Wie erkennt man ein verschlissenes ABB-Roboter-Getriebe, bevor es ausfällt?
Wir haben es im Laufe der Jahre bereits viel zu oft vor Ort beobachtet: Der ABB-Roboter auf der Produktionslinie funktionierte einwandfrei – bis plötzlich eines Tages die Schweißnaht von der vorgesehenen Position abwich, die Bahnabweichung zunahm und die Bewegungsabläufe nacheinander gestört wurden. Im schlimmsten Fall führte dies direkt zu einer Alarmabschaltung – und die gesamte Linie stand still. Alle waren in Aufruhr und suchten gemeinsam nach der Ursache: Sie debuggten das Programm, prüften den Encoder, überprüften die Werkzeuge – und erst nach dem kompletten Zerlegen stellte sich heraus, dass das Getriebe bereits seit Längerem defekt war; lediglich die kleinen Warnsignale waren bis dahin niemandem aufgefallen.
Gerade bei Robotern für Schweiß-, Handhabungs-, Lade- und Entlade- sowie Pressanwendungen führt die langfristige, hochbelastete Dauerrotation dazu, dass das Getriebe nur äußerst selten ohne Vorwarnung plötzlich ausfällt. Tatsächlich sendet es vielmehr bereits lange im Voraus ein ‚Hallo‘ – doch viele Werkstätten nehmen solche Signale lediglich mit der Einstellung ‚Alte Maschinen verhalten sich eben so‘ zur Kenntnis und ignorieren sie. 
Das erste Mal, wenn viele Menschen ein Problem bemerken, ist, wenn der Roboter „nicht mehr so genau arbeitet wie früher.“
Das ist tatsächlich das häufigste erste Anzeichen. Interessant ist, dass Feldingenieure das Getriebe kaum jemals als erste Ursache in Betracht ziehen. Ihre Fehlersuchreihenfolge lautet oft: Zunächst wird vermutet, dass die TCP nicht korrekt vorgespannt ist – etwa weil jemand versehentlich auf den Roboterarm gedrückt hat; anschließend wird das Programm überprüft, ob die Programmierpunkte korrekt sind; danach wird der Encoder daraufhin untersucht, ob es zu Impulsverlusten kommt; gelegentlich wird sogar vermutet, dass sich die Servoparameter verschoben haben oder dass die Halterungen locker sind. Eine solche umfassende Überprüfung ist durchaus üblich – und erst am Ende wird mit einem Messgerät festgestellt, dass das Spiel einer bestimmten Achse deutlich größer ist. Dies ist insbesondere bei Schweißrobotern leicht erkennbar: Ursprünglich verlief die Naht sehr gleichmäßig, nun tritt jedoch eine instabile Lichtbogenführung auf, der Lichtbogenpfad ist unregelmäßig, und bei jeder Wiederholung desselben Programms weicht die Bahn geringfügig ab. Manchmal vermuten Kunden ein Problem mit dem Vision-System, tatsächlich jedoch liegt die Ursache in der inneren Spielgrößenabnutzung des Getriebes, wodurch die Bewegungsübertragung nicht mehr exakt der Sollbewegung folgt.
Verschleiß des ABB-Roboter-Getriebes, das „Spielen“ wird immer deutlicher
Jeder, der mit Wartungsarbeiten zu tun hat, kennt den Begriff „Spielspiel“, der bedeutet, dass eine Lücke in der Verbindung vorhanden ist. Die Motorseite dreht sich offensichtlich, doch die mechanische Seite muss zunächst eine kleine Leerwegstrecke überbrücken, bevor sie sich bewegt. Die Gelenke des neuen Roboters sind sehr straff eingestellt; doch sobald die Planetengetriebe und Lager innerhalb des Getriebes über einen längeren Zeitraum verschleißen, vergrößert sich das Zahnspiel, die Lager werden ebenfalls locker, und die Eingriffsgenauigkeit nimmt ab. Der Roboter beginnt dann, wiederholte Positionierungsungenauigkeiten, Bahnabweichungen sowie leichtes Wackeln beim Beschleunigen und Verzögern zu zeigen. Das Ärgerlichste daran ist, dass dieser Zustand zu Beginn nicht besonders gravierend ist – viele Menschen können damit sogar noch einige Monate auskommen. Sobald jedoch ein bestimmter Achsverschleiß die Schwellenwerte überschreitet, erfolgt die Verschlechterung jedoch sehr rasch: In den ersten beiden Wochen ist die Abweichung möglicherweise nur geringfügig, danach tritt plötzlich eine Kollisions- oder Überlastmeldung auf.
Die Roboter-Gelenke beginnen zu „klappern“ – tatsächlich bereits sehr gefährlich!
