newdrive 03/2012 Größe: 5 MB Datei

M A G A Z I N D E R / M A G A Z I N E O F H A R M O N I C D R I V E A G 3 / 2 0 1 2
K U K A R O B O T E R G M B H : MEISTER DER
GESCHWINDIGKEIT
K U K A R O B O T E R G M B H : MASTER OF SPEED
Gute Luf t in grosser Höhe
A C T U A T O R : Good Air at high Altitude
O U T F L O W V A LV E A K T U A T O R :
O U T F L O W V A LV E
Näher ans Ideal
M E C H A T R O N I C S : Closer to the Ideal
M E C H AT R O NIK: I N H A LT
CONTENT
AU S G A B E / I S S U E 3 / 2 01 2
IN DIESEM HEF T:
K U K A R O B O T E R G M B H 2
MEISTER DER GESCHWINDIGKEIT
6
GUTE LUF T IN GROSSER HÖHE
9
NEUIGKEITEN DER HAR MONIC DRIVE AG
10
BRÜCKENSCHL AG Z WISCHEN KUNST
UND TECHNIK
12
NÄHER ANS IDE AL
16
MITARBEITER UND JUBIL ARE
17
SP S / IP C / DRIVES / IN NÜRNBERG
O U T F L O W V A LV E A K T U A T O R
NEWS
KUNST UN D PRÄZ I SIO N
M EC H ATR O NIK
UNSER TEAM
MESSETERMINE
IN THIS ISSUE:
K U K A R O B O T E R G M B H 4
M A STER OF SPEED
8
GO OD AIR AT HIGH ALTITUDE
9
HAR MONIC DRIVE AG NEWS
11
BRID GING THE GAP BE T WEEN ART
AND TECHNOLO GY
14
CLOSER TO THE IDE AL
16
EMPLOYEES AND EMPLOYEE ANNIVER SARIES
O U T F L O W V A LV E A C T U A T O R
NEWS
A RT A N D PRECI SIO N
M EC H ATR O NIC S
OUR TEAM
TRADE FAIRS
17
SP S / IP C / DRIVES / IN NUREMBERG
E DI TO R IA L
E DI TO R IA L
NACHHOLBEDARF BEI ROBOTIK
DEMAND IN ROBOTICS
Liebe Leserinnen und Leser,
Dear Readers,
die Erfolgsgeschichte der Industrieroboter setzt sich
This year’s success story of industrial robots continues, seemingly unaffected by the decline in the global
junktur ungebremst fort. Die Experten der ›Internatio- economy. Experts at the ›International Federation of
nal Federation of Robotics‹ (IFR) verzeichneten für 2012 Robotics‹ (IFR) expect 2012 to see a nine per cent
einen Anstieg des Roboterabsatzes um neun Prozent increase in the sales of robots – with a total of 181.000
auf 181.000 Stück.
being sold.
auch im Jahr 2012 trotz nachlassender globaler Kon-
Der Nachholbedarf an Handhabungsanwendungen ist
There is now an enormous demand in operational
applications in general engineering, particularly with
mobilindustrie enorm groß. Das ist vor allem für die regards to the automotive industry and this is proving
Harmonic Drive AG eine echte Herausforderung. Denn to be a real challenge for Harmonic Drive AG. What
was »Intel inside« für die Computerindustrie darstellt, »Intel inside« is to the computer industry, Harmonic
ist Harmonic Drive® für die Robotik. So liegt der Anteil Drive® is to robotics. Our precision gears account for
von Präzisionsgetrieben der Harmonic Drive AG in 80 per cent of applications with a load capacity of up
Anwendungen bis zu 15 kg Tragkraft bei über 80 Pro- to 15kgs and we have been serving all European
zent. Seit vielen Jahren bedienen wir sämtliche euro- robotic companies with our expertise and technology
päischen Robotikunternehmen mit unseren Produkten. for many years.
im allgemeinen Maschinenbau gegenüber der Auto-
Dies belegt eindrucksvoll der Artikel »Meister der
The article »Master of Speed« in this issue clearly
Geschwindigkeit« in dieser Ausgabe: In einem »simul- shows this: In a new »simultaneous engineering«
taneous engineering«-Prozess wurden die Getriebe process, the gears of Harmonic Drive AG’s new
der neuen CobaltLine-Technologie exakt an die CobaltLine technology are perfectly adapted to the
Anforderungen des neuen Roboters KR AGILUS der requirements of KUKA Roboter GmbH’s new
KUKA Roboter GmbH angepasst.
KR AGILUS robot. The article demonstrates that
Harmonic Drive AG is no longer just a specialist in the
Die Harmonic Drive AG ist längst nicht mehr nur area of mechanical drive engineering. Rather, we see
ein Spezialist im Bereich der mechanischen Antriebs- ourselves as a provider of complete mechatronic systechnik, vielmehr sehen wir uns als Anbieter komplet- tem solutions.
ter mechatronischer Systemlösungen. Der Beitrag
»Näher ans Ideal« zeigt auf, dass durch mechatronische Ansätze intelligent geregelte, kompakte Servoantriebe eine maximale Performance erzielen.
