Harmonic Drive AG - Harmonicdrive.aero

Präzise Mechatronik für
die Luft- und Raumfahrt
und Wehrtechnik
Precision Mechatronics
for Aerospace and Defence

Willkommen
Welcome
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Willkommen bei der Harmonic Drive AG. Egal ob zu Land, zu Wasser, in der Luft oder im Weltraum:
Die Harmonic Drive AG entwickelt und produziert Antriebslösungen für die unterschiedlichsten
Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt und dem Verteidigungsbereich, bei denen Zuverlässigkeit
und Präzision von höchster Bedeutung sind.
Mehr als 30 Jahre Erfahrung in anspruchsvollen Antriebstechnikaufgaben und die
innovativen Leistungen einer Mannschaft von 180 motivierten Mitarbeitern stecken in
unseren mechanischen und mechatronischen Produkten für jegliche Anwendungen,
in denen hohe Genauigkeit, hohe Leistungsdichte, kompakte Abmessungen, geringes
Gewicht oder eine hohe Lebensdauer bzw. eine Kombination dieser Eigenschaften
gefordert ist. Gerade unter rauen Umgebungsbedingungen können dabei
die Vorteile unseres Engineerings und unserer Produkte voll genutzt werden.
Aufgrund dieser Vorteile sind Harmonic Drive Produkte nicht nur in
der Luft- und Raumfahrt sowie dem Verteidigungsbereich weit
Welcome
to Harmonic Drive AG. Our
company develops and manufactures
motion control solutions for a wide variety of
aerospace and defence applications where reliability
and precision are paramount, whether on land, at sea,
in the air or in space.
verbreitet, sondern auch in Industrierobotern, Werkzeugmaschinen,
Druckmaschinen und der Halbleitertechnik.
Die vielfältigen Anwendungsbereiche und der damit
verbundene Erfahrungsaustausch liefern uns
neue Ideen für kreative und innovative
Produktentwicklungen.
The innovative work of 180 motivated employees, backed by more than
30 years experience is embodied in a range of mechanic and mechatronic
solutions for any demanding application requiring high accuracy, high power
density, compact dimensions, light weight, long operating life or a combination
of these features. Especially under harsh environmental conditions the advantages
of our engineering work and our products can be fully appreciated. These advantages
have not only made Harmonic Drive products increasingly popular in the aerospace
and defence equipment, but also in industrial robots, machine tools, printing machines
and equipment for the manufacturing of semiconductor components. This wide application
area provides invaluable experience through the exchange of new ideas and developments.
Als weitere Druckschriften in dieser Schriftenreihe sind erschienen:
Konstruktionshandbuch
Präzision in Werkzeugmaschinen
Präzise Mechatronik für Druckmaschinen
Other Publications in this series:
Designer´s Handbook
Precision in Machine Tools
Precision Mechatronics for Printing Machines
Der Name unseres Unternehmens –
Der Name unserer Produkte –
Der Begriff für Präzisionsgetriebe:
The name of our company –
The name of our products –
Synonymous with precision gears:

Meilensteine im Bereich Aerospace & Defence
Milestones in Aerospace and Defence
Harmonic Drive Getriebe werden in den Radantrieben
der Lunar Rover eingesetzt. Mit den Fahrzeugen, die
an Bord von Apollo 15, 16 und 17 zum Mond gebracht
wurden, konnte der Aktionsradius der Astronauten
beträchtlich vergrößert werden.
Die interplanetare Raumsonde Pioneer 10 wird gestartet
(1973 gefolgt von Pioneer 11). Harmonic Drive
Getriebe sind in dem „Imaging Photopolarimeter“
installiert, welches in den folgenden Jahren die ersten
hochauflösenden Bilder der äußeren Planeten liefert.
Mit dem Einsatz der Harmonic Drive Getriebe in der
PPU bekommen unsere Produkte Eingang in das
Airbus-Programm.
Die ersten Studien zum Einsatz von Harmonic Drive
Getrieben bei Piloteneingabegeräten (aktive Kraftrückführung,
active force-feedback) werden aufgenommen.
Beginn der Mars Pathfinder Mission. Es ist das erste,
aber nicht das letzte Mal, dass Harmonic Drive
Getriebe den roten Planeten besuchen
Für den bei ESW Wedel konzipierten Liftantrieb
beim Airbus A 340-600 werden Harmonic Drive
Getriebe ausgewählt.
Um der zunehmenden Anzahl von Anfragen aus dem
Bereich Aerospace und Defence gerecht zu werden
wird ein Branchenmanagement als zentrale Anlaufstelle
für Projekte aus diesem Bereich installiert.
Im Januar erreichen die beiden Mars Exploration
Rover der NASA den Mars. Beide Rover sind mit
jeweils 19 Harmonic Drive Getrieben ausgerüstet.
Neu hinzu gekommen ist die Montagemöglichkeit
im Reinraum (Klasse 100). Die ersten in Limburg
gefertigten Raumfahrtgetriebe werden ausgeliefert.
Die Harmonic Drive AG wird erfolgreich nach
DIN EN 9100 /AS 9100 auditiert.
An Bord der Internationalen Raumstation (ISS) wird
das Experiment „ROKVISS“ mit zwei Harmonic Drive
Gelenken installiert, bei dem die Verwendung von
Robotersystemen in der Raumfahrt untersucht werden
soll.
1971
1972
1981
1992
1996
2000
2002
2004
2005
Harmonic Drive gears are installed in the wheel
drives for the Lunar Rover. These vehicles, transported
to the moon in the Apollo 15, 16 and 17 missions,
increase the operating range of the astronauts
significantly.
The interplanetary space probe Pioneer 10 is launched,
followed by its sister spacecraft Pioneer 11 in 1973.
Harmonic Drive gears are used in the Imaging
Photopolarimeter (IPP), which provides the first highresolution
pictures of the outer planets.
With the installation of Harmonic Drive gears into
the Position Pick-Up (PPU), our products are introduced
into the Airbus-programme.
The first series of studies for the usage of
Harmonic Drive gears in pilot inceptors (for active
force-feedback) are initiated.
Start of the Mars Pathfinder Mission. This is the first,
but not the last time, that our products have visited
the red planet.
For the trolley lift used on board of the Airbus A 340-
600 Harmonic Drive gears are selected by
ESW Wedel.
In order to react to the increasing number of requests
coming from the aerospace and defense field, Branch
Management is established. This acts as the central
point of contact for all projects coming from this
application area.
In January, the two Mars Exploration Rovers reach
Mars. The rovers are equipped with 19 Harmonic
Drive gears each.
Assembly and lubrication – under clean room
conditions (class 100) – are added to our production
capabilities. The first space-qualified gears are
manufactured in our Limburg production facility.
Harmonic Drive AG is successfully audited according
to DIN EN 9100/AS 9100.
The ROKVISS experiment is installed on board of the
International Space Station (ISS). Two Harmonic
Drive gears are installed on a robot used to investigate
the applicability of robots for space missions.
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Meilensteine der Unternehmensentwicklung
Milestones in the Company’s History
1955
Der Amerikaner Walt Musser meldet das von ihm
erfundene Harmonic Drive Funktionsprinzip, das
sich grundlegend von dem konventioneller Umlaufgetriebe
unterscheidet, zum Patent an. Die
Entwicklung und Herstellung der neuartigen
Präzisionsgetriebe erfolgt zunächst ausschließlich
im Auftrag der amerikanischen Luft- und Raumfahrtbehörde
NASA.
1970
Die USM Corporation, Boston, und Hasegawa Gear
Works, Tokio, gründen zur Herstellung und weltweiten
industriellen Vermarktung der Harmonic
Drive Getriebe die Harmonic Drive System GmbH
in Deutschland und die Harmonic Drive Systems
Inc. in Japan. Die Anforderungen der Märkte führen
zu kontinuierlichen Neu- und Weiterentwicklungen
von Harmonic Drive Getrieben in verschiedenen
Bauformen und Baugrößen. Diese kommen zunächst
vor allem in Industrierobotern sowie Werkzeug- und
Druckmaschinen zum Einsatz.
1976
Die Harmonic Drive System GmbH präsentiert erste
Getriebe für Anwendungen in der europäischen
Luftfahrt. Hohe Präzision und geringes Gewicht der
Harmonic Drive Getriebe sind für diesen Erfolg
ausschlaggebend.
1982
Die erfreuliche Geschäftsentwicklung – mittlerweile
beschäftigt das Unternehmen mehr als 30
Mitarbeiter – erfordert neue Räumlichkeiten.
In Langen, nahe Frankfurt/Main, dem ersten Standort
der Gesellschaft, entstehen Gebäude für Vertrieb
und Verwaltung sowie für Entwicklung und Fertigung.
Der Wandel von einer Vertriebsgesellschaft
hin zu einem Fertigungsunternehmen wird vorbereitet.
1988
Die Expansionsstrategie des Unternehmens führt
zur Verlegung des Firmensitzes in das 65 km nordwestlich
von Frankfurt/Main gelegene Limburg.
Dort entstehen auf einem Grundstück von 35.000 m 2
insgesamt 6.500 m 2 Fabrikations- und Bürofläche.
Umfangreiche Investitionen in Maschinen und
Personal folgen. Am neuen Standort werden individuell
auf die Belange der Kunden zugeschnittene
Antriebssysteme entwickelt und in der bekannt
hohen Harmonic Drive Qualität gefertigt.
1994
Die Gesellschaftsanteile werden von Reinhard
Ernst – seit Gründung in der Geschäftsleitung –
übernommen; sämtliche Aktivitäten werden in der
Harmonic Drive Antriebstechnik GmbH gebündelt.
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1955
The US-American Walt Musser applies for a patent
for the Harmonic Drive operating principle. His
invention is fundamentally different to conventional
epicyclic gears. In the beginning the development
and production of the new precision gear is carried
out exclusively for the National Aeronautics and
Space Administration (NASA).
1970
The USM Corporation, Boston, and Hasegawa Gear
Works, Tokyo, establish together two new companies:
the Harmonic Drive System GmbH in Germany and
Harmonic Drive Systems Inc. in Japan for the
production and world-wide industrial marketing of
the Harmonic Drive gear. New market requirements
lead to the continuous further development of the
Harmonic Drive gears in various types and sizes.
The products are primarily used in industrial robots,
machine tools and printing machines.
1976
The Harmonic Drive gear is applied for the first time
in the European aerospace industry. The high
precision and low weight of the Harmonic Drive
gear are the key factors for this success.
1982
The positive business development – by now the
company employs more than 30 people – makes
new premises necessary. Buildings for sales and
administration as well as for development and
production are erected at the original location of
the company in Langen near Frankfurt. First
preparations for the transformation from a sales
operation to a manufacturing company are thus
initiated.
1988
The continuous expansion of the company as well
as the plan for the further development necessitate
a change of location. A new facility with a site area
of 35000 m 2 and combined office and factory area
of 6500 m 2 is established in Limburg, located ca.
65 km northwest of Frankfurt/Main. This is followed
by major investments in both machines and
personnel.
At the new facility custom-made actuators and
motion control systems are developed and manufactured
in the high quality always associated with
Harmonic Drive.
1994
The company shares are taken over by Reinhard Ernst –
a member of senior management since 1970 – and
the company activities are brought together within
the Harmonic Drive Antriebstechnik GmbH.

