Robotik

Automatisierte Präzision

Präzise Bremsentechnik für Robotik – sicher, energieeffizient und hochdynamisch

Warum Roboteranwendungen besondere Bremssysteme benötigen

Roboter bewegen Werkstücke, Werkzeuge und Baugruppen schnell, wiederholgenau und häufig auf sehr engem Raum. Sie greifen, drehen, heben, schwenken, positionieren und montieren. Dabei müssen viele Achsen exakt zusammenarbeiten, während sich Lasten, Geschwindigkeiten und Bewegungsrichtungen laufend ändern. 

Moderne Robotik stellt hohe Anforderungen an Dynamik und Sicherheit. Ein Roboter soll kurze Zykluszeiten erreichen, aber bei einer Kollision oder unerwarteten Last kontrolliert reagieren.

Vertikale Achsen und bewegte Werkzeuge müssen sicher gehalten werden. Gleichzeitig sollen die Komponenten leicht, kompakt und energieeffizient sein, damit die Beweglichkeit des Gesamtsystems erhalten bleibt. 

Kupplungen, Bremsen, Überlastsysteme und Aktuatoren übernehmen dabei wichtige Aufgaben. Sie übertragen Drehmomente, sichern Positionen, begrenzen Kräfte, schalten Werkzeuge und ermöglichen präzise lineare oder rotative Bewegungen. In der Robotik gilt: Jede eingesparte Ungenauigkeit kann eine bessere Bewegung ermöglichen. 

Wenn Dynamik und Sicherheit zusammenarbeiten müssen

Mönninghoff-Komponenten können in unterschiedlichen Bereichen der Robotik zum Einsatz kommen, zum Beispiel

  • in Industrierobotern und Gelenkrobotern
  • in Handhabungs- und Pick-and-Place-Systemen
  • in Montage- und Zuführrobotern
  • in Schweiß-, Bearbeitungs- und Werkzeugrobotern
  • in kollaborativen Robotersystemen
  • in mobilen Robotern und fahrerlosen Transportsystemen
  • in Greifern und Werkzeugwechslern
  • in vertikalen Hub- und Positionierachsen
  • in Schwenk- und Drehmodulen
  • in automatisierten Prüf- und Messsystemen
  • in Robotik für Medizin, Labor und Service
  • in Sondermaschinen mit robotischen Bewegungsabläufen

Die Aufgaben unterscheiden sich je nach Robotertyp. Ein Pick-and-Place-System benötigt hohe Dynamik und kurze Zykluszeiten. Ein Greifer muss Werkstücke sicher halten. Ein Werkzeugwechsler benötigt definierte Schalt- und Verriegelungszustände. Eine vertikale Achse muss auch bei Stillstand oder Energieausfall zuverlässig gesichert werden.

Gemeinsam ist allen Anwendungen, dass Bewegung und Sicherheit nicht getrennt betrachtet werden können. Ein Roboter muss schnell sein – aber immer wissen, wann Schluss ist.

Die Anforderungen an Kupplungen, Bremsen und Überlastsysteme

Robotische Systeme stellen an die Antriebstechnik besondere Anforderungen

  • Hohe Dynamik Achsen und Werkzeuge müssen schnell beschleunigen, abbremsen und die Richtung ändern können.
  • Hohe Positioniergenauigkeit Bewegungen müssen wiederholgenau und möglichst spielfrei ausgeführt werden.
  • Geringe bewegte Masse Kupplungen, Bremsen und Aktuatoren sollen die Dynamik der Achsen möglichst wenig beeinträchtigen.
  • Kompakte Bauform Die Komponenten müssen in Gelenke, Greifer, Werkzeugmodule oder enge Achsräume passen.
  • Sichere Haltefunktion Vertikale Achsen, Werkzeuge und Lasten müssen in definierten Positionen zuverlässig gehalten werden.
  • Kollisions- und Überlastschutz Bei unerwarteten Kräften oder Blockierungen soll der Kraftfluss kontrolliert begrenzt oder getrennt werden können.
  • Kurze Reaktionszeiten Sicherheits- und Schaltfunktionen müssen schnell auf Befehle oder Störungen reagieren.
  • Geringes Verdrehspiel Ungenauigkeiten in Kupplungen und Verbindungen können sich direkt auf die Bahn- und Positioniergenauigkeit auswirken.
  • Hohe Wiederholgenauigkeit Jeder Zyklus soll möglichst unter denselben mechanischen Bedingungen ablaufen.
  • Energieeffizienz Mobile und dynamische Roboter profitieren von geringem Energiebedarf und reduzierten Zusatzmassen.
  • Dauerfestigkeit Viele Roboter arbeiten mit sehr hohen Zykluszahlen und kurzen Taktzeiten.
  • Vibrationsarmes Verhalten Schwingungen können die Bahnqualität, Werkzeugstandzeit und Produktqualität beeinflussen.
  • Sicheres Verhalten bei Energieausfall Bewegte oder angehobene Baugruppen müssen in einen definierten Zustand gelangen können.
  • Einfache Integration Mechanische, elektrische und diagnostische Schnittstellen müssen zur Roboterarchitektur passen.
  • Wartungsfreundlichkeit Verschleiß- und Wartungspunkte sollen gut zugänglich und planbar sein.

