Um einfache Bewegungen zum Beispiel an der 5. Roboterachse kostengünstig zu realisieren, hat igus neuartige Wellgetriebe auf Basis seiner Tribo-Polymere entwickelt. Diese schmierfreien Kunststoffe machen die Getriebe nicht nur wartungsarm und langlebig, sondern gleichzeitig kompakt und leicht ‒ alles Eigenschaften, die bei Cobots und in der Low-Cost-Automatisierung zählen.
Die neuartigen Wellgetriebe sind durch die schmierfreien Hochleistungskunststoffe leicht, wartungsarm und langlebig. (Bild: Igus)
Tribo-Polymere sind heute längst viel mehr als graue unscheinbare mechanische Plastikteile: Von einzelnen Gelenken, mit denen sich kostengünstige Roboter bauen lassen über online konfigurierbare 3D-gedruckte Doppelzahnräder bis hin zu Energieketten, die im Betrieb permanent überwacht werden: Die Welt der motion plastics ist äußerst vielfältig. Und auch bei Getrieben kommen die zahlreichen Vorteile dieser Hochleistungskunststoffe längst zum Tragen. Denn bei Wellgetrieben aus Kunststoff entfällt die obligatorische Schmierung, die bei den aus dem vollen gefrästen Pendants aus Metall obligatorisch ist. Reibung und Verschleiß werden bei den Wellgetrieben allein durch die trockenlaufenden Tribo-Polymere minimiert. Gleichzeitig ermöglicht der Einsatz von Kunststoffen eine kompakte Bauweise und eine unerreicht kostengünstige Herstellung. Umfangreiche Forschungsarbeiten über die letzten Jahre sind in die Weiterentwicklung der Wellgetriebe geflossen. Unter anderem sorgen diverse konstruktive Optimierungen und ein spezieller Werkstoffmix für mehr Laufruhe, geringeres Umkehrspiel und eine verbesserte Lebensdauer.
Aufbau des Wellgetriebes: Das innenliegende Zahnrad ist flexibel und wird vom elliptischen Wellgenerator (rechts auf der Motorwelle) an das außenliegende Rad gedrückt und angetrieben. Redaktion IEE
Die Hauptbestandteile der Getriebe umfassen den sogenannten Wellgenerator, den Flexring mit Außenverzahnung sowie einen gehäusefesten Außenring und ein drehbares Abtriebselement mit Innenverzahnung. Der elliptische Wellgenerator wird von einem Motor angetrieben und überträgt seine Bewegung auf den umliegenden Flexring. Aufgrund der elliptischen Bewegung greift die Verzahnung des Flexrings immer nur an zwei Stellen in die Innenverzahnung von Außenring und Abtriebs-element. Da der Außenring zwei Zähne mehr hat als die anderen Bauteile, wird der Flexring pro Umdrehung des Wellgenerators auch nur um zwei Zähne weiterbewegt.
Es gibt fast Nichts, was sich nicht in Kunststoff realisieren lässt. Diesem Dogma folgend, geht igus eine der letzten Bastionen der ‚Full-Metal-Gear‘-Anbieter an: Wellgetriebe für Drehachsen. Stefan Niermann, Leiter des Geschäftsbereichs Linear & Antriebstechnik und Michael Otrebowski, Entwickler der jüngsten Wellgetriebe-Generation, erläutern die strategische Entwicklung.
Das Wellgetriebe kann in der letzten Achse von Gelenkarm-, Portal- und Delta-Robotern vor verschiedenen Greifersystemen eingesetzt werden. An dieser Stelle übernimmt es die Aufgabe, nicht-rotationssymmetrische Objekte zu greifen und genau zu positionieren.
Das aktuelle Wellgetriebe ist auf die Baugröße Nema 17 abgestimmt, kann somit direkt an einen Schrittmotor oder andere Motortypen angeflanscht werden. Im nächstes sind Getriebe in Baugröße Nema 23 geplant.
In Untersuchungen im Testlabor wurde die Belastbarkeit der Wellgetriebe ermittelt. So erreicht das Getriebe mit einer Übersetzung von 28:1 eine Lebensdauer von garantiert 1 Million Zyklen bei einer Belastung von 1,5 Nm und einer Drehzahl von 6 Umdrehungen pro Minute.
Warum nicht: Wellgetriebe können auch mit den individuell designbaren Low-Cost-Robotern kombiniert werden und beispielsweise als Show-Barista das Handling der Tassen und Zutaten übernehmen. Igus
Die Wellgetriebe sind wie die Schnecken- und Planetengetriebe Bestandteil des Low-Cost Automation Angebots von igus. Damit lassen sich langlebige Automatisierungslösungen entwickeln – etwa Roboter für Pick-and-Place-Aufgaben in der Elektronikfertigung oder ‚Haushaltshilfen‘, die künftig zu Hause die Spülmaschine ausräumen können. Und das zu einem günstigen Preis: So kostet eine Fünf-Achs-Roboterkinematik der Serie robolink DP durch den überwiegenden Einsatz von Kunststoffen rund 3.500 Euro. Der Invest amortisiert sich daher meist in nur wenigen Monaten. Für Robotikapplikationen werden ebenso Komponenten wie Greifer, Sensorik, Steuerung oder Pneumatik benötigt. Für eine einfache Zusammenstellung dieser ‚Essentials‘ hat igus bereits 2019 gemeinsam mit Partnern die Plattform RBTX.com gestartet. Anwender können sich hier eine Low-Cost-Robotik-Lösung auf Basis aufeinander abgestimmter Komponenten zusammenstellen, die ihren Anforderungen und ihrem Budget entsprechen.
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