Ob in Verpackungsanlagen oder in der Robotik: In manchen Anwendungen spielt die Positioniergenauigkeit eine besonders große Rolle. Damit müssen auch die eingesetzten Getriebe eine besondere Präzision gewährleisten. Wesentliche Faktoren sind dabei ein geringes Verdrehspiel und eine hohe Verdrehsteifigkeit (Torsionssteifigkeit): Je geringer das Verdrehspiel eines Getriebes ist, desto genauer lässt sich ein Gegenstand positionieren. Aber auch Aspekte wie eine reduzierte Massenträgkeit, niedriges Losbrechmoment oder ein anwendungsspezifisch angepasstes Dichtungskonzept entscheiden mit darüber, wie präzise ein Getriebe selbst bei hoher Dynamik arbeitet.
Wie eine solche leistungsfähige Lösung aussehen kann, zeigt Neugart mit dem Flanschgetriebe NDF. Dieses verfügt z.B. über einen besonders verdrehsteif ausgeführten Planetenträger-Käfig sowie über speziell ausgelegte Planetenräder. Das Verdrehspiel der Getriebeverzahnung ist standardmäßig auf weniger als 1arcmin begrenzt. Dementsprechend hoch ist die Positioniergenauigkeit. Hierdurch reduziert sich die Nachregulierung des Systems, was die Taktzeit des Roboters verkürzt. Darüber hinaus zeichnet sich das NDF noch durch eine ganze Reihe von weiteren Besonderheiten an der Eingangs- wie an der Abtriebsseite aus.
Konstruktionsmerkmale an Eingang und Abtrieb
So verringert in der Eingangsstufe ein Klemmring aus Aluminium die Massenträgheit am Spannsystem. Ein reibungsarmer Radialwellendichtring reduziert zudem das Losbrechmoment. Dieses dynamische Antriebssystem ermöglicht schnelle Richtungswechsel und entlastet zugleich den Motor. Da also weniger Kraft notwendig ist, um das Getriebe anzutreiben, kann ein kleinerer und leichterer Motor eingesetzt werden.
Als weitere Maßnahme sind in der Eingangsstufe des NDF drei Planetenräder verbaut, was sowohl die Massenträgheit gering hält als auch die Reibung an der schnelldrehenden Eingangsstufe reduziert. Das Getriebe wird thermisch entlastet. So entsteht weniger Wärme, speziell am sich schnell drehenden Getriebeantrieb. Außerdem werden Planschverluste im Ölbad gesenkt.
Den drei Planetenrädern am Eingang stehen vier Planetenrädern in der Abtriebsstufe gegenüber. Dadurch erhöhen sich die Torsionssteifigkeit sowie das übertragbare Drehmoment. Neben der Dynamik, Positioniergenauigkeit und Taktzeit verbessern sich durch die konstruktiven Änderungen zudem die Regelgüte des Antriebs sowie Schnelligkeit und Präzision beim Anfahren des Zielpunkts.
Ebenfalls abtriebsseitig wird ein spezieller Radialwellendichtring (RWDR) eingesetzt. Dieser ist gezielt auf die schwierige Schmierungssituation ausgelegt. Da sich die Getriebe-Abtriebswelle bei Deltarobotern applikationsbedingt immer nur um wenige Grad hin und her dreht, ist die Schmierung erschwert. Der verwendete RWDR zeigt darüber hinaus ein verbessertes Walk-Verhalten bei schnellen Drehrichtungswechseln und sorgt damit dauerhaft und zuverlässig für eine gute Wellenabdichtung.
Die Flanschabtriebswelle mit Torque Interface verfügt über zwölf Gewindebohrungen in M6, der Abtriebsflansch über 16 Bohrungen (jeweils anstelle der standardmäßigen acht). Die Steifigkeit der Schnittstellenverbindung nimmt damit zu und es können höhere Drehmomente übertragen werden.
Prädestiniert für den Einsatz in Deltarobotern
Mit diesen Eigenschaften ist das NDF insbesondere für den Einsatz in Deltarobotern geeignet. Sie kommen unter anderem in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie zum Einsatz. Außerdem übernehmen sie vielfältige Pick&Place-Aufgaben in Verpackungsanlagen oder Logistikzentren, wo sie zum Beispiel Pralinen verpacken, Päckchen sortieren oder Leiterplatten bestücken – und das hundertfach pro Minute.
Die charakteristische Kinematik dieses Robotertyps prädestiniert ihn für schnelle und präzise Handhabungsschritte: Alle Achsen seiner Stab-Roboterarme sind parallel angeordnet. Die Enden der in alle Richtungen beweglichen Arme sind durch eine kleine Plattform verbunden, die beispielsweise einen Sauggreifer trägt.
Da die Antriebe nicht in den Gelenken sitzen, sind die Arme bei einem Deltaroboter besonders leicht. Es muss also nur wenig Masse bewegt werden, was hohe Geschwindigkeiten und eine große Dynamik mit sehr starken Beschleunigungen ermöglicht.
Besondere antriebstechnische Anforderungen
Im Gegenzug bedeutet die konstruktive Entlastung der Roboterarme: Die Servomotoren der Hauptantriebe und mit ihnen die Getriebe, die sie mit den Roboterarmen verbinden, sind extremen Belastungen ausgesetzt. Sie müssen hochdynamisch in ständig wechselnder Drehrichtung und dabei besonders präzise arbeiten.
