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Getriebe

Wellgetriebe für präzise Positionierbewegungen auswählen

| Autor/ Redakteur: Sebastian Finhold / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Wellgetriebe eignen sich ideal, um präzise Positionierbewegungen ausführen zu können. Welche Bauart zum Zuge kommt, ist stark von der jeweiligen Anwendung abhängig. Hier folgen einige Beispiele aus dem Portfolio der Harmonic Drive AG.

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Für jeden Anwendungsbereich das passende Getriebe: CPU, CSD-2UH, CSF-Mini (v.l.).
Für jeden Anwendungsbereich das passende Getriebe: CPU, CSD-2UH, CSF-Mini (v.l.).
(Bild: Harmonic Drive AG)

Wellgetriebe sind optimale Antriebskomponenten für präzise Positionierbewegungen. Sie vereinen hohe einstufige Getriebeuntersetzungen und große Drehmomentkapazität bei geringem Gewicht mit spielfreier, präziser Bewegungsübertragung. Während Motoranbaugetriebe mit geringem Konstruktions- und Montageaufwand an Servomotoren adaptiert werden können, bieten Hohlwellengetriebe Raum zur zentralen Durchführung von Versorgungsleitungen und Wellen. Welche Baureihe wann zum Einsatz kommt, entscheidet sich also je nach Applikation.

Die Harmonic Drive AG bietet ein breites Produktportfolio an Wellgetrieben. Beispielhaft zeigt das Unternehmen an den Getriebebaureihen CPU, CSD-2UH sowie CSF-Mini typische Anwendungsbereiche, um die Auswahl zu erleichtern.

Holzbearbeitungsmaschinen stellen bei der Produktion von Möbeln, Treppen oder Fenstern hohe Anforderungen an die Stellantriebe des Fräskopfes. Die Bearbeitung von dreidimensional gebogenen Treppenhandläufen beispielsweise erfordert höchste Präzision von Getriebe und Lagerung der Achsen. Bei diesem Prozess werden die Dreh-, Schwenk- und Höhenachse simultan bewegt. Um gleichmäßige Konturen ohne Rattermarken zu erzeugen, sind eine hohe Übertragungsgenauigkeit, gleichmäßiger Lauf und Spielfreiheit von Getriebe und Lager notwendig.

Die Harmonic Drive AG empfiehlt für diese Anwendung die Getriebebaureihe CPU-H: Als Hohlwellengetriebe mit Eigenlagerung ausgeführt, können Versorgungskabel nachgelagerter Achsen zentral durch die Hohlwelle durchgeführt und Kabelschlaufen auf diese Weise vermieden werden. In dieser Anwendung werden Motor und Getriebe häufig parallel zueinander angeordnet und über eine Riemenstufe verbunden, sodass die axiale Baulänge des Antriebssystems kurzgehalten wird. Die Riemenscheibe wird dabei ohne weitere Lagerstelle an die Eingangshohlwelle des Getriebes geschraubt. Eine Besonderheit der CPU-Konstruktion ist das präzise Kreuzrollenlager, das im Vergleich zu anderen Baureihen eine hohe Kippsteifigkeit und Lagertragfähigkeit sowie einen Rund- und Planlauf von <10 µm aufweist.

Kleinroboter werden häufig in der Produktion von elektronischen Geräten wie beispielsweise Smartphones eingesetzt. Sie übernehmen hierbei Montageaufgaben wie das Einsetzen, Verschrauben oder Kleben von kleinsten elektronischen Bauteilen. Um beim Montageprozess kurze Taktzeiten zu realisieren, müssen die Achsen ein hohes Beschleunigungsmoment erzeugen. Das Antriebssystem darf dabei allerdings nur ein geringes Eigengewicht haben, denn je geringer das Gewicht und damit das Trägheitsmoment des Roboterarmes, umso höher ist das Beschleunigungsvermögen der Grundachsen des Roboters.

Die Eigenschaften der Getriebebau- reihen im Vergleich.
Die Eigenschaften der Getriebebau- reihen im Vergleich.
(Bild: Harmonic Drive AG)

Die Getriebe der Baureihe CSD-2UH eignen sich für diese Anforderungen. Sie bestehen aus dem kurzbauenden Getriebeeinbausatz CSD-2A sowie einem kippsteifen und präzisen Abtriebslager. Im Vergleich zu anderen Getriebetypen gleicher Baugröße haben sie das geringste Gewicht und auch den kleinsten Außendurchmesser. Die Getriebeuntersetzung von bis zu 1:160 in einer Getriebestufe ermöglicht den Einsatz eines kleinen und leichten Motors mit geringem Drehmoment, aber hoher Drehzahl. Hierdurch werden kompakte und leichte Roboterstrukturen realisiert. Die hohe Übertragungsgenauigkeit ermöglicht zudem das präzise Positionieren von Schrauben und das genaue Abfahren von Bewegungsbahnen beim Auftragen von Klebern.

Dentalfräsmaschinen zur Herstellung von Zahnimplantaten stellen ganz andere Anforderungen an das Antriebssystem. Vielerorts werden die Implantate direkt in den Zahnarztpraxen auf kleinen CAD/CAM-Fräsmaschinen hergestellt. Somit können Zahnprothesen innerhalb eines Tages eingesetzt werden, ohne den Zahn provisorisch herzurichten. Damit diese Maschinen in den Zahnarztpraxen Platz finden, müssen sie möglichst klein sein.

Häufig kommen darin die präzisen Miniaturgetriebe CSF-Mini zum Einsatz. Diese Baureihe konzentriert sich auf die kleineren Baugrößen und ist in einem Drehmomentbereich von 0,13 Nm bis 28 Nm verfügbar. Aufgrund der spielfreien und präzisen Bewegungsübertragung sind sie prädestiniert für die simultane 4- oder 5-Achsbearbeitung der Implantate. Die kurze Bauform der Getriebe ermöglicht die Integration in beengte Maschinenkonzepte.

SPS 2019: Halle 4, Stand 240

Anwendertreff Mechatronische Antriebstechnik

Im Fokus des Anwendertreffs Mechatronische Antriebstechnik stehen die mechanischen Komponenten Getriebe, Kupplungen und Bremsen sowie deren Auslegung, Dimensionierung und Zusammenspiel im mechatronischen Gesamtsystem.

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* Sebastian Finhold ist Produktmanager Mechanik bei der Harmonic Drive AG.

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