Mikroantriebe Wie Miniaturgetriebe Messtechnik und Robotik voranbringen

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Ob Messsysteme, Maschinenmodule oder die Finger einer humanoiden Roboterhand: In vielen Anwendungen muss immer mehr Leistung, Präzision und Zuverlässigkeit auf immer kleinerem Bauraum bereitstehen. Miniaturgetriebe und Mikroantriebe entwickeln sich dabei zu Schlüsseltechnologien. 

Mit Miniaturgetrieben und Mikroantriebslösungen lassen sich Präzision, Spielfreiheit und Leistungsdichte auf engem Raum verwirklichen. Die Anwendungsfelder reichen vom allgemeinen Maschinenbau, Dentalfräsmaschinen, Operationsrobotern und der Messtechnik bis hin zu humanoiden Robotersystemen. Zu den jüngsten Miniaturgetrieben auf dem Markt gehören die vier neuen CSF-Mini-Getriebevarianten in Baugröße 7 von Harmonic Drive.

Wenn jeder Millimeter zählt

Der Trend zur Miniaturisierung ist kein Nischenthema mehr: Moderne Produktionsanlagen, optische Messsysteme und viele medizinische Geräte verlangen nach immer kompakteren Baugruppen. Gleichzeitig dürfen weder Dynamik noch Genauigkeit leiden. Besonders in der Messtechnik sind Bewegungsfehler direkt spürbar, denn bereits minimale Abweichungen können die Qualität einer Messung beeinflussen. Deshalb werden in Koordinatenmessmaschinen, optischen Messsystemen oder Wafer-Inspektionsanlagen häufig spielfreie Präzisionsgetriebe eingesetzt, unter anderem die PMG-Baureihe von Harmonic Drive. 

Die Getriebe kombinieren einen Getriebe-Einbausatz mit integriertem Abtriebslager und bieten dabei kompakte Abmessungen bei geringem Gewicht.  Je nach Baugröße stehen damit maximale Drehmomente von 0,3 bis 14,7 Nm zur Verfügung. Die Produktfamilie umfasst die Baugrößen 5 bis 14 mit Untersetzungen von 50:1 bis 110:1. Sie eignen sich insbesondere für Anwendungen mit hohen Anforderungen an Positioniergenauigkeit und Langzeitstabilität. 

Spielfreie Miniatur-Getriebe in neuen Varianten

Die Miniatur-Wellgetriebe CSF-Mini bieten sich an, wenn axiale Kompaktheit gefordert ist. Harmonic Drive erreicht dies durch den kurzbauenden HFUC-Einbausatz in Verbindung mit einem kompakten Vierpunktlager, das sich durch eine hohe Rund- und Planlaufgenauigkeit auszeichnet. Die Baureihe bringt die Präzision eines spielfreien Wellgetriebes auf das Format eines größeren Hemdknopfes (13 x 13 Millimeter in Baugröße 3). Aufgrund der leichten Aluminiumgehäuse eignen sie sich auch für Leichtbauanwendungen und dynamisch bewegte Achsen. Die Miniatur-Getriebe übertragen als Wellgetriebe vergleichsweise hohe Drehmomente bei kompakter Bauform.

Mit vier weiteren Bauformen in Baugröße 7 vervollständigte Harmonic Drive Mitte 2026 die CSF-Mini-Getriebebaureihe. Die Getriebe sind nun auch in Baugröße 7 in sechs verschiedenen Varianten verfügbar: mit Abtriebsflansch oder Abtriebswelle, mit Eingangswelle oder für die direkte Motoradaption. Gerade bei Anwendungen mit begrenztem Bauraum eröffnen sich dadurch neue Freiheitsgrade in der Konstruktion.

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Miniaturgetriebe in Robotik, Mikrobearbeitung und Medizintechnik

Miniaturgetriebe eignen sich insbesondere für kompakte Robotersysteme, wo spielfreie Wellgetriebe exakte Positionierungen in mehreren Achsen ermöglichen, da Zielpositionen ohne Umkehrspiel von beiden Seiten angefahren werden können. In Messmaschinen tragen Miniaturgetriebe dazu bei, dass Tastköpfe Bauteilkonturen mit hoher Genauigkeit abfahren und präzise Messergebnisse erzielt werden. Weitere Einsatzfelder finden sich in der Mikrobearbeitung, etwa bei der Herstellung von Uhrenkomponenten, und in Operationsrobotern, wo sie präzise Bewegung der Instrumente und somit minimalinvasive Eingriffe ermöglichen.

Miniaturgetriebe als Schlüsseltechnologie für humanoide Robotik

Eine der spannendsten Zukunftsanwendungen für Miniaturgetriebe ist die humanoide Robotik: Für humanoide Roboterhände liegt die sinnvolle Baugröße von integrierten Fingerantrieben typischerweise im Bereich von etwa zehn bis 16 Millimeter Durchmesser. Aktuatoren in diesem Größenbereich stellen einen guten Kompromiss zwischen Bauraum, Drehmoment und Integrationsfähigkeit dar. Sie können in fingerähnlichen Strukturen untergebracht werden und stellen gleichzeitig die notwendigen Greifkräfte für feinfühlige Manipulationsaufgaben bereit.

Schunk und Bosch Robotics

Entwicklungskooperation für humanoide Roboterhände

Das Wellgetriebeprinzip eignet sich insbesondere für diesen Anwendungsfall, da es große Getriebeuntersetzungen, hohe Drehmomentdichte und spielfreie Bewegungsübertragung ermöglicht. Bei hohen Getriebeuntersetzung, beispielsweise von 100 : 1 (wie beim CSF-3), kann ein besonders kleiner Motor ausgewählt werden, sodass sich ein besonders kompaktes Antriebssystem ergibt. Das integrierte Abtriebslager stützt dabei direkt die am Fingergelenk wirkenden Lagerkräfte ab.

Präzise Mikrotechnologie

Für Mikro-Antriebstechnik mit noch höheren Anforderungen an Bauraum und Gewicht gibt es spezialisierte Unternehmen, beispielsweise Micromotion GmbH (gehört zur Harmonic-Drive-Firmengruppe). Die oft individuellen Antriebslösungen werden für optische Systeme, die Halbleiterfertigung, Medizintechnik, Vakuumanwendungen sowie in Projekten der Luft- und Raumfahrt-Branche benötigt.

Spielarme Planetengetriebe und spielfreie Harmonic-Drive-Getriebe werden dabei mit unterschiedlichen Motortypen wie Schrittmotoren, DC-Motoren oder bürstenlosen Motoren kombiniert. In Verbindung mit Spindeln oder Exzentern entstehen hochpräzise und zugleich äußerst kompakte Linearsysteme. Anwenderspezifische Antriebslösungen mit integrierten Zusatzfunktionen ermöglichen es, den Bauraum noch weiter zu reduzieren. 

Humanoide Roboter

Generation 3 in der Logistik bei BMW im Einsatz

Die Miniaturisierung von Antriebssystemen ist weit mehr als ein technologischer Trend. Sie schafft konkrete Mehrwerte für die Konstruktion und Entwicklung von Maschinen: geringere Systemgewichte, kompaktere Maschinen, höhere Integrationsdichten und neue Freiheitsgrade bei der Produktentwicklung. (dm)