gesponsertDie großen Automatisierer Was Präzisionsgetriebe und -antriebe für die Industrieautomation leisten können

Mit drei Innovationen – versteckt in Präzisionswell- und Präzisionsplanetengetrieben – werden die Karten in der Industrieautomation neu gemischt. Davon ist der Industrie- und Automobilzulieferer Schaeffler überzeugt. Wie das gehen soll, erfahren Sie hier.

Mit drei Innovationen will Schaeffler die Karten in der Industrieautomatisierung neu mischen:

• Benchmark Kippsteifigkeit: ein zweireihiges Schrägnadellager der Baureihe XZU als extrem kippsteifes Abtriebs-, Gelenk- bzw. Hauptlager.

• Benchmark Sensorintegration: die in Präzisionswellgetriebe integrierte Drehmomentsensorik in Dünnschicht-Technologie Sensotect. Sie beansprucht keinen zusätzlichen Bauraum und beeinflusst die Torsionssteifigkeit des Antriebes nicht.

• Benchmark kleinstes Verdrehspiel lebenslang: ein automatischer Zahnflanken-Spielausgleich in den Präzisionsplanetengetrieben der Baureihe PSC. Er sorgt für dauerhaft kleines Verdrehspiel von <0,1 Winkelminuten und eine Lost motion von <0,6 Winkelminuten.

Neue Lagergattung für die Abtriebslagerung von Präzisionsgetrieben

Das zweireihige Schrägnadellager XZU stellt die evolutionäre Weiterentwicklung des Kreuzrollenlagers dar. Bei exakt gleicher Außenkontur der Kreuzrollenlager bieten die XZU-Schrägnadellager folgende Vorteile:

• um über 30 % höhere Kippsteifigkeit

• besonders gleichmäßiges Reibmoment. Das Reibverhalten wirkt sich auf Regelbarkeit von Servoantrieben aus dem Stillstand sehr positiv aus.

• kein Squeezing-Effekt. Die Käfige reduzieren nicht nur die Reibung, sondern vergrößern auch das zur Verfügung stehende Volumen für den Schmierstoff. XZU-Lager neigen nicht dazu, den Schmierstoff aus den Laufbahnen zu verdrängen. Die Dichtungen werden wesentlich geringer beansprucht, die Wahrscheinlichkeit einer Leckage ist deutlich minimiert.

Getriebe integrierte Drehmomentsensorik

In die Variante UHS der Präzisionswellgetriebe der High Torque Baureihe RT1 von Schaeffler kann optional bauraumneutral ein Drehmomentsensor integriert werden. Die dehnungsempfindliche Beschichtung Sensotect wird am Flexspline mittels PVD-Beschichtung dauerhaft aufgebracht. Das Design der Flexspline bleibt unverändert, die Torsionssteifigkeit des Getriebes bleibt zu 100 Prozent erhalten und zusätzlicher Bauraum wird auch nicht benötigt.

Zahnflankenspiel nahe Null für Präzisionsplanetengetriebe

Eine Sensation in der Jahrhunderte alten Zahnradgetriebetechnik sind die Präzisionsplanetengetriebe der Baureihe PSC. Sie bestehen standardmäßig aus einem gestuften Planetengetriebe sowie einer schrägverzahnten Stirnrad-Eingangsstufe. Die Planetengetriebe-Verzahnung ist mit einem patentierten Nachstellmechanismus zur Spielreduzierung ausgestattet. Der Nachstellmechanismus gleicht sogar Verschleiß an der Verzahnung aus, sodass das verbleibende Restspiel des Gesamtgetriebes von 0,1 Winkelminuten sowie die Lost motion von <0,6 Winkelminuten während der Einsatzdauer der Getriebe praktisch konstant bleibt. Ausgelegt sind die Getriebe auf eine Lebensdauer von 20.000 Stunden. Innerhalb dieses Zeitraumes fallen keine Wartungsarbeiten an. Hinsichtlich Positioniergenauigkeit und Lebensdauer übertreffen die PSC-Getriebe nicht nur vergleichbare Planetengetriebe, sondern auch andere Getriebegattungen wie Zykloidgetriebe um Faktoren.

