Der XMini – ein Werkzeugmaschinenroboter von Exechon – ­erreicht durch sein leichtes, modulares Konzept sowie seine hybridkinematische Struktur ein hohes Maß an Flexibilität und Leistungsfähigkeit. Mit an Bord: maßgeschneiderte Zykloidgetriebe.

Der XMini von Exechon gilt als weltweit erster Werkzeugmaschinenroboter aus Carbonfaser. Er kombiniert die Flexibilität und Dynamik eines Roboters mit der Steifigkeit und Genauigkeit einer Werkzeugmaschine. Erreicht wird dies durch eine hybride Struktur, die die Vorteile der seriellen und der parallelen Kinematik vereint. Im Vergleich zu den weitverbreiteten Knickarmrobotern weisen Parallelkinematiken eine höhere Steifigkeit und damit bessere Wiederholgenauigkeit auf. Dagegen verfügen serielle Roboter über einen größeren Arbeitsbereich und folglich über mehr Bewegungsfreiheit. In hybridkinematischen Systemen wie dem Exechon XMini treffen die Vorteile beider Technologien zusammen. Das neuartige Maschinenkonzept bietet die volle Leistungsfähigkeit einer 5-Achs-Maschine – und ist dabei leicht, kompakt, portabel und extrem vielseitig. „Das ist das Ergebnis der hybriden Struktur. Dadurch können wir die Reichweite erzielen, die wir für die einzigartige Fähigkeit des XMini zur 6-Seiten-Bearbeitung benötigen“, erklärt Karl-Erik Neumann, Gründer und Geschäftsführer von Exechon. 

Symbiose aus Werkzeugmaschine und Roboter

Die Exechon Enterprises ist ein in Abu Dhabi ansässiges Joint Venture zwischen dem US-amerikanischen Technologiekonzern Lockheed Martin, dem schwedischen Unternehmen Tecgrant sowie Injaz National aus Abu Dhabi. Mit dem XMini hebt der Spezialist für Robotikkonzepte die Fertigungsautomation auf ein neues Level. Drei lineare Aktuatoren sorgen für ein starkes, steifes und zugleich bewegliches Gerüst. Der Bearbeitungskopf ist maximal flexibel und ermöglicht komplexe Bearbeitungsprozesse in einer Aufspannung. Ausgestattet mit einer 3D-Lasersonde oder einem Werkzeugwechsler lassen sich Arbeiten wie Zerspanen, Orbitalbohren, Laserschneiden/-schweißen sowie Rührreibschweißen automatisieren. Der XMini eignet sich dabei sowohl zur Hochgeschwindigkeitsbearbeitung als auch für Anwendungen mit hohem Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen und ist als Stand-Alone-Tool oder Teil eines bestehenden Produktionssystems einsetzbar.
Die Kohlefaserstruktur macht den Werkzeugmaschinenroboter zu einem Leichtgewicht. Aufgrund des geringen Gewichts sowie der modularen Konstruktion lässt sich der XMini innerhalb kürzester Zeit mühelos in vier Einzelteile zerlegen und ebenso einfach wieder zusammenbauen und die Hybridkinematik kann zwischen mehreren Arbeitsstationen hin und her transportiert werden. Das macht die Prozesse effizienter, steigert die Produktivität und verbessert die Kapazitätsauslastung der Produktion.
Um die gewünschte hohe Steifigkeit und Präzision des XMini zu erreichen, hat Exechon in den beiden Achsen des Bearbeitungskopfs Getriebe von Nabtesco verbaut. „Nabtesco verfolgt einen einzigartigen, kundenfreundlichen Ansatz und bietet das technische Know-how, das wir benötigen“, betont Neumann von Exechon. In sechs von zehn Industrierobotern stecken die Zykloidgetriebe des japanischen Herstellers mit Europazentrale in Düsseldorf. Auch im Werkzeugmaschinenbau kommen die Präzisionsgetriebe seit Jahrzehnten zur Anwendung und sind millionenfach bewährt. So schätzen führende Hersteller aus der Automobilindustrie und zahlreichen anderen Branchen die Eigenschaften der Exzentergetriebe.

Zykloidgetriebe: präzise, kompakt, robust

Ihre Eigenschaften erhalten die Präzisionsgetriebe durch ihr besonderes Konstruktionsprinzip. Durch die zykloide Bauweise kommen sie im Inneren in der Abtriebsstufe ohne Zahnräder aus und sind keinen Scherkräften ausgesetzt. Das macht die Getriebesysteme zuverlässig, genau und robust. Die Kraftübertragung über Bolzen und Rollen sorgt für einen hohen Wirkungsgrad, eine lange Lebensdauer und einen extrem geringen Hystereseverlust von unter einer Winkelminute. Auch über einen langen Zeitraum ist die Spielzunahme gering. Das zweistufige Untersetzungsprinzip führt zu einem guten Verhalten hinsichtlich Dynamik und Laufruhe sowie einer hohen Wiederhol- und Bahngenauigkeit. Zudem zeichnen sich die Nabtesco-Getriebe durch eine kompakte Bauweise, einen geringen Verschleiß sowie eine große Schockbelastbarkeit (bis zum 5-Fachen des Nenndrehmoments) aus.

Getriebetyp: geschlossenes RH-25N mit gelagerter ­Eingangswelle

„Für die Gesamtperformance des XMini ist es wichtig, dass die Achsen 4 und 5 extrem steif sind und absolut genau arbeiten“, so Karl-Erik Neumann. „Mit ihrer Kombination aus minimalem Hystereseverlust, hoher Steifigkeit und einer langen Lebensdauer sind die Getriebe von Nabtesco optimal.“ Das Design des XMini erforderte eine kompakte Lösung jenseits des Standards. In enger Zusammenarbeit mit den Entwicklungsingenieuren von Exechon hat Nabtesco das Getriebe daher komplett kundenspezifisch konzipiert. Als Getriebetyp wird ein geschlossenes RH-25N mit einer gelagerten Eingangswelle genutzt. Auf der Eingangswelle ist eine Riemenscheibe montiert, die durch einen Zahnriemen angetrieben wird. Ausschlaggebend für die Wahl des Getriebes waren das kompakte Design verbunden mit dem hohen übertragbaren Drehmoment und der dabei garantierten Genauigkeit.
Die Vollwellengetriebe der RH-N-Serie basieren auf den leichten RV-N-Einbausätzen, die Nabtesco speziell für die Robotik entwickelt hat. Sie erreichen eine sehr gute Drehmomentleistung sowie ein hohes Maß an Präzision bei einer geringen Baugröße – ideal für den Einsatz im XMini. Denn das Getriebe durfte einen Durchmesser von 150 mm sowie eine Länge von 120 mm nicht überschreiten. Durch ihren minimalen Hystereseverlustes erlauben die RH-N-Getriebe eine präzise Positionierung, zudem nehmen sie aufgrund ihrer Lagerung hohe Biegemomente auf. Auch die Anforderungen an den Rundlauf am Abtrieb von maximal 15 µm konnte der Getriebespezialist erfolgreich umsetzen. Um die garantierten Werte für Rund- und Planlauf zu gewährleisten, werden alle Getriebe vor der Auslieferung vermessen.