Der Name unseres Unternehmens –
Der Name unserer Produkte –
Der Begriff für Präzisionsgetriebe:
1996
The company is certified for the first time according
to the DIN EN ISO 9001 standard. This logical step
for the company serves also to document the high
internal quality standard outside the company as
well. The improvement of key business processes and
structures well beyond the requirements of the
standard continues under the title „Total Quality
Management”.
1998
There are further major investments in modern CNC
machine tools, special tooling, measuring machines
and inspection equipment for the development and
production of Harmonic Drive gears. Further highly
qualified personnel are employed and trained to
maintain the high quality standard. These measures
enable the development and manufacture of
complete actuators and custom-made motion control
systems in addition to gears and actuators.
1999
Harmonic Drive Antriebstechnik GmbH becomes
Harmonic Drive AG.
The transformation into a joint-stock company
provides the basis for further expansion of the
company and also to increase transparency. This,
in turn, serves to strengthen the trust of our customers
in the stable future of the company.
2001
The development of new products is a major
contribution to the best annual result since the
company was founded.The daughter company
Micromotion GmbH is founded in Mainz-Gonsenheim,
Germany, specializing in the development and
manufacturing of high-precision micro-gears using
the LIGA process.
2002
At the end of the year 150 people are employed by
Harmonic Drive AG. Compared to 1997, the number
of employees has doubled.
2004
Daughter companies are established in order to
expand our sales activities in Great Britain, France
and Italy. A further daughter company, Harmonic
Drive Polymer GmbH, is established in Hallstadt,
in order to develop the market for Harmonic Drive
precision gears manufactured in plastic. Harmonic
Drive AG now has 175 employees and sucessfully
implements an integrated management
system comprising quality assurance, environmental
protection, worker safety and aerospace
quality management. Also in the future our customers
will be the focus of the activities of everyone working
in and for Harmonic Drive AG.
Harmonic Drive ®
The name of our company –
The name of our products –
Synonymous with precision gears:
1996
Das Unternehmen wird erstmals gemäß DIN EN
ISO 9001 zertifiziert. Ein für die Gesellschaft
selbstverständlicher Schritt, der den hohen internen
Qualitätsstandard auch nach außen hin dokumentiert.
Die weit über die Anforderungen der Norm
hinausgehende Verbesserung aller Geschäftsprozesse
und Strukturen wird im Sinne eines Total
Quality Managements fortgeführt.
1998
Es erfolgen umfangreiche Investitionen in modernste
CNC-Werkzeugmaschinen, Spezialwerkzeuge,
Prüfmaschinen und Prüfmittel für die Entwicklung
und Fertigung von Harmonic Drive Getrieben.
Weitere qualifizierte Mitarbeiter werden eingestellt
und trainiert, um den hohen Qualitätsstandard zu
sichern. Bedingt durch diese Maßnahmen können
am Standort Limburg, neben kompletten Antriebssystemen
und kundenspezifischen Systemlösungen,
Getriebe und Sonderantriebe für den europäischen
Markt entwickelt und hergestellt werden.
1999
Aus der Harmonic Drive Antriebstechnik GmbH
wird die Harmonic Drive AG.
Die mit der Umwandlung in eine Aktiengesellschaft
verfolgten Ziele sind die Sicherung der Unternehmensnachfolge
sowie die Schaffung von Transparenz.
Dadurch soll das Vertrauen der Kunden in
die Zukunft des Unternehmens weiter gestärkt
werden.
2001
Die Entwicklung neuer Produkte trägt maßgeblich
dazu bei, das beste Ergebnis seit Bestehen des
Unternehmens zu erzielen. In Mainz-Gonsenheim
wird die Tochtergesellschaft Micromotion GmbH
gegründet, die sich auf die Entwicklung und
Herstellung hochpräziser Mikroantriebe durch
Anwendung des LIGA-Verfahrens spezialisiert hat.
2002
Am Jahresende sind etwa 150 Mitarbeiter bei der
Harmonic Drive AG tätig. In 5 Jahren hat sich die
Anzahl der Beschäftigten verdoppelt.
2004
Um den Vertrieb in Großbritannien, Frankreich und
Italien weiter auszubauen, werden Tochtergesellschaften
gegründet. Mit der Gründung der Harmonic
Drive Polymer GmbH in Hallstadt werden Forderungen
des Marktes nach Harmonic Drive Präzisionsantrieben
aus Kunststoffen erfüllt. Inzwischen beschäftigt
das Unternehmen 175 Mitarbeiter. Ein
integriertes Managementsystem zur Qualitätssicherung,
Umweltschutz, Arbeitsschutz und Luftund
Raumfahrt wird erfolgreich eingeführt. Auch
in Zukunft werden unsere Kunden das Handeln
aller in der Harmonic Drive AG und für die Harmonic
Drive AG tätigen Menschen bestimmen.
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Unsere Philosophie
Our Philosophy
Herausragende Qualität
Innovation
Service – und das weltweit
Quality
Innovation
Service – Worldwide
Harmonic Drive ®
Als Technologieführer im Bereich
hochpräziser Antriebstechnik – insbesondere
hochuntersetzender,
spielfreier und spielarmer Getriebe –
wollen wir unsere Marktführerschaft
auch im 21. Jahrhundert weiter ausbauen.
Unsere Kernkompetenzen sehen wir in der Entwicklung, Fertigung
und Vermarktung von Einbausätzen, Getriebeboxen, Servo- und
Sonderantrieben in verschiedenen Baureihen und Baugrößen.
Innovative, technologisch ausgereifte Produkte zu entwickeln
und diese erfolgreich am Markt anzubieten, sehen wir ebenso
als Bestandteil unserer Ziele, wie die gemeinsam mit Kunden
erarbeitete, individuell auf deren Bedürfnisse zugeschnittene
Systemlösung.
Die Ausbildung junger Menschen und die Weiterbildung unserer
Belegschaft gehören zu unseren strategischen Zielen. Derzeit
sind zehn Prozent unserer Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
Auszubildende.
Die Basis für die Umsetzung unserer Strategien ist eine glaubwürdige,
auf Mensch und Markt abgestimmte, gelebte Unternehmenskultur.
So gelingt es uns, qualifizierte Fach- und Führungskräfte
an unser Unternehmen zu binden und neue Mitarbeiter
zu gewinnen.
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Gearevolution ®
by Harmonic Drive ®
As a technological leader in the field
of high precision motion control – in
particular high ratio, zero-backlash and
low backlash gears and actuators – we
will further expand our market share in
the 21st century.
Our core competences lie in the development, production
and marketing of gear component sets, gearboxes, servo- and
special actuators in a range of different types and sizes.
The development of innovative, technologically sophisticated
products and their successful placement in the market is a key
target as well as the development of custom-made system
solutions to suit individual customer requirements.
The training of young people is a key strategic activity, as well
as the continuous professional development of our employees.
Currently ten per cent of our employees are apprentices.
The basis for the successful execution of our strategies is a
trustworthy corporate culture which is brought into accord with
man and market. This enables us to retain a loyal core of
experienced personnel and also to recruit highly qualified new
employees.
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Die Bauteile
The Components
Flexspline
Eine zylindrische, verformbare Stahlbüchse
mit Außenverzahnung
A flexible cylinder with external teeth and
a flanged mounting ring
Das Funktionsprinzip
Der elliptische Wave Generator als angetriebenes Teil
verformt über das Kugellager den Flexspline, der sich in
den gegenüberliegenden Bereichen der großen Ellipsenachse
mit dem innenverzahnten, fixierten Circular Spline
im Eingriff befindet.
Mit Drehen des Wave Generators verlagert sich die große
Ellipsenachse und damit der Zahneingriffsbereich.
Da der Flexspline zwei Zähne weniger als der Circular
Spline besitzt, vollzieht sich nach einer halben Umdrehung
des Wave Generators eine Relativbewegung zwischen
Flexspline und Circular Spline um einen Zahn und nach
einer ganzen Umdrehung um zwei Zähne.
Bei fixiertem Circular Spline dreht sich der Flexspline als
Abtriebselement entgegengesetzt zum Antrieb.
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Circular Spline
Ein zylindrischer Ring mit Innenverzahnung
A solid steel ring with internal teeth
Wave Generator
Eine elliptische Stahlscheibe mit zentrischer Nabe
und aufgezogenem, elliptisch verformbarem
Spezialkugellager
The Wave Generator is a thin raced ball bearing
fitted onto an elliptical plug serving as a high
efficiency torque converter
Principle of Operation
The Flexspline is slightly smaller in diameter than the
Circular Spline resulting in it having two fewer teeth on
its outer circumference. It is held in an elliptical shape by
the Wave Generator and its teeth engage with the teeth
of the Circular Spline across the major axis of the ellipse.
As soon as the Wave Generator starts to rotate clockwise,
the zone of tooth engagement travels with the major
elliptical axis.
When the Wave Generator has turned through 180 degrees
clockwise the Flexspline has regressed by one tooth relative
to the Circular Spline.
Each turn of the Wave Generator moves the Flexspline two
teeth anti-clockwise relative to the Circular Spline.