Die Herausforderung liegt in der Kombination aus Leichtbau, Dynamik, Präzision und Sicherheit. Jede Komponente muss leistungsfähig sein, ohne die Beweglichkeit und das Verhalten des Roboters unnötig zu beeinflussen.

Greifen, schalten, sicher halten

Mönninghoff entwickelt Kupplungs-, Brems- und Aktuatorsysteme, die auf Drehmoment, Drehzahl, Kraft, Hub, Lastprofil, Schaltfrequenz und Bauraum des jeweiligen Roboters abgestimmt werden.

Elektromagnetische Zahnhaltebremsen

Elektromagnetische Zahnhaltebremsen können Achsen formschlüssig und präzise in einer definierten Position halten. Das kann insbesondere bei vertikalen Achsen, Schwenkmodulen und Werkzeugträgern relevant sein.

Mögliche Einsatzaufgaben sind

  • das Halten vertikaler Roboterachsen
  • die Sicherung von Greifern und Werkzeugträgern
  • das Halten von Schwenk- und Positionierachsen
  • die Absicherung bei Stillstand und Energieausfall
  • das Halten während Werkzeugwechsel und Wartung
  • die Unterstützung redundanter Sicherheitskonzepte
  • das Sichern von Lasten in einer definierten Position

Das formschlüssige Prinzip kann eine spielfreie und kompakte Haltefunktion unterstützen. Haltemoment, Schaltzeit, Belastungsrichtung, Positioniergenauigkeit und Sicherheitskonzept müssen dabei gemeinsam betrachtet werden.

Überlastkupplungen

Überlastkupplungen können den Kraftfluss begrenzen oder trennen, wenn ein definiertes Drehmoment überschritten wird. In robotischen Systemen können sie dazu beitragen, Achsen, Getriebe, Werkzeuge und Werkstücke bei Blockierung oder unerwarteten Kräften zu schützen.

Mögliche Einsatzfelder sind

  • der Schutz von Roboterachsen
  • die Absicherung von Greifern und Werkzeugen
  • Werkzeug- und Prozessschutz bei Kollisionen
  • die Begrenzung von Drehmomenten in Nebenachsen
  • die Entlastung des Antriebs bei Blockierung
  • die Reduzierung von Folgeschäden an Getrieben und Wellen
  • die Unterstützung einer schnellen Wiederaufnahme des Betriebs

Bei der Auslegung sind unter anderem Auslösemoment, Reaktionsverhalten, Rückstellung, Drehzahl und die Erkennung des Überlastfalls zu betrachten. Eine Überlastkupplung ersetzt keine vollständige Sicherheitsfunktion, kann aber ein wichtiger Bestandteil eines abgestimmten Schutzkonzepts sein.

Elektromagnetische Zahnkupplungen

Elektromagnetische Zahnkupplungen ermöglichen formschlüssige Schaltvorgänge mit hoher Wiederholgenauigkeit. Sie können eingesetzt werden, wenn Werkzeuge, Antriebszweige oder Funktionen im Roboter präzise verbunden und getrennt werden müssen.

