Aerodynamik und Energieeffizienz

EDITION 2/2015
GRUNDLAGENFORSCHUNG
Aerodynamik und Energieeffizienz
BASIC RESEARCH
Aerodynamics and Power Efficiency
I N H A LT C O N T E N T
EDI T ION EDITION
EDI T ORIA L EDI T ORIA L
„Verantwortung für kommende
Generationen übernehmen“
„Taking responsibility for
future generations“
2/20 15
04
04
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19
ENTWICKLUNG DEVELOPMENT Harmonic Drive® Technologien für Fahrzeugentwicklung
Harmonic Drive® Technologies for vehicle development
Liebe Leserinnen, liebe Leser,
Dear readers,
die Zukunft liegt in unseren Händen. Wir sind aufgerufen, Verantwortung
für kommende Generationen zu übernehmen. Dieser Aufgabe stellt sich
die Harmonic Drive AG: Mit jeder Idee, jeder Entwicklung, mit all unseren
Produkten wagen wir einen Blick in die Zukunft.
The future is in our hands. We are called to take responsibility for future
generations. Harmonic Drive AG takes this task seriously: with every
idea, every development and each of our products we take a step into
the future.
In dieser Ausgabe der newdrive zeigen wir, wie unser Unternehmen den
Aufgaben der kommenden Technologien begegnet: zum Beispiel mit einer
30 %igen Gewichtseinsparung bei Harmonic Drive® Leichtbauunits für
industrielle Anwendungen.
In this edition of newdrive, we demonstrate how our company is meeting
the challenges of future technologies: for example, by achieving a 30%
weight saving in our Harmonic Drive® lightweight units designed for
industrial applications.
Für mehr Energieeffizienz sorgt die Harmonic Drive AG mit Servoantrieben und -reglern in der industriellen Entwicklungsarbeit und bei der universitären Grundlagenforschung. Aerodynamische und aeroakustische
Versuche machen es so möglich, echte Fahrsituationen zu simulieren.
Damit stellen wir uns einem der wichtigsten Zukunftsthemen.
For increased energy efficiency, Harmonic Drive AG offers matched
servo actuators and servo controllers for industrial development and
for fundamental academic research. One application in aerodynamic
and aeroacoustics makes it possible to simulate real driving conditions
enabling us to address an important issue of the future.
HARMONIC DRIVE® LEICHTBAU UNITS
HARMONIC DRIVE® LIGHTWEIGHT UNITS
Reduziertes Gewicht bietet mehr Anwendungsmöglichkeiten
Weight reduction offers more potential applications
KONSTRUKTIONSWETTBEWERB DESIGN COMPETITION
Studenten konstruieren und fertigen Formel-Rennwagen
Race car designed and manufactured by Students
NEUE PRODUKTREIHE SHG NEW SHG SERIES
Größte Hohlwelle für höchste Lasten
Largest hollow shaft for maximum loads
AUSBILDUNG TRAINING
Technik begeistert!
Enthusiasm for engineering!
NEUIGKEITEN NEWS
Jubilare / Messetermine
Anniversaries and Exhibition dates
Die Baureihe SHG ist für zukunftsorientierte Anwendungen konzipiert: The SHG Series is designed for future-oriented applications. The series
Höhere Spitzendrehmomente, präzise Übertragung von hohen Nutzlas- features increased peak torques, precise transmission of high payloads,
ten, die große Hohlwelle und eine lange Lebensdauer selbst bei extremen large hollow shafts and a long service life even at extreme ambient
Umgebungstemperaturen zeichnen diese Baureihe aus.
temperatures.
Zwei Aktivitäten für eine konkrete Nachwuchsförderung sind beispiel- Two activities provide concrete examples of how we encourage young
haft: Die Formula Student erlaubt Studenten praxisnahe Erfahrungen talent. Formula Student enables students to gain practical experience
mit Konstruktion, Fertigung und Wirtschaftlichkeit im Automobilbau zu in design, manufacturing and the economic aspects of the automotive
machen. Die Initiative unseres Mitarbeiters Dr. Andreas Kayser zeigt hin- industry. In addition, the initiative by Dr. Andreas Kayser shows how
gegen, wie an Schulen das Interesse von Jugendlichen für Technik geweckt working in schools can stimulate young people‘s interest in technology.
werden kann.
You are all invited to join us on this exciting journey. It‘s never too early
Sie alle sind eingeladen, neue Wege mit uns gemeinsam zu gehen. Denn to plan for the future!
das Morgen denken wir schon heute mit.
Ihr Yours
Ekrem Sirman
Vorstandsvorsitzender der Harmonic Drive AG
President and CEO of Harmonic Drive AG
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EN T W ICKLUNG DEVELOPMENT
windkanal den gestiegenen Anforderungen der Fahrzeughersteller an.
Er verfügt über eine horizontale Luftführung mit offener FreistrahlMessstrecke. Mithilfe eines innovativen 3/5-Band-Systems können die
drehenden Räder und der gegenüber dem Fahrzeug bewegte Boden einer
Straßenfahrt im Fahrzeugwindkanal simuliert werden, sowohl hochgenau
für z.B. Sportwagen als auch einfach handhabbar für Serienfahrzeuge.
Damit sollen die Anströmbedingungen eines rollenden Autos möglichst
realitätsnah dargestellt werden.
Dazu treiben schwere Turbinenschaufeln die Luft im Kreislauf durch die
Messkammer, in der das Auto steht. So wird der Fahrtwind über Kühlerhaube und Windschutzscheibe geblasen und durch Lüftungsschlitze und
Radkästen gedrückt. Bei einer optimalen Aerodynamik fährt das Fahrzeug stabiler und verbraucht weniger Kraftstoff.
Um solche Tests zukünftig auch mit Seitenwind durchzuführen, haben
es die Ingenieure des FKFS im Zuge der Modernisierung des Windkanals
ermöglicht, jetzt auch praxisnahe Situationen wie das Fahren in turbulenter Luft, das Hineinfahren in einen Tunnel oder sogar das Herausfahren aus
dem Windschatten eines LKWs zu simulieren.