Die Vorteile
The Advantages
Hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer
Aufgrund der geringen Anzahl von Bauteilen erreichen
Harmonic Drive Getriebe weitaus höhere MTBF-Werte als andere
Getriebetypen. Dies wird unterstützt durch die niedrigen
Hertzschen Pressungen im Verzahnungbereich.
Kleine Abmessungen und geringes Gewicht
Aufgrund der hohen Anzahl von im Eingriff befindlicher Zähne
wird das Material beim Harmonic Drive Getriebe besser ausgenutzt
als bei anderen Getriebetypen. Dies führt zu kompakteren
und leichteren Lösungen als bei konventionellen Getrieben.
Hohe Untersetzungen in einer Stufe
Mit nur drei Bauteilen werden Untersetzungen von 30:1 bis
320:1 in einer Stufe erreicht.
Hohe Wirkungsgrade
Im Nennbetrieb werden Wirkungsgrade bis zu 85 % erreicht.
Harmonic Drive Getriebe sind nicht selbsthemmend und weisen
kein Stick-Slip-Verhalten auf.
Hohe Torsionssteifigkeit
Harmonic Drive Getriebe weisen über den gesamten Drehmomentbereich
eine hohe Torsionssteifigkeit mit nahezu linearer
Kennlinie auf.
Spielfreiheit
Harmonic Drive Getriebe weisen über ihre gesamte Lebensdauer
kein Spiel in der Verzahnung auf.
Zentrale Hohlwelle
Harmonic Drive Getriebe bieten die Möglichkeit einer zentralen
Hohlwelle. Kabel, Wellen, Laserstrahlen usw. können so auf
einfache Weise durch die Hohlwelle geführt werden.
Hervorragende Positionier- und Wiederholgenauigkeit
Harmonic Drive Getriebe besitzen eine hervorragende Positioniergenauigkeit
von weniger als einer Winkelminute und eine
Wiederholgenauigkeit von nur wenigen Winkelsekunden.
Produktprogramm
Product Range
Einbausätze
Component Sets
Units
Units
Getriebeboxen
Gearboxes
Harmonic Planetengetriebe
Harmonic Planetary Gears
High reliability and long operating life
Due to the small number of parts Harmonic Drive gears reach
much higher MTBF values than other gear types. This is
supported by the comparatively low Hertzian contact stresses
between the gear teeth.
Small dimensions and low weight
The large number of teeth in engagement ensure that the
material within the Harmonic Drive gear is used to a higher
degree than in any other gear type. This results in more compact
and lightweight gear solutions.
High single-stage reduction ratios
High single-stage reduction ratios ranging from 30:1 to 320:1
can be achieved with only three gear components.
High efficiency
An efficiency of up to 85 % can be achieved under rated operating
conditions. Harmonic Drive gears are not self-locking and
do not exhibit stick-slip effects.
High torsional stiffness
Harmonic Drive gears exhibit very high torsional stiffness over
the complete torque range, as well as almost linear hysteresis
behaviour.
Zero backlash
Harmonic Drive gears exhibit no backlash during their
complete operating life.
Hollow shaft
Harmonic Drive gears provide the option of a central hollow
shaft. This can be used to pass cables, shafts or even laser
beams through the centre of the gear.
Excellent positioning accuracy and repeatability
Harmonic Drive gears provide a positioning accuracy of better
than one minute of arc and a repeatability of just a few seconds
of arc.
Servoantriebe
und Servoregler
Servo Actuators and
Controllers
Mikrogetriebe
Micro Gears
Sonderantriebe
Special Actuators
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Anwendungen Luftfahrt
Redundantes Getriebe
Sicherheitskritische Applikationen gem. FAR 25 fordern, dass ein
einfacher Fehler nicht zu einem katastrophalen Versagen des
Systems führen darf. Da hier nur die prinzipielle Möglichkeit eines
Versagens betrachtet wird, ist bei mechanischen Systemen eine
redundante Auslegung mit parallelem Lastpfad erforderlich, der
nicht durch Einzelversagen blockiert werden kann. Diese Forderungen
haben zu einem speziellen Design mit redundantem
Aufbau geführt. Vorteilhaft ist hierbei die Tatsache, dass das
Harmonic Drive Getriebe zum einen eine geringe Anzahl von
Bauteilen aufweist, und zum anderen die Versagensmuster des
Getriebes bekannt sind. So stellt z. B. die Flexspline-Auslegung
sicher, dass ein Zahnbruch nicht zum Blockieren des Getriebes
führen kann.
Im konkreten Fall (zum Patent angemeldet) werden über eine
gemeinsame Antriebswelle zwei HFUS-Getriebe in Spiegelanordnung
angetrieben, in dem Wave Generator, Flexspline und Circular
Spline doppelt vorhanden sind. Die Konstruktion stellt sicher, dass
die Last auf beide Getriebehälften gleichmäßig verteilt wird.
Kommt es zum Ausfall einer Getriebehälfte, so ist die zweite immer
noch in der Lage, die auftretenden Lasten zu ertragen.
Trolley Lift für Airbus
Im Airbus A380 werden Aufzüge benutzt, um die Essenswagen
zwischen den verschiedenen Stockwerken des Flugzeugs zu transportieren.
Diese Aufzüge sind von der Firma ESW Extel Systems
Wedel entwickelt worden. Für den Antrieb wird aufgrund der
Kompaktheit und Zuverlässigkeit ein Harmonic Drive Getriebe
eingesetzt. Besonderes Augenmerk wird dabei auf eine möglichst
geräuscharme Integration gelegt, um dem Komfortbedarf der
Passagiere Rechnung zu tragen. Der Aufzug selbst ist ein sicherheitskritisches
Bauteil.
Erstmals zum Einsatz gekommen sind die Trolley Lifts an Bord der
A340-600 und versehen hier bereits erfolgreich ihren Dienst. Das
eingesetzte Harmonic Drive Getriebe ist eine modifizierte Unit in
Edelstahlbauweise, bei der die besonderen Einbauverhältnisse
und Umgebungsbedingungen berücksichtigt wurden.
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Aviation Applications
Redundant Gear
Safety critical applications according to FAR 25 require that a single
point failure does not lead to a catastrophic result. This is only based
on the general possibility of such a malfunction, which means that
mechanical systems require a redundant design with a parallel load
path. Furthermore, it has to be ensured that the failure modes allow
that a failure in one path does not block the second load path. These
requirements result in a special design, which provides such a
redundant layout. An advantageous feature of the Harmonic Drive
gear is here the low number of parts and the knowledge of the
different possible failure modes. For example, the Flexspline design
ensures that a tooth crack will not block the gear.
In this specific case (patent applied for), a single input shaft drives
two HFUS gears in mirror arrangement, where Wave Generator,
Flexspline and Circular Spline are doubled. The special design ensures
that the incoming load is distributed over both load paths in an
equal way. In the case of a failure on one gear the second set is still
able to carry the applied loads.
Trolley Lift for Airbus
On board of the Airbus A380 special elevators are used in order to
transport the catering trolleys between the different levels of the
aircraft. These elevators have been developed by ESW Extel Systems
Wedel. Harmonic Drive gears are used for actuation, because of their
compactness and reliability. Special attention was given to a noisereduced
integration in order to reflect passenger demands with respect
to comfort. The lift itself is a safety-critical element.
The trolley lifts have been used first on the A340-600, where they
are now successfully in service. The Harmonic Drive gear used is a
modified unit made in stainless steel, which takes into account the
special requirements with respect to available space and environmental
conditions.

