Zykloidgetriebe Lange Maschinenlaufzeiten bei geringem Verschleiß

Ein Palettierroboter zum Handling von Getränkekisten profitiert von der Neukonzeption des Antriebsstrangs. Zentrale Elemente im Schwenkarm des Roboters sind zwei Zykloidgetriebe unterschiedlicher Bauform, die hohe Dynamik und Stabilität gewährleisten.

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Die Verpackungsindustrie ist ein wichtiger Zielmarkt der Robotik und Automatisierung, dennoch werden in dieser Branche oft noch Standardantriebe eingesetzt. Der Trend geht allerdings zu immer dynamischeren, schnelleren und präziseren Anwendungen mit einem hohen Automatisierungsgrad, die gerade den Antrieben viel abfordern. Dieser Modernisierungsdruck hat auch die Beyer Maschinenbau GmbH im sächsichen Roßwein veranlasst, von konventionellen Antrieben auf die Zykloidgetriebe von Nabtesco umzusteigen, um die Anforderungen an Präzision, Schnelligkeit, Effizienz und Robustheit erfüllen zu können, denen der Drei-Achs-Schwenkarmpalettierer Multipal SA gewachsen sein soll.

Seit etwa 15 Jahren baut das Unternehmen Palettiermaschinen, die in erster Linie für das Handling von Getränkekisten verwendet werden. „Wir haben um die Jahrtausendwende mit kleinen Leistungsbereichen angefangen“, sagt Till Beyer, der Geschäftsführer des Unternehmens; „unsere erste Maschine hat gerade mal 600 Kisten in der Stunde geschafft. Nach und nach ist unsere Palettierfamilie aber immer leistungsstärker und effizienter geworden.“

Inzwischen schafft der Hochleistungs-Drei-Achs-Schwenkarmpalettierer Multipal SA rund 500 Lagen pro Stunde. Da eine Lage aus acht Kisten besteht, die gleichzeitig gegriffen und palettiert werden, lassen sich stündlich bis 4000 Kisten verarbeiten: „eine immense Steigerung im Vergleich zum ersten Modell", bilanziert Beyer.

Hochleistungspalettierer mit Energiesparsystemen für die Achstechnik ausgerüstet

Trotzdem ist der Hochleistungspalettierer sparsam. Er weist nicht nur ein geringes Eigengewicht auf, er ist darüber hinaus auch mit Energiesparsystemen für die Achstechnik ausgerüstet. Die Motoren des Palettierers arbeiten teilweise im generatorischen Betrieb. Dadurch wird überschüssige Energie, die beispielsweise beim Bremsen entsteht, für Achsen verwendet, die Strom benötigen. Außerdem werden Gegengewichte eingesetzt, um den Energiebedarf zu minimieren. Der Gesamtverbrauch liegt gerade mal bei 3 bis 4 kWh.

Der Palettierer punktet vor allem auch durch seine hohe Positioniergenauigkeit. Er kann insgesamt drei Palettenplätze anfahren und wechselseitig zwei Paletten auf einem Tisch oder eine Palette auf zwei Tischen be- oder entladen und wird häufig in Sortieranlagen des Getränkegroßhandels eingesetzt.

Seit September 2014 werden die Palattierer der Reihe Multipal SA mit kompakten und leistungsstarken Zykloidgetrieben von Nabtesco ausgestattet. „Wir haben einen Getriebelieferanten gesucht, der den Anforderungen unseres Palettierers voll und ganz gerecht wird“, sagt Till Beyer und gibt einen kurzen Einblick in die Entscheidungsfindung: „Wir wussten, dass die Zykloidgetriebe von Nabtesco bereits erfolgreich in verschiedenen Roboterapplikationen am Markt laufen und wollten deshalb den Schwenkarm mit Greifkopf damit ausstatten.“

Entsprechendes Getriebe speziell an die Anwendung angepasst

Um eine Getriebelösung zu bieten, die voll und ganz auf die Anforderungen des Hochleistungspalettierers zugeschnitten sein würde, hat Nabtesco das Unternehmen bei der Auslegung des kompletten Antriebsstranges von der ersten Minute an unterstützt. Dabei wurde die Anwendung zunächst simuliert, dann die entsprechende Getriebelösung berechnet und der Anwendung entsprechend angepasst. Spezielle Flansche und Ritzel wurden für Beyer designt, das für Robotik-Anwendungen ausgelegte Zykloidgetriebe RH-400CS ist der Applikation entsprechend optimiert worden.