Typische Einsatzbeispiele sind

  • automatisierte Werkzeugwechsel
  • das Zu- und Abschalten von Werkzeugantrieben
  • die Synchronisierung von Antriebsstufen
  • definierte Verriegelungs- und Positionieraufgaben
  • das Schalten von Greifer- und Nebenfunktionen
  • Anwendungen mit hohen Anforderungen an geringes Verdrehspiel

Die formschlüssige Verbindung unterstützt einen eindeutigen Schaltzustand und eine präzise Kraftübertragung. Das kann besonders bei Werkzeugwechseln und rotativen Anwendungen von Vorteil sein, wenn eine wiederholgenaue Positionierung erforderlich ist.

Drehsteife Wellenkupplungen

Drehsteife Wellenkupplungen ermöglichen eine genaue Übertragung von Drehmomenten und können kleine Fluchtungsfehler im Antriebsstrang ausgleichen. Sie sind interessant, wenn hohe Torsionssteifigkeit, geringes Verdrehspiel und eine kompakte Integration gefragt sind.

Mögliche Einsatzaufgaben sind

  • Gelenk- und Schwenkachsen
  • rotative Greifer und Werkzeugmodule
  • die Verbindung von Motor und Getriebe
  • synchronisierte Roboterbewegungen
  • Positionier- und Prüfachsen
  • Anwendungen mit häufigen Richtungswechseln

Eine präzise Wellenverbindung hilft dabei, die Bewegung des Motors möglichst direkt in eine kontrollierte Roboterbewegung umzusetzen. Das unterstützt die Bahn- und Positioniergenauigkeit und kann zusätzliche Belastungen im Antriebsstrang reduzieren.

Magnetorheologische Fluidbremsen

Magnetorheologische Fluidbremsen ermöglichen stufenlos regelbare Bremsmomente und Dämpfung. Sie können für robotische Anwendungen interessant sein, bei denen variable Bewegungswiderstände, kontrollierte Verzögerungen oder eine feinfühlige Bewegungsführung erforderlich sind.

Mögliche Einsatzfelder sind

  • dynamische Schwenk- und Positionierbewegungen
  • Dämpfung von Bewegungen und Schwingungen
  • variable Last- und Widerstandsprofile
  • empfindliche Greif- und Handhabungsaufgaben
  • Prüf- und Simulationssysteme für Robotik
  • kontrolliertes Abbremsen bewegter Achsen

Durch die regelbare Bremswirkung kann das Bewegungsverhalten an den jeweiligen Prozess angepasst werden. Entscheidend sind dabei Reaktionszeit, Bremsmoment, Wärmeentwicklung und die Einbindung in die Roboterregelung.

Linearaktuatoren

Linearaktuatoren können kurze, dynamische und wiederholgenaue Hübe ermöglichen. Sie können eingesetzt werden, wenn Greifer, Schieber, Verriegelungen oder kleine Positionierachsen direkt und kompakt bewegt werden sollen.

Mögliche Einsatzaufgaben sind

  • Betätigung von Greifern
  • Verriegelungs- und Entriegelungsbewegungen
  • kurze Hübe in Werkzeugwechslern
  • lineare Positionierung von Baugruppen
  • schnelle Schaltbewegungen
  • kompakte Zusatzachsen und Betätigungen

Bei der Auslegung sind Kraft, Hub, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Haltefunktion und verfügbare Einbaulänge gemeinsam zu betrachten. Eine direkte lineare Bewegung kann dabei helfen, zusätzliche Mechanik und bewegte Masse zu reduzieren.

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Antriebstechnik für intelligente Bewegungen

Ob Roboterachse, Greifer, Werkzeugwechsler, Hubmodul, Schwenkeinheit oder mobile Plattform: Mönninghoff entwickelt Kupplungen, Bremsen, Überlastsysteme, Wellenverbindungen und Aktuatoren für Robotikanwendungen mit hohen Anforderungen an Dynamik, Präzision, Sicherheit und kompakte Integration.

Sie entwickeln einen neuen Roboter, möchten eine bestehende Achse optimieren oder suchen eine kompakte Lösung für Schalten, Halten, Dämpfen und Überlastschutz? Sprechen Sie mit unseren Experten über Drehmoment, Drehzahl, Kraft, Hub, Nutzlast, Zykluszeit, Sicherheitsfunktion und Bauraum. Gemeinsam bringen wir Präzision in Ihre automatisierte Bewegung.