Piloteneingabegeräte
Für die Mensch-Maschine-Schnittstelle ist bei modernen Flugzeugen
mit fly-by-wire die Schaffung eines künstlichen Gefühls
erforderlich, um eine
Rückmeldung über den
aktuellen Flugzustand zu
schaffen. Hierbei wird bei
einigen Militärflugzeugen
erstmals aktives forcefeedback
verwendet. Dies
liefert dem Piloten umgehende
und präzisere Rückmeldungen
über den Flugzustand
seiner Maschine
als dies mit den bisherigen
passiven Systemen möglich
ist. Harmonic Drive Getriebe
werden hier aufgrund ihrer Präzision und Kompaktheit verwendet.
Auswahlkriterien sind eine Vielzahl unterschiedlicher
Aspekte, die diese Getriebe für diese Anwendung als bevorzugte
Wahl kennzeichnen. Zunächst sind hier die Abmessungen und
die exzellente Fühlcharakteristik aufgrund der Spielfreiheit und
des linearen Verhaltens unter Last zu nennen. Weiterhin erlaubt
die Konstruktion der Harmonic Drive Getriebe, detaillierte
Informationen über die Zuverlässigkeit und Versagenstypen
und -wahrscheinlichkeiten zu liefern. Darüber hinaus sind die
jahrzehntelangen Erfahrungen mit Harmonic Drive Getrieben
unter extremen Umweltbedingungen sehr wichtig bei der
Auswahl. Der Kunde hat außerdem die gute und professionelle
Zusammenarbeit in der Angebots- und Entwicklungsphase
ausdrücklich gelobt.
Drohne
Zuverlässige Aufklärung
vor Ort ist eine wichtige
Voraussetzung für die
Arbeit der NATO-Streitkräfte.
Die Drohne KZO der
Rheinmetall Defence Electronics
ist ein Aufklärungsund
Ortungssystem, das
dieses Bildmaterial und
Zieldaten in Echtzeit liefert.
Die Drohne ist „allwetterfähig“
und bei Tag und Nacht einsetzbar. Aktuatoren mit
Harmonic Drive Getrieben werden hierbei als Antrieb für die
Steuerflächen aufgrund ihrer kompakten Abmessungen, Genauigkeit
und Präzision eingesetzt. Weiterhin waren die Überlasteigenschaften
und guten Wirkungsgrade auch bei niedrigen
Temperaturen wichtige Entscheidungskriterien. Die langen und
positiven Erfahrungen mit Harmonic Drive Getrieben in zivilen
Anwendungen im Flügelbereich der Airbus-Familie waren ein
weiterer wichtiger Faktor für den Kunden gewesen, sich für
Harmonic Drive Getriebe zu entscheiden.
Pilot Inceptors
For the human machine interface, modern
fly-by-wire aircraft require a feedback
device which provides information about
the current flight condition to the pilot.
New military airplanes use for the first
time active force-feedback, which has
significant advantages compared to the
more widely used passive systems. In
comparison, this allows the pilot to have
greater situational awareness of the current
flight condition of the aircraft and receive
immediate and proper feedback from it. Harmonic Drive gears
are used as a result of several aspects which make them the
preferred choice for this application: First of all, compactness
and excellent feel quality due to the zero backlash and the
linear behavior under load are of key importance. Furthermore,
the possibility to provide detailed information on reliability
figures and failure modes and probabilities plus the long-term
experience with Harmonic Drive gears under
harsh environmental conditions were
important for the selection. The customer
appreciated as well the professional
support in the proposal and
development phase of the product.
Drone
Reliable reconnaissance is crucially important
in NATO operations. Produced by
Rheinmetall Defence Electronics, the KZO
drone is a reconnaissance and targeting
system capable of providing real-time
imagery and target data. The drone is allweather-capable
and can operate night
and day.
Actuators using Harmonic Drive gears are
used in the control surface actuation system
due to their compactness, accuracy
and precision. Furthermore, overload capabilities
and good efficiency at low temperatures
were important factors as well.
The long and successful experience
with Harmonic Drive gears in civil
applications in the wings of the
Airbus family were another convincing
argument for the customer.
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Weltraum-Projekte mit Harmonic Drive Getrieben
Recent Space Projects using Harmonic Drive Gears
Project (Satellite) Year of Launch Nation
Name
Telecom 2A-D 1991-1996 France
JERS-1 1992 Japan
TOPEX/ Poseidon 1992 USA/France
Hispasat 1A, 1B 1992-1993 Spain
MSTI 1992-1996 USA
ACTS 1993 USA
ETS-VI 1994 Japan
Clementine 1994 USA
SFU 1995 Japan
XTE 1995 USA
Intelsat 7A 1995-1996 International
ADEOS 1996 Japan
Mars Pathfinder 1996 USA
ETS-VII 1997 Japan
MFD 1997 Japan
Haruka (Muses-B) 1997 Japan
Globalstar 1997 USA
TRMM 1997 USA /Japan
Thaicom 1997 Thailand
Indostar 1997 Indonesia
SSTI 1997 USA
Hotbird III & IV 1997-1998 International
Panamsat 1997-1998 USA
Mars Global Surveyor 1998 USA
GFO 1998 USA
COMETS 1998 Japan
Deep Space 1 1998 USA
Eutelsat W24 1998 - France
Iridium 1998 - USA
International Space Station 1998 - International
Mightysat 1998-2000 USA
Kompsat 1999 Korea
Rocsat 1999 Taiwan
FUSE 1999 USA
Quickscat 1999 USA
EO-1 2000 USA
Astra 2B 2000 Luxembourg
Sirius 2000 - USA
Geolite 2001 USA
Quickbird 2001 USA
Sicral 2001 Italy
Orbview-4 2001 USA
DRTS 2002 Japan
USERS 2002 Japan
ADEOS II 2002 Japan
ICESat 2003 USA
HellasSat 2003 Greece
Mars Exploration Rover 2003 USA
VCL 2003 USA
Beagle2 2003 Europe
Muses-C 2003 Japan
ETS VIII 2004 Japan
ALOS 2004 Japan
Selene 2005 Japan
ISS JEM 2006 Japan
12
Anwendungen Raumfahrt
Space Applications
© Contraves Space AG © Contraves Space AG
Septa und Sara Space Aktuatoren
Snecma Moteurs hat in seiner Raumfahrtmechanismen-Gruppe
bereits vor einigen Jahren begonnen, standardisierte Aktuatoren
für die Raumfahrt zu entwickeln und zu fertigen. Je nach
Anwendungszweck und Satellitengröße werden dabei unterschiedliche
Typen benötigt. Ein Hauptanwendungsfeld ist dabei
die Ausrichtung von Solargeneratoren in Richtung zur Sonne.
Dabei muss über den Aktuator auch die gesammelte elektrische
Energie an den Satelliten weitergeleitet werden.
Harmonic Drive Getriebe vom Typ HDUC-14-100 werden schon
seit über zehn Jahren im Antrieb Septa 31 für verschiedene
Satelliten verwendet. Hierbei kann deshalb auf eine entsprechend
langjährige Erfahrung im Orbit zurückgeblickt werden. Trotzdem
ist jeder Einsatz eine neue Herausforderung und erfordert entsprechende
Sorgfalt in der Produktion und Betreuung.
Neu hinzu gekommen ist der inzwischen raumfahrt-qualifizierte
SARA 21, der erstmals ein CSD-20-160 für die Raumfahrt
verwendet.
Septa and Sara Space Actuators
For many years, the Space Mechanisms Division of Snecma
Moteurs has developed and built standardized actuators for
space applications. Depending on the type of application and
size of the satellite, different types are required. One of the main
applications are the solar array drive mechanisms, which orient
the solar panels towards the sun. This means that the electrical
power generated by the solar cells has to be transmitted via the
actuator as well.
Harmonic Drive gears type HDUC-14-100 component sets have
been used for more than ten years in the Septa 31 actuator.
This means that this actuator and therefore the gear can look
back on a very long space heritage. Nevertheless, each project
and application is a new challenge and requires the necessary
carefulness in production and product support.
As a new member in the family, the SARA 21 is now spacequalified.
This actuator uses for the first time a CSD-20-160
component set for space applications.