Außerdem in dieser Ausgabe zu lesen: »Gute Luft in großer Höhe« – wie die Spezialisten der Harmonic Drive AG
dafür sorgen, dass Fluggäste auch in einer Höhe von
über 10.000 Metern noch sicher durchatmen können.
The article »Closer to the ideal« shows the reader that
by using mechatronic approaches, intelligently controlled compact gear motors can achieve peak performance.
In this issue you can also read »Good air at high altitudes« which demonstrates how specialists at Harmonic Drive AG ensure that air passengers can still
breathe safely at altitudes above 10.000 metres.
Ich wünsche Ihnen eine spannende Lektüre und
möchte Sie zudem einladen, uns am Messestand auf
der SPS / IPC / Drives / zu besuchen, die vom 27. bis 29.
November in Nürnberg stattfindet. Sie finden uns in
der Halle 4 am Messestand 418. Wir freuen uns auf
Ihren Besuch.
Enjoy your reading! I would also like to invite you to
come and see us at our stand at SPS / IPC / Drives / which takes place from the 27th to 29th November in
Nuremberg. You will find us at stand 418 in hall 4. We
look forward to seeing you there.
With kindest regards
Herzliche Grüße
Ekrem Sirman
Ekrem Sirman
Vorstandsvorsitzender der Harmonic Drive AG
President and CEO of Harmonic Drive AG
1
KU KA R O B OTER G M B H MEISTER DER GESCHWINDIGKEIT
K U K A R O B O T E R G M B H MASTER
OF SPEED
MEISTER DER
GESCHWINDIGKEIT
Mit der Roboterserie KR AGILUS präsentiert die KUKA Roboter GmbH
auch Zusatzachsen für höchste Flexibilität, Skalierbarkeit, Leistung und
dige KR AGILUS als Allrounder für alle Umgebungen dar. Das neue Mit-
ist wartungsarm und besonders energieeffizient.
eine neue Kleinrobotik-Familie. Auf engstem Raum stellt sich der wen-
glied der KUKA-Roboterfamilie zeichnet sich durch Schnelligkeit, kurze
Zykluszeiten und ein hohes Maß an Präzision und Sicherheit aus. Präzi-
sionsgetriebe der Harmonic Drive AG sorgen in allen sechs Achsen des
Kleinroboters für eine sichere und zuverlässige Leistungsübertragung.
Offenheit auf kleinstem Raum. Die hochwertige und robuste Steuerung
Präzisionsgetriebe der Harmonic Drive AG Die Getriebe der Harmonic
Drive AG wurden in den KR AGILUS hochintegriert eingebunden. Schon
bei der Auswahl wurde dem zukünftigen breiten Anwendungsspektrum
in den unterschiedlichsten Industriebereichen umfassend Rechnung
getragen. Eingesetzt wurde unter anderem eine neue Generation von
Schneller Allrounder Kompakt, präzise, wendig und schnell: Die
Roboter der KR AGILUS-Serie sind die neuen Meister der Geschwindig-
Getrieben mit deutlich gesteigerten Leistungsdaten.
Durch die Optimierung der Flexspline- und Circular Spline-Verzahnung
keit. Bei Handhabungsaufgaben, insbesondere »Pick and Place«, liefert
sowie der Form des Wave Generators, wurde die Drehmomentkapazität
Gleichzeitig arbeitet die Kleinroboterfamilie sehr präzise und ermöglicht
Lebensdauer um weitere 40 % gesteigert. Bei einer Belastung mit glei-
machen die Performance des KR AGILUS in seinem Traglastbereich ein-
Technologie im Vergleich zu der bisherigen HFUC-Ausführung sogar mehr
der KR AGILUS überzeugende Ergebnisse bei minimalen Zykluszeiten.
Fertigungsqualität auf höchstem Niveau. Schnelligkeit und Genauigkeit
zigartig. Das Basismodell KR 6 R900sixx kann bei einem Eigengewicht
von 51 kg eine maximale Traglast von 6 kg aufnehmen. Der KR AGILUS ist
für den Einsatz in der »General Industry« prädestiniert; überall dort, wo
Automatisierung mit niedrigen Traglasten gefragt ist, wie etwa in den
Bereichen Packaging oder Elektronik, macht der neue KUKA-Kleinrobo-
der CobaltLine im Vergleich zur HFUC-Technologie um ca. 30 % und die
chem Drehmoment ist die Lebensdauer von Getrieben mit der CobaltLine-
als dreimal länger. Die neue CobaltLine-Technologie wird als Einbausatz
von der Harmonic Drive AG für die direkte Integration in Maschinen oder
als fertige Getriebe-Unit mit Gehäuse und Abtriebslager angeboten.
Um den unterschiedlichsten Ansprüchen am Markt gerecht zu werden,
ter eine gute Figur. In den nächsten Monaten werden weitere Traglast-
stehen diese Units als 2UH-Versionen sowie als hochgenaue CPU-Versio-
proof folgen.
erhältlich sein werden. Der neue, umweltfreundliche und magentafar-
varianten in den Ausführungen Standard, Food, Cleanroom und Water-
SICHERE ZUSAMMENARBEIT VON MENSCH
UND ROBOTER
nen zur Verfügung, sodass diese auch in der Servomotoren-Technologie
bene Schmierstoff Flexolub A1® erhöht die Leistungsfähigkeit des Präzisionsgetriebes und der Energieverbrauch sinkt, Reibung und Verschleiß
werden minimiert, Wirkungsgrad und Betriebstemperatur gesteigert.
