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Zykloidgetriebe für extrem hohe Traglasten

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Speziell für das Handling besonders hoher Traglasten hat Nabtesco das Zykloidgetriebe RV-2800N entwickelt. Mit einem Nenndrehmoment von 28.000 Nm könnte es künftig auch Roboter auf Ölbohrinseln bewegen.

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Ein Einsatzbereich für das RV-2800N findet sich auf Bohrinseln, u.a. beim Bohrrohr-Platzieren oder Werkzeug-Handling.
Ein Einsatzbereich für das RV-2800N findet sich auf Bohrinseln, u.a. beim Bohrrohr-Platzieren oder Werkzeug-Handling.
(Bild: ©Michael Rosskothen - stock.adobe.com)

Roboter boomen – und sie sind heute kleiner, mobiler und intelligenter als je zuvor. Insbesondere Cobots und Serviceroboter sind stark im Kommen. „Doch die Entwicklung geht nicht nur in Richtung kleine Payloads“, betont Daniel Obladen, Head of Sales General Industries bei der Nabtesco Precision Europe GmbH. „Auch auf der anderen Seite der Skala tut sich was: Nämlich wenn es darum geht, besonders schwere Lasten zu bewegen.“

Nenndrehmoment von 28.000 Nm

Bisher war Hydraulik hier die Technologie der Wahl. Mit dem RV-2800N hat Nabtesco jetzt eine Alternative geschaffen. Das kompakte Vollwellengetriebe leistet ein Nenndrehmoment von 28.000 Nm sowie Beschleunigungs- und Bremsmomente von 70.000 Nm und positioniert so sehr große Traglasten hochpräzise.

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Die Handhabung und Positionierung großer Lasten und schwerer Teile stellt spezielle Anforderungen an die eingesetzten Getriebelösungen. Aufgrund seiner robusten und kompakten Bauweise sowie seiner Präzision wird das RV-2800N dem Hersteller zufolge auch sehr anspruchsvollen Anwendungen gerecht. Es verfügt über einen Wirkungsgrad von bis zu 85 % und zeichnet sich durch eine hohe Schockbelastbarkeit (bis zum 5-Fachen des Nenndrehmoments), extreme Steifigkeit sowie hohe Drehmomentleistungen aus.

Seine kompakte Bauform hat das Getriebe dem Hauptlager mit integriertem Innenring zu verdanken: Die Verstärkung der Exzenterwellenlagerung bewirkt eine sehr hohe Leistungsdichte. Aufgrund seiner zykloiden Bauweise ist das Präzisionsgetriebe besonders leistungsstark, widerstandsfähig und zuverlässig – so der Hersteller. Mit einem Spiel von <2 arcmin arbeitet das RV-2800N zudem genau und stellt einen geringen Verschleiß sowie eine hohe Lebensdauer sicher.

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Aufgrund ihrer besonderen Konstruktionsweise können sich Mecanum-Räder ohne Wendekreis frei in alle Richtungen bewegen und drehen.
Aufgrund ihrer besonderen Konstruktionsweise können sich Mecanum-Räder ohne Wendekreis frei in alle Richtungen bewegen und drehen.
( Bild: Nabtesco )

Neben dem Präzisionsgetriebe RV-2800N zeigt Nabtesco auf der diesjährigen SPS IPC Drives auch ein neu entwickeltes omnidirektionales Antriebssystem für die nächste Robotergeneration. Ob Drehen auf der Stelle, Kurven in beliebigem Radius oder Manövrieren auf engem Raum – die Antriebseinheit mit Mecanum-Rad soll maximale Mobilität ermöglichen; ohne rangieren oder Wendekreis. Bei dem vollintegrierten, dezentralen Antriebskonzept sind alle erforderlichen Komponenten in der Radeinheit untergebracht. Das bietet dem Anwender Gestaltungsfreiheit bei der Konstruktion von Fahrerlosen-Transportsystem-(FTS-)Lösungen. Aufgrund der verwendeten Zykloidgetriebe arbeitet das Antriebskonzept wartungsfrei.

