gesponsertOhne Alterserscheinungen Langlebige Präzisionsgetriebe für Lackierroboter

Große Innovationen im Bereich der Zahnradgetriebe mit kommerziellem Durchbruch sind eher selten. Die quasi spielfreien Präzisionsplanetengetriebe PSC von Schaeffler hingegen haben sich in kurzer Zeit einen festen Platz in der Industrierobotik erobert – und im Lackierroboter von b+m Surface Systems.

In den hochautomatisierten, vernetzten und mit KI ausgestatteten Roboterlackieranlagen von b+m Surface Systems werden unter anderem Elektrofahrzeuge, Eisenbahnwaggons und Flugzeugteile beschichtet sowie veredelt. Wichtige Schlüsselkomponenten der Lackieranlagen entwickelt und produziert der Maschinenbauer aus dem osthessischen Eiterfeld selbst. Dazu zählen zum Beispiel Zerstäuber- und Farbwechselsysteme, Dosiertechnik und Farbversorgungen, Steuerungs- und Automatisierungstechnik sowie KI-Systeme. Und sogar Lackierroboter fertigt das Unternehmen in Eigenregie.

Sebastian Merz, geschäftsführender Gesellschafter von b+m, zur Motivation: „Damit liefern wir alle Kernkomponenten für den Lackauftrag aus einer Hand und haben gleichzeitig vollen Einfluss auf die Entwicklung und Fertigung. So können wir unsere Systeme ohne Kompromisse für den Lackierprozess optimieren und jederzeit flexibel an die Anforderungen unserer Kunden anpassen.“ Diese Strategie hat b+m auch bei der Entwicklung der neuesten Generation X6 seiner Roboterserie T1 konsequent umgesetzt.

Lackierroboter – eine Welt für sich

Der 6-Achs-Lackierroboter der Serie T1 X6 von b+m mit Hollow-wrist – einer hohlen 6. Achse – wurde speziell für den Lackauftrag mit hohen Bahngeschwindigkeiten und -beschleunigungen entwickelt. Aufgrund seiner großen Reichweite von etwas mehr als 3,5 Metern ist er insbesondere für Kfz-Lackieranlagen geeignet. Dazu kann der Kunde zwischen mehreren Armlängen für die Achsen 2 und 3 wählen. Aus dem Mehrschichtbetrieb und der daraus resultierenden hohen Einschaltdauer der Achsen, den großen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen und einer möglichst hohen Verfügbarkeit bei minimalen Wartungskosten resultieren trotz der geringen Traglasten von maximal 15 Kilogramm sehr hohe mechanische Dauerbelastungen für die Antriebe in den Roboterarmen.

Spezielle Anforderungen an die Getriebe

Bei der neuen Generation des Lackierroboters T1 sollten zur Reduzierung der TCO alle Achsen möglichst lange Serviceintervalle und eine hohe Lebensdauer aufweisen. Die 3. Achse erwies sich diesbezüglich als besonders anspruchsvoll. „Hier ist der vorhandene Bauraum für den Antrieb im Verhältnis zur Belastung vergleichsweise gering und ein möglichst kompaktes und über die Lebensdauer spielarmes Getriebe gefragt“, erklärt Sebastian Merz. Und er präzisiert: „Durch die hohe spezifische Belastung kann ein über die Jahre langsam zunehmender Verschleiß auftreten, der zu spürbarem Verdrehspiel führt. In den Umkehrpunkten schwingt dann der Tool Center Point und kann zu unkontrollierten Bewegungen im Lackierprozess führen.“

Im Zuge der Entwicklungsrecherchen stießen die Ingenieure von b+m auf Veröffentlichungen über ein Präzisionsplanetengetriebe mit einem neuartigen Mechanismus zum automatischen Spielausgleich. Diese Präzisionsgetriebe von Schaeffler wurden bereits in Industrierobotern in Serie erfolgreich eingesetzt. Ende 2020 kam der erste Kontakt zustande und zwei Jahre später wurde auch der T1 X6 mit einem Einbaugetriebesatz vom Typ PSC in Serie ausgerüstet. Merz bestätigt: „Uns haben die Tests unter dynamischer Belastung und die Ergebnisse aus den Dauerlauftests sehr überzeugt.“

Präzisionsplanetengetriebe für langlebige Lackierroboter

PSC steht für Precise, die höchste am Markt verfügbare Präzision, Silent für die geringste Geräuschentwicklung und Constant für eine konstant bleibende Präzision während der Einsatzdauer. „Diese progressive Ansage gilt uneingeschränkt im Vergleich zu Planeten- und Zykloidgetrieben am Markt“, versichert Ralf Moseberg, Senior Vice President Geschäftsbereich Industrial Automation bei Schaeffler und nennt auch den bedeutendsten USP der PSC-Präzisionsplanetengetriebe: ein Verdrehspiel von kleiner 0,1 Winkelminuten. Damit übertreffen die PSC-Getriebe den Marktstandard bei Planetengetrieben um den Faktor 10. Das Lost Motion beträgt nur 0,6 Winkelminuten.

