Wellgetriebe | für Industrieroboter, Cobots + Handling
Wellgetriebe sind Schlüsselkomponenten für hochpräzise und platzsparende Antriebslösungen. Mit ihrem einzigartigen Funktionsprinzip aus flexibler Welle und statischem Ring bieten sie außergewöhnliche Drehmomentdichte, Spielfreiheit und Positioniergenauigkeit. Der Artikel beleuchtet die Funktionsweise, aktuelle Entwicklungen und die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten in Robotik, Medizintechnik und Automatisierung.
Wellgetriebe 2025 – Das Wichtigste in Kürze
Wellgetriebe definieren 2026 den industriellen Maßstab für Anwendungen, die absolute Spielfreiheit bei maximaler Kompaktheit erfordern. Durch das charakteristische Prinzip der elastischen Verformung des Flexsplines ermöglichen diese Präzisionsgetriebe eine extreme Untersetzung auf kleinstem Raum. Die technologische Entwicklung ist geprägt von einer massiven Steigerung der Drehmomentdichte durch neue Legierungskonzepte und der flächendeckenden Integration von IIoT-Sensorik direkt in den Lastpfad des Getriebes.
Materialinnovationen und thermisches Management
Die thermische Stabilität rückt in den Fokus der Konstruktion. Innovative Werkstoffe für den Flexspline und optimierte Zahnprofile (S-Verzahnungen) reduzieren die Reibungsverluste und erhöhen die Verschleißfestigkeit signifikant. Ein technologischer Meilenstein ist der Einsatz von Hochleistungs-Polymeren in Low-Cost-Anwendungen.
Spezialbeschichtete Stähle für den High-End-Bereich garantieren eine höhere Lebensdauer bei gesteigerter Dynamik. Integrierte Sensor-Kits erfassen heute Drehmomentverläufe, Temperaturen und Vibrationen in Echtzeit. Diese Daten werden via Edge-Analytics direkt im Antriebsstrang verarbeitet, um Predictive-Maintenance-Strategien ohne externe Controller-Hardware umzusetzen.
Miniaturisierung und herstellerübergreifende Diversität
Ein dominanter Trend ist die fortschreitende Miniaturisierung für hochkompakte Gelenke in der Medizintechnik und der humanoiden Robotik. Während der Begriff „Harmonic Drive“ historisch prägend war, bietet der Markt heute eine technologisch diverse Landschaft:
Hersteller wie Schaeffler setzen mit ihren Präzisionswellgetrieben Maßstäbe in der Steifigkeit, während Igus mit schmierfreien Tribo-Wellgetrieben die Einstiegshürden für die Low-Cost-Automation senkt. Diese Vielfalt ermöglicht es Konstrukteuren, Getriebelösungen exakt auf das Anforderungsprofil hinsichtlich Gewicht, Präzision und thermischer Belastbarkeit zuzuschneiden. Das erweitert massiv die Einsatzmöglichkeiten in der modernen High-Tech-Fertigung.
Neuheiten und Innovationen
All diese Entwicklungen verkörperten die nachfolgenden Neuheiten und Innovationen:
Harmonic Drive integriert Drehmomentsensor in Wellgetriebe
07.07.2025 | Harmonic Drive hat sein Portfolio an spielfreien Antriebslösungen um ein Präzisionsgetriebe mit integriertem Drehmomentsensor erweitert. Die Kombination aus Wellgetriebe und Sensorik richtet sich an Anwendungen mit höchsten Anforderungen an Positioniergenauigkeit und Lasterfassung – etwa in kollaborativen Robotern, medizinischen Assistenzsystemen oder automatisierten Montageprozessen.
Der Sensor ist mechanisch so in das Getriebe eingebettet, dass er ausschließlich das aufgebrachte Drehmoment misst – völlig entkoppelt von Lagerkräften. Dadurch bleibt das Signal unbeeinflusst und erlaubt eine kompakte Integration ohne zusätzlichen Bauraum oder Einschränkungen bei der Kippsteifigkeit. Mit einer Messgenauigkeit von 0,1 % des Full-Scale-Drehmoments und einer Systemgenauigkeit von 1 % in der Kombination aus Getriebe und Sensor ermöglicht die Lösung eine präzise Regelung der Achslast – beispielsweise beim Fügen empfindlicher Komponenten.