Modernisierter Windkanal für noch effizientere
und sicherere Kraftfahrzeuge
Harmonic Drive® Technologien
für Fahrzeugentwicklung
Das Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren
Stuttgart (FKFS) betreibt in vier Windkanälen industrielle Entwicklungsarbeit und universitäre Grundlagenforschung. Schwerpunktmäßig werden dort aerodynamische und aeroakustische Versuche
sowie Thermomanagementexperimente durchgeführt. Der erst im
Jahr 2014 optimierte aeroakustische 1:1-Fahrzeugwindkanal gehört
zu den modernsten und leistungsfähigsten in Europa. Um echte Fahrsituationen im Test exakt simulieren zu können, wurden umfangreiche
technische Veränderungen an der Gesamtkonzeption des Windkanals
vorgenommen. Hierzu leisteten die Produkte der Harmonic Drive AG
einen wesentlichen Beitrag.
Der Klimawandel stellt für unsere Umwelt eine der tiefgreifendsten Veränderungen dar. Trotz intensiver Anstrengungen von Forschung, Wirtschaft
und Politik steigt die Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre weiter an. Im Bewusstsein der Menschen hat es sich noch nicht verankert, dass die Auswirkungen einer erhöhten CO2-Emission unmittelbar
„vor der Haustür“ spürbar sind und auch durch die Nutzung von Geräten
des alltäglichen Gebrauchs beeinflusst werden.
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Auch Kraftfahrzeuge tragen wesentlich zu dieser negativen
Klimaentwicklung bei. Deshalb intensivieren Fahrzeughersteller ihre Forschung und Investitionen, um effiziente Produkte mit einem niedrigen CO2-Ausstoß anzubieten. Dies
wird umso wichtiger, da Hybrid- und Elektroautos dieses
Problem alleine nicht lösen können. Dem gegenüber stehen sehr hohe Produktionskosten, fehlende Infrastruktur
und mangelnde Kundenakzeptanz. Bei der Optimierung der
Energieeffizienz von Fahrzeugen spielte in den letzten Jahren
die Gewichtsreduzierung eine wesentliche Rolle. Jetzt gewinnt
wieder der Aspekt der Aerodynamik stärker an Bedeutung. Dies
geschieht auch vor dem Hintergrund, dass gerade Elektrofahrzeuge aufgrund der niedrigen Batteriekapazitäten sehr effizient
sein müssen.
Kompakte Bauform und Positioniergenauigkeit
Dafür wurden acht bewegliche Flügel am Düsenausgang angebracht, die
durch den Einsatz von Harmonic Drive® Antrieben um einen Winkel von
bis zu zwölf Grad dynamisch schwenkbar sind. Sie lassen sich pro Sekunde
bis zu zehn Mal exakt hin- und herschwingen. Erst dadurch können auch
komplizierte Windsituationen nachgefahren werden.
Das FKFS vertraut dabei ganz bewusst auf Produkte der Harmonic Drive AG.
Die im Windkanal eingesetzten Servoantriebe der Baureihe LynxDrive®
sowie die universellen Servoregler der Baureihe YukonDrive® besitzen eine
äußerst kompakte Bauform und erreichen höchste Positioniergenauigkeit.
Die Verbindung dieser beiden Komponenten ermöglichte dem Forschungsinstitut die optimale konstruktive Lösung für den Windkanal. Durch ihre
spezifischen Eigenschaften sind sie hervorragend für den Einsatz in einer
hochtechnologisierten Anwendung geeignet. Durch die gezielte Auswahl
von Harmonic Drive® Technologien konnten die gewünschten Innovationen im Bereich Aerodynamik realisiert werden.
Fahrzeughersteller schätzen wirkungsvolle Windsimulation
Darüber hinaus realisierte das FKFS auf dem Gebiet der Aeroakustik eine
weitere Änderung, die den modernisierten Windkanal für Hersteller
von Kraftfahrzeugen noch attraktiver macht: durch spezielle
Leit- und Absorptionselemente wurde das Eigengeräusch
des Windkanals weiter gesenkt. Somit werden Windgeräusche vom Fahrzeug besser hörbar und können unmittelbar optimiert werden.
Mit dieser Kombination aus technologischen Verbesserungen, wozu auch
Harmonic Drive® Produkte beigetragen haben, und dem spezialisierten
Know-how der Mitarbeiter ist das
Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren
einer der innovativsten deutschen Entwicklungsdienstleister in der internationalen Automobil und Zulieferbranche.
Reale Anströmbedingungen im Windkanal
Aus diesem Grund passte das Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen
und Fahrzeugmotoren Stuttgart (FKFS) seinen Aeroakustik-Fahrzeug-
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EN T W ICKLUNG DEVELOPMENT
Modernized wind tunnel for more efficient and
safer motor vehicles
Harmonic Drive® Technologies
for vehicle development
The Research Institute of Automotive Engineering and Vehicle Engines
Stuttgart (FKFS) offers four wind tunnels for carrying out industrial
development work and fundamental academic research. The primary
focus is on aerodynamic and aeroacoustics testing as well as thermal
management experiments. The 1:1 vehicle aeroacoustics wind tunnel,
which was modernised in 2014, is one of the most modern and powerful
tunnels in Europe. In order to precisely simulate real driving conditions
in the test, comprehensive technical modifications were made to the
overall design of the wind tunnel. Here products from Harmonic Drive
AG servo range have made a significant contribution to this process.
Climate change is set to be one of the most dramatic changes to our
environment. Despite intensive efforts from the fields of research,
economics and politics, the concentration of greenhouse gases in the
atmosphere continues to rise. People have not yet fully accepted that
the effects of increased CO2 emissions can be felt »in our own backyard«
and are also influenced by the use of everyday devices.
cannot solve this problem alone. They are plagued by issues such as very
high production costs, lack of infrastructure and low levels of customer
acceptance. For the optimisation of energy efficiency in vehicles, weight
reduction has played an important role in recent years. Now, the subject
of aerodynamics is gaining in importance. This is also influenced by the
fact that electric vehicles have to be extremely efficient due to their low
battery capacities.
Real air flow conditions in the wind tunnel
For this reason, the Research Institute of Automotive Engineering and
Vehicle Engines Stuttgart (FKFS) has adapted its vehicle aeroacoustics
wind tunnel to meet the increased requirements of vehicle
manufacturers.