Stereo Vision Measurement System (SVMS)
Das von Tecnomare (Italien) entwickelte Stereo Vision Measurement
System (SVMS) soll der Kartografierung und Erfassung
von Planetenoberflächen dienen. Hierfür werden zwei Kameras
auf einem Schwenk- und Neigekopf installiert, um eine entsprechende
Ausrichtung auf die zu beobachtenden Objekte zu
erlauben.
Harmonic Drive Getriebe vom Typ HFUC-14-100 in Edelstahl
werden für beide Achsen eingesetzt. Die Harmonic Drive AG
hat dabei unter Reinraumbedingungen geschmierte Getriebe
mit einem entsprechend imprägnierten Lagerkäfig gefertigt.
ROKVISS –
Robotik auf der Internationalen Raumstation
Das Technologieprojekt ROKVISS dient zur Qualifikation, Inflight
Verifikation und Demonstration von Leichtbau-
Robotikkomponenten. Diese Komponenten, entwickelt unter
der Leitung des DLR, Institut für Robotik und Mechatronik,
stellen gegenwärtig die fortschrittlichsten Robotergelenkeinheiten
weltweit dar.
Die wesentlichen Komponenten des Technologievorhabens
sind ein Manipulator mit zwei repräsentativen Gelenkeinheiten,
ein Steuerungsrechner, eine Box zur Unterbringung der notwendigen
Elektronikeinheiten, eine Beleuchtung, die Energieversorgung,
die notwendige Verkabelung sowie eine mechanische
Kontur zur Verifikation der Manipulator-Funktionen.
Als Betriebsarten sind Automatik- und Telepräsenzbetrieb
vorgesehen. Der Telepräsenzbetrieb ist während der Phase des
direkten Funkkontaktes beim Überflug über die Empfangsstation
in Deutschland (German Space Operation Center, GSOC) für
etwa 5 – 7 Minuten möglich. Die gesamte
Datenlaufzeit (Round-trip-time) soll 10
Millisekunden nicht überschreiten.
Stereo Vision Measurement System (SVMS)
Tecnomare (Italy) have developed the Stereo Vision Measurement
System (SVMS) which shall be used for cartography and
planetary exploration. In order to do this, a twin camera system
is installed on a pan and tilt head in order to orient the cameras
towards the objects under observation.
Harmonic Drive HFUC-14-100 component sets, manufactured
in stainless steel, are used for both axes. Harmonic Drive AG
in Limburg has assembled the gear with an impregnated bearing
retainer and also lubricated the gear under clean room conditions.
ROKVISS –
Robotics on the International Space Station
The technology project ROKVISS is a project for qualification,
in-flight verification and demonstration of light-weight robotic
components. These components, developed by the Institute for
Robotics and Mechatronics of the German Aerospace Centre
(DLR), represent the most advanced robotic axes world-wide.
The main components of the technology demonstration are a
manipulator with two representative axes, a control computer,
the storage box for the control electronics, lighting, power
supply, cabling and a mechanical contour to verify the
manipulator functions.
As operational modes both an automatic mode and telepresence
mode are planned. The telepresence mode is possible during
direct radio link with the German Space Operation Center
(GSOC) ground station, which is the case for 5-7 minutes during
fly-over. The complete data transmission time (round-trip) shall
be lower than 10 milliseconds.
13