Portfolio für die Industrieautomation

In welchen Produkten finden sich nun diese Lösungen und wie lassen sie sich in der Automation optimal einsetzen? Das Ultra Precision Drives-Portfolio von Schaeffler besteht aktuell aus diesen Baureihen:

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• Präzisionswellgetriebe mit den Baureihen High Torque RT1 und Standard Torque RT2 in fünf Baugrößen. Beide Baureihen verfügen über identische Baugrößen und Torsionssteifigkeiten und decken durchschnittliche Drehmomente von 11 bis 281 Nm ab. Beide Baureihen sind mit dem besonders kippsteifen XZU-Lager ausgestattet. Der Unterschied besteht in der Belastbarkeit und Lebensdauer: RT1-Wellgetriebe übertreffen die RT2-Wellgetriebe bei den maximalen Drehmomenten durchschnittlich um 30 Prozent und bei der Lebensdauer um 40 Prozent. RT1-Präzisionswellgetriebe sind außerdem optional mit der integrierten Drehmomentsensorik erhältlich.

• Modulare Präzisionsantriebe, welche weitgehend skalierbar und konfigurierbar an die Applikation angepasst werden können. Im Kern bestehen die Antriebe aus den Präzisionswellgetrieben RT1 und RT2, die mit passenden Motoren, optional Encodern, Sensoren und Gehäusen zu Plug-&-play-fertigen Antriebslösungen komplettiert werden. Hintergrund: in vielen Branchen außerhalb der Robotik, wie beispielsweise der Medizintechnik, besteht großes Interesse an solchen betriebsfertigen aber individuell angepassten Präzisionsantrieben. Die Hersteller möchten ihre Entwicklungskosten nicht in die Antriebstechnik, sondern in ihre Kernkompetenzen investieren.

Antriebstechnik

Schaeffler baut das Portfolio an Präzisionsgetrieben weiter aus

• Mit der neuen Präzisionsplanetengetriebe-Baureihe PSC stellt Schaeffler den Benchmark im Bereich der Präzisionsgetriebe hinsichtlich Positioniergenauigkeit, Geräuscharmut, Effizienz und Lebensdauer. Neun Baugrößen von 030 bis 500 mit Übersetzungen der Planetenstufe zwischen 9 und 20, Übersetzungen der Eingangsstufe von 3,4 bis 15,7 und Außendurchmessern von 155 bis 405 mm stehen standardmäßig zur Auswahl. Die Dauerdrehmomente der PSC-Baureihe reichen von 300 bis 5000 Nm. Mit Einbausätzen, komplett geschlossenen Getriebeblöcken, mit oder ohne schrägverzahnte Eingangsstufe, Varianten mit Voll- und Hohlwelle, mit und ohne Winkelvorstufe sind die PSC-Getriebe sehr einfach in unterschiedlichste Kundenkonstruktionen integrierbar.

Getriebe

Für jeden Roboter das passende Getriebe

Präzisionsgetriebe in Werkzeugmaschinen

Für Schwenkbrücken in Fräszentren werden üblicherweise zwei gegeneinander verspannte Getriebe eingesetzt. Die Alternativlösung: mit einem einzigen PSC-Präzisionsplanetengetriebe lassen sich Kosten, Bauraum und Energie einsparen. Die Konstruktion wird deutlich vereinfacht.

Bearbeitungsköpfe für Holz, Kunststoff und Leichtmetall

Mit Spindellagern, Rundtischlagern und Direktantrieben ist Schaeffler bei den führenden Werkzeugmaschinenherstellern international etabliert. Diese Produkte sind hauptsächlich für die Bearbeitung von Stahl und anderen schwer zerspanbaren Werkstoffen konzipiert. Mit den zweireihigen XZU-Schrägnadellagern, RT-Präzisionswellgetrieben und PSC-Präzisionsplanetengetrieben werden nun auch Lager- und Antriebslösungen speziell für die Bearbeitung von leicht zerspanbaren Werkstoffen wie Holz, Kunststoffe und Leichtmetalle angeboten. Für Fräs-Schwenkköpfe bieten sich in der C-Achse die kipp- und verdrehsteifen PSC-Präzisionsplanetengetriebe mit Hohlwelle an und in der A-Achse die RT-Wellgetriebe oder ein kompletter Präzisionsantrieb.

