Konstruieren mit Drahtwälzlager ohne Kompromisse bei der Belastbarkeit

Durch ihre patentierte Technologie bieten Drahtwälzlager von Franke hohe Konstruktionsfreiheit, ohne dabei Kompromisse bei der Belastbarkeit einzugehen. Die umschließende Konstruktion lässt sich in einer Vielzahl leichtgewichtiger Materialien realisieren und in ihrer Geometrie optimal an den jeweiligen Einsatzzweck anpassen.

Drahtwälzlager lassen sich einfach integrieren und individuell einstellen

Franke Lagerelemente vom Typ LER eignen sich für mittlere Drehgeschwindigkeiten und Genauigkeiten. Sie überzeugen durch leichten Lauf, hohe Dynamik und kompakten Einbauraum. Durch die geraden Anlageflächen ergibt sich eine einfache Integration in die umschließende Konstruktion sowie eine hohe Steifigkeit. Der günstige Preis macht das Lagerelement vom Typ LER zu einer wirtschaftlichen Lösung. LER werden in der Regel spielfrei eingebaut. Je nach Anforderung kann die Vorspannung individuell eingestellt werden.

Die neue Baureihe LER1.5 wurde gezielt für den Einsatz in ultrakompakten Anwendungen wie beispielsweise MRK-Robotern oder medizinischen Geräten entwickelt. Dem Trend zur Miniaturisierung im Handlings- und Automatisierungsbereich wird das neue LER 1.5 mit seinem Einbauraum von gerade einmal 5×6 mm ebenfalls gerecht. Kleine Drehtische, Greifer oder Manipulatoren lassen sich damit exakt und hoch belastbar bewegen.

Einsatz der Drahtwälzlager in den Gelenken eines Exo-Skeletts

Angesichts des demografischen Wandels und des zunehmenden Fachkräftemangels ist es eine wesentliche Herausforderung für die Wirtschaft, Beschäftigte möglichst lange und gesund im Arbeitsprozess zu erhalten. Explizit sind hier körperlich anstrengende Arbeiten, die Muskeln, Knochen und Gelenke strapazieren, zu betrachten.

Exo-Skelette können hier helfen. Maschinelle Exo-Skelette sind äußere Stützstrukturen für Menschen, die sich nach der Nutzung leicht wieder entfernen lassen. Bereits jetzt werden sie für schwere Lasten oder ungünstige Körperhaltungen eingesetzt. Denken Sie an Lageristen, Maler, Stuckateure oder an Fließbandarbeiter – es gibt viele Berufe, in denen Exo-Skelette Menschen die Arbeit erleichtern und körperliche Belastungen verringern können.

Drahtwälzlager sind hierfür bestens geeignet, da sie sehr kompakt und leicht sind. Sie ermöglichen leichtgängige Bewegungen an den Gelenken. Speziell die Typen der LER-Reihe tun sich hier hervor. Hinzu kommen eine einfache Montage und Einstellung der Vorspannung. Die Mittenfreiheit des Lagers erlaubt die zentrale Unterbringung des Getriebes. Der große Außendurchmesser sorgt für hohe Steifigkeit. Für Exo-Skelette sind Laufruhe und Belastbarkeit ebenso wichtig wie ein geringer Verschleiß. Auch die Leichtgängigkeit und die Sicherheit gegen Schäden, zum Beispiel durch Überlastung, muss gewährleistet sein.

Das Exoskelett darf nicht als störend empfunden werden, das Unterstützungsgefühl muss überwiegen. Da die „Maschine“ direkt am Menschen befestigt wird, muss ein gutes Zusammenspiel entstehen. Die Systeme sollten sich ergänzen. Dazu kommen noch Anforderungen im Hinblick auf Passgenauigkeit, Gewicht, Sicherheit und Zuverlässigkeit. Das System soll sicher, robust und leistungsfähig sein. Es wird viel Drehmoment aus wenig Leistung benötigt. Bislang gibt es nichts Vergleichbares auf dem Markt, was den Menschen bei verschiedenen Tätigkeiten aktiv unterstützt.

Um die Anwendung für den Benutzer so einfach wie möglich zu gestalten, soll es keine Bedienknöpfe oder ähnliches geben. Die Sensoren erfassen die Muskelbewegung, und eine Regeleinheit ermittelt die nötige Rotation des Motors. Das erhöht den Bedienungskomfort, steigert aber auch die Anforderungen an das Ansprechverhalten der Motoren und das Lastverhalten. Absolute Spielfreiheit ist eine Grundvoraussetzung für das System. Hier punkten Franke Drahtwälzlager gegenüber anderen Lösungen durch die einstellbare Vorspannung.

Drahtwälzlager mit Direktantrieb durch Torque-Motoren

Die Drahtwälzlager sind komplett mit Antrieb erhältlich. In das Gehäuse integrierte Torque-Motoren wirken direkt vor Ort – ohne weitere Antriebs- oder Übertragungskomponenten und effizient. Drahtwälzlager mit integriertem Antrieb kommen bereits seit Jahrzehnten in Computertomographen zum Einsatz. Dort beschleunigen sie Röntgeneinheiten von einer Masse bis zu einer Tonne zuverlässig und gleichförmig auf bis zu 400 U/min und ermöglichen dadurch hochauflösende Aufnahmen des menschlichen Körpers.

Direktantriebe lassen sich mit allen Typen von Drahtwälzlagern kombinieren. Aus einem LER1.5 mit adaptiertem Direktantrieb könnten auf diese Weise äußerst kompakte Robotergelenke entstehen, die nur noch angesteuert und mit Energie versorgt werden müssten. Alles andere erledigt das angetriebene Drahtwälzlager. Torque-Motoren werden direkt in Franke-Drehverbindungen integriert. Der Kunde erhält ein einbaufertiges System. Damit ist es exakt zu positionieren und definierte Taktschritte auszuführen.

Hohe Leistung und definierte Bewegungen

Der Torquemotor hat ein hohes Drehmoment bei einer definierten Drehzahlspanne. Dabei ist der Abstand zwischen Stator und Rotor (Luftspalt) ausschlaggebend für die Größe des Drehmoments. Die vorgespannte Franke-Drehverbindung garantiert einen gleichbleibenden Luftspalt. Zur Bestimmung der Motorposition kann ein Messsystem verwendet werden. Die große Mittenfreiheit der Drahtwälzlager mit Direktantrieb lässt sich nutzen, um Material einzusparen oder weiterführende Technik wie Messysteme oder Steuereinheiten dort unterzubringen.

Alle auf dem Markt verfügbaren Mess-Systeme können in die Drehverbindung integriert werden. Standardmäßig werden sehr robuste induktive Mess-Systeme eingesetzt. Sie sind als inkrementelle oder absolute Systeme in verschiedenen Genauigkeitsklassen erhältlich. Von Gerhard Reininger

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