Ein Wolfromgetriebe kombiniert robuste Leistung und Flexibilität durch seine spezielle Bauweise und ermöglicht hohe Übersetzungen und eine große Hohlwellendurchführung. – Bild: Maul Konstruktionen GmbH
Cobots erfordern spezielle Sicherheitsanforderungen wie Drehmoment- oder Kraftbegrenzung und den Einsatz taktiler oder optischer Sensoren zum Stoppen bei Kontakt. Flexible Mechanismen zur Unterbrechung der Kraftübertragung werden angewandt. Getriebe müssen kompakt sein, hohe Leistungsdichte und geringe Massenträgheit bieten. Sie zeichnen sich durch hohe Positionier- und Wiederholgenauigkeit, geringes Anfahrmoment, lineares Antriebsverhalten, hohen Wirkungsgrad, geringe Reibung und Rückdrehbarkeit aus.
Im Folgenden werden die für die Anwendung von Cobots üblichen Getriebe skizziert und ein Überblick über mögliche Bauformen jeder Getriebeart einschließlich ihrer jeweiligen Vorteile und Herausforderungen geschaffen.
Wolfromgetriebe
Wolfromgetriebe sind mit herkömmlichen Methoden herstellbar und weisen eine große Anzahl an Bauteilen auf. Auch hohe Übersetzungen mit einer großen Hohlwellendurchführung lassen sich durch ihre Doppelstufen-Bauform umsetzen. Durch die mehrfachen Zahnkontakte ist eine hohe Tragfähigkeit des Getriebes gegeben. Die konventionelle Fertigung des evolventischen Profils ermöglicht eine variable Ausführung und kollisionsfreie Montage, wobei ein guter Wirkungsgrad trotz der Überbestimmung der zahlreichen Planetenräder erreicht werden muss.
Wellgetriebe
Wellgetriebe, auch bekannt – nach ihrem bekanntesten Hersteller – unter dem Namen Harmonic Drive zeichnen sich durch hohe Überlastfähigkeit, ein großes Übersetzungsverhältnis und ihre Präzision aus. Sie ermöglichen eine große Hohlwelle und sind in den Bauformen Hut (hat), Becher (cup) und Ring (ring) erhältlich. Die geometrischen Besonderheiten der einzelnen Bauformen sind zu berücksichtigen im Hinblick auf Herstellung und zu erwartende Verformung. Zu den technischen Herausforderungen zählt das Schwingverhalten durch Fertigungsungenauigkeiten, welches durch Kupplungen minimiert werden kann. Das Deformationsverhalten des Flexringes muss bei der Materialauswahl und der Geometrie beachtet werden.
Exzentergetriebe
Weniger verbreitet aber ebenso prädestiniert für den Einsatz im Cobot sind die Exzentergetriebe. Einen guten Wirkungsgrad erreichen diese nur über eine verlustarme Verzahnung mit Sonderprofil. Dank der einfachen Herstellung der Evolventenverzahnung lassen sich kostengünstige Fertigungsmöglichkeiten mit hoher Überlastfähigkeit durch das gleichzeitige Tragen mehrerer Zähne kombinieren. Dies führt zu einem hohen Übersetzungsverhältnis und einer hohen Getriebesteifigkeit. Die dynamische Unwucht kann durch Massenausgleich kompensiert werden. Der Abtrieb kann über mehrere Bolzen, synchronisierte Exzenterwellen oder eine Oldhamkupplung gestaltet werden. Es sind verschiedene Bauformen möglich, z.B. mit zwei oder drei Scheiben in gleicher oder unterschiedlicher Ebene, sowie als Akbargetriebe.
Zykloidgetriebe
Zykloidgetriebe auch bekannt unter der Bezeichnung Cyclo-Getriebe von Sumitomo sind ählich weit verbreitet wie die Wellgetriebe. Bei großen Industrierobotern dominieren die Zykloidgetriebe, bei kleinen Cobots die Wellgetriebe, bei Robotern mit mittlerer Traglast gibt es Modelle, bei denen z.B. ab Achse vier Wellgetriebe und davor Zykloidgetriebe eingesetzt werden. Zykloidgetriebe ermöglichen eine saubere und hohe Übersetzung auch bei Spiel und sind steif und überlastfähig. Eine große Hohlwelle ist gut realisierbar und es gibt verschiedene Konzepte für Bauweisen und die Gestaltung des Abtriebsmechanismus. Kinematisch zählen sie auch zu den Exzentergetrieben, bilden jedoch durch die durchgehende Kontur eine Sonderbauform. Die Kontur ist die äußere Äquidistante einer verkürzten Epizykloiden. Für ein gutes Tragbild bietet sich eine Breitenballigkeit ähnlich wie bei geschliffenen Stirnradverzahnungen an.
Akbargetriebe
Eine besondere Bauform der verschachtelten Exzentergetriebe ist das Akbargetriebe. Es zeichnet sich durch hohe Überlast- und Übersetzungsfähigkeit aus und kann mit verschiedenen Verzahnungsarten gefertigt werden. Durch die Kombination zweier Stufen in einer Ebene sind diese Getriebe besonders kompakt. Extreme Übersetzungen sind bereits in einer Stufe möglich. Die Fertigung erfordert hohe Präzision, und das Kippmoment, das durch die Doppelexzenterscheibe entsteht, muss minimiert oder ausgeglichen werden.
