Getriebe

Wie Robotergetriebe dynamische Positionieraufgaben optimieren

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Getriebe mit exzellenter Übertragungsgenauigkeit

Bei der Applikation von Klebstoffen, beispielsweise in der Montage von Automobilteilen, muss eine vorgegebene Bewegungsbahn sehr genau und wiederholbar abgefahren werden. Dies erfordert einerseits eine präzise Koordination der Drehung der Roboterachsen durch die Steuerung des Roboters, andererseits auch Getriebe mit höchster Übertragungsgenauigkeit.

Die Übertragungsgenauigkeit ist ein Maß für die Abweichung zwischen dem theoretischen Abtriebswinkel, der sich bei der Drehung des Getriebeeingangs um einen bestimmten Winkel ergeben soll, und dem realen Abtriebswinkel, der sich am Getriebeausgang einstellt. Je kleiner der Übertragungsfehler des Getriebes ist, umso besser kann beispielsweise der Roboterarm einem vorgegebenen Bahnprofil folgen. Die Getriebe der Baureihe SHG weisen eine exzellente Übertragungsgenauigkeit von < 1 Winkelminute auf und tragen somit entscheidend zur Genauigkeit der Bahnverfolgung des Roboters bei.

Roboter müssen robust und zuverlässig sein

Roboter sind häufig im Dauereinsatz, zum Beispiel beim Bauteilhandling oder Palettieren von Komponenten. Solche Anwendungen verlangen Zuverlässigkeit, überdurchschnittliche Lebensdauer, Robustheit und Wartungsarmut von der Automatisierungslösung.

Die SHG-Getriebe bieten in diesen Anwendungen einen entscheidenden Vorteil. Die Lebensdauer des Einbausatzes wurde dank verbesserter Schmierstoffe und optimierten Belastungsverhältnissen am Wave Generator-Lager im Vergleich zum Vorgängerprodukt HFUS noch einmal um etwa 40 % gesteigert. Die Nennlebensdauer L10 liegt bei 10 000 statt bisher 7 000 Stunden. Die fettgeschmierten Getriebe punkten hierbei mit einer Lebensdauerschmierung, eine Wartung zum Nachschmieren wird daher meist überflüssig. Der Anwender profitiert von einer höheren Verfügbarkeit des Roboters.

Hierzu trägt auch die Überlastfähigkeit des Getriebes bei. Im Fall von Not-Aus-Situationen können hohe Lastspitzen auf das Getriebe einwirken. Die Getriebe der SHG-Baureihe sind diesen Belastungen durchaus gewachsen. Das Verhältnis zwischen Kollisionsdrehmoment und Nenndrehmoment liegt abhängig von Baugröße und Untersetzung bei Faktor 4 bis 7. Durch ein optimiertes Verzahnungsprofil wurde das Kollisionsdrehmoment gegenüber dem Vorgängergetriebe HFUS zudem um etwa 30 % gesteigert.

Große Hohlwelle für bessere Durchführung

Die Getriebebauform 2SH bietet eine zentrale Hohlwelle. Die Vorteile der Hohlwellenkonstruktion für die Robotik liegen auf der Hand. Sie ermöglicht einerseits die Durchführung von Versorgungsleitungen für den Antriebsmotor der nächsten Achse, andererseits können Steuer-, Sensor- und Pneumatikleitungen für den Greifer oder andere Manipulatoren im Inneren der Achse durchgeführt werden. Dies minimiert die Gefahr, dass sich die gebündelten Leitungen bei sehr komplexen Bewegungsabläufen um die vorderen Roboterachsen wickeln. Zudem bedeutet dies eine erhebliche Erweiterung der Bewegungsfreiheit des Roboters.

Zur präzisen Bewegungsübertragung ist neben einem hochgenauen Getriebeeinbausatz auch ein Abtriebslager mit höchster Präzision erforderlich. Bei der Bauform 2SH findet das Kreuzrollenlager zwischen dem Circular Spline und dem Flexspline-Abtrieb Platz. Kompakter kann ein Lagersystem, welches hohe Axial- und Radialkräfte sowie Kippmomente aufnimmt, nicht aufgebaut werden. In vielen Leichtbaurobotern und Cobots wird aufgrund der hohen Tragfähigkeit und Kippsteifigkeit des Kreuzrollenlagers auf eine weitere Lagerstelle verzichtet. Dies vereinfacht den Aufbau wie auch die Montage der Roboterachse erheblich.

Konsequente Funktionsintegration

Ein weiterer Beitrag zum Leichtbau des Roboterarms ist die Integration von weiteren Funktionen in das Getriebe. Die Hohlwelle der SHG-2SH Getriebe wird in vielen Leichtbaurobotern gleichzeitig als Rotorwelle des Antriebsmotors genutzt. Hierfür werden die Magnete des permanent erregten Synchronmotors direkt auf der Hohlwelle des Getriebeeingangs befestigt. Das Wicklungspaket sitzt direkt neben dem Getriebe. Motor und Getriebe bilden eine kompakte Einheit. Die koaxiale Anordnung hat gleich mehrere Vorteile. Der Antriebsmotor muss nicht parallel zum Getriebe gesetzt werden, somit entfällt die Notwendigkeit einer Stirnrad- oder Riemenvorstufe. Darüber hinaus wird die Hohlwelle des Getriebes nicht vom Motor verdeckt und kann für die Kabeldurchführung von Versorgungsleitungen genutzt werden. Aufgrund der Funktionsintegration kann das Gesamtgewicht der Antriebsachse wesentlich reduziert werden.)

Harmonic Drive auf der Hannover Messe 2019: Halle 14/15, Stand B05

* Sebastian Finhold ist Produktmanager Mechanik bei der Harmonic Drive AG

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