Trocken geschmiert - Harmonic Drive AG

Antriebstechnik
hh
Antriebstechnische Anwendungen, bei denen unter besonderen
Umgebungsbedingungen produziert und gefertigt werden muss,
nehmen mehr und mehr zu. Das heißt, dass neben der Anpassung
an die Umgebung auch eine sehr hohe Präzision der Aktoren und
Handlingwerkzeuge gefordert sind. Eine Lösung sind hier die
schmierstofffreien Getriebe von Harmonic Drive.
Trocken
geschmiert
Die Fertigung von CDs, DVDs und Blue-Ray-Discs sowie die immer
höheren Bestückungsdichten von integrierten Halbleitern
zählen zu den anspruchsvollen Produktionstechniken. Ähnliches
gilt für neuartige Beschichtungen von Werkzeugen und
Automobilbauteilen. Waren es bislang vor allem Reinraumanforderungen
prägend, so entwickeln sich die Fertigungsprozesse
für die Hochtechnologie inzwischen weiter. Die Bestrebungen
gehen in Richtung Ultrahochvakuum – etwa für Abscheide-
Technologien oder in Richtung Tieftemperaturtechnik; unter
anderem zur Nutzung von supraleitenden Materialien für Messungen
und Grundlagenuntersuchungen.
Einige dieser Aufgaben werden von Harmonic Drive erfolgreich
bedient – mit besonderen Getrieben, die auf eine Fett- oder
Ölschmierung verzichten. Flüssigschmierstoffe haben bei sehr
niedrigen Temperaturen (-100°C bis -270°C) den Nachteil, dass
sie eine sehr hohe Viskosität erreichen oder gar komplett verfestigen.
Im Vakuum zeigen die meisten dieser Schmierstoffe ein
sehr ungeliebtes Verhalten: Das Ausgasen von Komponenten, die
das Vakuum verschmutzen. Wenn man auf Flüssigschmierung
angewiesen ist, bleibt keine Alternative zu einem vakuumtauglichen
Schmierstoff beziehungsweise einem Sperrluftanschluß,
der kontinuierlich über den Antrieb absaugt und eine
Kontamination der eigentlichen Kammer verhindert. Reichen
diese Maßnahmen nicht aus, ist man gezwungen auf ein anderes
Schmierstoffkonzept zu wechseln: Die Trockenschmierung. Hier
werden auf den Kontaktflächen besondere Beschichtungen aufgebracht,
die ein Fressen und den
vorzeitigen Verschleiß der Flächen
vermeiden.
Zwei Klassen von Schmierstoffen
unterscheidet man hier: „Weiche“
Schmierstoffe, die über ein Gleiten
von wenig miteinander verbundenen
Schichten eine entsprechende
Bewegung erlauben. Graphit, Blei
Das Unternehmen
oder auch MoS2 sind typische Vertreter dieser Familie. Die
andere Gruppe geht den entgegengesetzten Weg: Über die Beschichtung
mit superharten Schichten werden der Verschleiß
soweit wie möglich verhindert und eine entsprechende Lebensdauer
erreicht. Diamantartige Kohlenstoffschichten (Diamondlike
Carbon/ DLC) sind ein Beispiel für diese Schichten. Für
beide Typen gilt, dass die Beschichtung als einer der letzten
Fertigungsschritte vorgenommen werden muss, um Beschädigungen
zu vermeiden. Um eine gleichmäßige Beschichtung
komplexer Zahngeometrien sicher zu stellen ist man allerdings
in Prozesstemperatur und Schichtdicken eingeschränkt.
Mit beiden Beschichtungsarten wurden in den letzten Jahren
bei der Harmonic Drive AG verschiedene Versuche und Tests
gefahren. Zunächst unter atmosphärischen Bedingungen, zunehmend
aber auch im Vakuum. Ein starker Antreiber ist hier die
Raumfahrt. Generell verhalten sich die Schichten unter Vakuum
deutlich anders, da die in der normalen Atmosphäre vorhandene
Feuchtigkeit mit zum Schmiersystem an den Kontaktflächen
beiträgt. Was in Luft funktioniert, funktioniert nicht unbedingt
unter Vakuum, das gilt auch umgekehrt: Gerade MoS2 reagiert
sehr empfindlich auf Feuchtigkeit. Beide Beschichtungsarten
können nur so gut funktionieren, wie es die Haftung auf dem
Trägermaterial zulässt – was eine der größten Herausforderungen
darstellt. Nach anfänglichen Schwierigkeiten, insbesondere
bei der Haftung auf hochfesten Edelstählen, werden inzwischen
durch entsprechende Vorbehandlung der Oberflächen
Gegründet wurde Harmonic Drive im Jahr 1970 in Langen bei Frankfurt/Main. Die Expansion des Unternehmens
führte dann 1988 zur Verlegung des Firmensitzes nach Limburg/Lahn. Im Jahr 2000 wurde aus
der Harmonic Drive GmbH die Harmonic Drive AG. Das Portfolio reicht von Einbausätzen und Units, über
Getriebeboxen und Planetengetriebe bis hin zu Servomotoren und -antrieben. Hinzu kommen Sonderantriebe
sowie Antriebssysteme nach Kundenwunsch.
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Juni 2010
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Antrieb von Harmonic Drive
in Flüssigstickstoff
und eine Bearbeitung unter Reinraumbedingungen deutliche
Verbesserungen erzielt. Weiterhin mussten die Fertigungstoleranzen
angepasst werden, um die zusätzliche Dicke der aufgetragenen
Schichten (meist wenige μm) zu kompensieren. So
konnten die Lebensdauern der Schichten inzwischen mehr als
verdoppelt werden.
Das Leistungsspektrum
der Getriebe erweitern
Damit ist es nun möglich, in kleinen Schritten aus Forschungsund
Testanwendungen erste Projekte in eher industriellen
Prozessen zu bedienen. Die Erkenntnisse werden übrigens nicht
nur für Harmonic Drive-Getriebe, sondern auch für Sonderzahnräder,
wie schmierstofffreie Stirnräder, eingesetzt. Hier
konnte die breite Erfahrung in der Entwicklung von besonderen
Verzahnungsgeometrien erfolgreich genutzt werden. Allerdings
wachsen die Bäume nicht in den Himmel: Von der Lebensdauer
einer Fettschmierung ist man noch weit entfernt. Trotzdem gibt
es immer mehr Anwendungen, die mit den erreichten Werten
von mehreren tausend Abtriebsumdrehungen ausreichend
bedient werden können.
Einen hohen Einfluss hat dabei die zu übertragende Last
und die Drehzahl: In beiden Fällen nimmt die Lebensdauer mit
Zunahme dieser Parameter ab einer gewissen Grenze überproportional
ab. Man ist also auf geringe bis normale Lasten sowie
niedrige Drehzahlen beschränkt. Diese Grenzen zu erweitern
und damit das Leistungsspektrum trockengeschmierter Getriebe
zu erweitern, ist die Aufgabe der kommenden Jahre. Bis daraus
aber ein Standardprodukt wird, das wie die fettgeschmierten
Varianten per Katalog bestellt werden kann, ist noch einiges zu
tun. Dr. Ingolf Schäfer, Harmonic Drive/st
/Schmierstofffreie Getriebe/ /Kennziffer 60/
Harmonic Drive, Limburg, Tel. 06431/5008-0, Fax 5008-119, www.harmonicdrive.de
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/Kennziffer 2/