oder den Lastzyklus ungeeignete Vorspannung kann zu höherer Reibung und ungünstigeren Kontaktbedingungen führen. Verwenden Sie diesen Ansatz nur dann, wenn die Positionierungssteifigkeit eine definierte technische Anforderung ist, und nicht als pauschale Lösung für jedes Spielproblem.

• Bewertung der Nutzungsfreigabewenn das System moderate Positionierungsanforderungen hat und die Hauptsorge in einer zuverlässigen Rotation unter dem erwarteten Lastbereich besteht.
• Vorlast auswertenwenn Winkelsteifigkeit und Bewegungswiederholbarkeit primäre Anforderungen sind und die gesamte Struktur die beabsichtigte Geometrie beibehalten kann.
• Antriebsspiel separat prüfenweil ein gut gelagertes Lager Positionsfehler, die durch Zahnräder, Untersetzungsgetriebe, Kupplungen oder die Steuerungseinstellung entstehen, nicht beseitigen kann.
• Überprüfen Sie die vollständige Armstrukturweil die Bewegung des Endeffektors durch Armbiegung, Gelenke, Vorrichtungen und Fundamentbewegungen sowie durch das Lager verursacht werden kann.

Erstellen Sie eine technische Angebotsanfrage, die eine aussagekräftige Lagerprüfung ermöglicht.

Abschluss:Senden Sie mit Ihrer Anfrage bitte nicht nur den gewünschten Lagerdurchmesser, sondern auch Last- und Schnittstellendaten. So kann der Lieferant Ihnen eine Konstruktion vorschlagen, die optimal auf die Betriebsbedingungen abgestimmt ist, anstatt lediglich eine vorhandene Teilenummer zu verwenden.

LTZC Bearings Co., Ltd. bietet kundenspezifische Lagerlösungen, die auf den jeweiligen Betriebsbedingungen, bestehenden Konstruktionen und technischen Spezifikationen basieren. Dies ist besonders hilfreich bei Roboterbasen mit ungewöhnlicher Flanschanordnung, speziellen Getriebeanforderungen, begrenztem Montageraum oder wenn ein vorhandenes Lager ausgetauscht werden muss. Dieser Service entbindet den Maschinenbauer jedoch nicht von seiner Verantwortung, die Betriebslasten und Sicherheitsanforderungen festzulegen.

LTZC arbeitet nach den Normen ISO 9001:2015, ISO 14001:2015 und ISO 45001:2018 und ist von ISO, CCS und ABS zertifiziert. Dies sind wichtige Vertrauenssignale für Einkäufer, die Lieferantenmanagementsysteme bewerten. Das Unternehmen gibt zudem eine Lieferzeit von 30 bis 90 Tagen und keine Mindestbestellmenge an, was sowohl für die Prototypenbewertung als auch für die Serienfertigung geeignet ist. Die tatsächliche Lieferzeit sollte jedoch anhand des gewählten Designs, des Freigabestatus der Zeichnungen und der Auftragsdetails bestätigt werden.

Checkliste für Käuferanfragen zu Roboterbasislagern

• Roboter-Layoutzeichnung mit Darstellung der Lagerposition und der Drehstruktur
• Lage der maximalen rotierenden Masse und des Schwerpunkts
• Axialkraft, Radialkraft und Kippmoment für jeden Hauptlastfall
• Drehzahl, Tastverhältnis, Beschleunigungsmuster und Richtungsumkehrungen
• Erforderliche Rotationsgenauigkeit und zulässige Systemdurchbiegung
• Getriebeanordnung, Informationen zum Antriebsdrehmoment und, falls relevant, die Position des Ritzels.
• Befestigungsschraubenmuster, verfügbare Flanschabmessungen und Details zur Tragkonstruktion
• Betriebsumgebung, einschließlich Kontamination, Temperaturbedingungen und Korrosionseinwirkung
• Ob es sich um einen Ersatz, eine Neukonstruktion oder eine Modifizierung einer bestehenden Einheit handelt

Für ein Austauschprojekt benötigen wir die vorhandene Zeichnung oder die gemessenen Schnittstellendetails sowie die Begründung für den Austausch. Ein direkter Maßabgleich löst das zugrundeliegende Problem möglicherweise nicht, wenn das Originalteil beispielsweise lockere Schrauben, ungleichmäßigen Verschleiß, ein zu hohes Antriebsdrehmoment oder eine Verformung des Sockels aufwies. In diesem Fall ist es ratsam, vor dem endgültigen Austausch den Lastpfad und die Montagebedingungen zu überprüfen.

Senden Sie Ihre Roboterbasiszeichnung und die Lastfälle an LTZC, um eine Beratung zur Lagerauswahl oder ein Angebot zu erhalten.