Hohlwellenantrieb

Hohl, klein und robust

Die steigenden Anforderungen an die Leistung und Kompaktheit von Werkzeugmaschinen führte zur Entwicklung von neuen Hohlwellenantrieben, die sich durch hohe Leistungsdichte und Robustheit auszeichnen. Die in der Vergangenheit häufigen Eigenschaften wie IP-65, Multiturn-Absolut-Encoder und Haltebremse werden mit den Canis Drive Antrieben von Harmonic Drive erstmals in kleinerer Baugröße realisiert.

Der Antrieb Canis Drive ermöglicht die Steigerung des Dauerdrehmomentes um circa 50 Prozent und eine Erhöhung der Getriebeeingangsdrehzahl um bis zu 30 Prozent. Hinzu kommen eine erhöhte Robustheit durch kippsteife Abtriebslager und die Schutzart IP-65.

Maschinenhersteller sehen sich im globalen Markt einem stetig wachsenden Druck bezüglich der Entwicklung immer kompakterer und kostengünstigerer Maschinen und Anlagen ausgesetzt. Diese Forderungen werden auch an die Hersteller von Antriebssystemen gestellt, da die Antriebs- und Steuerungstechnik heute einen dominierenden Anteil an den Baukosten darstellt. Gerade die Antriebe der vierten und fünften Achse in Bearbeitungsköpfen von Werkzeugmaschinen erfordern Lösungen mit Hohlwelle, hoher Robustheit und Schutzart sowie ein absolut präzises Positionieren ohne Referenzierung; eine kippsteife Abtriebslagerung für die direkte Aufnahme des Werkzeuges ist ebenso für kompakte Konstruktionen erforderlich. Dies gilt beispielsweise für Fräsköpfe, Wasserstahlschneidanlagen und Laserschneidsysteme.

Um diese Anforderungen zu erfüllen, hat Harmonic Drive den Canis Drive entwickelt; eine Weiterentwicklung der seit vielen Jahren eingesetzten Antriebe der Baureihen FHA-14C und FHA-17C. Die Vorteile sind vielfältig: Angefangen bei der erhöhten Robustheit durch kippsteife Abtriebslager und die Schutzart IP-65 über die Steigerung des Dauerdrehmoments um circa 50 Prozent bis hin zur Erhöhung der Getriebe-Eingangsdrehzahl um bis zu 30 Prozent. Hinzu kommen die Integration einer Haltebremse, ein Resolver, ein Multiturn-Absolut-Encoder mit SSI Schnittstelle und eine BISS-Schnittstelle für den Betrieb mit einer Vielzahl von Servoreglern. Die Stillstandsdrehmomente für Canis Drive-14 und Canis Drive-17 liegen bei 9 Nm beziehungsweise 34 Nm und die maximalen Drehzahlen bei 170 U/min beziehungsweise 146 U/min (jeweils bei i = 50).

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Schmierfett für -40 bis +120 °C

In den Canis Drive Antrieben kommen spielfrei vorgespannte Präzisions-Vierpunktlager zum Einsatz. Die Abtriebslager werden als Flanschlager eingesetzt, so dass der Kunde den Außenring des Flanschlagers direkt an das Maschinengehäuse montieren kann. Ebenso wird die Last ohne Zwischenflansch an den Innenring des Präzisionslagers geschraubt. Dies hat den Vorteil, dass die Lagergenauigkeit nicht durch zwischengeschaltete Getriebegehäuse verfälscht wird. Dies garantiert wiederum hohe Parallelität, Rechtwinkligkeit und Koaxialität des Getriebeabtriebs zum Maschinengehäuse.

Eine funktionsgerechte Schmierung aller tribologischen Kontakte des Getriebes garantiert Spielfreiheit und hohe Übertragungsgenauigkeit über die gesamte Lebensdauer und bei jeder Einbaulage. Diese Anforderungen können jedoch nur durch das ebenfalls von Harmonic Drive entwickelte Spezialschmierfett Flexolub A1 erreicht werden. Es erweitert die bisherigen Temperaturgrenzen von -40 °C auf +120 °C. Damit können auch andere beteiligte Komponenten thermisch besser ausgenutzt werden. Zudem sind Outdoor-Anwendungen mit höheren Betriebstemperaturen möglich. Weitere Vorteile für den Anwender sind reduzierte Reibung, gesteigerter Wirkungsgrad bei tiefen und mittleren Temperaturen sowie gute Umweltverträglichkeit und höhere Lebensdauer. Bei dem neuen Hohlwellenantrieb ist dieses Schmierfett sogar als Lebensdauerschmierung geeignet.

Zur Integration in die Maschine können die neuen Antriebe gemeinsam mit dem kompakten Servoregler Yukon Drive eingesetzt werden. Dieser lässt sich unabhängig vom Steuerungskonzept der Antriebe immer optimal in ihr System einbinden und bietet umfassende Lösungsmöglichkeiten für die jeweilige Bewegungsanforderung. Die Generierung von Bewegungsprofilen kann hierbei in einer übergeordneten Steuerung oder direkt im Antriebsregler erfolgen. Der Servoregler unterstützt alle gängigen inkrementellen und absoluten Motormesssysteme (Resolver, SIN/COS-SSI für den Canis Drive sowie Endat 2.1 und 2.2, Hiperface für Antriebe der Lynx Drive Baureihe). Er ist für den Einsatz im unteren und mittleren Leistungsbereich optimiert und hervorragend für hochdynamische Bewegungen geeignet. Das höchste Leistungsvolumen in drei kompakten Bauformen reicht von einem Bemessungsstrom mit 3 bis 8 A bei 1/3 x 230 VAC Netzeinspeisung, bis hin zu 2 bis 6,5 A bei 3 x 400 VAC bis 480 VAC Netzeinspeisung. Hinzu kommt eine Überlastfähigkeit bis 300 Prozent.

Die beschriebenen Technologien führen zu deutlichen Steigerungen der Performance und Leistungsdichte. Angefangen von der höheren Zuverlässigkeit auch bei Überlast durch entsprechende Auslegung und Vakuum-Imprägnierung des Statorpaketes, über die höhere Drehmomentkapazität aufgrund der neuen Harmonic Drive Cobalt Line Technologie, bis hin zur erhöhten Spannungsfestigkeit für den Betrieb an Umrichtern mit 800 V Zwischenkreisspannung. Lieferbar sind die neuen Antriebe voraussichtlich ab dem zweiten Quartal 2012.

Ralf Falk, Harmonic Drive/st

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