Wellgetriebe | für Industrieroboter, Cobots + Handling
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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.
Inhalt
- Wellgetriebe 2025 – Das Wichtigste in Kürze
- Wellgetriebe Neuheiten und Innovationen
- Neues Level durch Harmonic Drive mit Triangle-Technologie
- Sensorisierte Wellgetriebe mit hoher Präzision für die Robotik
- Funktionsprinzip und Aufbau eines Datorker Wellgetriebes
- Plug-and-play Getriebe für Roboter
- Exakte Spannungswellengetriebe für Roboter
- Schrägnadellager und Getriebeeinheit für Roboter und Cobot
- Einbausätze mit höchster Drehmomentdichte für Handlingsysteme
- Funktionsprinzip und Aufbau eines Galaxie Wellgetriebes
- Das Wellgetriebe Prinzip bei Harmonic Drive
- Häufig gestellte Fragen
Wellgetriebe 2025 – Das Wichtigste in Kürze
Wellgetriebe stehen für höchste Präzision, Kompaktheit und Spielfreiheit. Aktuelle Entwicklungen fokussieren auf eine noch höhere Drehmomentdichte, verbesserte Effizienz und längere Lebensdauer. Besonders innovative Werkstoffe und optimierte Zahnprofile und Fertigungstechniken tragen dazu bei, die Leistungsgrenzen weiter zu verschieben. Weiterentwicklungen fokussieren auf verbesserte thermische Eigenschaften und eine erhöhte Verschleißfestigkeit. Viele Wellgetriebe sind bereits mit Sensorik ausgestattet, die Betriebsdaten wie Temperatur, Drehmoment und Schwingungen in Echtzeit erfasst. Diese Daten werden in IoT-Plattformen integriert, um Predictive Maintenance zu ermöglichen.
Wellgetriebe finden Anwendung in Branchen mit höchsten Anforderungen an Genauigkeit und Zuverlässigkeit, wie der Robotik, Medizintechnik oder Raumfahrt. In der Automatisierung sind Wellgetriebe ein zentraler Baustein für präzises Positionieren und dynamische Bewegungssteuerung. Trends wie miniaturisierte Baugrößen für enge Einbauverhältnisse und verbesserte thermische Eigenschaften treiben die Einsatzmöglichkeiten in Hightech-Anwendungen weiter voran. Wellgetriebe werden oft als Harmonic Drive Getriebe von der gleichnamigen Firma bezeichnet, doch die Auswahl ist größer. Auch andere Anbieter haben innovative Wellgetriebe im Programm. So gibt es die Präzisionswellgetriebe von Schaeffler oder die Tribo Wellgetriebe von Igus, die in der Robotik erfolgreich eingesetzt werden.
Wellgetriebe Neuheiten und Innovationen
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.
Sensorisierte Wellgetriebe mit hoher Präzision für die Robotik
20.04.2023 | Die RT-Präzisionswellgetriebe von Schaeffler wurden für besonders dynamische und anspruchsvolle Robotik Anwendungen mit einem hohen Drehmomentniveau konzipiert. Als Option gibt es die Wellgetriebe mit einer vollintegrierten Drehmomentsensorik.
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.
Exakte Spannungswellengetriebe für Roboter
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.
Scara Roboter für die digitale Transformation
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
Schrägnadellager und Getriebeeinheit für Roboter und Cobot
07.04.2020 | Schaeffler Technologies präsentiert gleich zwei neue Komponenten für den Einsatz in Leichtbauroboter und Cobot. Das neues Schrägnadellager XZU für Roboter- und Cobot-Gelenke und das neue Präzisionsgetriebe RTWH für den kompakten Bauraum.
Einbausätze mit höchster Drehmomentdichte für Handlingsysteme
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.
Roboter Antriebe für den stark wachsenden Markt
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.
Funktionsprinzip und Aufbau eines Galaxie Wellgetriebes
13.04.2015 | Wie ein Galaxie Wellgetriebe von Wittenstein aufgebaut ist und wie es funktioniert, ist Inhalt dieses Videos:
Das Wellgetriebe Prinzip bei Harmonic Drive
04.04.2014 | Das Harmonic Drive Getriebe ist eine Erfindung der Harmonic Drive SE und von der Getriebeart her ein Wellgetriebe. Das Video veranschaulicht das Funktionsprinzip.
Häufig gestellte Fragen
Was ist ein Wellgetriebe?
Ein Wellgetriebe ist ein einfaches aber wirkungsvolles Getriebe, was in allen Bereichen der Antriebstechnik und besonders häufig in der Robotertechnik eingesetzt wird. Das Wellgetriebe bietet u. a. hohe Wirkungsgrade und Drehmomentkapazität. Dabei ist das Wellgetriebe eine Kombination aus nur drei Komponenten: dem Wave (Wellen) Generator, einer verformbaren zylindrischen Stahlbüche, genannt Flexspline und einem Hohlrad, genannt Circular Spline mit einer Innenverzahnung. Durch das Einfügen vom Wellen Generator nimmt der Flexspline dessen elliptische Form an. Durch den durchgehend umlaufenden mehrfachen Zähne Eingriff von Flexspline und Hohlrad läuft das Getriebe spielfrei, torsionssteif und wiederholgenau.
Wie funktioniert ein Harmonic Drive Getriebe?
Ein Harmonic Drive Getriebe nutzt deformierbare Wellen, um hohe Übersetzungsverhältnisse mit herausragender Präzision zu erreichen. Das Getriebe besteht aus drei Hauptkomponenten: einem elliptischen Wellgenerator, einem flexiblen Ring mit Zähnen und einem starren, gezahnten Außenring. Durch die spezielle Interaktion dieser Komponenten entsteht beim Harmonic Drive Prinzip eine präzise und kompakte Antriebslösung.
Was ist der Hauptvorteil von Harmonic Drive Getrieben?
Der Hauptvorteil der Harmonic Drive Wellgetriebe liegt in ihrer herausragenden Präzision und dem hohen Übersetzungsverhältnis bei kompakter Bauform. Durch ihre einzigartige Konstruktion bieten sie eine nahezu spielfreie Bewegung. Ihre Hauptmerkmale sind die einfache Konstruktion und die elastische Verformung der Zahnräder. Das prädestiniert sie für Anwendungen, bei denen Genauigkeit und Zuverlässigkeit im Vordergrund stehen.
Quellenangabe: Dieser Beitrag basiert auf Informationen folgender Unternehmen: Harmonic-Drive, Hiwin, Igus, Nidec-Graessner, Schaeffler, Wittenstein.
Angela Struck ist Chefredakteurin des developmentscouts und freie Journalistin sowie Geschäftsführerin der Presse Service Büro GbR in Ried.