Che si tratti di robot industriali, robot medicali o in generale di assi verticali, i carichi spostati non devono precipitare in modo incontrollato dopo un guasto elettrico o in caso di interruzione di corrente o arresto di emergenza. Ciò è garantito da freni di sicurezza, che frenano gli assi in modo affidabile e li mantengono in posizione in modo sicuro. Di recente, mayr power transmission ha sviluppato una nuova serie di freni ROBA-servostop. Con il loro design estremamente compatto e il peso ridotto, questi freni si sposano perfettamente alle esigenze della robotica. Il nuovo sistema modulare standard copre un’ampia gamma di soluzioni per condizioni operative impegnative.
I robot stanno guadagnando terreno. In tutti i settori industriali importanti, ma soprattutto nel campo della tecnologia medica, la cooperazione tra uomo e robot è sempre più stretta. Questo sviluppo si è intensificato anche per via dell’attuale pandemia. È in discussione l’uso di robot in molte aree diverse, ad esempio nei luoghi dove si testa il virus o per la disinfezione di ambienti. I robot aiuterebbero a ridurre i punti di contatto tra gli esseri umani ove ragionevole e possibile, riducendo così al minimo la trasmissione di malattie. Tuttavia, quando la cooperazione tra uomo e robot si fa più stretta, aumenta anche il potenziale di rischio. Se, ad esempio, si verifica un’interruzione di corrente durante una lavorazione, il braccio robotico che esegue la fase di lavoro deve essere tenuto immediatamente e con accuratezza, in modo che le persone nelle vicinanze non vengano in alcun modo danneggiate. Pertanto, è importante escludere il rischio di una caduta del carico nonché lunghi spazi di arresto non consentiti dai requisiti di progetto. Determinanti a tal fine sono la corretta selezione dei freni di sicurezza nonché la loro corretta integrazione nel sistema complessivo.
Sicurezza grazie al principio fail-safe
I freni di sicurezza secondo il principio fail-safe sono il primo requisito per i servomotori, poiché questi freni agiscono quando non sono alimentati. Forniscono la coppia frenante richiesta anche in caso di arresto di emergenza, mancanza di alimentazione o in caso di interruzione dell’alimentazione causata, ad esempio, dalla rottura del cavo. Per garantire che i freni di sicurezza forniscano anche un sufficiente lavoro di attrito in situazioni di arresto di emergenza e spazi di arresto con una coppia frenante definita, è necessario un materiale di attrito sviluppato a tale scopo con una corrispondente superficie di contro attrito in acciaio. Mentre questo è comune nei freni di sicurezza, i freni a magneti permanenti con le loro superfici di attrito acciaio su acciaio raggiungono i loro limiti tribologici.
Design modulare per diverse condizioni di installazione
Con la serie ROBA-servostop, mayr power transmission ha sviluppato freni di sicurezza per servomotori che sono appositamente progettati per le impegnative esigenze della robotica. Qui l’azienda può contare su circa 20 anni di esperienza dalla sua collaborazione con rinomati istituti di ricerca. «I nostri freni leggeri sono utilizzati con successo in innumerevoli applicazioni di robotica in tutto il mondo», spiega Bernd Kees, Product Manager di mayr power transmission a Mauerstetten. «Abbiamo recentemente lanciato una nuova linea standard, che ci consente di far fronte a tutte le diverse condizioni di installazione attraverso un opportuno design modulare. I clienti beneficiano di una ampia panoramica delle varie soluzioni». E Bernd Kees aggiunge: «La lunghezza complessiva è spesso un problema con i servomotori, il che significa che i freni sottili sono un vantaggio. Anche la nuova linea standard tiene conto di questa tendenza».
Nel nuovo sistema modulare, gli utenti possono scegliere tra i classici servofreni nel motore, con mozzo e rotore dentato, nel design costruttivo tradizionale o sottile.
Soluzione ad albero cavo per la robotica
Esiste anche un’altra versione sottile e leggera, la cosiddetta soluzione pad con un grande diametro interno. Quest’ultima è appositamente progettata per l’integrazione nell’articolazione del robot. Queste soluzioni sono particolarmente compatte e convincono per il loro peso ridotto e le proprietà dinamiche ideali. Ma anche i classici freni con mozzo e rotore dentato possono essere personalizzati e integrati direttamente in uno snodo. Il posizionamento assiale sull’albero non è richiesto.