Verteidigungstechnik Land
Land-based Defence Applications
Waffenstation
Die Bedienung dieser ferngesteuerten Waffenstation
für leichte und mittlere Waffen kann von
einer Person aus dem Inneren des Fahrzeugs erfolgen,
wodurch Vollschutz für den Bediener besteht. Das Gesamtgewicht
der Station ohne Waffe und Munition liegt bei nur
122 kg. Die Funktion des Geräts muss in einem Arbeitstemperaturbereich
zwischen -40° C und +70° C gewährleistet sein
und ist qualifiziert nach Umgebungsbedingungen gemäß MIL-
STD-810 und MIL-STD-461.
Harmonic Drive Getriebe kommen in der Hauptdreh- und
Hauptschwenkachse des Waffenturms und in der Dreh- und
Schwenkachse der Kamera zum Einsatz. Wichtige Entscheidungskriterien
für die Wahl unserer Harmonic Drive Getriebe
waren vor allem die hohe Genauigkeit, das geringe Gewicht,
die Hohlwelle zur Durchführung eines Schleifrings und die
hohe Leistungsdichte. Aufgrund der hohen Anforderungen
wurde eine individuelle Kundenlösung realisiert, bei der u. a.
spezielle Schmierstoffe und Materialien verwendet wurden.
Bombenräumroboter
Harmonic Drive Produkte sind ebenfalls hervorragend geeignet
für militärische Roboter-Applikationen. Die Telerob GmbH
vertraut auf Harmonic Drive Hohlwellen-Units, um den Arm
des Roboters tEODor (telerob Explosive Ordnance Disposal
and observation robots) anzutreiben. Bis Anfang 2004 wurden
bereits mehr als 100 dieser Roboter gebaut. Die Versorgungsund
Signalleitungen können durch die Hohlwelle geführt
werden. Zusätzlich zu der hohen Leistungsdichte und der hohen
Zuverlässigkeit erlaubt das steife Abtriebslager der Getriebeunit
auf eine weitere Lagerung des Explorationsarms zu verzichten.
Spielfreiheit und hohe Kippsteifigkeit sichern
eine präzise und sichere Handhabung.
14
Remote Weapon
Station
This is the only remote weapon station
for light and medium calibre weapons providing
the gunner total protection inside the vehicle at all
times. The complete weight of the station, without weapon
and ammunition, is just 122 kg. It can be operated over a wide
temperature range, between –40° C and +70° C and fulfils
the environmental conditions of MIL-STD-810 and MIL-STD-461.
Harmonic Drive gear component sets and units are used in the
main azimuth and elevation axes of the turret and the azimuth
and elevation axes of the camera. Key criteria leading to the
selection of these products were the high pointing accuracy,
low weight, central hollow shaft for the passage of cabling and
the high power density. The demanding specifications led to
the development of a tailor-made solution, featuring special
materials and special lubricants.
Bomb Disposal Robot
Harmonic Drive products are also ideally suited for military
robotic applications. Telerob GmbH rely on Harmonic Drive
hollow shaft units to drive the arm of their robot tEODor (telerob
Explosive Ordnance Disposal and observation robot). By the
beginning of January 2004 more than 100 robots of this type
had already been built. The power and signal cables can be
passed through the hollow shaft of the unit. In addition to
high power density and high reliability the stiff output bearing
is strong enough to support the arm without requiring additional
bearing support. Zero backlash and high tilting stiffness enable
a precise and safe handling performance.

Kamerakopf
Bei den 2-Achs Schwenkneigeköpfen
werden für die
Azimut- und Elevationsachsen
ausschließlich
Harmonic Drive Antriebe
eingesetzt. Die Schwenkneigeköpfe
zeichnen sich
durch höchste Präzision und Zuverlässigkeit
aus. Sie werden für die optische Beobachtung
und intelligente Sensorkontrollund
Positionieraufgaben für die mobile
Grenzüberwachung, Einsatz in Flugzeugen
und Überwachungseinrichtungen
eingesetzt. Durch den Einsatz
von hochgenauen und spielfreien Getrieben
werden die Systeme den hohen technischen Anforderungen
gerecht. Durch die große Hohlwelle der Getriebe können alle
Kabel für Antrieb und Sensorik innerhalb der Gehäusestruktur
aufgenommen und eine hohe Dichtigkeitsklasse realisiert
werden. Mit einer Richtgenauigkeit von 0,02° (1,2 Winkelminuten)
und einem Temperaturbereich von –40° C bis + 60° C
können die Schwenkköpfe in einem breiten Anwendungsspektrum
eingesetzt werden. Geringes Gewicht und kompakte
Bauform durch den Einsatz von leistungsstarken Antrieben
ermöglichen den Einsatz im mobilen Bereich.
Automatisches
Ladesystem
Der „Leclerc” Kampfpanzer
MBT ist einer der modernsten
Panzer der Welt.
Mobilität, Feuerkraft und
die Sicherheit der Besatzung
waren bei der Entwicklung gleichermassen wichtig. Der
MBT ist in der Lage, den Feind mit einer Geschwindigkeit von
50 km/h auf jedem Gelände bei Tag und bei Nacht unter
allen Bedingungen anzugreifen. Präzises Schnellfeuern während
der Fahrt wird durch das automatische Munitionsladesystem
für die lange NATO 120 mm Kanone möglich.
Anstatt der üblichen Vier-Mann-Besatzung kann durch das
automatische Ladesystem auf ein Besatzungsmitglied verzichtet
werden. Das automatische Ladesystem ermöglicht die Lagerung
der Munition getrennt von der Mannschaft in separaten Fächern,
wodurch Sicherheit und Komfort für die Crew deutlich verbessert
werden. Im Turm ist der Platz nur begrenzt, daher waren
Harmonic Drive Getriebe mit ihren kompakten Abmessungen,
der hohen Drehmomentkapazität und der bewährten Zuverlässigkeit
die beste Wahl für den Einsatz im Panzer „Leclerc“.
Camera Head
Harmonic Drive gears are used for the azimuth- and elevationaxes
of the 2-axis tilting heads. These tilting heads are particularly
precise and reliable and can fulfil advanced requirements for
observation and reconnaissance systems for border observation
and security applications. The tilting head can be used to
position a variety of sensors and/or cameras. A hollow-shaft
passing through the azimuth-gear is used in combination with
a special slip ring to pass the cable from the sensor/camera
to the control unit. This allows complete 360 degree observation.
The tilting head achieves a positioning accuracy of 0,02° and
can be used over a wide temperature range (-40° C - +60° C).
The low weight and compact dimensions
make these tilting heads ideal for highly
mobile “pack-and-go” applications.
Automatic Loading System
The Leclerc Main Battle Tank (MBT) is one of the most advanced
tanks operating in the world today. Mobility, firepower and
crew survivability have been treated with equal importance in
the design of this MBT. It is capable of engaging the enemy at
50 km/h on any terrain, at day or night and in any weather
conditions. Its precise high-rate fire-on-the-move capability is
enabled by an automatic ammunition loading system for the
long NATO 120 mm gun.
The automatic loading system allows the crew to be reduced
to three from the normal four. By allowing the ammunition to
be stored in compartments separate from the crew positions
the automatic loader is also a major contribution to improved
crew survivability and comfort. The limited space available
inside the turret made Harmonic Drive
component sets the logical choice of
gear for the automatic loading
system because of their compact
dimensions, high torque capacity
and proven reliability.
15