Im Normalbetrieb ist das Geräusch des Roboters sehr gleichmäßig, nämlich ein sanftes Summen des Motors kombiniert mit einem sehr glatten mechanischen Ton. Sobald jedoch das Getriebe Probleme bekommt, ändert sich das Geräusch sofort: Es mischen sich metallische Reibgeräusche (Zischen) oder wiederholtes Klacken („Klack, klack, klack, klack“) hinzu; beim Beschleunigen und Verzögern ist sogar ein leises Knarren hörbar, und wenn man die Hand auf die Gelenke legt, spürt man ein inneres Klopfen, als ob etwas darin anschlägt. Viele erfahrene Maschinenbediener in der Fertigungslinie sagen dann: „Dieser Roboter klingt in letzter Zeit nicht mehr richtig.“ Sobald Sie solche Äußerungen hören, sollten Sie nicht zögern – denn zu diesem Zeitpunkt besteht mit hoher Wahrscheinlichkeit bereits eine Beschädigung der Zahnräder (Kratzer), ein Defekt des Lagerkäfigs oder ein Versagen des Schmierfetts, wodurch Metall direkt auf Metall reibt. Wird weiterhin so betrieben, entwickelt sich die leichte Abnutzung rasch zu einem harten Eingriff zwischen den Zähnen; sobald die Zähne einmal „gebissen“ sind, ist das gesamte Getriebe praktisch unbrauchbar.
Was das betrifft, so haben wir im Werkstattbetrieb bereits zu viele Getriebeprobleme gesehen; tatsächlich liegt die Ursache in der Schmierung. Viele Fabriken betreiben Roboter täglich, wobei Schmierung und Wartung äußerst nachlässig durchgeführt werden – insbesondere an einigen älteren Produktionslinien. Der Fettwechselintervall ist längst unabhängig vom Alter der Öldichtungen festgelegt; niemand achtet darauf, ob an den Verbindungsstellen Öl austritt – man wischt einfach weiter ab und setzt den Betrieb fort. So gelangt das Fett mit Wasserdampf, Staub oder Metallpulver vermischt weiterhin in den Betrieb. Über einen längeren Zeitraum verschlechtern sich die Schmierbedingungen zunehmend, wodurch die Reibung im Inneren sofort ansteigt; die Temperatur steigt daraufhin ebenfalls an, und der Ölfilm an den Zahnflanken kann nicht mehr gehalten werden. Es beginnt ein abnormaler Verschleiß. Der ABB-Getriebe ist von sehr hoher Präzision; sowohl die Zahnradverzahnung als auch die Lager sind mit besonders engen Toleranzen ausgeführt, was an die Schmierung höchste Anforderungen stellt. Sobald das Fett verdünnt, trocken oder verunreinigt wird, beschleunigt sich die Abnutzung exponentiell. Einige Getriebe sind heiß bis zur Berührung – dies ist oft ein Signal dafür, dass die Schmierung vollständig versagt hat und das Öl längst seine schützende Funktion nicht mehr erfüllt.
Die Temperaturanzeige ist ein ziemlich anschaulicher Hinweis.
Sie können versuchen, die Temperaturen der Gelenke jeder Achse zu fühlen, nachdem der Roboter eine Weile gelaufen ist. Unter normalen Umständen ist der Temperaturanstieg relativ stabil, und ein Gelenk wird nicht plötzlich deutlich heißer als die anderen werden. Besonders bei stark belasteten Gelenken wie J2 und J3 deutet eine länger andauernde ungewöhnliche Erwärmung meist darauf hin, dass zu viel innere Reibung vorliegt, nicht ausreichend geschmiert wurde, die Lager bereits beschädigt sind oder der Roboter überlastet betrieben wurde. Viele Getriebe laufen lange Zeit stillschweigend mit einem „hohen Fieber“, bevor sie tatsächlich blockieren. Daher sehen wir immer häufiger, dass Fabriken regelmäßig ein Wärmebildgerät einsetzen, um sämtliche Roboter-Gelenke einer Produktionslinie abzuscannen – dieser Trick ist wirklich effektiv: Viele Probleme zeigen sich bereits im Temperaturverhalten, sodass man nicht erst auf einen Roboter-Ausfall warten muss.
ABB-Roboter beginnen zu vibrieren – oft ist das Problem dann längst nicht mehr harmlos!
Möglicherweise beobachten Sie beim Beschleunigen das gesamte Armsegment mit leichtem Zittern; sobald der Arm zum Stillstand kommt, erfolgt ein mehrmaliges Schütteln. Bei hohen Geschwindigkeiten verläuft die Trajektorie nicht rund und geschmeidig, sondern erzeugt ein fein gezacktes Gefühl. Viele Menschen vermuten zunächst, dass die Servoverstärkung nicht korrekt eingestellt ist; falls jedoch bestätigt wurde, dass weder der Encoder noch der Motor defekt sind und sich die Parameter nicht geändert haben, liegt die Ursache sehr wahrscheinlich in einer unzureichenden inneren Steifigkeit des Getriebes. Dies gilt insbesondere für Gelenke mit RV-Getrieben: Sobald sich der Zykloidgetriebe und die Lager abnutzen, nimmt die Vibration schlagartig von keiner Vibration zu keiner Vibration zu – und es wird zunehmend schwieriger, sie zu kaschieren.