Durch einen Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +120°C kann die
CobaltLine auch in mobilen Anwendungen ohne Beschränkung bei maxi-
Volle Funktion auf kleinstem Raum Die Energiezufuhr ist beim KR AGI-
malem Drehmoment eingesetzt werden.
Ethernetleitung, drei 5/2-Wegeventilen (Druckluft), einer direkten Luftlei-
Das Thema Sicherheit wird beim kleinen KR AGILUS großgeschrieben. Als
R900sixx erreicht sowohl Punkte nahe der Roboterbasis als auch im Über-
Funktionalität, welche die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter
nur durch sein ideales Verhältnis von Größe, Wendigkeit und Reichweite
ponenten der KUKA-SafeOperation überwachen Geschwindigkeiten und
LUS platzsparend in den Roboter integriert, inklusive einer 100-MBit-
tung, sechs digitalen Eingängen und zwei digitalen Ausgängen. Der KR 6
kopfbereich. Die maximale Reichweite beträgt 901 mm. Er passt sich nicht
an beengte Platzverhältnisse an, sondern führt seine Aufgaben zudem
wahlweise in Boden-, Decken- oder Wandeinbaulage aus. Höchste Flexibilität auch im kleinen Arbeitsraum – kein Problem für den KR AGILUS!
Kompakte Steuerung und hohe Flexibilität Wie seine großen Brüder
der QUANTEC-Serie wird der KR AGILUS mit der universellen Steuerungs-
einziger Roboter dieser Klasse hat er die KUKA-eigene SafeOperationentscheidend vereinfacht und verbessert. Die Soft- und Hardwarekom-
Arbeitsräume von Roboter- und Zusatzachsen. Das macht die mechanische Achsbereichsüberwachung überflüssig und erschließt neue, kostengünstige Möglichkeiten der Zellenkonfiguration und der Mensch-Robo-
ter-Kooperation.
Geschwindigkeit, Flexibilität, Einfachheit und Sicherheit sind die wichtigs-
technologie KR C4 betrieben – in einer Kompaktversion, die auf kleinem
ten Eckpfeiler erfolgreicher Automatisierungslösungen. Mit dem KR AGILUS
offene Architektur steuert die KR C4 compact neben KUKA-Robotern
ment erfolgreich umsetzt.
Raum die Leistungsfähigkeit der bewährten KR C4 beinhaltet. Durch ihre
2
hat die KUKA Roboter GmbH diese Grundsätze auch im Kleinrobotik-Seg-
3
Roboter sind sicher, effizient und gut aussehend
Roboter sind in vielen Arbeitsbereichen im Einsatz – nicht nur in der
MASTER OF SPEED With the KR AGILUS series, KUKA Roboter GmbH
presents a new family of mini robots. The KR AGILUS is an agile robot
that takes up minimal space and is an all-rounder for all environments.
Produktion, sondern zunehmend auch im Dienstleistungssektor.
This new compact member of the KUKA family of robots stands out for
nagements der KUKA Roboter GmbH, dass es in Zukunft immer mehr
Furthermore, Harmonic Drive AG’s precision gears ensure that the six
In der newdrive erklärt Tanja Birner-Such, Leiterin des ProduktmaMensch-Maschine-Teams geben wird und welche Vorteile die Zusammenarbeit mit der Harmonic Drive AG hat.
its speed, short cycle times and high degree of precision and safety.
axes of the mini robot deliver safe and reliable power transmission.
newdrive: Frau Birner-Such, die KUKA Roboter GmbH ist einer der füh-
renden Anbieter von Industrierobotik und sogar Weltmarktführer für
Industrieroboter mit PC-basierter Steuerung. Was verschafft Ihrem
Unternehmen diese herausragende Stellung? Tanja Birner-Such: Wir bieten mit unserem breiten Produktportfolio
Automatisierungslösungen für ganz unterschiedliche Kundenanforde-
rungen. Bei uns sind Flexibilität, Offenheit, Einfachheit und Sicherheit
die Eckpfeiler erfolgreicher Automatisierung – und das trägt zum Erfolg
bei: Wir bieten für nahezu alle Anforderungen und Branchen kundenspezifische Automatisierungslösungen aus einer Hand. Dabei haben wir
uns der Vereinfachung der Robotik in allen Dimensionen verschrieben:
Unsere Roboter sind einfach zu planen, einfach zu integrieren, einfach
zu bedienen, einfach zu warten und einfach an die Kundenbedürfnisse
anzupassen. Und nicht nur das: Mit unseren Produkten demonstrieren
Fast all-rounder Compact, precise, agile and quick: The KR AGILUS
series of robots are the new masters of speed. For handling tasks, such as
»pick and place” in particular, the KR AGILUS delivers impressive results
with minimal cycle times. This family of mini robots also operates with
precision and allows a very high level of production quality. Speed and
precision make the performance of the KR AGILUS unique in its load
capacity range. With a net weight of 51 kilograms, the basic model (KR 6
R900sixx) can take a maximum load capacity of 6 kilograms. The KR
AGILUS is intended for use in general industry. Wherever there is a
demand for automation with low loads, such as in packaging or electronics, this new KUKA mini robot makes a good impression. There will be
other load variants in standard, food, cleanroom and waterproof versions coming out in the next few months.
wir, wie Robotik noch sicherer und energieeffizienter wird – und dabei
auch noch gut aussieht!
