Suchen

Harmonic Drive

Präzision und Wirtschaftlichkeit schließen sich nicht aus

| Autor/ Redakteur: Sebastian Müller / Stefanie Michel

Präzise soll es sein, aber auch wirtschaftlich: Auf dieser Basis wurde eine neue Planetengetriebebaureihe entwickelt, die auch dort eingesetzt werden kann, wo hoher Kostendruck herrscht. Damit lassen sich neue Branchen erschließen, die durch Kundenanforderungen zunehmend auf Präzisionstechnik setzen.

Firmen zum Thema

Bild 1: Die neuen Planetengetriebe wurden mit der Zielvorgabe „Wie wirtschaftlich kann eine weite Bandbreite von Präzisionsanwendungen bedient werden?“ entwickelt.
Bild 1: Die neuen Planetengetriebe wurden mit der Zielvorgabe „Wie wirtschaftlich kann eine weite Bandbreite von Präzisionsanwendungen bedient werden?“ entwickelt.
(Bild: Harmonic Drive)

Präzisionsgetriebe finden zunehmend Anwendung in Branchen, die noch vor einigen Jahren spielbehaftete Getriebe auf Grund des geringeren Fertigungsaufwands eingesetzt haben. Neue Fertigungsverfahren und gestiegene Kundenanforderungen an Präzision haben dazu geführt, alternative Getriebeherstellungsverfahren zu realisieren. Der Anspruch an Präzisionsgetriebe war bis dato getrieben durch Spielfreiheit und Präzision, meist in Kombination mit hohen Anforderungen an die Getriebebelastung.

|videoid=ptZ5_YOKNXc#t|

Daher wurden die Harmonic-Planetengetriebe mit den Baureihen HPG und HPGP als Ergänzung zu den Harmonic-Drive-Wellgetrieben entwickelt. Vor allem für den Untersetzungsbereich i<50 hat sich ein Markt für extrem spielarme Planetengetriebe entwickelt. Mit über die Lebensdauer gleichbleibender Präzision von kleiner einer Winkelminute hat sich die Baureihe HPG bereits am Markt etabliert. Diese bisher einzigartige Eigenschaft nennt die Harmonic Drive AG „Permanent Precision“. Aus diesem Grund sind die Getriebe in einzelnen Marktsegmenten Marktführer.

Bildergalerie

Bildergalerie mit 5 Bildern

Drehmomentgesteigerte Variante der Hochpräzisionsplanetengetriebe

Eine neue Generation dieserhochpräzisen Planetengetriebe (HPGP) ist die drehmomentgesteigerte Variante der Hochpräzisionsplanetengetriebe. Geringstes Verdrehspiel wird bei diesen beiden Baureihen über ein flexibles, dünnwandiges Hohlrad realisiert und kombiniert so die Erfahrungen aus über 40 Jahren Harmonic-Drive-Technik mit dem Planetengetriebeprinzip. Die Getriebe der Baureihe HPGP verfügen darüber hinaus in der letzten Stufe über 4 statt vorher drei Planeten. Somit kann eine Drehmomentsteigerung von.etwa 33 % erzielt werden im Vergleich zu herkömmlichen drei-planetrigen Getrieben.

Eine weitere Getriebebaureihe mit Spielklasse ≤3 arcmin stellt das Hohlwellenplanetengetriebe HPF dar. Bei der Konzeption dieses Getriebes, wurde der maximale Hohlwellendurchmesser als Entwicklungsziel ausgegeben und realisiert.

Für Planetengetriebe der jetzt auf den Markt gebrachten Baureihe HPN wurden die Anforderungen hinsichtlich neuer Märkte bei der Entwicklung mit einbezogen. Dazu war es zunächst nötig, die Zielformulierung für die Entwicklung anzupassen von „Was ist die maximale Genauigkeit eines Planetengetriebes?“ hin zu „Wie wirtschaftlich kann eine weite Bandbreite von Präzisionsanwendungen bedient werden?“. Adaptierbar an gängige Servomotoren, ermöglicht diese neueste Baureihe nun den Einsatz von Präzisionsgetrieben in Märkten, welche sowohl unter Kostendruck, aber auch unter weiter steigenden Kundenforderungen hinsichtlich Produktgüte stehen.

Verpackungsmaschinenindustrie setzt vermehrt auf Präzisionstechnik

Für letztere Fragestellung gibt es einige Branchen, die in den vergangenen Jahren vermehrt Präzisionstechnik verwenden. Darunter fallen beispielsweise die Verpackungsmaschinen, auf die bei der Entwicklung des HPN-Getriebes ein besonderes Augenmerk gelegt wurde. Präzisionsanwendungen in diesem Bereich verlangen selten absolute Spielfreiheit, allerdings ein sehr eingeschränktes Spiel. Der Trend, pneumatische Systeme durch Servoantriebe zu ersetzen, gibt in diesem Zusammenhang die Vorgabe bei der Kostenanalyse des technischen Systems. Der qualitativ hochwertige Ersatz vorheriger Systeme war daher Ansporn und Maßstab bei der Getriebeentwicklung, auch im Hinblick auf Design-to-Cost Aspekte.

