Wo Getriebe außergewöhnliche mechanische Belastungen tolerieren müssen, ist eine durchdachte Konstruktion gefragt. Ein Flanschgetriebe erfüllt diese Anforderungen, indem es besonders verdrehsteif ausgeführt ist und Präzision mit hoher Dynamik verbindet. Damit eignet es sich vor allem für den Einsatz in Delta-Robotern.

Ob in Verpackungsanlagen oder der Robotik: In manchen Anwendungen spielt die Positioniergenauigkeit eine essenzielle Rolle. Damit müssen auch die eingesetzten Getriebe eine besondere Präzision gewährleisten. Wesentliche Faktoren sind dabei ein geringes Verdrehspiel sowie 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 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 zum Beispiel über einen besonders verdrehsteif ausgeführten Planetenträger-Käfig sowie über speziell ausgelegte Planetenräder. Das Verdrehspiel der Getriebeverzahnung ist standardmäßig auf weniger als 1 arcmin begrenzt. Dementsprechend hoch ist die Positioniergenauigkeit. Hierdurch reduziert sich die Nachregulierung des Systems auf ein Minimum und verkürzt die Taktzeit des Roboters. Zudem zeichnet sich das NDF im Detail durch weitere Besonderheiten an der Eingangs- wie an der Abtriebsseite aus.

So verringert ein Klemmring aus Aluminium in der Eingangsstufe die Massenträgheit am Spannsystem. Ein reibungsarmer Radialwellendichtring reduziert das Losbrechmoment. Dieses „Dynamic Antriebssystem“ ermöglicht extrem schnelle Richtungswechsel und entlastet zugleich den Motor. Es ist also weniger Kraft notwendig, um das Getriebe anzutreiben. Damit kann ein kleinerer und leichterer Motor eingesetzt werden.
 

Geringe Massenträgheit und verminderte Reibung durch Planetenräder 

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 mindert. Das Getriebe wird thermisch entlastet. Es entsteht weniger Wärme, speziell am sich schnell drehenden Getriebeantrieb. Zudem werden Planschverluste im Ölbad gesenkt.
Den drei Planetenrädern am Eingang stehen vier Planetenräder in der Abtriebsstufe gegenüber. Dadurch erhöhen sich die Torsionssteifigkeit und das übertragbare Drehmoment deutlich. Neben Steigerungen bei Dynamik, Positioniergenauigkeit und Taktzeit verbessern sich 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, denn die Getriebe-Abtriebswelle dreht sich bei Delta-Robotern applikationsbedingt immer nur um wenige Grad hin und her, was die Schmierung erschwert. Der verwendete RWDR zeigt zudem ein optimiertes Walk-Verhalten bei schnellen Drehrichtungswechseln und sorgt damit dauerhaft und zuverlässig für eine optimale Abdichtung der Welle.

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.

Wie für Delta-Roboter gemacht

Mit diesen Eigenschaften eignet sich das NDF für den Einsatz in Delta-Robotern. 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 Delta-Roboter extrem leicht. So muss 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, dass die Servomotoren der Hauptantriebe und mit ihnen die Getriebe, die sie mit den Roboterarmen verbinden, extremen Belastungen ausgesetzt sind. Sie müssen hochdynamisch in ständig wechselnder Drehrichtung und dabei extrem präzise arbeiten. 

Planetengetriebe, bei denen mindestens drei Zahnräder (Planetenräder) in einem Hohlrad ein gehärtetes Zentralrad (Ritzel oder Sonnenrad) umkreisen, sind für diese Aufgabe generell gut geeignet. Da bei einem Planetengetriebe mehrere Zahneingriffe (je nach Anzahl der Planeten sechs oder mehr) gleichzeitig stattfinden, bietet dieser Typ den höchsten Wirkungsgrad unter allen Getriebeformen, ein enorm hohes übertragbares Drehmoment in sehr kompakter Bauform und somit eine große Leistungsdichte. 

Baugrößen und weitere Optionen 

Das NDF von Neugart ist in Baugröße 090 und mit insgesamt vier jeweils zweistufigen Übersetzungen zwischen i=22 und i=55 verfügbar. Eine Auswahl an Standardgetrieben aus dem Neugart-Programm ermöglicht zudem einen individuell ausgelegten Antrieb für die Drehachse des Delta-Roboters. Als Option ist für das NDF eine lebensmitteltaugliche Ölschmierung erhältlich. Der verwendete Schmierstoff ist nach NSF H1 und ISO 21469 zertifiziert. Als weitere Option kann das NDF mit einer Abtriebswelle aus Edelstahl und einem vernickelten Abtriebsflansch ausgestattet werden. Diese erhöhen die Korrosionsbeständigkeit des Getriebes. Dadurch toleriert es auch häufiges Reinigen mit aggressiven Medien.

Praxiseinsatz bei Syntegon Packaging Systems
Überzeugt von den anwendungsspezifischen Vorteilen zeigt sich auch Marco Ebner von Syntegon Packaging Systems im schweizerischen Beringen: „Die Zuverlässigkeit der Getriebe ist für uns ein absolutes Muss, um die Erwartungen unserer Kunden auch zu deren vollsten Zufriedenheit erfüllen zu können. Das NDF-Getriebe von Neugart bietet dabei aus unserer Sicht das beste Gesamtpaket aus Performance, Qualität und Kosteneffizienz. Während der Entwicklung unserer neuen RPP-Maschinenplattform haben wir sehr eng und intensiv mit der Firma Neugart zusammengearbeitet und so die für uns ideale Getriebelösung gefunden.“ 

Autor
Marcel Geurts, Produktmanagement