Mit der Harmonic Drive AG arbeiten Sie bereits seit Jahren erfolgreich
zusammen. Welche Vorzüge haben für Sie die Getriebe der Harmonic
Drive AG im Vergleich zum Wettbewerb? Die große Produktvielfalt bei der Harmonic Drive AG ermöglicht uns eine
zielgerichtete Auswahl von geeigneten Getrieben. Gerade beim KR AGILUS
passt sich die hohe Übersetzung auf wenig Bauraum exakt in das Konzept
des neuen Kleinroboters ein. Das geringe Leistungsgewicht trägt einen
Full functionality in minimum space The energy supply is built into
the KR AGILUS in a way that saves space and includes a 100 MBit
Ethernet cable, 5 two-way valves (compressed air), a direct air line, six
digital inputs and two digital outputs. With a maximum range of 901
mm, the KR 6 R900sixx reaches points near the base of the robot and in
the overhead area. It adjusts to confined spaces not just because of its
ideal size, agility and range, but also performs its tasks from floor, ceiling
and wall-mounted positions. Maximum flexibility even in confined operating areas – no problem for the KR AGILUS!
weiteren Teil zur Kompaktheit und Schnelligkeit des KR AGILUS bei. Durch
die Hohlwelleneignung der Getriebe war es uns möglich, die notwendigen Medien innenliegend in der Hand zu verbauen. Dies gewährt unseren
Kunden geringste Störkonturen und größte Flexibilität. Mit der Harmonic Drive AG können wir überdies kundenspezifische Änderungswünsche
äußerst schnell und flexibel umsetzen.
4
Compact control and a high degree of flexibility Like its big brothers
from the QUANTEC series, the KR AGILUS is operated by the universal
control technology KR C4. The new compact version still offers the
performance of the tried and tested KR C4 in a confined space. Its open
architecture means that KR C4 compact controls KUKA robots and
external axes, ensuring maximum flexibility, scalability, performance and
KU KA R O B OTER G M B H MEISTER DER GESCHWINDIGKEIT
K U K A R O B O T E R G M B H MASTER
OF SPEED
Die Roboter-Frau Tanja Birner-Such hat Maschinenbau studiert und
einen Master of Business Administration. Im Jahr 2000 stieg sie bei
der KUKA Roboter GmbH ein und betreute dort zunächst als Global Key
Account Manager die DaimlerChrysler AG. Seit Mai 2009 leitet sie das
Produktmanagement des Augsburger Roboterspezialisten.
The robot woman Tanja Birner-Such has a degree in mechanical
engineering and an MBA. She joined KUKA Roboter GmbH in 2000 and
initially served as global key manager for the DaimlerChrysler AG.
Since May 2009, she has been director of product management at the
Augsburg-based robotics company.
openness in the smallest space. The high quality and robust control unit is
designed for low maintenance and offers optimum energy efficiency.
Harmonic Drive AG’s precision gears Harmonic Drive AG gears have
been highly integrated into the KR AGILUS. The choice of components
used demonstrates that full account has been taken of KR Agilus’ wide
range of future applications in different industries. It uses, for example, a
new generation of gears that offer significantly enhanced performance.
Speed, flexibility, simplicity and safety are the key cornerstones of
successful automation solutions. KUKA Roboter GmbH has a new
friendly family member in the form of the KR AGILUS, which successfully incorporates these principles in the small robotics segment.
Robots are safe, efficient and look good
Robots are used in many areas of work – not just in production but also increasingly in the service sector. Tanja Birner-Such, Director of Product Manage-
Optimised Flex Spline and Circular Spline gearing and the shape of the
Wave Generator have increased the torque capacity of the new Cobalt line
by about 30% compared to the HFUC gear technology, whilst extending
its lifespan by a further 40%. In the case of a load with the same torque,
the lifespan of gears using Cobalt line technology is three times longer
compared to that of HFUC. The new Cobalt line technology from Harmonic
Drive AG will be used as a kit to be integrated directly into machines or as
a complete gear unit with gearbox housing and output bearing.
A SAFE WORKING ARRANGEMENT INVOLVING
PEOPLE AND ROBOTS In order to meet market demands, these units are available as 2UH
versions as well as high-precision CPU versions and therefore available in
the servo motor technology. The new environmentally friendly and
magenta coloured lubricant Flexolub A1® enhances the performance of
precision transmission and reduces energy consumption. It minimises
friction and wear and increases efficiency and the operating temperature
range. The operating temperature range of -40°C to +120°C means that
the Cobalt line technology can also be used in mobile applications
without restriction at maximum torque.
