Eine geniale Erfindung – Harmonic-Drive-Getriebe

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Worin liegen die speziellen Vorteile des Harmonic-Drive-Getriebes?

Mendel ergänzt: „Neben der sehr hohen Leistungsdichte im Vergleich zu anderen Getriebearten, spielt natürlich die extrem hohe Präzision dieses Getriebes eine wesentliche Rolle, um eine so lange Produktlebensdauer zu erreichen.

Neben einer Positioniergenauigkeit von wenigen Winkelsekunden ist ein wesentlicher Vorteil des Getriebes auch, dass über die gesamte Betriebsdauer kein Zahnflankenspiel zustande kommt, wenn man die Getriebe- und Fertigungstechnologie für ein solches Produkt beherrscht.“

Das Patent ist abgelaufen

Ursprünglich wurde das Prinzip des Harmonic-Drive-Getriebes 1955 von Walton Musser im Auftrag der Nasa entwickelt und auch patentiert. Nachdem die Patentrechte abgelaufen sind, kann heute jedes Unternehmen ein Harmonic Wellgetriebe produzieren? Dazu äußert sich Dr.-Ing. Mendel: „Die Patentrechte sind in der Tat schon lange abgelaufen. Somit könnte aus rechtlicher Sicht jede andere Firma ein solches Wellgetriebe produzieren. In der Realität sind jedoch die technologischen Eintrittshürden für die Herstellung sehr hoch. Es sind im Detail sehr viele technische Kenntnisse erforderlich, nicht zuletzt sind Erfahrungswerte aus 40 Jahren Entwicklung von Vorteil.

Auch wenn wir niemanden unterschätzen – es gibt weltweit Firmen, die es versuchen – ist der Wissensvorsprung bei Harmonic Drive enorm fortgeschritten. Darüber hinaus betreiben wir eigene intensive Forschungen und Weiterentwicklungen, die unsere Marktposition stärken und ausbauen. Eine gut ausgebildete und erfahrene Konstruktions- und Entwicklungsmannschaft ist die Voraussetzung dafür, dass der technologische Abstand zu einem Wettbewerber erhalten bleibt.“

Harmonic Drive hat sich ein zweites Standbein mit den Servoantrieben geschaffen. Was sind für Sie hier die markantesten Entwicklungen? Matthias Mendel berichtet: „Wir haben uns vom Getriebespezialisten zu einem Spezialisten in der elektrischen Antriebstechnik entwickelt. Ziel war es, sämtliche Kernkomponenten für elektrische Antriebe neben den Getrieben und Lagern also auch Elektromotoren, Bremsen und Motorfeedbacksysteme in Perfektion zu beherrschen, um in Abhängigkeit der Marktanforderungen hochintegrierte Motoren-und Servoantriebe zu entwickeln und anzubieten. So haben wir extrem kompakte, präzise und leistungsstarke Hohlwellenservomotoren und -servoantriebe entwickelt. Die CHA-Hohlwellenservoantriebe und CHM-Hohlwellenmotoren beispielsweise nehmen inzwischen einen festen Platz in anspruchsvollen Antriebssystemen im Werkzeugmaschinenbau, in der Robotik, in der Medizintechnik und in wehrtechnischen Anwendungen ein.“

In dem Zusammenhang muss man auch über Grenzen sprechen. Ich fragte Matthias Mendel: Wie sieht die Entwicklung hinsichtlich integrierter Antriebssysteme aus und wo sehen Sie hier mögliche Grenzen? Mendel antwortete: „Durch die perfekte Beherrschung aller Antriebskomponenten, wie Lagerung, Getriebe, Motor, Bremsen und Feedbacksysteme, ist es uns gelungen, einen extrem hohen Integrationsgrad zu erzielen, was sich letztendlich in einer sehr hohen Kompaktheit widerspiegelt. Dazu kommt eine sehr robuste und widerstandsfähige Auslegung der Antriebe.“

Eine wichtige Rolle spielen auch die kundenspezifischen Entwicklungen von Servoantrieben, welche nun möglich sind. Ein Highlight ist zum Beispiel ein Edelstahl-Servoantrieb für ein Forcefeedback-System der Bedienelemente (Active Stick) für Piloten in Düsenjets.

Mehrere Jahre Entwicklungszeit sämtlicher Komponenten waren nötig, um die extremen Anforderungen an solche Anwendungen zu erfüllen. Inzwischen werden diese Antriebe in Serie eingesetzt. Die Grenzen der Integration sind aus unserer Sicht noch nicht erreicht. Heute beherrschen wir die extrem hohe Integration von präzisen Abtriebslagern, Harmonic-Drive-Getriebekomponenten, Planetengetrieben, Motorkomponenten und Komponenten des Feedbacksystems zu einem sehr kompakten Antriebssystem.

Fazit

Dr.-Ing. Matthias Mendel: „Die Faszination des Wellgetriebeprinzips hat viele Ingenieure in den Bann gezogen. Wer erstmalig mit diesem Getriebeprinzip konfrontiert wird, spricht von einer gewissen Mystery. Nach einiger Zeit des Grübelns wird daraus Faszination - die perfekte Beherrschung der elastischen Deformation von Stahlzahnrädern. Ich denke, das ist eines der Geheimnisse des andauernden Erfolges. Für den Kunden hat die Zusammenarbeit mit einem Systemanbieter verschiedene Vorteile. Abgesehen davon, dass er sich nicht mühsam mit vielen Partnern abstimmen muss, spart die Reduktion auf wenige, starke Lieferanten auch Zeit und Kosten.“

Harmonic Drive auf der Hannover Messe 2013: Halle 14, Stand K01

* Ullrich Höltkemeier ist Mitglied der Chefredaktion des MM-Schwesterportals Konstruktionspraxis

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