Miniaturantriebe Miniaturisierung von Antriebssystemen mit höchster Präzision

Miniaturantriebe sind bereits in vielen Branchen weit verbreitet. Worauf es ankommt und wie solche Antriebe weiter verkleinert werden können erklärt Carsten Schulze, Leiter Entwicklung Servotechnik bei Harmonic Drive im Gespräch mit der konstruktionspraxis..

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FAULHABER Antriebssysteme

In vielen Bereichen hält der Trend zu Gigantischem ungebrochen an – denken wir an Flugzeuge mit einem Startgewicht über fünfhundert Tonnen, an Gebäude mit einer Höhe jenseits der achthundert Meter oder Supertanker mit einer Tragfähigkeit von mehr als einer halben Million Tonnen. Doch ein noch so großes Flugzeug, Schiff oder Bauwerk erbringt nicht dadurch seinen Ertrag, dass es große, schwere und wartungsintensive Gerätschaft in sich birgt, sondern einzig und allein durch seine Nutzlast – oder Payload, wie es der adäquate englische Begriff besser erfasst.

Oft verrichten dann kleinste Antriebssysteme wichtige Dienste – man denke nur an die Scheinwerferverstellung im Auto. Diese Antriebe müssen ebenso zuverlässig wie präzise sein und verlangen den Herstellern hohe Entwicklungs- und Fertigungskompetenzen ab. Carsten Schulze, Leiter Entwicklung Servotechnik bei Harmonic Drive erklärt uns, worauf es bei Miniaturantrieben ankommt, wie solche Antriebe noch weiter verkleinert werden können und welche Voraussetzungen dafür in einem Unternehmen vorhanden sein müssen.

Wer setzt eigentlich den Druck zu immer kleineren Komponenten?

Schulze: Geringes Gewicht, kleines Volumen und hohe Effizienz in einem Produkt vereint sind in Raumfahrt, Luftfahrt, Medizintechnik, Robotik, Optik, Halbleiter- und Automobiltechnik nachdrücklich gefordert, allerdings in unterschiedlicher Gewichtung. Bei durchschnittlich 2 % möglicher Nutzlast gemessen am Startgewicht eines Raumschiffes wird die Verringerung des Gewichtes der in den Weltraum zu transportierenden Einrichtungen herausgestellt. Die Medizintechnik will kleinstmögliche Baugrößen, während bei Industrierobotik, Optik und Halbleitertechnik höchste Dynamik im Vordergrund stehen. Autarke mobile Systeme wie service- und fahrzeuggebundene Roboter erwarten dagegen hohe Wirkungsgrade für möglichst große Wirkradien.

Gleichermaßen bedeutend sind die politisch gesetzten Rahmenbedingungen, die die Hersteller veranlassen ihren Produkten entsprechende Eigenschaften zu verleihen und im Ergebnis durchaus auch zu einer weiteren Miniaturisierung führen. Der Komfort der Kraftfahrzeuge erhöht sich mit jedem neuen Modell. Stiege dadurch das Gesamtgewicht des Fahrzeuges oder der Energieverbrauch wesentlich, wäre das mit einem deutlich erhöhten Kraftstoffverbrauch verbunden. Dem sollen die genannten Bedingungen je nach formuliertem Schärfegrad entgegenwirken.

Warum sind gerade Harmonic Drive Antriebe zur Miniaturisierung prädestiniert?

Schulze: Der Initiator der Bewegung von Harmonic Drive Antrieben ist der Elektromotor. Eine seiner wesentlichen Eigenschaften ist der direkte Zusammenhang zwischen Volumen und erzeugbarem Drehmoment. Wird ein bestimmtes Arbeitsmoment gefordert und ist auch das Motorprinzip vorgegeben, dann ist die Größe des Antriebes im Wesentlichen bestimmt. Prozesse, die hohe Drehmomente erfordern, benötigen auch Motoren mit entsprechendem Volumen und Gewicht.

Wird dem Motor ein Getriebe mit entsprechend hoher Übersetzung nachgeschaltet, kann die Baugröße des gesamten Antriebes signifikant verkleinert werden. Der Leistungsumsatz wird dann aus der notwendigerweise höheren Drehzahl erbracht.

Teil 2: Welche Möglichkeiten bieten Kleinantriebe zur Leistungssteigerung?

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