Die Sensoreinheit basiert auf bewährter Dehnmessstreifen-Technologie mit hoher Temperaturstabilität, Alterungsbeständigkeit und EMV-Festigkeit. Getriebeeinbausatz, Lagerung und Sensorik stammen aus eigener Entwicklung und können je nach Applikation kundenspezifisch angepasst werden. Damit bietet Harmonic Drive SE maximale Flexibilität bei gleichbleibender Systemqualität.
Zur einfachen Systemintegration stehen unterschiedliche elektrische Schnittstellen zur Verfügung – von analogen Signalen (±10 V, 4-20 mA) über digitale Protokolle wie USB, RS-232, SPI, I²C bis hin zu industriellen Feldbussen wie CAN oder Ethercat.
Mit dieser intelligenten Erweiterung des klassischen Harmonic Drive Getriebes unterstützt das Unternehmen zukunftsorientierte Anwendungsfelder in der Robotik, Medizintechnik und im Maschinenbau sowie überall dort, wo Präzision, Sicherheit und Kompaktheit gleichermaßen gefordert sind.
Neues Level durch Harmonic Drive mit Triangle-Technologie
20.01.2025 | Harmonic Drive präsentiert die Weiterentwicklung des gleichnamigen Funktionsprinzips. Durch drei Zahneingriffsbereiche bietet die neue Harmonic Drive Triangle-Technologie höchste Stabilität. Der Wave Generator hat nun statt der elliptischen Form eine abgerundete Dreiecksform. Diese schafft drei Zahneingriffsbereiche zwischen dem Flexspline und dem Circular Spline. Dreht sich der Wave Generator, greifen die Zähne von Flexspline und Circular Spline ständig ineinander. Weil der Flexspline drei Zähne weniger hat, bewegt er sich relativ zum Circular Spline.
Die drei Vorteile der drei Eingriffsbereiche
Die Triangle-Technologie bietet eine höhere Torsionssteifigkeit, Übertragungsgenauigkeit und Dynamik, was zu mehr Präzision und besserer Beschleunigung führt.
Höhere Torsionssteifigkeit
Die drei Zahneingriffsbereiche der Triangle-Technologie bewirken eine deutlich erhöhte Torsionssteifigkeit von mindestens 30 %, im Bereich kleiner Drehmomentlevel 60 %. Die lastbedingte Verdrehung des Getriebes wird dadurch erheblich reduziert. Bei Fräsmaschinen können so beispielsweise höhere Vorschubgeschwindigkeiten bei gleichbleibender Oberflächengüte erreicht werden.
Außergewöhnliche Übertragungsgenauigkeit
Mit der Harmonic Drive Triangle-Technologie wird eine außergewöhnlich präzise Übertragungsgenauigkeit von < 0,5 arcmin erreicht. Dies ermöglicht hochpräzise Anwendungen auch ohne den Einsatz eines abtriebsseitigen Encodersystems.
Geringere Schwingungsanfälligkeit
Die höhere Torsionssteifigkeit des Getriebes führt zu einer reduzierten Schwingungsneigung des Antriebssystems. Dies ermöglicht hochdynamische Bewegungszyklen und eine Verkürzung der Taktzeit der Anlage.
Anspruchsvolle Anwendungsbereiche
Die Harmonic Drive Getriebe mit Triangle-Technologie eignen sich hervorragend für Anwendungen in denen hohe Präzision und Beschleunigungsvermögen gefordert. Hier erfüllen sie die hohen Anforderungen z. B. in den Bereichen Robotik, Handling, Automation, Allgemeiner Maschinenbau, Medizintechnik und Luft- und Raumfahrt.
Funktionsprinzip und Aufbau eines Wellgetriebes
15.03.2021 | Das Video zeigt wie ein Datorker Wellgetriebe von Hiwin aufgebaut ist und wie es funktioniert:
Plug-and-play Getriebebaukasten für Roboter
18.02.2021 | Eine besonders wichtige Rolle spielen die Getriebe als Herzstück von modernen Robotern. Igus hat dafür im letzten Jahr eine neue Generation an Tribo Wellgetrieben für die Bewegung an der 5. Roboter Achse vorgestellt. Reibung und Verschleiß werden durch schmierfreie Tribo Polymere optimiert.
Chronologie & Archiv
Die nachfolgenden Berichte dokumentieren den technologischen Fortschritt und die Entwicklungen der vergangenen Jahre (ab 2015).
