Getriebe

Wie Robotergetriebe dynamische Positionieraufgaben optimieren

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Hohe Dynamik und verkürzte Taktzeiten

Die Harmonic-Drive-Getriebe der Baureihe SHG-2SH zeichnen sich durch höchste Drehmomentdichte aus. Sie ergibt sich aus ihrem besonderen Funktionsprinzip. Bei einem Wellgetriebe sind untersetzungsabhängig bis zu 30 % aller Zähne gleichzeitig im Eingriff, wodurch sich die Belastung auf viele Zähne und symmetrische Belastungszonen verteilt. Durch ein optimiertes Zahnprofil und eine bessere Lastverteilung im Wave-Generator-Lager wurden die übertragbaren Drehmomente der SHG-Getriebe noch einmal um ca. 30 % gegenüber dem Vorgängerprodukt HFUS gesteigert. Das Getriebe trägt somit zu einer höheren Dynamik und einer Verkürzung der Taktzeiten beim Bauteilhandling bei.

Das SHG-2SH ist als sogenannte Simplicity Getriebe aufgebaut. Es besteht ausschließlich aus dem Einbausatz und dem Abtriebslager. Durch Nutzung der vorhandenen Gehäusestruktur zur Abstützung der Lager der Eingangswelle kann auf einen separaten An- und Abtriebsflansch verzichtet und das Gesamtgewicht deutlich reduziert werden. Somit eignet sich diese Bauform ideal für die bewegten Roboterachsen, bei denen die Reduktion des Gewichtes eine deutliche Verbesserung der Dynamik und Tragfähigkeit des Roboterarms zur Folge hat.

Präzision und Spielfreiheit

Bei der Montage von Elektronikbauteilen ist höchste Präzision bei der Positionierung des Roboterarms gefragt, um eine gleichbleibende Qualität sicherzustellen. Typischerweise wird eine Wiederholgenauigkeit des Roboters von ± 0,1 mm gefordert. Dies bedeutet, wenn der Roboterarm eine Position anfährt, verschwenkt und anschließend die gleiche Position erneut anfährt, so erreicht er die ursprüngliche Position mit einer maximalen Abweichung von ± 0,1 mm. Ein beachtlich kleiner Wert, wenn man bedenkt, dass er das Resultat der Wiederholgenauigkeit von bis zu 6 Achsen ist und diese Genauigkeit über die gesamte Lebensdauer des Roboters erhalten werden soll.

Eine solche Genauigkeit lässt sich nur mit spielfreien Getrieben realisieren. Spielfreiheit bedeutet, dass sich der Getriebeabtrieb bei blockiertem Getriebeeingang unter wechselnder Drehmomentrichtung nicht bewegt. Planetengetriebe beispielsweise benötigen prinzipbedingt immer ein definiertes Zahnflankenspiel, damit es nicht zu einem Verklemmen oder übermäßigem Verschleiß kommt.

Hohe Wiederholgenauigkeit

Bei der Montage des Wave Generators wird der Flexspline im Bereich der großen Hauptachse der Ellipse konisch aufgeweitet. Wird nun der Circular Spline montiert, so wird der Flexsplinetopf wieder in Richtung des Wave Generators elastisch verformt. Dies bewirkt eine konstante Vorspannung der Verzahnung von Flexspline und Circular Spline, die einen spielfreien Zahneingriff über die komplette Lebensdauer des Getriebes ermöglicht.
Bei der Montage des Wave Generators wird der Flexspline im Bereich der großen Hauptachse der Ellipse konisch aufgeweitet. Wird nun der Circular Spline montiert, so wird der Flexsplinetopf wieder in Richtung des Wave Generators elastisch verformt. Dies bewirkt eine konstante Vorspannung der Verzahnung von Flexspline und Circular Spline, die einen spielfreien Zahneingriff über die komplette Lebensdauer des Getriebes ermöglicht.
(Bild: Harmonic Drive)

Wellgetriebe zeichnen sich dagegen durch einen spielfreien Zahneingriff aus. Dies wird durch die prinzipbedingte Vorspannung des Getriebes über den sogenannten Coning Effekt erreicht (siehe Abbildung 1). Die Spielfreiheit wird über die komplette Lebensdauer des Getriebes aufrechterhalten. Selbst bei fortgeschrittener Betriebszeit und beginnendem Verschleiß bleibt die Vorspannung des Zahneingriffs erhalten und das Getriebe frei von störendem Umkehrspiel. Somit erreichen die Getriebe der SHG-Baureihe eine Wiederholgenauigkeit kleiner ± 0,1 Winkelminuten.

Bei der Montage des Wave Generators wird der Flexspline im Bereich der großen Hauptachse der Ellipse konisch aufgeweitet. Wird nun der Circular Spline montiert, so wird der Flexsplinetopf wieder in Richtung des Wave Generators elastisch verformt. Dies bewirkt eine konstante Vorspannung der Verzahnung von Flexspline und Circular Spline, die einen spielfreien Zahneingriff über die komplette Lebensdauer des Getriebes ermöglicht.

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