Schmierstofffreie Getriebe

Trocken geschmiert

Antriebstechnische Anwendungen, bei denen unter besonderen
Antrieb von Harmonic Drive in Flüssigstickstoff
Umgebungsbedingungen produziert und gefertigt werden muss,
nehmen mehr und mehr zu. Das heißt, dass neben der Anpassung
an die Umgebung auch eine sehr hohe Präzision der Aktoren und Handlingwerkzeuge gefordert sind. Eine Lösung sind hier die schmierstofffreien Getriebe von Harmonic Drive.


Die Fertigung von CDs, DVDs und Blue-Ray-Discs sowie die immer höheren Bestückungsdichten von integrierten Halbleitern zählen zu den anspruchsvollen Produktionstechniken. Ähnliches gilt für neuartige Beschichtungen von Werkzeugen und Automobilbauteilen. Waren es bislang vor allem Reinraumanforderungen prägend, so entwickeln sich die Fertigungsprozesse für die Hochtechnologie inzwischen weiter. Die Bestrebungen gehen in Richtung Ultrahochvakuum – etwa für Abscheide-Technologien oder in Richtung Tieftemperaturtechnik; unter anderem zur Nutzung von supraleitenden Materialien für Messungen und Grundlagenuntersuchungen.

Anzeige

Einige dieser Aufgaben werden von Harmonic Drive erfolgreich bedient – mit besonderen Getrieben, die auf eine Fett- oder Ölschmierung verzichten. Flüssigschmierstoffe haben bei sehr niedrigen Temperaturen (-100°C bis -270°C) den Nachteil, dass sie eine sehr hohe Viskosität erreichen oder gar komplett verfestigen. Im Vakuum zeigen die meisten dieser Schmierstoffe ein sehr ungeliebtes Verhalten: Das Ausgasen von Komponenten, die das Vakuum verschmutzen. Wenn man auf Flüssigschmierung angewiesen ist, bleibt keine Alternative zu einem vakuumtauglichen Schmierstoff beziehungsweise einem Sperrluftanschluß, der kontinuierlich über den Antrieb absaugt und eine Kontamination der eigentlichen Kammer verhindert. Reichen diese Maßnahmen nicht aus, ist man gezwungen auf ein anderes Schmierstoffkonzept zu wechseln: Die Trockenschmierung. Hier werden auf den Kontaktflächen besondere Beschichtungen aufgebracht, die ein Fressen und den vorzeitigen Verschleiß der Flächen vermeiden.

Zwei Klassen von Schmierstoffen unterscheidet man hier: „Weiche“ Schmierstoffe, die über ein Gleiten von wenig miteinander verbundenen Schichten eine entsprechende Bewegung erlauben. Graphit, Blei oder auch MoS2 sind typische Vertreter dieser Familie. Die andere Gruppe geht den entgegengesetzten Weg: Über die Beschichtung mit superharten Schichten werden der Verschleiß soweit wie möglich verhindert und eine entsprechende Lebensdauer erreicht. Diamantartige Kohlenstoffschichten (Diamond-like Carbon/ DLC) sind ein Beispiel für diese Schichten. Für beide Typen gilt, dass die Beschichtung als einer der letzten Fertigungsschritte vorgenommen werden muss, um Beschädigungen zu vermeiden. Um eine gleichmäßige Beschichtung komplexer Zahngeometrien sicher zu stellen ist man allerdings in Prozesstemperatur und Schichtdicken eingeschränkt.
Mit beiden Beschichtungsarten wurden in den letzten Jahren bei der Harmonic Drive AG verschiedene Versuche und Tests gefahren. Zunächst unter atmosphärischen Bedingungen, zunehmend aber auch im Vakuum. Ein starker Antreiber ist hier die Raumfahrt. Generell verhalten sich die Schichten unter Vakuum deutlich anders, da die in der normalen Atmosphäre vorhandene Feuchtigkeit mit zum Schmiersystem an den Kontaktflächen beiträgt. Was in Luft funktioniert, funktioniert nicht unbedingt unter Vakuum, das gilt auch umgekehrt: Gerade MoS2 reagiert sehr empfindlich auf Feuchtigkeit. Beide Beschichtungsarten können nur so gut funktionieren, wie es die Haftung auf dem Trägermaterial zulässt – was eine der größten Herausforderungen darstellt. Nach anfänglichen Schwierigkeiten, insbesondere bei der Haftung auf hochfesten Edelstählen, werden inzwischen durch entsprechende Vorbehandlung der Oberflächen und eine Bearbeitung unter Reinraumbedingungen deutliche Verbesserungen erzielt. Weiterhin mussten die Fertigungstoleranzen angepasst werden, um die zusätzliche Dicke der aufgetragenen Schichten (meist wenige μm) zu kompensieren. So konnten die Lebensdauern der Schichten inzwischen mehr als verdoppelt werden.