Im Fokus des Messeauftritts werden auch Nabtescos Engineering Services stehen. Gemeinsam mit dem Kunden entwickelt das Unternehmen individuelle Konzepte, die an die jeweilige Applikation angepasst sind. Das lokale Engineering in Deutschland soll die Anforderungen verschiedener Branchen erfüllen und dem Kunden spezifische Lösungen innerhalb kurzer Zeit liefern.

Größtes Präzisionsgetriebe der Welt

Auf der Automatica 2018 stellte Nabtesco das Getriebe erstmals als serienreifes Produkt vor. Laut Obladen war die Resonanz darauf sehr gut: „Es schien, als ob der Markt geradezu darauf gewartet hätte. Wir haben durchweg positives Feedback bekommen, dass wir unser Line-up nach oben ausgebaut haben. Solch große Getriebe werden gebraucht. Vor allem in der Robotik und im Handling ist der Bedarf enorm.“ Egal ob es um das Bewegen großer Glasscheiben, Bleche, Maschinenteile oder ganzer Fahrzeuge geht – das XXL-Getriebe nimmt es mit den Schwergewichten auf. Branchen wie die Robotik, der Automobilbau, die Glasindustrie, der Bergbau sowie Kräne profitieren von der hohen Leistungsdichte (Leistung zu Gewicht), der hohen Präzision und der hohen Überlastfähigkeit. Laut Hersteller ist das RV-2800N derzeit das größte und robusteste Präzisionsgetriebe der Welt.

Zykloidgetriebe für große Roboter

Entwickelt wurde das RV-2800N ursprünglich für einen namhaften internationalen Roboterhersteller. Für den Bau eines besonders großen Roboters war dieser auf der Suche nach einem passenden Präzisionsgetriebe. Als er auf dem Markt nicht fündig wurde, wandte er sich an Nabtesco.

Eigenen Angaben zufolge ist das Unternehmen der weltweit größte Hersteller von Zykloidgetrieben und mit einem Marktanteil von 60 % der Marktführer bei Robotergetrieben. „Für einen großen Roboter braucht man auch ein großes Zykloidgetriebe“, sagt Obladen. „Mit Planetengetrieben kann man in der Robotik nicht viel anfangen. Diese werden bei den geforderten hohen Untersetzungen sehr lang und schwer. Zudem arbeiten sie dann nicht mehr so präzise und besitzen auch nicht mehr die gewünschte Steifigkeit.“

Kompakte Vollwellengetriebe als Basis

Die Basis für das RV-2800N bildeten die kompakten, leichten und leistungsstarken Vollwellengetriebe der RV-N-Serie. Diese Einbausätze wurden speziell für die Robotik entwickelt. Sie kommen überall dort zum Einsatz, wo hohe Drehmomentleistungen gefordert sind, aber nur wenig Platz zur Verfügung steht. „In die RV-N-Getriebe haben wir alle neuen Entwicklungen in puncto Montage- und Fertigungsprozess einfließen lassen. Daher haben wir das RV-2800N analog aufgebaut und die Vorteile der N-Serie nach oben skaliert. Ein Plus ist außerdem, dass die Getriebe auf der Abtriebsseite komplett geschlossen sind“, erklärt Obladen.

Die eigentliche Herausforderung wartete an ganz anderer Stelle. Obladen: „Während der konstruktiven Arbeit haben wir schnell gemerkt, dass die normalen Montagelinien zu klein für die großen Bauteile waren, die wir benötigten. Also haben wir neue Fertigungsmethoden entwickelt. Auch mit unseren Zulieferern, zum Beispiel für die größeren Exzenterwellen. Die normale Produktion war ja auf solche Übergrößen gar nicht ausgerichtet.“

Präzision in Serie – das ist das Ziel des Unternehmens bei allen Neuentwicklungen. Und so wurde aus dem einstigen Customising-Projekt aufgrund des Entwicklungs-Know-hows der Nabtesco-Ingenieure ein Serienprodukt.