A safe working arrangement involving people and robots The KR
AGILUS has a high safety profile and as the only robot in this class, he has
KUKA’s unique Safe Operation functionality, which significantly simplifies and improves collaboration between people and robots. The software
and hardware components of KUKA’s Safe Operation, monitors the
speed and work space of the robots external axes. This makes the mechanical axis area monitoring redundant, developing new cost effective ways
for cell configuration and the interaction between people and robots.
ment at KUKA Roboter GmbH, tells »newdrive« that there will more and
more human-machine teams in the future and talks about the benefits of
the collaboration between KUKA Roboter Gmbh and Harmonic Drive AG.
newdrive: Ms Birner-Such, KUKA Roboter GmbH is one of the leading suppliers of industrial robotics and the world leader for industrial robots with
PC-based control. How has your company managed to achieve this outstanding position?
Tanja Birner-Such: We use our broad product portfolio to offer automation solutions for a range of customer requirements. The key cornerstones for successful automation are flexibility, openness, simplicity and
safety – and this is what contributes to success. We offer one-stop customised automation solutions for virtually all requirements and sectors.
We have focussed on simplifying every aspect of robotics. Our robots are
easy to plan, easy to integrate, easy to operate, easy to maintain and
easy to adapt to customer requirements. And that’s not all. We demonstrate with our products that robotics is becoming even safer and more
energy efficient – and they also look good!
You have been working successfully with Harmonic Drive AG for several
years. What advantages do Harmonic Drive® gears have over those of its
competitors? The wide variety of products at Harmonic Drive offers a specific selection
of suitable gear systems. In the case of the KR AGILUS in particular, high
transmission in a confined installation space lends itself perfectly to the
concept of the new mini robot. The low power to weight ratio also contributes to the compactness and speed of the KR AGILUS. The hollow shaft
gears have enabled us to install the necessary media internally. This gives
our customers minimal interference contours and maximum flexibility.
With Harmonic Drive AG, we can also implement customer-specific
change requests very quickly and flexibly.
5
O U T F L O W V A LV E A K T U A T O R GUTE
LUFT IN GROSSER HÖHE
GUTE LUFT IN
GROSSER HÖHE
Verkehrsflugzeuge fliegen heute in sehr großen Höhen. Ein neu entwickelter Aktuator gewährleistet dabei, dass Passagiere und Besatzung
trotz der dünnen Luft nicht in Atemnot geraten. Die ultrakompakte
Bauweise spart zudem Platz und Gewicht.
O U T F L O W V A LV E A C T U A T O R GOOD
AIR AT HIGH ALTITUDE
Flugzeugen, in denen jede Komponente möglichst kompakt und zudem
sehr leicht sein muss, ist ein sehr hoher Integrationsgrad des Gesamtantriebs. Gefordert ist dabei eine präzise und spielfreie Kraftübertragung.
Unabdingbar ist zudem eine extreme Zuverlässigkeit aller Komponenten
aufgrund der Sicherheitsrelevanz des Aktuators. Die Einbausituation am
Auslassventil des Rumpfes stellt zudem hohe Ansprüche an die Dichtigkeit und Robustheit sowie an Funktion und Wirkungsgrad bei tiefen
Temperaturen. Der komplette Antrieb muss sich deshalb mit relativ wenig
Schmierstoff betreiben lassen, der auch tieftemperaturtauglich sein muss.
Die Limburger Antriebstechnikspezialisten der Harmonic Drive AG stellen
einen neuartigen OFV-Aktuator vor, der mit 95 Millimetern Durchmesser
und einer Baulänge von weniger als 115 Millimetern deutlich kompakter
und leichter ist als die bisherigen Lösungen.
Eine wesentliche Anforderung an moderne Verkehrsflugzeuge ist ein
geringer Treibstoffverbrauch. Um die Effizienz zu erhöhen, fliegen diese
deshalb in möglichst großer Höhe. Ein Problem dabei ist jedoch, dass
oberhalb einer Flughöhe von etwa 10.000 Fuß (3.048 Meter) der Luft-
DURCH DIE OPTIMIERUNG KONNTEN GEWICHT
UND VOLUMEN MERKLICH REDUZIERT WERDEN.
druck und damit die Sauerstoffkonzentration in der Kabine unter einen
Die zentralen Elemente des hochintegrierten Aktuators sind ein kleiner
Gefahr eines Sauerstoffmangels besteht.
Getriebestufe sowie ein Harmonic-Drive®-Getriebeeinbausatz vom Typ
Die Vorteile einer großen Flughöhe lassen sich also nur nutzen, wenn
Vorteilen. So lässt sich bei einer solchen Kombination die Planetenvor-
kritischen Wert absinken und deshalb für Passagiere und Besatzung die
dabei der Sauerstoffgehalt der Kabinenluft quasi konstant gehalten wird.