„Um den Anforderungen der Getränkeindustrie gerecht zu werden, mussten die verbauten Getriebe vor allem robust und langlebig sein und einem Dreischichtbetrieb rund um die Uhr standhalten“, erklärt Geschäftsführer Beyer. Außerdem wurde für das Schultergelenk des Säulenpalettierers ein Hohlwellengetriebe benötigt, um hohe Kippmomente aufzunehmen und Kabel schonend durchführen zu können. Dadurch konnte auf aufwendig montierte Energieketten beziehungsweise Kabelschlepp-Einrichtungen verzichtet werden.

Die Kabel in den Arm des Roboters zu verlegen, spart nicht nur Kosten, es ist auch sauberer und sicherer, da sie vor Verschmutzung in rauen Umgebungen und Beschädigung geschützt sind.

Längere Maschinenlaufzeiten bei geringem Verschleiß durch robuste Zykloidgetriebe

Die Palettierer der Baureihe Multipal SA sind für 700 kg Traglast ausgelegt. „Wir haben zwei verschiedene Bauformen der Zykloidgetriebe ausgewählt, die solchen Belastungen standhalten“, sagt Beyer. In der Schwenkachse des Palettierers, die einen Drehwinkel von 200° aufweist, wurde das Getriebe RH-400CS verbaut, das über eine große Hohlwelle verfügt. Durch die stabile Hauptlagerung eignet sich das robuste Präzisionsgetriebe zudem für hohe Kippmomente.

In der Tragachse des Roboters, die zum Drehen des Greiferkopfes dient, kommt das höchst präzise RH-125N mit Vollwelle zum Einsatz, das eine hohe Untersetzung bei geringen Abmessungen bietet.

Im Vergleich mit herkömmlichen Planetengetrieben können mit den robusten Nabtesco-Zykloidgetrieben wesentlich längere Maschinenlaufzeiten und Standzeiten bei geringem Verschleiß realisiert werden, denn bei der Kombination aus Zykloidgetriebe mit Stirnradvorstufe tritt kaum der Effekt der Spielzunahme durch Zahnflankenglättung auf. Deshalb garantieren die Getriebe über einen überdurchschnittlich langen Zeitraum ein Verdrehspiel von weniger als einer Winkelminute und somit keine nennenswerten Abweichungen in der Genauigkeit der Positionierungen.

Zykloidgetriebe sorgen für mehr Dynamik und Leistungsfähigkeit

Außerdem eröffnen die Getriebe eine deutlich erhöhte Flexibilität. Der Palettierer hat damit keine feste Kurvenführung mehr. Das bedeutet, dass er für mehrere Aufgaben verwendbar ist. Durch die hohe Präzision und die hohe Steifigkeit der Getriebe wird die Anwendung insgesamt dynamischer, sodass die Leistungsfähigkeit der Maschine steigt.

„Unsere Erfahrungen mit den Getrieben sind sehr positiv“, resümiert Beyer. „Die Palettierroboter, in denen sie zum Einsatz kommen, zeigen einen sehr stabilen Lauf und eine hohe Positioniergenauigkeit; und im Hinblick auf die Kraft und die Momente erfüllen sie mühelos die vorgegebenen Werte.“

Ein wichtiger Gesichtspunkt war für Beyer auch, dass die Nabtesco-Getriebe wegen ihrer kompakten Bauform besser zu integrieren waren als die vorher verbauten Standardgetriebe; und schließlich führt er noch einen bedeutenden Aspekt an: „Auch was den Service und die Beratung angeht“, so Beyer, „sind wir sehr zufrieden“.

* Marcus Löw ist Vertriebsleiter bei der Nabtesco Precision Europe GmbH in 40472 Düsseldorf

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