It has a horizontal routing of air flow with an open free-flow jet test
section. Through the use of an innovative 3/5-belt system, the rotating
wheels and the moving ground of a road surface can be simulated in
the vehicle wind tunnel both with high precision e.g. for sports cars and
in a simpler process for mass-production vehicles. In this way, the air
flow conditions for a moving car can be represented as realistically as
possible.
Heavy-duty turbine blades drive the air in a circuit through the
measuring chamber where the car is positioned. The air flow is blown
over the bonnet and windscreen and through vents and wheel arches.
With optimised aerodynamics, the vehicle travels with more stability
and uses less fuel.
In order to also carry out these tests in future with a side wind, during the
wind tunnel modernisation the engineers at FKFS ensured that practical
situations such as driving in turbulent wind conditions, entering a tunnel
or even driving out from the slipstream of a lorry can now be simulated.
Compact design and positioning accuracy
Eight moving wings are housed at the nozzle outlet, which can be
swivelled dynamically by an angle of up to twelve degrees using
Harmonic Drive® Servo Actuators. They can be set to swing back and
forth precisely up to ten times per second. This enables the simulation
of even complicated wind conditions.
The servo actuators used in the wind tunnel are from our LynxDrive®
Series and are combined with our universal servo controllers from our
YukonDrive® Series. In this application FKFS relies on the extremely
compact and excellent positioning accuracy provided by the matched
servo products from Harmonic Drive AG. The combination of these
two components provides the research institute with the ideal design
solution for the wind tunnel. Their specific properties make them perfect
for use in technological applications. Through the careful selection of
Harmonic Drive® technologies, the desired innovations in the field of
aerodynamics can be implemented.
Vehicle manufacturers value effective wind tunnel simulation
In addition, FKFS made another change in the field of aeroacoustics,
which makes the modernised wind tunnel even more attractive for motor
vehicle manufacturers: special guide and absorption elements have been
used to further reduce the background noise of the wind tunnel. This
means that the wind noise from the vehicle can be heard more easily and
optimised directly.
With this combination of technological improvements, aided by Harmonic
Drive® Products, and the specialist know-how of the team, the Research
Institute of Automotive Engineering and Vehicle Engines Stuttgart is
one of the most innovative German development service providers in the
international automotive and industry supply sector.
Vehicles also contribute considerably to this negative climate change.
Consequently, vehicle manufacturers are intensifying their research
and investment efforts in order to offer efficient products with low CO2
emissions. This is even more important because hybrid and electric cars
Die Servoantriebe der Baureihe LynxDrive® und die universellen
Servoregler der Baureihe YukonDrive® ermöglichten durch ihre
kompakte Bauform und höchste Positioniergenauigkeit die
optimale konstruktive Lösung für den Windkanal.
The compact design of the LynxDrive® Servo Actuators in
combination with the universal YukonDrive® Servo Controller,
provide excellent positioning accuracy and the optimal
design solution for the wind tunnel.
6
7
LEICH T B AU LIGHT WEIGHT
Harmonic Drive®
Leichtbau Units
Lightweight Units
This weight reduction was made possible through the use of new,
lightweight materials and an optimised design, all without compromising
on torque or changing the interface dimensions. The subsequent weight
saving offers a significant increase in the torque density of the gears and
ensures that they ideally suited for use in a whole host of applications.
For example:
• Industrial robots – greater acceleration and payloads are possible
• Mobile robots – lighter designs are available to improve battery life
without losing performance
Harmonic Drive® Getriebe zeichnen sich schon immer durch eine ungewöhnlich hohe Leistungsdichte aus. Wir haben besonders leichte
Versionen unserer Standardgetriebe entwickelt, um deren bereits
sehr geringes Gewicht noch weiter zu reduzieren. Die Harmonic Drive®
Leichtbau Units (CSF-2UH-LW oder CSG-2UH-LW), die auf den ausgezeichneten Leistungseigenschaften der bestehenden Baureihe
basieren, sind um 30 % leichter als die Standardgetriebe der Baureihe
HFUC-2UH.
Diese Gewichtsreduzierung wird durch den Einsatz neuer leichter Materialien sowie durch eine optimierte Bauweise ohne Verringerung des Drehmoments oder Änderung der Schnittstellenabmessungen ermöglicht. Die
Gewichtseinsparung erhöht die Drehmomentdichte der Getriebe drastisch
und sorgt dafür, dass sie sich für viele Anwendungen optimal eignen.
Ein Getriebe der Baureihe CSG-2UH, Baugröße 20, mit einer Übersetzung
von 160 hat zum Beispiel eine Drehmomentkapazität von 120 Nm bei
einem Gewicht von 980 g. Im Vergleich dazu weisen die Standard HFUC
Ausführungen der Harmonic Drive® Getriebe 92 Nm auf.
Harmonic Drive® Leichtbau Units bieten eine Drehmomentkapazität von
9 Nm bis 3419 Nm und stehen in 10 Baugrößen mit Untersetzungen von
30, 50, 80, 100, 120 und 160:1 zur Verfügung. Diese neuen Leichtbau Units
können mit den robusten und kompakten Harmonic Drive® Motoren optimal kombiniert werden, ähnlich wie wir dies bereits bei den Antrieben
der Baureihe LynxDrive® tun, so dass ein äußerst kompakter Antrieb mit
einem erstaunlich geringen Gewicht entsteht.
Zum Beispiel:
•
•
Industrieroboter – ein Betrieb mit höherer Beschleunigung und Nutzlast ist möglich
Mobile Roboter – eine Bauweise mit niedrigerem Gewicht ist möglich,
um die Batterielebensdauer ohne Leistungseinbußen zu verbessern
Die Harmonic Drive® Leichtbau Units sind als Getriebe der Baureihe
CSF-2UH-LW oder CSG-2UH-LW erhältlich, die für eine weitere Erhöhung
der Drehmomentkapazität und Nutzungsdauer sorgen.
8
Das neue Leichtgetriebe CSG-2UH-LW verfügt ebenfalls über eine Drehmomentkapazität von 120 Nm, wiegt jedoch lediglich 640 g – dies entspricht einem so bisher nicht möglichen Gewichtsverhältnis von mehr als
185 Nm pro Kilogramm. Bei Getrieben der Baugröße 40 erhöht sich dieser
Wert sogar noch auf eine Drehmomentkapazität von 840 Nm und 240 Nm
pro Kilogramm.