Die Flugzeuge besitzen dazu Druckregelsysteme, die in der Kabine und
bürstenloser DC-Motor mit hoher Drehzahl, ein Planetengetriebe als erste
HFUC als zweite Untersetzungsstufe. Dieses Layout hat eine Reihe von
stufe im Flexspline des Wellgetriebes unterbringen, ohne zusätzlichen
Bauraum zu benötigen. Voraussetzung dafür ist natürlich, dass das Plane-
im Cockpit Bedingungen erzeugen, die einer Höhe von weniger als 8.000
tengetriebe entsprechend kompakt gewählt werden kann. Beim Einsatz
tanter Luftstrom in die Flugzeugkabine eingeblasen. Der Kabinendruck
als das auftretende maximale Drehmoment; zudem ist die Anzahl der
Fuß (etwa 2.400 Meter) entsprechen. Dazu wird permanent ein kons-
im OFV-Aktuator ist jedoch das nominale Drehmoment sehr viel kleiner
wird reguliert, indem der Rückfluss in die Atmosphäre über sogenannte
Zyklen hier sehr viel geringer als bei den meisten industriellen Anwen-
eigens dafür entwickelte Aktuatoren. Entscheidend für deren Einsatz in
Nenndrehmoment hinaus belastet werden, sodass ein relativ kompaktes
Outflow Valves (OFV) variiert wird. Bewegt werden diese Ventile durch
6
dungen. Das Getriebe kann deshalb im kritischen Arbeitspunkt über das
Planetengetriebe zum Einsatz kommen kann. Die denkbare Alternative,
einen Direktantrieb einzusetzen, kommt dagegen nicht infrage, weil ver-
ein bürstenloser DC-Motor mit hohem Wirkungsgrad infrage kommt.
Hallsensoren in der Nähe des Stators ermöglichen die bürstenlose elek-
fügbare Direktantriebe nur etwa ein Fünftel der geforderten Kraftdichte
tronische Motorkommutierung.
Gewählt wurde schließlich ein Planetengetriebe der Baugröße 11 mit
Ausgangswelle. Die Kombination einer geringen Schmierstoffmenge mit
einer Untersetzung von 6 : 1. Die Wahl der gewichtsoptimierten Motor-
70 Grad Celsius. Letztendlich erfüllt das gefundene Layout damit sämt-
leisten können.
einem maximalen statischen Drehmoment von 10 Newtonmeter und
Getriebe-Kombination wird bestimmt durch das erreichbare Verhältnis
von Drehmoment zu Gewicht im Drehmomentspektrum der Anwendung.
Es liegt daher auf der Hand, dass eine größtmögliche Untersetzung zu
Integrierte magnetoresistive Sensoren erfassen daneben die Position der
einem speziellen Schmierstoff ermöglicht einen Betrieb bei bis zu minus
liche Anforderungen für den Einsatz als Outflow-Valve-Aktuator. Durch
den hohen Integrationsgrad konnten zudem Volumen und Masse gegen-
über dem ursprünglich eingesetzten Antrieb wesentlich reduziert werden.
bevorzugen ist. Die sehr hohe Drehmomentdichte der Wellgetriebe der
Harmonic Drive AG von typischerweise 250 bis 550 Nm/kg prädestiniert
dabei ihren Einsatz am Ausgang des Aktuators. Eingeschränkt wird die
Auswahl allerdings durch die Drehzahlgrenzen von Motor und Getriebe
GOOD AIR AT HIGH ALTITUDES Commercial aircrafts are now flying at
sowie durch den abnehmenden Wirkungsgrad des Getriebes bei zuneh-
very high altitudes. A newly developed actuator will ensure that passen-
Motor mit abnehmender Größe zu, was das Verhältnis Drehmoment
ultra-compact design also saves on space and weight.
mender Untersetzung. Außerdem nehmen die Reibungsverluste im
zu Gewicht reduziert. Dazu kommt, dass ein Harmonic-Drive®-Getriebe
gers and crew do not have difficulty breathing despite the thin air. The
vom Typ HFUC eine maximale Untersetzung von 160 : 1 bietet. Zusammen untersetzen beide Getriebestufen die Motordrehzahl im Verhältnis
960 : 1. Maßgeblich für die Wahl des eingesetzten Motors sind jedoch
die grundsätzlichen Leistungsansprüche an den Aktuator (Drehmoment,
Drehzahl, Drehwinkel). Unter der Annahme, dass beide Getriebestufen
jeweils einen Wirkungsgrad von 90 % besitzen, erfordert die beschrie-
bene Anwendung eine maximale Leistung des Aktuators am Ausgang
von etwa 38 Watt. Diese Spezifikation stellt hohe Anforderungen an
Very low fuel consumption is an essential requirement in modern commercial aircraft. Modern airliners therefore fly at the highest possible
altitudes to increase efficiency. One problem with this, however, is that
above an altitude of about 10.000 feet (3.048 metres), air pressure and
the concentration of oxygen in the cabin fall below a critical level. This
means that passengers and crew are at risk of not having enough oxygen.
den Wirkungsgrad des Antriebs, schließlich steht an Bord des Flugzeugs
nur eine Spannung von 28 Volt DC bei einem maximalen Strom von zwei
Ampere zur Verfügung. Für den Arbeitspunkt mit der maximalen Leistung ergibt sich ein Wirkungsgrad von ca. 80 %, sodass als Antrieb nur
We can only enjoy the benefits of flying at high altitudes if the oxygen
content in the cabin air remains virtually constant. Planes have pressure
control systems that produce conditions in the cabin and cockpit corre-
7
O U T F L O W - V A LV E - A K T U A T O R GUTE LUFT IN GROSSER HÖHE
O U T F L O W V A LV E A C T U A T O R GOOD
AIR AT HIGH ALTITUDE
Auf den Punkt gebracht Der von der Harmonic Drive AG aus Limburg
neu entwickelte Aktuator wurde eigens für die Bewegung der Luftauslassventile bei Verkehrsflugzeugen entwickelt. Die ultrakompakte
Lösung integriert auf kleinstem Raum einen leistungsstarken EC-Motor,
ein Planetengetriebe, ein hochuntersetzendes Wellgetriebe sowie die
erforderlichen Feedbacksysteme.