Das Leistungsspektrum der Getriebe erweitern

Damit ist es nun möglich, in kleinen Schritten aus Forschungs- und Testanwendungen erste Projekte in eher industriellen Prozessen zu bedienen. Die Erkenntnisse werden übrigens nicht nur für Harmonic Drive-Getriebe, sondern auch für Sonderzahnräder, wie schmierstofffreie Stirnräder, eingesetzt. Hier konnte die breite Erfahrung in der Entwicklung von besonderen Verzahnungsgeometrien erfolgreich genutzt werden. Allerdings wachsen die Bäume nicht in den Himmel: Von der Lebensdauer einer Fettschmierung ist man noch weit entfernt. Trotzdem gibt es immer mehr Anwendungen, die mit den erreichten Werten von mehreren tausend Abtriebsumdrehungen ausreichend bedient werden können.

Einen hohen Einfluss hat dabei die zu übertragende Last und die Drehzahl: In beiden Fällen nimmt die Lebensdauer mit Zunahme dieser Parameter ab einer gewissen Grenze überproportional ab. Man ist also auf geringe bis normale Lasten sowie niedrige Drehzahlen beschränkt. Diese Grenzen zu erweitern und damit das Leistungsspektrum trockengeschmierter Getriebe zu erweitern, ist die Aufgabe der kommenden Jahre. Bis daraus aber ein Standardprodukt wird, das wie die fettgeschmierten Varianten per Katalog bestellt werden kann, ist noch einiges zu tun. Dr. Ingolf Schäfer, Harmonic Drive/st

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige
Anzeige

Felss setzt auf Predictive Analytics mit X-INTEGRATE

Kunden des Maschinenbauers betreiben ihre Anlagen effizienter mit einer Lösung des IBM Premium-Partners und BI-Spezialisten. Klassische Prüfintervalle werden durch einen Scoring-Prozess mithilfe eines Vorhersagemodells auf Basis IBM SPSS ersetzt.

mehr...
Anzeige

Antriebseinheiten

Kein Ausfall erlaubt

Beim Antrieb vertraut Anlagenbauer Evans auf Nord Drivesystems, die zuverlässige und wartungsfreundliche Antriebseinheiten mit ebenfalls anwendungsspezifisch passenden Ausstattungsoptionen konfigurieren.

mehr...
Anzeige

Highlight der Woche

Messgerät zur Überwachung der Ölfeuchte

Der EE360 von E+E Elektronik bestimmt den Feuchtegehalt von Industrie-Ölen und ermöglicht damit die vorausschauende Instandhaltung von Maschinen und Anlagen.

Zum Highlight der Woche...
Anzeige
Anzeige

Highlight der Woche

„Gravierende“ Vorteile mit Laser  

Der Laser e-SolarMark FL von Bluhm Systeme eignet sich für das Beschriften u.a. von Edelstahl oder Kunststoffe (ABS). Die Miele GmbH markiert mit diesem Laser Motorenteile.

Zum Highlight der Woche...

Zykloidgetriebe

Highspeed auf kleinem Raum

Nabtesco Precision Europe ist längst mehr als ein reiner Getriebelieferant mit japanischem Background: Die Firma entwickelt am Sitz in Düsseldorf individuelle montagefertige Antriebssysteme, die direkt auf spezielle Anwendung zugeschnitten sind.

mehr...

Schnellhubgetriebe

Sportliche Alternative

Mit seinen neuen Schnellhubgetrieben NG1/2/3 bietet ANT Antriebstechnik eine mechanische Alternative für hochdynamische Positionier- und Handhabungsaufgaben, die bislang als Domäne der Servohydraulik galten.

mehr...

Newsletter bestellen

Immer auf dem Laufenden mit dem SCOPE Newsletter

Aktuelle Unternehmensnachrichten, Produktnews und Innovationen kostenfrei in Ihrer Mailbox.

AGB und Datenschutz gelesen und bestätigt.
Zur Startseite