Hauptanforderung in der Verpackungsmaschinenindustrie ist Wiederholbarkeit bei hoher Zyklusgeschwindigkeit. Aufgrund der mitunter sehr kurzen Taktzeiten werden in dieser Branche in der Regel Planetengetriebe mit kleinen Untersetzungen eingesetzt. Die am Markt verfügbaren Low-cost-Varianten dieser Getriebe reichen in Bezug auf Genauigkeit nicht aus, sodass oftmals auf extrem spielarme, extra zueinander gepaarte Getriebe zurückgegriffen wird. Dieses Over-Engineering ist getrieben durch einen Mangel an technisch hochwertigen Alternativen zu nahezu spielfreien Getrieben.

Eine weitere Charakteristik dieser Branche ist die Verwendung von standardisierten Servomotoren einiger weniger Hersteller. Dies berücksichtigt Harmonic Drive unter anderem bei dem Design der Motor-Getriebeanbindung.

Zunahme bei Getriebenanwendungen mit kleinstem Getriebespiel

Die über die gesamte Lebensdauer spielfreien Wellgetriebe der Harmonic Drive AG setzen den Maßstab für hochpräzise Antriebstechnik. Betrachtet man den Markt, so zeigt sich neben immer mehr spielfreien Anwendungen auch eine starke Zunahme für Anwendungen von Getrieben im Bereich bis zu einem Getriebespiel <10 arcmin. In diesem, für Harmonic Drive spielbehafteten Bereich können durch Fortschritte in der Fertigungstechnik Kosteneinsparungen genutzt werden, wenn danach konstruiert, ausgelegt und gefertigt wird. Als langjähriger Hersteller von Planetengetrieben mit einem Getriebespiel von ≤1 beziehungsweise ≤3 arcmin konnten die Ingenieure von Harmonic Drive dieses Know-how nutzen, um eine neue, wirtschaftliche Alternative im Bereich von ≤5 beziehungsweise ≤7 arcmin Getriebespiel anzubieten. Die Spielklasse ist abhängig von der Anzahl der Getriebestufen; demnach sind Untersetzungen im Bereich i≤10 mit einem maximalen Getriebespiel von 5 arcmin ausgeführt.

Die Konstruktion basiert auf einem schrägverzahnten Getriebeprinzip, das vor allem durch ruhigen und leisen Lauf charakterisiert ist (Bild 2). Eine weitere Neuerung im Vergleich zu vorhandenen Lösungen aus dem Hause Harmonic Drive: Bisher wurden hoch belastbare Kreuzrollenlager verwendet, nun kommen als Abtriebslagerung angestellte Kugellager zum Einsatz. Die Preisdifferenz der beiden Lagervarianten kann direkt an den Kunden weitergegeben werden und erhöht somit die Wettbewerbsfähigkeit des Produktes in diesem Zielmarkt. Für die Standard Anwendung ist die hohe Präzision der Kreuzrollenlagerung sowie dessen extrem hohe Tragkraft oft nicht notwendig. Auch für dieses Bauteil konnte eine vorherige Marktanalyse helfen, das potenzielle Over-Engineering zu reduzieren.

Durch optimierte Verzahnung hohes Drehmoment-Bauraum-Verhältnis

Neben Präzision ist für viele Kunden die Kompaktheit der Gesamtanlage ein entscheidendes Kriterium bei der Getriebeauswahl. Durch optimierte Verzahnungsgeometrie und eingeschränkte Fertigungstoleranzen kann ein besonders hohes Drehmoment-Bauraum-Verhältnis erreicht werden. Bei der kleinsten verfügbaren Baugröße (HPN-11) liegt das maximal wiederholbare Spitzendrehmoment je nach Untersetzung zwischen 9 und 26 Nm; das Kollisionsdrehmoment liegt bei 40 Nm.

Die Wirtschaftlichkeit bei der Verwendung von technischen Systemen hängt stark von der Anwendung ab. Oftmals wird die Wirtschaftlichkeit negativ beeinflusst durch den Einsatz technischer Komponenten, die viel mehr leisten, als die Anwendung erfordert. Mit unserer vierten Planetengetriebebaureihe bringen wir ein technisch hochwertiges Produkt auf den Markt, das die Lücke zwischen spielfrei, extrem spielarm und spielbehaftet schließt.

Für die Wirtschaftlichkeit der neuen Planetengetriebebaureihe ist außerdem ein weiterer Kundenvorteil integriert. Das Getriebespiel ist annähernd konstant über die gesamte Lebensdauer und überschreitet zu keinem Zeitpunkt die Katalogangaben. Damit sind lange Maschinenstandzeiten möglich – bei gleichbleibender, hoher Qualität.

* Sebastian Müller arbeitet im Produktmanagement bei der Harmonic Drive AG in 65555 Limburg

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de (ID: 42728376)