Resistente a temperature fino a 120°C
Nel motore, i servofreni sono preferibilmente installati nella flangia del cuscinetto A, poiché il cuscinetto fisso si trova qui e le dilatazioni della temperatura non hanno influenza sul freno. Tuttavia, i freni della mayr power transmission possono anche essere integrati nel lato del cuscinetto B del motore senza alcuna restrizione, poiché qui le dilatazioni di temperatura e il gioco dei cuscinetti non influenzano negativamente la funzione e l’affidabilità dei freni. In alternativa, gli utenti possono anche utilizzare i freni montati, che saranno fissati al motore in modo modulare.
Piccoli freni ad alta densità di prestazioni
I freni ROBA-servostop non sono solo molto leggeri, ma anche estremamente veloci quando si comandano magneticamente. Allo stesso tempo mostrano un’elevata densità di prestazioni e resistenza all’usura. Inoltre, i freni impressionano per il loro elevato attrito consentito durante le azioni di frenata dinamica. «Inoltre, i freni ROBA-servostop sono progettati in modo tale da utilizzare in modo ottimale lo spazio di installazione e risparmiare quanta più energia possibile», spiega Bernd Kees. Tuttavia, si può ottenere un risparmio molto maggiore durante il funzionamento grazie al controllo intelligente dei freni con il raddrizzatore ROBA-switch: questo perché il freno viene eccitato con alta tensione solo per un breve periodo in cui il freno si apre. In questa fase, è necessaria un’elevata forza magnetica per attrarre l’ancora mobile. Una volta che l’ancora mobile è in contatto con il portabobina, è sufficiente una forza magnetica notevolmente inferiore per mantenere aperto il freno. La tensione può essere notevolmente ridotta in questa fase. Se il raddrizzatore abbassa la tensione ad un terzo del valore dopo l’apertura del freno, la capacità della bobina e quindi anche il consumo di energia scende ad un nono.
Tempi di commutazione brevi e monitoraggio intelligente dei freni
I brevi spazi di arresto sono importanti per la sicurezza delle persone e delle macchine. I tempi di commutazione del freno sono decisivi per lo spazio di frenata, perché durante il tempo di caduta libera fino alla chiusura del freno e all’attivazione del rallentamento, la massa accelera ulteriormente – eventualmente a tal punto che i valori di freno consentiti vengono superati. Gli utenti dovrebbero quindi prestare attenzione ai tempi di commutazione verificati che siano i più brevi possibili quando si selezionano i freni di sicurezza – e anche assicurarsi che questi tempi di commutazione possano essere mantenuti per l’intera vita del freno. In precedenza, non era possibile monitorare i servofreni a causa dei piccoli traferri. Tuttavia, mayr power transmission ora offre una soluzione intelligente per il monitoraggio dei freni senza sensori. Il modulo ROBA-brake-checker installabile a posteriori rileva il movimento dell’ancora mobile attraverso un’analisi estesa di corrente e tensione e sa in quale condizione si trova il freno. Il modulo funziona senza sensori e oltre a monitorare la condizione di commutazione e la temperatura critica della bobina, esegue anche il monitoraggio preventivo dell’usura, riserva funzionale e malfunzionamenti. In una versione avanzata, il modulo ROBA-brake-checker è dotato di una scheda elettronica aggiuntiva con un’interfaccia specifica del cliente (ad esempio, ottica, WiFi, IO Link, OPC UA ecc.). Tramite questa interfaccia è possibile generare dati relativi a tempo di commutazione, corrente, tensione, resistenza, prestazioni e corrente di attrazione relativa. Ciò significa che ora è possibile valutare anche i processi, rilevare rapidamente le anomalie nelle procedure di elaborazione e trarre conclusioni da complesse interrelazioni. La sicurezza e l’affidabilità diventano visibili, per così dire. La manutenzione diventa pianificabile ed economica grazie al monitoraggio permanente. L’operatore del sistema o il produttore è in grado di eseguire la manutenzione in modo mirato, allineato ai propri processi lavorativi. Inoltre, è anche possibile l’integrazione in sistemi di manutenzione remota.
Per maggiori informazioni: www.mayr-italia.it