03.07.2020 | Roboter müssen exakt, effizient und torsionssteif sein. Auch in Werkzeugmaschinen, Automation und Halbleiterfertigung wird zunehmend Präzision gefordert. Nidec Graessner bietet für diese Anwendungen das Spannungswellengetrieben Flexwave (Bild oben) an. Das leichte Getriebe bietet zudem ein niedriges Anlaufmoment, hohe Übersetzungen und Spielfreiheit.
Die Spannungswellengetriebe von Nidec gibt es in den Baugrößen 35 bis 80. Sie ermöglichen Übersetzungen bis i = 120:1. Mit 100 g bis 3,4 kg eignen sich die Flexwave Getriebe für den Leichtbau. Sie liefern bis zu 346 Nm abtriebsseitig ein sehr hohes Maximaldrehmoment. Mit verschiedenen Einbausätzen lassen sie sich schnell und sicher montieren.
Ist der Exzenter im Einsatz, nehmen Flexwave und elastisches Lager eine elliptische Form an. Flexwave und Hohlrad greifen an beiden Enden der großen Ellipsenachse stabil ineinander. Sind das Hohlrad fixiert und der Exzenter an der Antriebswelle im Uhrzeigersinn gedreht, dreht sich das Nidec Spannungswellengetriebe abtriebsseitig entgegen dem Uhrzeigersinn. Durch die unterschiedliche Anzahl der Zähne zwischen beiden Rädern wird schließlich die jeweilige Drehzahl bestimmt.
Die Features im Einzelnen
- Übersetzungen bis i = 120:1
- unterschiedliche Baugrößen
- präzise
- torsionssteif
- wiederholgenau
- spielfrei
- niedriges Anlaufdrehmoment
- leicht
31.01.2018 | Der Einbausatz der Baureihe CSG-2A der Harmonic Drive SE eignet sich für hochdynamischen Anwendungen. Als Wellgetriebe mit lebenslanger Präzision bietet er Spielfreiheit sowie höchste Übertragungs- und Positioniergenauigkeit, die aufgrund der prinzipbedingten Vorspannung des Getriebes über die komplette Lebensdauer aufrechterhalten wird.
Im Vergleich zu Standardwellgetrieben weist diese Baureihe bei unveränderten Abmessungen um 30 % höhere Drehmomente in Spitzen-, Nenn-, Durchschnitts- und Kollisionsdrehmoment auf. Somit sind in der Anwendung höhere Beschleunigungen und Verzögerungen möglich und die Zykluszeiten können reduziert werden. Alternativ kann bei gleicher Belastung auch eine kleinere Getriebebaugröße ausgewählt werden. Dadurch ist eine kompaktere Konstruktion des Antriebssystems als mit Standardwellgetrieben möglich.
Durch das um 30 % gesteigerte Kollisionsdrehmoment weist die CSG-Baureihe von Harmoni Drive eine im Vergleich zu Standardwellgetrieben deutlich gesteigerte Robustheit gegenüber Schocklasten auf. Die höhere Belastbarkeit des Getriebes geht allerdings nicht zulasten der Lebensdauer. Im Gegenteil – die Lebensdauer konnte gegenüber dem Standardgetriebe um 40 % gesteigert werden.
Die Einbausätze der Baureihe CSG-2A gibt es in zehn Baugrößen mit den Untersetzungen 50, 80, 100, 120 und 160 bei einem wiederholbaren Spitzendrehmoment zwischen 23 und 3419 Nm und einer Drehmomentdichte von 260 bis 545 Nm/kg. Die feine Staffelung der Baugrößen ermöglicht es, die optimal geeignete Getriebegröße für die Anwendung zu wählen.
Der Einbausatz, bestehend aus den Bauteilen „Circular Spline“, „Flexspline“ und „Wave Generator“, bietet konstruktive Freiheit bei der Integration in die Anwendung. Durch Nutzung der vorhandenen Gehäusestruktur kann beispielsweise ein separates Getriebegehäuse vermieden werden. Weiterhin kann häufig das ohnehin vorhandene Lagersystem der Anwendung als Abtriebslager des Einbausatzes eingesetzt werden und die Konstruktion ist auf Leichtbau optimierbar. Die hohe Drehmomentdichte der Einbausätze der Harmonic Drive Baureihe CSG-2A benötigt wenig Platz.
13.04.2015 | Wie ein Galaxie Wellgetriebe von Wittenstein aufgebaut ist und wie es funktioniert, ist Inhalt dieses Videos:
Quellenangabe: Dieser Beitrag basiert auf Informationen folgender Unternehmen: Harmonic-Drive, Hiwin, Igus, Nidec-Graessner, Schaeffler, Wittenstein.