Dann gibt es noch ein weiteres Problem, das besonders leicht übersehen wird: Ölleckagen.
Ich habe bereits zu viele Fabriken gesehen, bei denen die erste Reaktion, sobald ein Ölfleck an einer Verbindung von ABB-Robotern sichtbar wird, darin besteht, ein Tuch zu nehmen und den Fleck abzuwischen, wobei man sagt: „Das ist in Ordnung, das Gerät läuft noch.“ Tatsächlich signalisiert eine Ölaustrittsstelle jedoch in der Regel, dass die Dichtungen verschlissen sind – das Öl tritt nach außen aus, und Schmutz von außen kann ebenfalls eindringen. Getriebe fürchten vor allem Ölverlust, insbesondere bei Anwendungen mit einer kontinuierlichen 24-Stunden-Dauerrotation: Die Schmierung bricht zusammen, und der Verschleiß beschleunigt sich sofort erheblich. Viele Getriebe ließen sich noch reparieren; doch aufgrund langjähriger, nicht ernst genommener Ölaustritte sind sie schließlich vollständig innen verschlissen und müssen daher als Ganzes ersetzt werden.
Hier fragen Sie sich vielleicht: Warum treten bei vielen ABB-Fabrikrobotern nach einigen Jahren zunehmend Probleme mit dem Getriebe auf? Genau betrachtet ist dies durchaus normal. Industrieroboter sind an sich Hochfrequenz-Maschinen: Schweißroboter schwingen den ganzen Tag hindurch, Handhabungsroboter starten und stoppen ständig sowie beschleunigen und bremsen, schwere Palettierroboter laufen langfristig mit hoher Geschwindigkeit und Volllast, und Werkzeugmaschinen-Lade- und Entladeroboter durchlaufen täglich Tausende von Zyklen – das Getriebe ist dabei ständig mechanischen Stößen und wechselnden Spannungen ausgesetzt. Egal wie hoch die Qualität der ABB-Roboter auch ist: Verschleiß mechanischer Komponenten folgt einem physikalischen Gesetz, dem niemand entkommen kann. Besonders deutlich verkürzt sich die Lebensdauer des Getriebes bei Robotern, die das ganze Jahr über permanent an der oberen Grenze ihrer zulässigen Last betrieben werden.
Viele Menschen stehen vor der Frage: Soll ich mein Getriebe reparieren oder austauschen?
Unsere Erfahrung zeigt, dass bei nur geringfügigem Spielanstieg, gelegentlichem Klappern oder beginnendem Ölaustritt an den Öldichtungen in einigen Fällen eine Reparatur durch Behandlung der Lager, der Öldichtungen und eine erneute Vorspannungseinstellung versucht werden kann. Ist die Genauigkeit jedoch stark verloren gegangen, wurden die Innenzahnräder überlastet, ist die Vibration so stark, dass der gesamte Arm vibriert, wurde über längere Zeit bei hoher Temperatur betrieben oder wurde nach Demontage festgestellt, dass das Innere voller Eisenfeilspäne ist, dann ist es in den meisten Fällen kostengünstiger, das Getriebe direkt durch ein neues zu ersetzen. Denn wenn der Roboter plötzlich aufgrund eines Ausfalls des Getriebes stillsteht, entstehen Verluste stündlich – ja sogar minütlich – berechnet; im Vergleich zu den Kosten eines Produktionsstillstands sind die Kosten für das Getriebe selbst tatsächlich vernachlässigbar.
Erst allmählich verstehen wir diese Logik: Heute warten immer mehr Fabriken nicht mehr, bis ein Schaden auftritt, um dann zu reparieren, sondern ergreifen proaktiv Maßnahmen zur prädiktiven Wartung. Dazu gehören regelmäßige Schwingungsmessungen, die Verwendung einer Wärmebildkamera zur Erfassung der Temperaturverteilung, der Einsatz von Messgeräten zur Überprüfung von Spielauswirkungen, die Trendverfolgung der Bahn-Genauigkeit sowie das Abhören neu auftretender Geräuschfrequenzen während des Betriebs. Wir haben zunehmend erkannt, dass das Getriebe von ABB Robotics vor einem vollständigen Ausfall bereits ausreichende Warnsignale gibt – nur wurde dies bisher systematisch nicht beachtet. Eine frühzeitige Erkennung senkt die Wartungskosten, vermeidet ungeplante Ausfallzeiten, verhindert plötzliche Unterbrechungen mitten in der Nacht und schützt zudem Motor und Encoder vor sekundären Schäden durch Mitreißen. Deshalb wird der Zustand des Robotersetzgetriebes mittlerweile bei vielen hochwertigen Automatisierungslinien regelmäßig in Inspektions- und Überwachungspläne einbezogen.
