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Getriebe Zykloidgetriebe für die Batteriefertigung

Zykloidgetriebe von Nabtesco eignen sich nicht nur für Roboteranwendungen, sondern auch für hochdynamische Handling- und Positionieraufgaben. Das zeigt deren Einsatz in der Batteriefertigung.

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Ob Getriebeeinheiten, hochdynamische Servogetriebe oder robuste Drehtische: Mit seiner Produktpalette deckt Nabtesco viele Applikationen in der Batteriefertigung ab.
Ob Getriebeeinheiten, hochdynamische Servogetriebe oder robuste Drehtische: Mit seiner Produktpalette deckt Nabtesco viele Applikationen in der Batteriefertigung ab.
(Bild: © Patrick P. Palej – stock.adobe.com)

Die Elektromobilität steht unter Strom – und das liegt nicht allein an der Antriebstechnologie. Nur langsam gewinnt die Elektrifizierung des Verkehrs an Fahrt. Größtes Manko neben der mangelnden Ladeinfrastruktur: die begrenzte Reichweite der E-Fahrzeuge. Macht der Akku zu schnell schlapp, kann der Umstieg auf das Elektroauto nicht gelingen. Die Batterie ist daher eine Schlüsselkomponente. Mit ihrer Leistungsfähigkeit steht und fällt der Erfolg der Mobilitätswende.

Hochautomatisierte Batteriefertigung

Die Batterie ist das Herzstück eines jeden E-Fahrzeugs, gleichzeitig aber auch das teuerste Bauteil. Die große Herausforderung der Hersteller liegt daher neben der Erhöhung der Zelleffizienz vor allem in der Prozessoptimierung. „Die Produktion von Batteriezellen, -modulen und -packs ist hochautomatisiert. Robotertechnik und Automationssysteme geben in den Fabriken den Takt an“, erklärt Daniel Obladen, Head of Sales General Industries bei der Nabtesco Precision Europe GmbH, und macht deutlich: „Nicht nur im Fahrzeug wurde eine neue Evolutionsstufe erreicht, auch in der Fertigung der benötigten Komponenten geht man die nächsten Schritte.“ Gefragt sind vor allem Technologien und Antriebskonzepte, die die Herstellung hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Produktivität optimieren. Zykloidgetriebe von Nabtesco sollen dazu beitragen.

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Zykloidgetriebe: präzise und dynamisch

Die meisten kennen Nabtesco aus dem Bereich der Robotergetriebe. Immerhin stecken in sechs von zehn Industrierobotern Lösungen des Getriebespezialisten mit Europazentrale in Düsseldorf. Doch die Getriebe leisten nicht nur in Robotern ihre Arbeit, sondern bringen auch die Peripherie auf Touren. „Oft ist der Einsatz eines klassischen 6-Achs-Roboters gar nicht notwendig, zwei oder drei Achsen sind für einen Großteil der Anwendungen absolut ausreichend“, sagt Obladen. Dabei gilt für die peripheren Anlagen dasselbe wie für ihre großen Roboterkollegen: Wie genau, stark und schnell die Systeme sind, hängt maßgeblich von der Leistungsfähigkeit der eingesetzten Getriebelösungen ab.

Zykloidgetriebe sind aufgrund ihrer besonderen Konstruktion deutlich präziser, dynamischer und steifer als die üblicherweise genutzten Schnecken- und Standard-Planetengetriebe. Die Folge: kürzere Taktzeiten, bessere Produktqualität, höhere Stückzahlen. Für einzelne Prozessschritte lässt sich Nabtesco zufolge eine Zeitersparnis von bis zu 40 % erreichen.

Getriebe für Roboter und Peripherie

Ob Getriebeeinheiten, hochdynamische Servogetriebe oder robuste Drehtische: Mit breiter Produktpalette, umfassendem Automations-Know-how sowie hoher Entwicklungskompetenz will Nabtesco nahezu alle Applikationen in der Batteriefertigung abdecken.

Überall, wo es auf exaktes Positionieren und Zuverlässigkeit ankommt, kommen die leistungsstarken Lösungen zum Einsatz. Vor allem bei Handling- und Positionieranwendungen sind die spezifischen Eigenschaften der Zykloidgetriebe von Vorteil – angefangen vom Falten, Stapeln und Wickeln über das Fixieren und Befüllen bis hin zum Montieren und Einsetzen der Module und Packs ins Chassis.

Ist die Peripherie mit der gleichen Getriebetechnologie ausgestattet wie die Roboter, trägt dies zu idealen Ergebnissen bei, weiß Obladen: „Roboter und Peripherie bilden eine Einheit. Je besser sie zusammenpassen, umso besser ist ihre Performance und Leistungsfähigkeit.“ Obladen weiter: „Dies ist vor allem vor dem Hintergrund des wachsenden Segments der robotergestützten Positionierung sowie der zunehmenden Verschmelzung von Roboter und Peripherie von Bedeutung.“

Kraftübertragung erfolgt über Kurvenscheiben und Rollen

Während andere Getriebetechnologien zur Kraftübertragung Zahnräder einsetzen, erfolgt sie bei Zykloidgetrieben über Kurvenscheiben und Rollen. Das sorgt für einen hohen Wirkungsgrad, eine enorme Schockbelastbarkeit – laut Nabtesco bis zum Fünffachen des Nenndrehmoments – sowie ein minimales Spiel über die gesamte Lebensdauer – laut Nabtesco mit einem Hystereseverlust von 0,5 arcmin bis max. 1 arcmin. Normale Planetengetriebe hingegen haben häufig im Laufe ihres Lebens mit zunehmendem Spiel zu kämpfen.