Darüber hinaus können aufgrund des integrierten Abtriebslagers mit einer
hohen Kippsteifigkeit hohe Nutzlasten ohne weitere Abstützung toleriert
werden, so dass eine einfache und platzsparende Bauweise möglich ist.
Entsprechend den Erfordernissen produzieren wir unsere Getriebe auch in
kundenspezifischen Ausführungen.
Aufgrund der hohen Positioniergenauigkeit des Produktes werden stabile Maschineneigenschaften mit kurzen Taktzeiten gewährleistet, wie
bei allen Harmonic Drive® Produkten.
With their exceptionally high power density, Harmonic Drive® Gears
have always stood out from the crowd. But recently we have developed
particularly lightweight versions of our standard gears to reduce the
weight of these precisions units even further. The Harmonic Drive®
Lightweight Units (CSF-2UH-LW and CSG-2UH-LW) have the same
outstanding performance characteristics as the existing range but are
now 30% lighter than the standard gears from the HFUC-2UH Series.
The Harmonic Drive® Lightweight Units are available as gears in the
CSF-2UH-LW or CSG-2UH-LW Series, which offer even greater torque
capacity and service life. A size 20 gear in the CSG-2UH Series with a
transmission ratio of 160:1, for example, has a torque capacity of 120 Nm
and weighs 980 g. The standard HFUC Harmonic Drive® Gears, on the other
hand, have a torque capacity of 92 Nm. The new, lightweight CSG-2UH-LW
Gear also has a torque capacity of 120 Nm but weighs in at just 640 g,
which equates to an unprecedented weight ratio of more than 185 Nm per
kilogram. In size 40 gears, this value increases further still for a torque
capacity of 840 Nm and a weight ratio of 240 Nm per kilogram.
What’s more, thanks to the integrated output bearing and high tilting
rigidity, the units are able to accommodate large payloads without the
need for further support, thereby providing simple and space saving design
installations. In line with requirements, we can also produce our gears as
customer specific versions tailored to your requirements.
The Lightweight Series offers torque capacities from 9 Nm to 3419 Nm
and are available in 10 sizes with gear ratios of 30, 50, 80, 100, 120 and
160:1. These new Harmonic Drive® Lightweight Units can be combined
with the rugged and compact Harmonic Drive® Motors, as used in the
LynxDrive® Series Actuators, resulting in an extremely compact actuator
with outstanding power to weight ratios.
Due to the high level of positioning accuracy achieved by the units, stable
machine characteristics with short cycle times are guaranteed, as with
all Harmonic Drive® Products.
9
KONS T RUK T IONS W E T T BE W ER B DESIGN COMPE TITION
Formula Student
Rennwagen im Selbstbau mit kompaktem Startantrieb
Self-built racecar with compact starting drive
Beim Konstruktionswettbewerb „Formula Student“ treten jedes
Jahr Studententeams aus aller Welt auf dem Hockenheimring an, um
sich mit selbstentwickelten Rennwagen zu messen. Der Wettbewerb
wird seit 2006 jährlich ausgerichtet. Aufgabe der Teilnehmer ist es, in
Teamarbeit einen einsitzigen Formelrennwagen zu konstruieren und
zu fertigen. Bei der Formula Student gewinnt aber nicht das schnellste
Auto, sondern das Team mit der besten Gesamtleistung aus Konstruktion und Rennperformance, Finanzplanung und Vertriebsstrategie.
Der Anspruch der Formular Student ist die Ergänzung des theoretischen
Studiums um praxisnahe Erfahrungen mit Konstruktion, Fertigung und
den wirtschaftlichen Aspekten des Automobilbaus.
Eines der teilnehmenden Teams ist „High Speed Karlsruhe“, die offizielle
Mannschaft der Hochschule Karlsruhe. Ihr Rennwagen fährt in der Saison
2014/15 mit einem Einbausatz der Harmonic Drive AG.
Hohe Anforderungen für optimierten Startantrieb
Seit 2007 geht „High Speed Karlsruhe“ in jedem Jahr mit einem neuen
und optimierten Rennwagen auf dem Hockenheimring an den Start. Für
2015 haben die Studenten – neben anderen Modifikationen – eine Weiterentwicklung des Startantriebes im Motor in Angriff genommen. Hierfür
mussten Bauteile gefunden werden, die ein geringes Gewicht mit einer
kompakten Bauweise verbinden. Um das Gesamtgewicht des neuen Fahrzeugmodells „F-109“ nicht zu erhöhen, sollte der gesamte Einbausatz für
den Startantrieb ein Gewicht von 800 g nicht überschreiten.
Kompakt, leicht, präzise und einfach einzubinden
Als ideale Lösung wählten die Studenten einen Einbausatz der Baureihe
CSD-2A der Harmonic Drive AG als Teil des Startantriebs. Dieser zeichnet
sich durch seine kompakte, leichte Bauform und eine hohe lebenslange
Präzision aus. Darüber hinaus ist er einfach in den Antrieb zu integrieren
und besitzt eine große Hohlwelle für die Durchführung von Versorgungsleitungen in das weiterführende Antriebssystem. Insgesamt besteht die
Baureihe CSD-2A aus sieben Baugrößen in den Untersetzungen 50, 100
und 160 mm. Dabei wird ein wiederholbares Spitzendrehmoment zwischen
12 und 823 Nm und eine Leistungsdichte von 230 bis 512 Nm/kg erreicht.
Each year, the »Formula Student« design
competition attracts teams of students from
around the world, who meet at the Hockenheimring to test the performance of their self-built
racecars. The competition has been held annually since
2006 where competitors must work as a team to design
and build a single seat formula racecar. However, Formula
Student is not won solely by the team with the fastest car,
but rather by the team with the best overall package of design,
performance as well as financial and sales planning.
Formula Student challenges the team members to expand on
their theoretical studies by adding practical experience in design
and manufacturing as well as considering the economic aspects of the
automotive industry.
One of the participating teams is »High Speed Karlsruhe«, the official
team from the Karlsruhe University of Applied Sciences. In the 2014/15
season, their racecar is using a component set from Harmonic Drive AG.