Für einen besonders leisen Lauf sorgen das patentierte Verzahnungssystem sowie die schräg verzahnte Eingangsstufe, die als Hochverzahnung ausgeführt ist. Ausgelegt sind die Getriebe zudem für eine bemerkenswert lange Gebrauchsdauer von 20.000 Stunden – ohne dass es währenddessen zu einer Vergrößerung des Verdrehspiels kommt oder gar Einstellarbeiten notwendig wären. Diese herausragenden Eigenschaften der PSC-Planetengetriebe lassen sich aktuell durch keine andere konstruktive Lösung am Markt erzielen und sind patentrechtlich international geschützt.

Auch in der Industrieautomation stark

Die Baureihe PSC wurde speziell für den breiten Markt der Industrieautomation inklusive der Robotik entwickelt. Daher sind die Getriebe nicht nur für Roboter als Einbausätze

• mit Voll- und Hohlwelle und

• mit oder ohne schräg verzahnte Eingangsstufe erhältlich, sondern auch

• als geschlossene Einheiten mit und ohne Winkelvorstufe für den Motoranbau

• und in vielen weiteren Varianten und Sonderausführungen.

Neun Baugrößen von 030 bis 500 mit Übersetzungen der Planetenstufe zwischen 9 und 20, Übersetzungen der Eingangsstufe von 3,4 bis 15,7 und Außendurchmessern von 155 bis 405 Millimetern stehen standardmäßig zur Auswahl. Die Dauerdrehmomente der PSC-Baureihe reichen von 300 bis 5.000 Newtonmeter. Eine besonders hohe Torsionssteifigkeit wird unter anderem mit den vier bzw. fünf beidseitig gelagerten Planetenrädern realisiert.

Hohe Maschinenverfügbarkeit und Wartungsfreundlichkeit

Spezielle Wünsche des Kunden werden bei Schaeffler Ultra Precision Drives ebenfalls erfüllt. Sales Engineer Peter Hartung über eine spezielle Anforderung von b+m: „Wir haben das Präzisionsplanetengetriebe so modifiziert, dass die komplette Antriebseinheit mit all ihren Anschlüssen besonders schnell und einfach in das Gehäuse des Lackierroboters T1 X6 eingesetzt werden kann. Die niedrigen Wartungskosten reduzieren die TCO – eine zentrale Forderung des Kunden b+m.“

Hoher Wirkungsgrad für unbegrenzte Einsatzdauer

Bei spielarmen Getrieben spielt der Wirkungsgrad eine ganz besondere Rolle. Denn die Reibungsverluste führen zu Wärmedehnungen der Getriebekomponenten, die bei bestimmten Getriebegattungen wie den Zykloidgetrieben zu Zwangskräften, steigender Reibung und Verschleiß führen können. Dem begegnet man im Allgemeinen mit einer Reduzierung der Einsatzdauer oder der Belastung der Getriebe. Durch den hohen Wirkungsgrad der PSC-Präzisionsplanetengetriebe von circa 90 Prozent erwärmen sich auch unter dauerhafter Belastung mit dem Nennmoment die Getriebekomponenten nur unwesentlich, wie unter härtesten Tests während der Entwicklung nachgewiesen werden konnte. Die PSC-Getriebe zeichnen sich daher nicht nur durch ein geringes Spiel auf Dauer aus, sondern sind auch auf Dauer maximal belastbar. „Ein USP, der erst bei genauerem Vergleich mit anderen spielarmen Getriebegattungen sehr positiv auffällt“, so Moseberg.

Zwei Präzisionsgetriebegattungen aus einer Hand

Parallel zu den PSC-Präzisionsplanetengetrieben bietet Schaeffler für die Robotik und die Industrieautomation auch Präzisionswellgetriebe in den zwei Baureihen (High Torque) RT1 und (Standard Torque) RT2 und in vier bzw. fünf Baugrößen an. Die Präzisionswellgetriebe kommen unter anderem auch in Werkzeugmaschinen, der Verpackungstechnik, in Schweißmaschinen, der Medizintechnik und generell in Anwendungen mit präzisen Positionieraufgaben zum Einsatz.

2018 begannen die ersten Entwicklungsaktivitäten bei Schaeffler und innerhalb nur weniger Jahre hat sich der Automobil- und Industriezulieferer technologisch an die Spitze der Präzisionsgetriebehersteller gearbeitet – in einem Marktumfeld, das von Spezialisten mit jahrzehntelanger Erfahrung geprägt ist. Eine Überraschung, aber sicher nicht die letzte.

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