To Summarize Limburg-based Harmonic Drive AG’s newly developed
actuator has been specifically designed for the movement of air release
valves in commercial aircraft. The ultra-compact solution integrates a
powerful EC motor, planetary transmission, a highly reducing strain
wave gear and the necessary feedback systems into a very small space.
sponding to an altitude of less than 8.000 feet (about 2.400 metres). A
constant stream of air is blown into the aircraft cabin. The cabin pressure
is regulated by varying the reflux into the atmosphere using so-called
outflow valves (OFV). These valves are moved using specially developed
actuators. It is essential that the drive system is highly integrated to
ensure that actuators are used effectively in aircraft where each component has to be as compact as possible and also very light. This requires
power transmission which is very precise and free of backlash. It is also
crucial that all components are extremely reliable due to the safety-critical nature of the actuator. The installation at the outlet valve of the fuselage is also very demanding in terms of tightness and robustness as well
as function and efficiency at low temperatures. The drive system must
therefore be operated with as little lubricant as possible, and this must
also demonstrate low temperature capability.
The Limburg based drive technology specialists at Harmonic Drive AG
are introducing a new type of OFV actuator. This has a diameter of
95 mm and length of less than 115 mm, which makes it significantly
more compact and lighter than previous solutions.
The main features of the highly integrated actuator include a small brushless DC motor with high rotational speed, planetary transmission for the
first gear level and Harmonic-Drive’s® HFUC gear component set for the
second reduction level. This layout has a number of advantages. The combination means that the input planetary stage is built into the flex spline of
the strain wave gear without requiring additional space. The condition for
this, of course, is that the planetary transmission may be chosen in a form
that is equally compact. However, when used in the OFV actuator, the
nominal torque is a lot smaller than the maximum torque that occurs. The
number of cycles is also very much smaller than in most industrial applications. The gear can therefore be loaded at the critical operating point
beyond the nominal torque so that a relatively compact planetary transmission system can be used. However, the possible alternative of using a
direct drive is not feasible because available direct drives can only offer a
fifth of the required power density. Size 11 planetary transmission with a
8
maximum static torque of 10 Newton meters and a reduction ratio of 6:1
was finally chosen. The choice of the weight-optimized motor-gear combination is determined by the achievable ratio of torque to weight in the
torque range of application. It is therefore evident that a maximum reduction is preferable. Harmonic Drive AG offers a strain wave gear with a very
high torque density usually ranging from 250 to 550 Nm/kg. This makes it
ideal for using at the output of the actuator. However, the selection is limited by the rotational speed limits of the motor and transmission as well as
by the decreasing efficiency of the transmission when there is increasing
reduction. Frictional losses in the motor also increase with decreasing size,
reducing the torque to weight ratio. Furthermore, Harmonic-Drive’s®
HFUC transmission offers a maximum reduction ratio of 160 : 1. Together
both gear levels reduce the motor rotation speed in the ratio 960 : 1. However, the basic performance specifications of the actuator (torque, rotational speed, rotation angle) are important for determining the choice of
motor. On the assumption that both gear levels each have an efficiency of
90 %, the application described requires the actuator to have a maximum
performance at the output of about 38 watts. This specification imposes
high demands on the efficiency of the drive. Finally, the voltage on board
the aircraft is only 28 volts DC with a maximum current of 2 amperes.
Operating at maximum performance produces an efficiency of about
80 %, which means that only a brushless high-efficiency DC motor can be
used as a drive. Hall sensors near the stator enable brushless electronic
motor commutation.
WEIGHT AND VOLUME CAN BE SIGNIFICANTLY
REDUCED BY OPTIMISING THE DESIGN
Integrated magnetoresistive sensors also detect the position of the output shaft. The combination of a small amount of lubricant with a special
lubricant enables operation up to minus 70 degrees Celsius. Ultimately,
the layout therefore meets all requirements for its use as an outflow
valve actuator. Due to the high degree of integration, volume and mass
can also be significantly reduced compared to the drive originally used.