High demands for optimised starter motor
Every year since 2007, »High Speed Karlsruhe« has entered a new and
optimised racecar at the Hockenheimring. For 2015, the students have
further developed the starter motor in the engine, alongside
other modifications. To do this,
they needed to find components
that combined low weight with a
compact design. In order to keep the
overall weight of the new »F-109«
car model to a minimum, the entire
component set for the starter motor
had to be less than 800 g.
dem Team „High Speed
Die Harmonic Drive AG drückt
für eine erfolgreiche
Karlsruhe“ kräftig die Daumen
ttbewerb!
Teilnahme am diesjährigen We
10
www.highspeed-karlsruhe.de
Compact, light, precise and easy to integrate
The students selected a Component Set from the CSD-2A Series from
Harmonic Drive AG as the ideal solution for part of the starter motor.
It features a compact, light design and excellent lifetime precision. In
addition, it is easy to integrate in the motor and has a large hollow
shaft for feeding through supply lines into the further drive system.
The CSD-2A Series is available in a total of seven sizes with gear ratios
of 50, 100 and 160 mm. This offers repeatable peak torques from 12 to
823 Nm and a power density of 230 to up to 512 Nm/kg.
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Harmonic Dri
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11
KONS T RUK T IONS W E T T BE W ER B DESIGN COMPE TITION
F-109
Technische Daten
Technical Data
Fahrwerk
Undercarriage
Motor
Engine
Chassis
Chassis
Antrieb
Drive
Aero-Paket
Aerodynamics
Felgen
Wheel rims
Selbstentwickelte 10“ Carbon Felgen
Self-developed 10“ carbon rims
Typ
Type
Suzuki RMZ 450
Typ
Type
CFK Monocoque
Kraftübertragung
Power transmission
Kette
Chain
Frontflügel mit 2 Flaps,
zweistöckiger Heckflügel mit
vier Flaps, großer Seitenflügel
Front wing with 2 flaps, twolevel rear wing with four flaps,
large side wings
Reifen
Tyres
Hoosier
Hubraum
Capacity
449 ccm Einzylinder,
integrierte Semitrockensumpfschmierung,
rapid Prototyping Airbox
aus Aluminid, selbstentwickelte Abgasanlage
449 ccm single cylinder,
integrated semi dry
sump lubrication, rapid
prototyping airbox from
aluminide, self-developed
exhaust system
Gewicht
Weight
ca. 25 kg
approx. 25 kg
Differenzial
Differential
Drexler Lamellen Sperrdifferenzial, Kupplungsbetätigung mittels
Servomotoren
Drexler limited slip
differential, clutch
activation via servo
motors
Material
Bremse
Brake
2-Kolben-Festsättel an Vorderachse
und 2-Kolben-Festsättel an
Hinterachse mit schwimmenden,
außenliegenden Bremsscheiben
2-piston fixed calliper on front axle
and 2-piston fixed calliper on rear
axle with floating external brake
discs
Motormanagement
Crashbox
EFI-Technology Euro 4
Alu-Wabenstruktur
Aluminium
honeycomb
structure
Lenkung
Steering
CFK-Lenkgetriebe mit
Titanzahnstange
CFK steering gear with titanium
gear rack
Leistung
Power
60 PS
60 HP
Pedalerie
Pedal systems
Justierbare Pedalbox mit elektrisch
verstellbarer Bremsbalance
Adjustable pedal box with electric
brake balancing
Getriebe
Gears
Sequenzielles 4-Gang
Getriebe
Sequential 4-speed
gearbox
Carbon & Rohacell-Kern
Carbon & Rohacell core
CSD-2A
Technische Daten
Technical Data
Baureihe
Series
Gewicht
Weight
Frontflügel: 3 kg
Front wing: 3 kg
CSD
Baugröße
Size
Untersetzung
Ratio
14
50
100
17
50
100
20
50
100
160
25
50
100
160
32
50
100
160
40
50
100
160
50
50
100
160
Version
Version
Flexsplinetyp
Flexspline
Sonderausführung
Special design
2A-R
Nach
Kundenanforderung
2A-GR
–
According to customer
requirements
BB*
*Flexspline mit vergrößerter Bohrung, – = Standard
*Flexspline with enlarged hole, – = standard
Außenhaut
Shell
CFK Seitenkästen
je 200 g
CFK side boxes
200 g each
Gewicht
Weight
Heckflügel: 5 kg
Rear wing: 5 kg
Verstellbarer Flap zur Reduzierung des Luftwiderstandes
Adjustable flap for reducing air
resistance
Aufhängung
Suspension
Doppel-Dreiecksquerlenker aus CFK
mit Aluminiuminserts, Dämpfer
Öhlins TTX 25 MK2 FSAE, betätigt
über Pullrods an Vorderachse und
Pushrods an Hinterachse, verstellbare
Schwertstabilisatoren
Double triangular wishbone from
CFK with aluminium inserts,
Öhlins TTX 25 MK2 FSAE damper,
activated via pull rods on front axle
and push rods on rear axle, adjustable
bracing stabilisers
QUICKLINK
www.harmonicdrive.de/3060
12
CSD-2A
13
Größte Hohlwelle für höchste Lasten
Largest hollow shaft for maximum loads
Einbausätze, Units und Simplicity Units
der neuen Baureihe SHG
The new SHG Series Component Sets,
Units and Simplicity Units
Die neue Baureihe SHG – als verbesserte Weiterentwicklung der HFUSBaureihe – wurde für den Einsatz mit hohen Drehmomenten konzipiert
und ist in Form von Einbausätzen, Units und Simplicity Units erhältlich.
Neben der verbesserten Nutzlast bieten die Produkte der Baureihe SHG
ein um 30 % höheres Spitzendrehmoment und überzeugen durch eine
40 % längere Lebensdauer.
The new SHG Series – an improved development of the HFUS Series –
was designed for use with high torques and is available in the form of
component sets, units and simplicity units. In addition to the improved
payload, the products of the SHG Series provide a peak torque that is 30%
higher and impress with a service life that has been extended by 40%.