NC-gesteuerte Rohrbiegemaschinen

Geradezu prädestiniert sind die Präzisionsplanetengetriebe der Baureihe PSC für den Antrieb von elektromechanischen Rohrbiegemaschinen. Das geringe Verdrehspiel von <0,1 Winkelminuten macht das Teach-in der Maschine besonders einfach, die hohe Wiederholgenauigkeit sorgt für extrem konstante Biegewinkel und der hohe Wirkungsgrad für einen geringen Energieverbrauch. Unter Umständen ist sogar der Einsatz eines kleineren Elektromotors möglich. Auch die hohe Lebensdauer von 20.000 Stunden und Wartungsfreiheit innerhalb dieses Zeitfensters ist in dieser Branche von sehr großem Vorteil.

Schweißpositionierer und Indexiertische

Aufgrund ihres extrem geringen Verdrehspiels, der hohen Steifigkeit und Wiederholgenauigkeit werden die PSC-Getriebe auch als Antrieb in Schweißpositionierern und Indexiertischen eingesetzt.

Eine Frage der Auslegung

Das extrem geringe Verdrehspiel der Präzisionsplanetengetriebe PSC macht diese auch für Applikationen interessant, die bislang anderen spielfreien Getriebegattungen, wie beispielsweise Wellgetrieben vorbehalten waren. Dabei können zwei Szenarien in Betrachtung gezogen werden: Die Auslegung auf Basis des Drehmoments und auf Basis der Steifigkeit.

Präzisionsplanetengetriebe PSC als Alternative zu Wellgetrieben ab Baugröße 40

Bei einem maximalen Drehmoment von beispielsweise rund 1600 Nm wird ein Wellgetriebe der Baugröße 58 erforderlich. Für diese Belastung kann auch ein Präzisionsplanetengetriebe PSC der Baugröße 112 eingesetzt werden. Der Effekt: das PSC-Getriebe bietet eine um den Faktor 2 bis 3 höhere Verdreh- und Kippsteifigkeit. Handelt es sich um eine Achse mit hoher Einschaltdauer wirkt sich der hohe maximale Wirkungsgrad von über 90% und der günstige Wirkungsgradverlauf der PSC-Getriebe spürbar auf den Energieverbrauch und die Betriebskosten aus.

Robotergetriebe

Bei leistungsfähigen Cobots zählt jede einzelne Komponente

Getriebeauslegung mit dem Parameter Verdrehsteifigkeit

Ist die Verdrehsteifigkeit der für die Auslegung bestimmende Parameter, ergibt sich folgendes Szenario: Ein Wellgetriebe der Baugröße 58 ist bezüglich der Verdrehsteifigkeit mit einem PSC-Getriebe der Baugröße 057 vergleichbar. Dies entspricht einer Reduzierung des Bauraums um zirka zwei bis drei Baugrößen. Somit lässt sich ein Downsizing für den gesamten Antrieb realisieren mit geringerem Gesamtgewicht, niedrigeren Kosten und deutlich höherer Lebensdauer. Wird der Antrieb für häufige Positionieraufgaben eingesetzt, macht sich das niedrige Losbrechmoment der PSC-Getriebe durch eine gute Regelbarkeit im Anlauf bemerkbar. Hinsichtlich Herstellungs- und Betriebskosten über der Laufzeit ist das Präzisionsplanetengetriebe PSC in diesem Szenario die beste kommerzielle Lösung am Markt.

Zwei Präzisionsgetriebe-Gattungen aus einer Hand

Dass ein Hersteller zwei Getriebegattungen anbietet, ist kein entscheidendes Kriterium für einen Systemlieferanten, jedoch sehr komfortabel: Die RT- und PSC-Präzisionsgetriebe überschneiden sich bei einem Abtriebsdrehmoment von rund 300 Nm, nämlich mit dem größten Wellgetriebe Baugröße 32 und dem kleinsten Präzisionsplanetengetriebe 030 – beide mit rund 150 mm Außendurchmesser. Da sich die Getriebe jedoch in ihren technischen Merkmalen unterscheiden, bietet diese Überschneidung die Möglichkeit, abhängig von den geforderten Parametern dem Wellgetriebe oder dem Planetengetriebe den Vorzug zu geben.

Urteilen Sie nun selbst, ob mit diesen Präzisionsgetrieben von Schaeffler die Karten in der Industrieautomation neu gemischt werden. Fest steht, in der Robotik sind sie bereits sehr erfolgreich im Einsatz.

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