Bogenförmiger Zylinder ermöglicht innovative Konstruktionen

Bremer-Kock hat es sich zur Aufgabe gemacht, bisherige Wege der Antriebstechnik in verschiedenen Bereichen genauer unter die Lupe zu nehmen und auf Potenzial für Einsparungen und Effizienz zu untersuchen. Das Ergebnis ist der neu entwickelte Fluidantrieb Curvedrive, der für den Maschinenbau, die Handhabung, Automatisierung und Robotik eine interessante Lösung darstellt.

Er erlaubt eine gleichmäßige Gestaltung des Direktantriebes für Robotergelenke. Denkbar ist auch die Anwendung als Gelenkantrieb in einem Exoskelett. Weitere Anwendungsgebiete finden sich vor allem dort, wo über den gesamten Weg beziehungsweise Schwenkwinkel gleichmäßige Kräfte und Geschwindigkeiten gefordert sind. Wird die gesamte Prozesskette von Konstruktion über Beschaffung, Montage und bis zur Ersatzteilhaltung berücksichtigt, führt der Antrieb laut Hersteller zu einer nicht unwesentlichen Kostenreduktion.

Mit seiner außergewöhnlichen Bogenform kann der Curvedrive sowohl in der Robotik für kleine Gelenkstrukturen, als auch im Maschinenbau für schwere und kraftintensive Bewegungsabläufe eingesetzt werden. Betrieben wird dieser je nach Einsatzgebiet auf einfacher pneumatischer oder hydraulischer Basis, oder auch als servopneumatisches oder -hydraulisches Antriebssystem. Der Antrieb, kombiniert mit verschiedenen Gehäuseausführungen, ist zahlreichen Szenarien anwendbar.

Der Curvedrive ermöglicht eine andere Gestaltung von Bewegungsabläufen im Maschinenbau, in den Bereichen Automation, Handhabung und Robotik. Zu der bisherigen technischen Lösung, eine Schwenkbewegung zu erzeugen, ist der Antrieb nicht nur eine Alternative, sondern eine technische Innovation, die weitere neue Produktentwicklungen ermöglicht.

Konstruktive Lösungen stellen sich zurzeit so dar, dass eingesetzte lineare Zylinder mit Schwenklager, Lagerbock und Gelenkkopf mithilfe von Hebeln und Drehlager die Teile schwenken, beziehungsweise umpositionieren. Die gängige Praxis des Aufbaus hat jedoch den Nachteil, dass die Zylinderkraft nicht gleichmäßig auf das zu bewegende Bauteil wirkt, sondern immer nur eine resultierende Kraft.

Auch andere konstruktive Lösungen wie zum Beispiel Schwenkflügelzylinder oder Schwenkantriebe mit Zahnstange-Ritzel-Prinzip können oft nicht eingesetzt werden, wenn der Bauraum fehlt, um sie axial zur Schwenklagerung oder Schwenkwelle einzusetzen, oder die verfügbaren Drehmomente nicht ausreichen.

Der neue Antrieb ist eine kompakte und kombinierbare Einheit, die sowohl für einfache Schwenkbewegungen, und auch als für die Kombination von mehreren Antrieben zum Beispiel zu Mehrstellungszylindern oder Mehr-Achs-Gelenkantrieben geeignet ist. Die verschiedenen Varianten mit Kolbenstange, als Doppelzylinder und auch mit Führungsschlitten führt der Anbieter mit den handelsüblichen Kolbendurchmessern aus. Außerdem bietet er diverse Gehäuseausführungen an, die zur Realisierung von Schwenkwinkeln, unter anderem 60 Grad, 90 Grad und 120 Grad, erforderlich sind.

Über die pneumatische Variante hinaus wird es auch hydraulische Ausführungen geben, bei der deutlich größere Kräfte möglich sind.

Dies ist ungünstig, wenn über den gesamten Bewegungsablauf gleichmäßige Kräfte erzeugt werden sollen. Im Curvedrive dagegen wirkt immer die gleiche Kraft auf das zu bewegende Bauteil.

Der Zylinder und die daran befindlichen Teile müssen schwenkbar um einen Drehpunkt gelagert sein, deshalb sind mehrere Bauteile wie Lagerbock, Schwenkflansch und Gelenkkopf erforderlich. Es muss darauf geachtet werden, dass der Zylinder während der Schwenkbewegungen nicht mit anderen Teilen kollidiert. Die Medienzuführung muss ebenfalls für die Schwenkbewegungen ausgeführt sein.

Die Medienführung zu anderen angebauten und mitschwenkenden Zylindern oder Teilen ist verdeckt im Inneren möglich, so dass keine Schläuche oder Kabel die Optik oder die Bewegungen beinträchtigen oder hängenbleiben und abreißen können. Für den Anwender minimiert sich somit auch der Aufwand für Verschlauchungen zwischen mehreren Zylindern.

Da der Curvedrive keine schwenkbare Aufhängung benötigt, sind weniger Teile in der Konstruktion zu berücksichtigen. Geringerer Platzbedarf, günstigere konstruktive Anordnung, sowie gleichmäßige Bewegungsabläufe sind daraus resultierende Vorteile.

Das Einsparen von Teilen wie zum Beispiel Lagerbock, Schwenkbefestigung und Gelenkkopf bedeuten auch weniger Aufwand und Kosten in Beschaffung, Lagerhaltung und Montage.

Bisweilen sind Robotergelenke mit pneumatischen oder hydraulischen Antrieben technisch aufwändig konstruktiv gestaltet, zum Teil mit linearen Zylindern, Drehpunkten und vielen mechanischen Teilen.

Dagegen ist der neue Antrieb eine kompakte und kombinierbare Einheit, bei der das Gelenk gleichzeitig auch der Schwenkantrieb ist. In Kombination mit angebauten oder integrierten Weg- oder Winkelmesssystemen sind servopneumatische oder servohydraulische Antriebe realisierbar und damit auch eine Alternative zu rein elektrischen Servoantrieben.

Die kompakte Bauweise ermöglicht den Einsatz als Robotergelenk. Die Schwenkbewegung kann um eine einzelne Achse erfolgen, wie zum Beispiel bei einem Ellbogen- oder Kniegelenk.

Werden mehrere der Zylinder kombiniert aneinandergebaut, so lassen sich um mehrere Achsen bewegliche Antriebe darstellen, die beispielsweise als Schultergelenk für Roboter geeignet sind. Die Sicherheit in der Zusammenarbeit von Mensch und Roboter ist durch die gute Einstellmöglichkeit und Dosierbarkeit der Kräfte, sowie gleichmäßige Bewegungsabläufe gewährleistet. Der Antrieb bietet somit vielfältige Möglichkeiten für neuartige Gestaltungs- und Designkonzepte von Robotik-Modellen. do