Die Baugröße 20 der Baureihen SHG Simplicity Unit mit der Untersetzung
160 hat beispielsweise eine Drehmomentkapazität von 120 Nm bei einem
Gewicht von lediglich 890 g. Im Vergleich dazu weisen die Standardausführungen der Harmonic Drive® HFUS Getriebe 92 Nm auf. Der neue SHG-2A
Einbausatz hat ebenfalls eine Drehmomentkapazität von 120 Nm bei nur
310 g – dies entspricht einem so bisher nicht möglichen Gewichtsverhältnis
von mehr als 385 Nm pro Kilogramm für ein Getriebe mit bis zu 30 mm Hohlwelle! Bei Baugröße 40 ist das eine Drehmomentkapazität von 840 Nm und
450 Nm pro Kilogramm Gewichtsverhältnis.
Darüber hinaus können die Units -2UH, -2SO und -2SH aufgrund des integrierten Abtriebslagers und hoher Kippsteifigkeit große Nutzlasten ohne
weitere Abstützung aufnehmen, so dass eine einfache und platzsparende
Bauweise möglich ist. Entsprechend den Erfordernissen produzieren wir
unsere Getriebe selbstverständlich auch in kundenspezifischen Ausführungen.
Merkmale Features
Getriebe der Baureihe SHG sind verfügbar in den Baugrößen
14 bis 65 bei einem wiederholbaren Spitzendrehmoment zwischen 23
und 3419 Nm sowie Untersetzungen zwischen 50:1 und 160:1. Die Getriebe
bieten wegen ihrer großen Hohlwelle hervorragende Konstruktionsfreiheit.
14
The Size 20 of the SHG Simplicity Unit Series with a gear ratio of 160, for
instance, has a torque capacity of 120 Nm with a weight of just 890 g. In
comparison, the standard versions of the Harmonic Drive® HFUS Gears
are able to deliver 92 Nm. The new SHG-2A Component Set also has a
torque capacity of 120 Nm at just 310 g – this equates to an unprecedented
weight ratio of more than 385 Nm per kilogram for a gear with up to
30 mm hollow shaft! In size 40, this represents a torque capacity of
840 Nm and a weight ratio of 450 Nm per kilogram.
Optimal in der Konstruktion:
Optimal design solution:
• Bestmögliche einfache Einbindung
• Easy integration
• Einfache Lastanbindung
• Easy load connection
Sicher und wirtschaftlich
in der Produktion:
Safe and economical
production:
• Erhöhte Betriebssicherheit
• Increased operating reliability
• Geringer Fertigungs- und
• Low manufacturing and installation costs
Montageaufwand
• Reduced material use
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Kundennutzen Customer Benefits
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What’s more, thanks to the integrated output bearing and high tilting
rigidity, the -2UH, -2SO and -2SH Units are able to accommodate large
payloads without the need for further support, thereby providing simple
and space saving design installations. In line with requirements, we can
also produce our gears as customer specific versions tailored to your
requirements.
SHG Series Gears are available in sizes 14 to 65 with a repeated peak
torque of between 23 and 3419 Nm and gear ratios of between 50:1 and
160:1. Owing to their large hollow shaft, the gears offer excellent design
freedom.
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hochbelastbarem Abtriebslager
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SHG
AUSBILDUNG TR AINING
Die Harmonic Drive AG fördert Nachwuchs
Technik begeistert!
Roboter gehören heute zu den faszinierendsten Entwicklungen, die die
Technik zu bieten hat. In naher Zukunft wird diese spannende Reise
Dimensionen erreichen, die heute noch unvorstellbar sind. Bald werden
auch mittelständische Unternehmen auf den internationalen Märkten
ohne Robotertechnologien nicht mehr wettbewerbsfähig produzieren
können. Auf diesem Feld entsteht eine enorme Nachfrage nach kompetenten Wissenschaftlern und Ingenieuren, zumal schon heute ein
großer Fachkräftemangel herrscht.
Um dieses Defizit auf Dauer zu beheben, ist es wichtig, technische Inhalte
schon frühzeitig in die Unterrichtspläne der Schulen zu integrieren. Nur
so erhalten Jugendliche die Chance, sich intensiv mit der Materie Technik
zu befassen. Und nur so können Unternehmen in Zukunft neue Arbeitskräfte im technischen Bereich rekrutieren. Leider scheitert diese Aufgabe
oftmals an der konkreten Umsetzung, denn Fächer wie Mechatronik und
Informatik tauchen in den offiziellen Lehrplänen nur selten auf.
Generating enthusiasm for engineering with new incentives
Harmonic Drive AG supports young talent
übertrug sich rasch auf alle Teilnehmer. Diese Begeisterung spiegelte sich in klugen Fragen und angeregten Diskussionen.
„Heutzutage ist es schwierig, heranwachsende
Jugendliche für etwas zu begeistern. Gerade was Technik betrifft, fehlt häufig der notwendige Anreiz. Deshalb
bin ich umso überraschter, dass dieses Problem an der
Fürst-Johann-Ludwig-Schule nicht zu existieren scheint,“
freut sich Johannes Losch, der in seiner Freizeit selbst leidenschaftlich Quadrocopter baut. Auch Frau Reuter ist stolz auf diese
positive Entwicklung und schwärmt vom Quadrocopter-Tag: „Nicht nur
die Schüler waren von dem technischen Vortrag und der anschließenden
Flugvorführung beeindruckt, auch wir Lehrer nahmen gespannt daran
teil und sind uns einig, dass dieser lehr- und ereignisreiche Tag gerne
wiederholt werden kann.“
Eine beispielhafte Ausnahme: die Fürst-Johann-Ludwig-Schule in Hadamar. Hier wird Schülern die Möglichkeit geboten, praxisnahe Technik
in drei Wahlfächern kennen zu lernen: Mechatronik, Roboter-AG und
Experimentierclub. Diese umfangreichen Angebote entstanden aus der
engagierten Initiative der beiden Lehrerinnen Karin Graf und Stefanie
Reuter. Unterstützt werden sie dabei von einem langjährigen Mitarbeiter
der Harmonic Drive AG, Dr. Andreas Kayser. Diese Arbeit hat sich ausgezahlt, denn heute erfreut sich der Arbeitskreis einer regen Teilnahme:
„Dass unser Angebot mit großem Interesse angenommen wird, zeigt der Praxisnahe Projekte für die Fachkräfte von morgen
enorme Zuwachs, den wir in den letzten Jahren verbuchen durften. Der
Mechatronik-Wahlunterricht ist jederzeit vollständig belegt und auch die In der schuleigenen Roboter-AG stehen die Multicopter allerdings nicht
im Mittelpunkt des Interesses. Stattdessen arbeiten die Schüler mit
Teilnehmerzahl der Roboter-AG steigt stetig an“, sagt Karin Graf.