Mit dem zweistufigen Untersetzungsprinzip garantiert der Hersteller zudem ein sehr gutes Verhalten hinsichtlich Dynamik und Laufruhe sowie eine hohe Wiederhol- und Bahngenauigkeit. Die integrierten Schrägkugellager nehmen axiale sowie radiale Lasten und Biegemomente auf und tragen zur hohen Torsionssteifigkeit sowie Widerstandsfähigkeit gegen Stoß- und Überbelastung bei.

Servogetriebe für hochdynamische Handling- und Positionieraufgaben

Für die hochdynamischen Handling- und Positionieraufgaben in der Batteriefertigung eignen sich vor allem die Servogetriebe. Diese sollen sich durch eine hohe Verdrehsteifigkeit sowie ein geringes Verdrehspiel auszeichnen und selbst bei enormen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen eine hohe Positionier- und Drehzahlgenauigkeit sicherstellen.

Im Vergleich zu mehrstufigen Planetengetrieben sind die Zykloidgetriebe steifer, kompakter (ca. 50 % kürzer) und leichter. Außerdem bieten sie eine um 500 % höhere Überlastsicherheit. „Dank dieser hohen Steifigkeit sowie der hohen Präzision über die gesamte Lebensdauer lassen sich mit Zykloidgetrieben sehr viel schnellere Taktzeiten realisieren als mit Planetengetrieben“, betont Daniel Obladen. „Batteriehersteller, die ihre Produktionsprozesse effizienter gestalten wollen, kommen an Zykloidgetrieben also nicht vorbei.“

Neue Getriebe der Neco-Serie

Vor allem die Getriebe der neuen Neco-Serie von Nabtesco sollen für enorme Effizienzsteigerungen sorgen. Aufgrund des Radialklemmrings in Low-Inertia-Ausführung reduziert sich die Trägheit auf der Motorwelle um bis zu 39 % und ermöglicht so extrem dynamische Zyklen. Durch das modulare Konzept verringert sich der Montageaufwand für den Motor um ein Vielfaches. Dabei stellt ein flexibles System mit modularen Hülsen und Flanschen die unkomplizierte Adaption aller gängigen Servomotoren sicher.

„Mit der Neco-Serie haben wir eine moderne Getriebelösung geschaffen, die höchsten Ansprüchen an Leistungsfähigkeit und Anwenderfreundlichkeit gerecht wird“, betont Obladen. „Durch Fokussierung auf Perfektion ist eine sehr wirtschaftliche Lösung entstanden, ohne Kompromisse bei den technischen Spezifikationen eingehen zu müssen.“ Neben der hohen Modularität und einfachen Motoranbindung weisen die Neco-Getriebe außerdem einen ganzheitlichen Korrosionsschutz, eine Präzision von 0,5 arcmin, eine hohe Leistungsdichte sowie ein cleanes, geschlossenes Design auf.

Buchtipp

Das Buch Praxishandbuch Antriebsauslegung hilft bei der Auswahl der wesentlichen Bestandteile elektrischer Antriebssysteme: Motor, Getriebe, Stellgerät, Netzversorgung sowie deren Zusatzkomponenten. Auch auf die Berechnung wird intensiv eingegangen.

Drehtische für Dreh- oder Schwenkbewegungen

Geht es um Dreh- oder Schwenkbewegungen, beispielsweise bei der Elektrolytbefüllung sowie der Modul- und Packfertigung, sind Drehtische die Technologie der Wahl.

Herkömmliche Drehtische arbeiten meist mit Schneckengetrieben oder Kurvenantrieben, was dazu führt, dass Anwender mit Abstrichen bei Performance, Langlebigkeit und/oder Flexibilität leben müssen. „Schneckengetriebe haben einen schlechteren Wirkungsgrad und weisen naturgemäß nach einer gewissen Zeit Verschleißerscheinungen auf“, erklärt Daniel Obladen und ergänzt: „Der Nachteil bei Drehtischen mit Kurvenantrieben ist, dass sie getaktet sind und somit immer den gleichen Zyklus fahren. Angesichts der zunehmenden Flexibilisierung und Individualisierung der Montagelinien sind feste Kurvenprofile, die für jedes Bauteil neu eingestellt werden müssen, jedoch oft ungünstig.“

Alternative für die rotatorische Positionierung

Mit der RS-Serie bietet Nabtesco eine Alternative für die rotatorische Positionierung, die klassischen Technologien in vielen Anwendungen überlegen ist. Sie ist in fünf Baugrößen für Axiallasten von 1,5 t bis 9 t verfügbar und zeichnet sich durch eine hohe Positioniergenauigkeit und Leistungsfähigkeit sowie eine kompakte Bauform aus.

In Kombination mit einem Servomotor lassen sich so frei programmierbare, hochflexible Positioniereinheiten realisieren, die jederzeit unkompliziert an sich ändernde Handling- und Montageanforderungen angepasst werden können.

Robotik- und Automatisierungs-Know-how

Immer mehr Elektroautos erobern die Straßen. Und auch auf den Fertigungsstraßen lautet die Devise: umsteigen auf neuartige, leistungsfähigere Technologien.

„Als langjähriger Robotik- und Automatisierungspartner kennen wir die von der Branche geforderten hohen Anforderungen hinsichtlich Präzision, Qualität, Performance und Prozesssicherheit genau“, sagt Obladen. „Wo auch immer in der Batteriefertigung Handling- und Positionierprozesse automatisiert und hochpräzise ausgeführt werden müssen, leisten unsere Zykloidgetriebe einen Beitrag zu mehr Effizienz und Wirtschaftlichkeit.“

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