Dynamik braucht eine stabile Basis

In der Robotik können sich kleine mechanische Ungenauigkeiten direkt auf die Bahn und das Arbeitsergebnis auswirken. Verdrehspiel, Schwingungen, Nachlauf oder eine zu hohe bewegte Masse können die Wiederholgenauigkeit und Zykluszeit beeinflussen.

Für die Auslegung können unter anderem folgende Parameter berücksichtigt werden

  • Drehmoment und Drehzahl
  • lineare Kraft und Hub
  • Beschleunigung und Verzögerung
  • Massenträgheit der Achsen und Werkzeuge
  • Nutzlast und Schwerpunktlage
  • Zykluszeit und Schaltfrequenz
  • Bahn- und Positioniergenauigkeit
  • Verdrehspiel und Torsionssteifigkeit
  • Schwingungen, Resonanzen und Dämpfung
  • thermische Belastung im Dauerbetrieb
  • Verhalten bei Kollision und Überlast
  • Verhalten bei Stromausfall und Not-Stopp
  • verfügbare Baugröße und Anschlussgeometrie
  • Gewicht und Leistungsaufnahme
  • Anforderungen an Steuerung, Sensorik und Diagnose
  • Werkzeugwechsel, Wartung und Wiederinbetriebnahme

Mönninghoff entwickelt kundenspezifische Lösungen, die auf die konkrete Achse, das Werkzeug und den Bewegungsablauf abgestimmt werden können. Im Mittelpunkt steht die zuverlässige Gesamtbewegung – vom Antrieb bis zum Kontakt mit dem Werkstück.

Sicherheit ist mehr als ein Not-Stopp

Bei Robotern muss Sicherheit über die gesamte Bewegungsaufgabe betrachtet werden. Entscheidend ist, wie sich Achsen, Werkzeuge und Lasten bei einer Kollision, einem Sensorfehler, einer Blockierung oder einem Energieausfall verhalten.

Je nach Anwendung können folgende Funktionen relevant sein

  • sichere Haltefunktion für Achsen und Lasten
  • Begrenzung oder Trennung des Kraftflusses bei Überlast
  • kontrolliertes Abbremsen bewegter Baugruppen
  • Überwachung von Schalt-, Brems- und Haltezuständen
  • Schutz von Werkzeugen, Werkstücken und Maschinenmechanik
  • Integration in Not-Stopp- und Sicherheitskreise
  • definierte Reaktion bei Sensor- oder Steuerungsfehlern
  • sichere Rückstellung nach einer Kollision
  • kontrollierte Wiederaufnahme des Betriebs
  • Diagnose und Dokumentation sicherheitsrelevanter Zustände

Die konkrete Sicherheitsfunktion muss gemeinsam mit der Robotersteuerung, der Sensorik, der mechanischen Konstruktion und der Risikobeurteilung bewertet werden. In der Robotik gilt: Schnell bewegen ist gut. Kontrolliert reagieren ist besser.

Prototypen für schnelle Validierung

Bei neuen Roboterachsen, Greifern und Werkzeugmodulen können Prototypen und Funktionsmuster helfen, das reale Zusammenspiel von Kupplung, Bremse, Überlastsystem und Steuerung frühzeitig zu prüfen.

Mögliche Prüfpunkte sind

  • Schaltzeit und Reaktionsverhalten
  • Positioniergenauigkeit und Wiederholbarkeit
  • Haltemoment und Haltegenauigkeit
  • Verhalten bei wechselnden Lasten und Nutzlasten
  • Reaktion bei Kollision und Überlast
  • Beschleunigungs- und Verzögerungsprofile
  • Schwingungen und Resonanzen
  • Temperaturentwicklung im Dauerlauf
  • Verschleiß über viele Bewegungszyklen
  • Verhalten bei Stromausfall und Not-Stopp
  • Werkzeugwechsel und Wiederanlauf
  • Integration in Steuerung, Sensorik und Diagnose
  • Einfluss auf Zykluszeit und Bahnqualität
  • Verhalten von Einzelkomponente und Gesamtsystem

So lassen sich Optimierungen früh in die Konstruktion und Regelung übernehmen. Das reduziert spätere Anpassungen und schafft eine solide Grundlage für die Serienintegration.

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