„Asuro“. Hierbei handelt es sich um einen für Bildungszwecke am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt entwickelten Roboter, mit dem
Mit neuen Anreizen für Technik begeistern
sich erste Schritte des Programmierens erlernen lassen. Diese FähigkeiAngespornt durch diesen Erfolg hat Dr. Andreas Kayser in Zusammen- ten können somit im weiteren Verlauf der AG bei individuellen Projekten
arbeit mit Johannes Losch, ebenfalls Mitarbeiter der Harmonic Drive AG, angewandt werden.
einen Quadrocopter-Tag organisiert. Dabei konnten die Schüler hautnah
miterleben, welche Möglichkeiten moderne Technologien in den verschie- Zur Zeit beschäftigen sich die Jugendlichen mit einem sogenannten
Fahr-Roboter, dem „HD-Rob“ und einem Palletier-Roboter „Rob-Arm“.
densten Anwendungsbereichen zu bieten haben.
In beiden Robotertypen kommen Produkte der Harmonic Drive AG zum
Die Faszination der Quadrocopter – einem speziellen Luftfahrzeug, das Einsatz. Dr. Kayser behandelt in seinem Unterricht ausschließlich Sysoft für die Luftbildfotografie und die Luftvideografie eingesetzt wird – teme, die in abgewandelter Form auf dem Markt bereits erhältlich sind
und im industriellen Bereich eingesetzt werden. So kann er seinen Unterricht realitätsnah gestalten und seine Schüler ideal auf die beruflichen
Anforderungen vorbereiten.
Denn nur Jugendliche, die nach Beendigung ihrer Schullaufbahn auf
Dauer technikinteressiert bleiben, sind die potenziellen Fachkräfte von
morgen.
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Enthusiasm for engineering!
Robots are currently one of the most fascinating developments that
engineering has to offer. In the near future, this exciting journey is set
to reach dimensions that we can still only dream of at present. Soon,
even medium-sized companies will no longer be able to manufacture
their products competitively in international markets without robot
technologies. Huge demand is developing in this field for expert
scientists and engineers, and the industry is already experiencing a
severe shortage of skilled personnel.
Spurred on by this success, Dr. Andreas Kayser joined forces with Johannes
Losch, also an employee at Harmonic Drive AG, to organise a quadcopter
day. This enabled pupils to experience up close the possibilities offered by
modern technologies across an extremely broad spectrum of applications.
The quadcopter – a special aircraft often used for aerial photography and
filming – quickly captured the fascination of each and every participant.
This enthusiasm was reflected in the intelligent questions and lively
discussions from the students.
“Today, it is hard to get teenagers excited about something. When it
comes to engineering in particular, there often doesn‘t appear to be
the necessary incentive. That‘s why I am even more surprised that this
problem doesn‘t seem to exist at the Fürst-Johann-Ludwig-Schule,”
enthuses Johannes Losch, who himself is a keen builder of quadcopters in
his spare time. Mrs Reuter is also proud of this positive development and
can‘t praise the quadcopter day highly enough: “It wasn‘t just the pupils
who were impressed by the technical presentation and air display that
followed – the teachers were also thrilled to take part and we all agreed
that we‘d love to repeat this type of event packed educational day again.”
To remedy this situation on a permanent basis, it is important that
technical content is incorporated into school curricula at an early stage,
as this is the only way of giving young people the chance to explore this
subject in detail. What‘s more, it is the only way that companies will be
able to recruit new employees in the field of engineering in the future.
Unfortunately, this endeavour often fails when it comes to implementing
it in practice because subjects such as mechatronics and computer
science are rarely included in official syllabuses.
Practical projects for the specialists of tomorrow
There is one notable exception, however – secondary school FürstJohann-Ludwig in the German town of Hadamar. Here, pupils are given
the opportunity to learn all about the practical world of engineering
in three elective courses: mechatronics, robotics working group and
experimentation club. These extensive courses evolved from the
dedicated initiative of two teachers, Karin Graf and Stefanie Reuter,
supported by a long-standing employee of Harmonic Drive AG,
Dr. Andreas Kayser. This work has certainly paid off, as the study group is
currently enjoying active participation from students. “The huge growth
that we have achieved in the last few years demonstrates that what we
are offering is attracting great interest. The mechatronics elective course
is always completely full and the number of participants in the robotics
working group is constantly increasing,” explains Karin Graf.
Currently, the pupils are working with what is known as a mobile robot,
the “HD-Rob” and a palletising robot, “Rob-Arm”. Both types of robot
incorporate products from Harmonic Drive AG. In his lessons, Dr. Kayser
focuses solely on systems that are already available on the market, albeit
in a modified form, and which are used in industry. This enables him to
structure his lessons so that they reflect the real world and provide his
pupils with the ideal preparation for what is required in the engineering
profession.
In the school‘s robotic working group, it isn‘t multicopters that are the
centre of attention. Here, the pupils work with “Asuro” instead. This is
a robot developed for educational purposes at the German Aerospace
Center (DLR), which students can use to get acquainted with the first
steps in programming. These skills can then be put into practice in
individual projects as the course progresses.
Ultimately, it is only the young people that remain interested in
engineering once they have finished school who are the potential
specialists of tomorrow.
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AUSBILDUNG T R A INING
NEUIGKEI T EN NE W S
Interview
Interview
newdrive: Herr Dr. Kayser, zahlreiche Studien berichten derzeit über den Fachkräftemangel im technischen
Bereich. Die Situation soll sich in den kommenden Jahren sogar noch verschlimmern. Für einige Experten ist der
Mangel die logische Konsequenz aus geringem Interesse und
fehlender Nachwuchsförderung. Teilen Sie diese Meinung?
Dr. Andreas Kayser: Meine Erfahrungen sind andere. Viele Schüler und
Fachlehrer interessieren sich durchaus für praktische technische Themen.
Schließlich sind wir alle von Technik umgeben. Junge Menschen sind neugierig und mancher würde sehr gern auch einmal genauer hinsehen.
newdrive: Dr. Kayser, numerous studies are currently reporting on the
shortage of skilled personnel in the field of engineering and the situation
is set to get even worse in the coming years. For some experts, the
shortage is the logical consequence of low levels of interest and the
failure to encourage young talent. Do you share this opinion?