Vielseitige Anwendungsmöglichkeiten

Bis dato wurden schwere Lasten in der Regel mittels Hydraulik bewegt. Dank des RV-2800N können derartige Aufgaben nun auch Roboter übernehmen. Beispielsweise bei Handlingsanwendungen in der Glasindustrie. Genauer: beim Floatglasverfahren, dem gängigsten Herstellungsverfahren für Flachglas. Dabei fließt die teigige Glasschmelze auf ein Bad aus flüssigem Zinn, auf welchem es aufgrund der unterschiedlichen Dichte der Materialien schwimmt. Die Schmelze breitet sich gleichmäßig aus, es bilden sich glatte Oberflächen und ein langes, flaches Glas-Band entsteht. Nach Abkühlung und Zuschnitt werden die großen, schweren Glasscheiben (Standardgröße in Europa: 6000 mm x 3210 mm) gestapelt.

Großes Anwendungspotenzial bietet auch die bereits stark automatisierte Automobilfertigung. So können zukünftig für den Einbau der schweren Motor-Getriebe-Kombinationen in den Motorraum ebenfalls Roboter eingesetzt werden. Ebenso für das Abladen bzw. Umsetzen der Wagen von Montagebändern oder autonomen Transportsystemen (FTS). Weitere Einsatzbereiche finden sich im Schiffsbau, zum Beispiel beim Positionieren großer Bleche für das Verschweißen am Schiffsrumpf, oder auf Bohrinseln, u. a. beim Bohrrohr-Platzieren oder Werkzeug-Handling.

Roboter statt Hydraulik

„Ein großer Vorteil von Zykloidgetrieben gegenüber Hydraulik ist, dass die elektromechanischen Systeme keine Rückführung von Öl oder Fett benötigen. Da nicht mit Öl gearbeitet wird, können außerdem keine Verunreinigungen durch Leckagen entstehen. Ebenso wenig wird ein externer Kompressor gebraucht. Alles in allem sind Zykloidgetriebe energieeffizienter sowie sicherer und umweltfreundlicher als Hydrau­likanwendungen“, hebt Obladen hervor, macht aber auch deutlich: „Ein Hydrauliksystem lässt sich relativ kostengünstig realisieren, aber der Gesamtaufwand samt notwendiger Peripherie und Wartung macht eine solche Lösung in der Summe teurer.“

Angesichts des voranschreitenden Automatisierungsgrades in der Industrie sowie der zunehmenden Verbreitung der Servotechnologie finden die Präzisionsgetriebe von Nabtesco vermehrt auch in bisherigen Hydraulikanwendungen Einsatz.

Der Markt entscheidet den Bedarf

Das kompakte RV-2800N erschließt Robotern völlig neue Einsatzbereiche, in denen sich Anwender bisher mit Lösungen wie Hydraulik oder Spindeln behelfen mussten.

Mit dem RV-2800N hat Nabtesco seinen eigenen Superlativ überboten. Bis dato war das RV-1500E mit einem Nenndrehmoment von 15.000 Nm das weltweit größte Präzisionsgetriebe, das in Serie produziert wird.

Auf die Frage, ob es bald einen nächsten Größenrekord geben wird, antwortet Obladen: „Ein noch größeres Getriebe ist aktuell nicht geplant. Aber letztendlich entscheidet der Markt. Wenn Bedarf da ist, der jetzt vielleicht noch gar nicht zu erkennen ist, dann werden wir uns sicher wieder mit dem Thema auseinandersetzen und unser Line-up entsprechend anpassen.“ Technisch ist das dem Getriebehersteller zufolge möglich, die Grenzen werden eher durch die Wirtschaftlichkeit gesetzt.

SPS IPC Drives 2018: Halle 3A, Stand 426

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