Verteidigungstechnik Marine
Marine Defence Applications
16
Marineleichtgeschütz
Bei dem MLG (Marine-Leichtgeschütz) wurde bei der Waffenentwicklung
eigenes Know-how mit anspruchsvoller Technik
kombiniert . Für die Durchlade- und Sicherungseinrichtung des
MLG, welches in der Marine und beim Eurofighter eingesetzt
wird, setzt man auf bewährte und zuverlässige Antriebstechnik
der Harmonic Drive AG.
Zur Sicherung der Patrone wird während der Passivzeiten die
Patrone aus der Schussposition geschwenkt und somit gesichert.
Die platzsparende Ausführung bei hoher Zuverlässigkeit und
Lebensdauer waren ein wichtiges Auswahlkriterium für die
Antriebstechnik aus Limburg. Die korrosionsgeschützte Ausführung
lässt ein breites Anwendungs- und Temperaturspektrum
zu.
Hubschrauberlandehilfe
Das stabilisierte, horizontale Referenz-System (SHRS) stellt eine
Ergänzung des stabilisierten Gleit-Neigungs-Anzeigers (SGSI)
und der Flugdeckbeleuchtung dar und ist eine sinnvolle Ergänzung
der Systeme für visuelle Landungsunterstützung.
Das System ist mit Leuchtpanels, bestehend aus zwei Referenzleuchten,
die an der Gesamtkonstruktion des Schiffes befestigt
sind, und einem Überrollbügel, der in der Mitte zwischen den
beiden fixierten Panels drehbar gelagert ist, ausgestattet. Die
Harmonic Drive Getriebe kommen in der Azimut-Achse zum
Einsatz. Die entscheidenden Kriterien wie hohe Präzision,
kompakte Abmessungen, die Realisierung einer kundenspezifischen
Lösung und das Stick-Slip-Verhalten führten zum Einsatz
der Harmonic Drive Getriebe.
Light Naval Gun
The new MLG light naval gun is a remotely operated, autonomous
system equipped with an integrated fire control unit. As primary
or secondary armament, the new gun – coupled with highperformance
FAPDS ammunition – is ideal for major surface
combatants and support vessels operating in coastal areas and
harbours. Another version of this weapon is also used on the
Eurofighter aircraft. Harmonic Drive technology is applied in
the loading and locking device.
The shell is moved out of the shooting position when the weapon
is passive using a Harmonic Drive component set. The main
criteria leading to the selection of this product were the compact
design, high reliability and long operating
life. The corrosion resistant materials also
allow the weapon to be used over a wide
operating temperature range in different
operating environments.
Helicopter Landing Aid
The Stabilised Horizon Reference System (SHRS) has been
designed to complement the Stabilised Glide Slope Indicator
SGSI and flight deck lighting to provide a total suite of visual
landing aids. The system is fitted with electroluminescent panels
and comprises two fixed illuminated reference lights that are
fitted to the ship´s main structure and a roll bar pivoted in the
centre between the two fixed panels. The SHRS provides a “True
Horizon” reference to the pilot by utilising the ship´s main gyro
signal to drive the bar in an equal and opposite direction to
the ship´s roll motion. Harmonic Drive gears are used for the
azimuth-axis. The main criteria leading to the selection of these
products were the high precision, compact design, absence
of stick-slip effects and customer-specific
modification to suit the demanding
marine environment.

Eigenschaftsprofil
Main Features
Specification and Standards
Harmonic Drive gears are in used if one or more of the
following requirements needs to be fulfilled:
Large reduction ratios in a single stage
High torque /weight ratio
High repeatability
Zero backlash
Maintenance-free
MTBF greater than 2 Mio. FH
Failure rates below 1 E-8 … 1 E-10 / FH
Joint Strike Fighter
Airbus A380
We satisfy all these requirements.
Harmonic Drive gears and actuators have been qualified
according to:
RTCA DO-160
MIL-STD-810
DEF-STAN 00-35
ECSS-E-30 Part 3A
ECSS-Q-70B
JAR 25 / FAR 25
Spezifikation und Standards
Harmonic Drive Getriebe werden eingesetzt, wenn eine oder
mehrere der folgenden Forderungen erfüllt werden müssen:
Hohe einstufige Übersetzung
Hohes Drehmomenten-Leistungsgewicht
Hohe Wiederholgenauigkeit
Spielfreiheit
Wartungsfreiheit
MTBF größer 2 Mio. Fh
Ausfallrate unter 1E-8 ... 1E-10/ FH
Wir erfüllen alle diese Forderungen.
Harmonic Drive Getriebe und Aktuatoren
sind qualifiziert nach:
RTCA DO-160
MIL-STD-810
DEF-STAN 00-35
ECSS-E-30 Part 3A
ECSS-Q-70B
JAR 25 / FAR 25
17

Wege zum Leichtbau von Harmonic Drive Getrieben
Weight-reduction Strategies for Harmonic Drive Gears
18
Planetary 1 st stage
Flexspline
Lightweight Harmonic Drive
Shape optimization Surface Coating Materials
Wave Generator Circular Spline
Titanium Titanium Compound Aluminium/Steel
Aluminium
Ceramic Balls
Aluminium/Surface coated Titanium
Für Anwendungen, die ein geringeres bis mittleres Drehmoment,
geringere Steifigkeit oder niedrigere Lebensdauer zulassen als
bei unseren Standardgetrieben, existieren verschiedene
Strategien für beträchtliche Gewichtseinsparungen.
So kann z.B. eine Planetengetriebevorstufe verwendet werden,
wodurch die Gesamtuntersetzung des Getriebes erhöht wird,
um so kleinere und leichtere Motoren verwenden zu können.
Weiterhin kann der Querschnitt des Circular Splines optimiert
werden, z. B. durch einen T-förmigen Querschnitt. Die niedrigen
Hertzschen Pressungen in der Verzahnung erlauben außerdem
die Verwendung von leichten Nicht-Eisen Werkstoffen für
Circular Spline und den Wave Generator Plug.
Insgesamt können so Gewichtseinsparungen von mehr als 50 %
im Vergleich zu Standardgetrieben möglich gemacht werden.