Dr. Andreas Kayser: My experience is different. A great many pupils
and specialist teachers are extremely interested in practical, technical
subjects. After all, we are all surrounded by technology and engineering.
Young people are inquisitive and many of them would love to explore these
areas in more depth.
newdrive: Wird auf das vorhandene Technikinteresse im Unterricht
ausreichend eingegangen?
Dr. Andreas Kayser: Die Schulen bieten dazu leider selten Gelegenheit.
Der Unterricht in Mathematik und den Naturwissenschaften vermittelt
Faktenwissen. Dazu muss aber die oft zitierte Methodenkompetenz
kommen. Nur durch diese kann sich der lebendige Praxisbezug entfalten. Das wird in der Schule oft ignoriert. So entgeht uns als Gesellschaft
entscheidendes Potential.
Denn unsere Heranwachsenden erkennen zu selten die persönlichen
Chancen eines technischen Berufes. Dabei bedarf es nur eines kleinen
Impulses, um ihnen die Möglichkeit zu geben, mit Kopf und Händen kreativ zu werden, Lernen mit Begreifen zu kombinieren und sich Erfolgserlebnisse zu erarbeiten. Findet man dann noch engagierte Mitstreiter in
der Lehrerschaft, entsteht eine langfristige und lebendige Nachwuchsförderung, die sich in der Zukunft mehr als bezahlt machen wird.
newdrive: Does the school curriculum cater sufficiently to young
people‘s interest in engineering?
Dr. Andreas Kayser: Unfortunately, schools rarely offer the opportunity.
Maths and science lessons teach factual knowledge. But students still
need to acquire the often cited methodological skills. These skills are the
only way that the vital connection to practical application can develop.
This is often ignored in schools, and, as a result, we as a society lose that
crucial potential.
Our young people recognise all too rarely the personal opportunities
that a career in engineering can bring. It requires just a small catalyst to
give them the chance to work creatively with their minds and hands, to
combine learning and understanding, and to gain a sense of achievement.
What‘s more, if we are able to find dedicated partners in the teaching
profession, a long term and active programme for supporting young
talent will develop which will more than pay dividends in the future.
newdrive: Herr Dr. Kayser, wieso arbeiten Sie mit den Schülerinnen und
Schülern der Roboter-AG zum aktuellen Zeitpunkt ausgerechnet an
einem Fahr- und einem Palettier-Roboter?
Dr. Andreas Kayser: Diese beiden Roboter bilden ein System, das sehr
treffend die rasante Entwicklung in der Assistenz- und Servicerobotik widerspiegelt. Natürlich werden industrielle Anwendungen auch künftig den Schwerpunkt der Robotik bilden.
Doch ihre Verbreitung reicht mittlerweile schon bis ins
private Umfeld. Ein Staubsaugroboter beispielsweise hat viele Parallelen zu unserer mobilen
Plattform.
Es ist gut, wenn die Schüler diese Zusammenhänge erkennen. Es ist mir aber
auch wichtig, dass die Schüler lernen, einen Roboter nicht nur zu
programmieren, sondern auch
aufzubauen: Wie funktionieren ein Motor, ein Abstandssensor, ein Logikschaltkreis
oder ein Navigationsalgorithmus? Dies sind erste
Grundlagen und ein Vorgeschmack auf die komplexen
und vielseitigen Inhalte des
Ingenieurberufes.
newdrive: Dr. Kayser, why are you currently working on a mobile and
palletising robot in particular with the pupils in the robotics working
group?
Dr. Andreas Kayser: These two robots form a system
that aptly reflects the fast paced development in
assistance and service robotics. Of course, industrial
applications will also be the focus of robotics in the
future, and the technology has actually already
spread to the private sector. For example, there are
many parallels between a robot vacuum cleaner and
our mobile platform.
It is great when the pupils recognise these
connections. However, for me, it is also important
that they learn not only how to program a robot,
but also how to build one: How does a motor,
distance sensor, logic circuit or navigation
algorithm work? These are the basics and a first
taste of the complex and varied nature of the
engineering profession.
HD-Rob und Rob-Arm im gemeinsamen Einsatz
Wir gratulieren
We congratulate
Wir gratulieren zum Jubiläum und bedanken uns für die geleistete Arbeit
sowie das langjährige Vertrauen in unser Unternehmen.
We would like to congratulate the below named staff for their service
and thank them for their hard work and commitment to our company.
30 Jahre Betriebsjubiläum /
30 years of service
Friedrich Mann
25 Jahre Betriebsjubiläum /
25 years of service
V.l.n.r.: / F.l.t.r.:: Winfried Speer,
Maria Hoffmann, Winfried Hahn
Eduard Hafner
20-jähriges Betriebsjubiläum
20 years of service
V.l.n.r.: / F.l.t.r.: Christian Müller, Edwin Fritz, Christine Meyer, Marius Fasel
10-jähriges Betriebsjubiläum
10 years of service
Messen Fairs
OFFSHORE
MSV
DSEI
MEDICA
8.-11.09.2015
Halle Hall 4, Stand D162
Aberdeen
14.-18.09.2015
Halle Hall B, Stand 54
Brünn/Brno
15.-18.09.2015
German Pavillion
Halle Hall S6, Stand 315
London
16.-19.11.2015
Halle Hall 3, Stand E92
Düsseldorf
ENGINEERING
DESIGN SHOW
FORUM
MASCHINENBAU
SPS/IPC/DRIVES
21.-22.10.2015
Ricoh Arena, Stand G50
Coventry
04.-06.11.2015
Halle Hall 20, Stand B32
Bad Salzuflen
24.-27.11.2015
Halle Hall 4, Stand 418
Nürnberg/Nuremberg
HD-Rob and Rob-Arm working in unison
Wir freuen uns auf Sie! We look forward to you!
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Deutschland
Germany
Harmonic Drive AG
Hoenbergstraße 14
65555 Limburg /Lahn
T +49 6431 5008-0
F +49 6431 5008-119
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www.harmonicdrive.de
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Belgium
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Dänemark
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India
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Italy
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Japan
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The Netherlands
Norwegen
Norway
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Austria
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Poland
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Russia
Schweden
Sweden
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