For applications where the required torque
capacity, torsional stiffness or rated
operating life are lower than for standard
gears there is a variety of strategies which
can lead to substantial weight reduction.
A planetary gear stage integrated within
the wave generator can be used to increase
the overall reduction ratio of the gear and
allows a smaller, lighter motor to be used.
Another strategy is to optimize the shape
of the Circular Spline, e.g. with a
T-shaped cross-section. The low Hertzian
pressures in the tooth system also allow
the use of lightweight, non-ferrous metals
for the Circular Spline and Wave Generator
plug, which can reduce the weight of the
gear by more than 50 % compared to the
standard gear.
Circular Spline
Flexspline
Wave Generator Plug
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
HFUC-20 Einbausatz / Component Set
0.26
T2=92 Nm
Standard
Standard
Standard
0.193
T-Shaped
Cross Section
Standard
Aluminium
0.137
0.191
Steel / Aluminium
Compound
Standard
Aluminium
0.136
Weight (kg)
Aluminium
Standard
Aluminium
0.136
0.191 0.191
19

Lebensdauer und Zuverlässigkeit
Lifetime and Reliability
Auch wenn der Flexspline elastisch verformt wird, so ist durch
die Konstruktion sicher gestellt, dass dieser im dauerfesten
Bereich betrieben wird. Nur bei extrem hohen Lasten oberhalb
des Kollisionsmomentes befindet man sich im zeitfesten Bereich.
Für alle normalen Betriebszustände ist das Wave Generator
Lager das lebensdauerbestimmende Element. Das Ende der
Lebensdauer wird mit dem Beginn der Pitting-Bildung in den
Laufflächen erreicht, wobei dann noch eine erhebliche
Laufreserve vorliegt.
Der Verschleiß im Verzahnungsbereich ist aufgrund der geringen
Hertzschen Pressungen und niedrigen Gleitgeschwindigkeiten
sehr gering. Hier erweist es sich als vorteilhaft, dass bis zu
30 % aller Zähne gleichzeitig zur Drehmomentenübertragung
beitragen.
Although the flexspline is deformed elastically, the design
ensures that it is operated in the infinite fatigue life region.
Only under very extreme torque levels above the momentary
peak torque is the gear operating in the region of finite fatigue
life. For all normal operating modes the life of the gear is limited
by the Wave Generator bearing. The end of life is reached with
the beginning of pitting on the bearing races. At this time,
there is still a large operating reserve existent.
Wear in the tooth system is very small due to the low Hertzian
contact stresses and the low sliding speeds. Here, the large
number of teeth engaged in the torque transmission (up to
30 %) is a great advantage.
20
Normiertes Lastmoment [Nenndrehmoment TN = 1]
Normalised load torque [Rated torque TN = 1]
18
17
16
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
~ ~
10 5
10 6
Grenze für Buckling Drehmoment / Limit for buckling torque
Grenze für Ratcheting Drehmoment / Limit for ratcheting torque
Wave Generator Lebensdauer L 10 / Wave Generator L 10 life
Grenze für Flexspline Zahnfußfestigkeit / Fatigue limit for Flexspline tooth root
Grenze für Kollisionsmoment / Limit for momentary peak torque
Grenze für wiederholbares Spitzendrehmoment / Limit for repeated peak torque
10 7
Nenndrehmoment / Rated torque [T N]
Anzahl Wave Generator Umdrehungen / Number of Wave Generator revolutions
10 8
10 9
10 10

Bauweisen und Varianten
Bauweisen und Varianten
Flexibilität in der Konstruktion
Sowohl beim Kernprodukt Harmonic Drive Getriebe als auch
bei der umliegenden Konstruktion konnte die Harmonic Drive
AG in den vergangenen Jahren die Modularisierung der Konstruktion
verbessern. Dies erlaubt eine schnellere und bessere
Anpassung an die konkreten Applikationsanforderungen.
Ausgehend von diesen Lösungen existiert ein breiter Erfahrungsschatz,
der sich auch auf die vitalen Elemente der Schmierung,
Werkstoffe, Dichtungen und Klebstoffe erstreckt. Dieses
Wissen aus einer Vielzahl von Anwendungen unter den verschiedensten
Bedingungen steht für zukünftige, innovative
Aufgabenstellungen zur Verfügung.
Flexibility in Design
Harmonic Drive AG has been able to improve the modularity
of both the core Harmonic Drive gear and surrounding design
elements in the past few years. This now allows a much faster
and improved adaptation to specific application requirements.
Based on these solutions, a broad range of experience has been
gathered regarding related subjects such as lubrication, materials,
sealing and adhesives. This know-how from a vast range of
different applications under various operating conditions can
be applied to new, innovative tasks.
21

22
Harmonic Drive Technologie – Antriebsauslegung
Harmonic Drive Technology – Engineering Support
CAD Computer-aided Design
Zur Konstruktion aller neuen Produkte nutzt die
Harmonic Drive AG die aktuellste 3D-CAD Software.
Daten für unsere Standardprodukte sind auf unserer
Homepage verfügbar und können auf Wunsch
in den verschiedensten Formaten bereit gestellt
werden.
CAD Computer-aided Design
Harmonic Drive AG uses the latest 3D-CAD
software to design all new products. Data
is available for standard products via the
Internet and files can be made available
in a variety of formats at customer request.
CAE Computer-aided Engineering
FEM-Software wird nicht nur für die Dimensionierung
mechanischer Komponenten, sondern auch für die elektromagnetische
und thermische Analyse von Motorkomponenten
eingesetzt.
CAE Computer-aided Engineering
Finite-element software is used not only for the dimensioning
of mechanical components but also for the electro-magnetic
and thermal analysis of motor components.

System Simulation
Um die Entwicklung und Konstruktion komplexer mechatronischer
Lösungen zu beschleunigen, wendet die
Harmonic Drive AG moderne Simulationssoftware wie
MATLAB und SIMULINK an. Modelle mechanischer und
mechatronischer Produkte können auf Wunsch zur Verfügung
gestellt werden.
System Simulation
To accelerate the design and development of complex
mechatronic solutions, Harmonic Drive AG also employs
modern simulation software such as MATLAB and SIMU-
LINK. Models of both mechanical and mechatronic products
can be provided at customer request.
Fordern Sie uns heraus, wir beraten Sie gerne.
Please get in touch with us – we look forward to
helping you.
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Bilder mit freundlicher Genehmigung von:
Photos shown with kind permission of:
Airbus S.A.S.
Deutsche Lufthansa AG/Werner Krüger
European Space Agency - esa
Lockheed Martin Aeronautics Company
National Aeronautics and Space Administration (NASA)
Contraves Space AG
Rheinmetall Defence Electronics
ESW Extel Systems Wedel
EADS Space Transportation
Kongsberg Gruppen ASA
05/2006 900121
Harmonic Drive AG
Hoenbergstraße 14
65555 Limburg/Lahn
Telefon + 49 (0) 64 31- 50 08 - 0
Telefax + 49 (0) 64 31- 50 08 - 18
www.harmonicdrive.aero
info@harmonicdrive.aero