NEWS NEUIGKEITEN DER HARMONIC DRIVE AG
N E W S HARMONIC
DRIVE AG NEWS
NEWS-BLOCK
NEWS BLOCK
REINHARD & SONJA ERNST ÜBERGEBEN
»HAUS DER HOFFNUNG« AN DIE STADT NATORI
REINHARD & SONJA ERNST HAND OVER
»HOUSE OF HOPE« TO THE TOWN OF NATORI
»Kibo no le«, das »Haus der Hoffnung«, ist eine Begegnungsstätte, die in der von
der Tsunami-Katastrophe am 11. März 2011 stark betroffenen japanischen Kleinstadt
Natori errichtet wurde. Die Reinhard & Sonja Ernst-Stiftung wollte der Gemeinde
helfen, deren Einwohner noch heute, über ein Jahr später, größtenteils in Notunterkünften leben. Besonders für die alten Leuten und die Kinder sollte etwas getan
werden; so entstand die Idee einer Begegnungsstätte für Jung und Alt. Bei der Ideenfindung, Planung und der Bauleitung engagierte sich der weltbekannte Architekt
Fumihiko Maki, ein Freund des Stifterehepaares, kostenlos. Die Gesamtkosten des
Baus betrugen 1,5 Millionen Euro und wurden zum größten Teil von der Stiftung
getragen sowie von weiteren Spenden aus Deutschland und Japan. Es entstand
ein formschönes Gebäude, das Geborgenheit und Gemütlichkeit ausstrahlt. Unter
einem Dach können sich jetzt alte Menschen über das geschehene Unglück austauschen, gemeinsam kochen oder Konzerten lauschen. Die Kinder können unter Aufsicht spielen oder bei ihren Hausaufgaben betreut werden. Am 3. November 2012
wurde das »Haus der Hoffnung« der Stadt Natori feierlich übergeben. Ein ausführlicher Bericht über das Natori-Projekt folgt in der nächsten Ausgabe der newdrive.
»Kibo no le«, or »House of Hope«, is a community centre that has been built in
Natori, the small Japanese town that was severely hit by the tsunami of 11th
March 2011. The Reinhard & Sonja Ernst Foundation wanted to help the town
where most of the inhabitants are still living in emergency accommodation over
a year after the tsunami hit. Something needed to be done, particularly for children and the elderly, and this gave rise to the idea of a community centre for the
young and elderly. World-famous architect, Fumihiko Maki, who is a personal
friend of Reinhard and Sonja Ernst, was involved in managing the planning,
design and construction of the community centre – and he provided his services
free of charge. The total construction costs for the project amounted to EUR 1.5
million. This was largely paid for by the foundation and from donations from
Germany and Japan. The »House of Hope« is an elegant building that exudes
warmth and cosiness. The elderly now come here to meet, talk about the misfortune, cook together and listen to concerts. Children come to play or do their
homework under adult supervision. The »House of Hope« was officially handed
over to the town of Natori on 3rd November 2012. You can read a detailed report
on the Natori project in the next issue of newdrive.
HARMONIC DRIVE AG STARTET SICHER INS JAHR 2013
HARMONIC DRIVE AG LAUNCHES SAFELY INTO 2013
Seit den verheerenden Anschlägen des 11. September 2001 wurden die Sicherheitsbestimmungen in der Luftfahrt immer wieder verschärft. Nicht nur Personen, sondern auch Warensendungen sind davon betroffen. Daher gelten bereits seit 2002 in
Europa spezielle Bestimmungen für alle, die in irgendeiner Form an der Lieferkette
einer Luftfrachtsendung beteiligt sind. Ab 26. März 2013 können somit nur noch
Luftfrachtverlader mit dem behördlich anerkannten Status »Bekannter Versender«
ihre Sendungen ohne aufwändige Kontrollen an den Flughäfen abfertigen lassen.
Ever since the devastating terrorist attacks of September 11th 2001, security
regulations in aviation have been progressively tightened. This has affected
both air passengers and shipments. Since 2002, therefore, special regulations
have been in force in Europe, and these apply to anyone involved in any way in
the supply chain of an air freight shipment. From 26th March 2013, only air
freight shippers that are officially recognised as »known consignors« will be
able to have their shipments dispatched without having to undergo extensive
airport security checks. Harmonic Drive AG has been accredited as an Authorised Economic Operator (AEO-F) since July 2012. The requirements imposed
by the Federal Office of Civil Aviation to qualify for the status of »known consignor« have also been met. The on-site inspection that was carried out in July
2012 as part of the approval process has therefore been successfully completed.
Seit Juli 2012 ist die Harmonic Drive AG als zugelassener Wirtschaftsbeteiligter
zertifiziert (AEO-F). Auch die Anforderungen, die das Luftfahrt-Bundesamt als
Zulassungsvoraussetzung zum »Bekannten Versender« vorsieht, sind erfüllt. Daher
wurde die im Juli 2012 durchgeführte Vor-Ort-Prüfung im Rahmen des Zulassungsverfahrens erfolgreich abgeschlossen.
9
KUNST UN D PRÄZ I SIO N 10
BRÜCKENSCHLAG ZWISCHEN KUNST UND TECHNIK
A R T A N D P R E C I S I O N BRIDGING
THE GAP BETWEEN ART AND TECHNIQUE
BRÜCKENSCHLAG ZWISCHEN
KUNST UND TECHNIK
Die Weilburger Malerin Anke Mohr hat eine große Affinität zur Wissenschaft
und ist von Astrophysik und Einsteins Relativitätstheorie ebenso fasziniert wie
von den alten Ägyptern oder der Verbindung zwischen Kunst und Psychologie.
Für die Harmonic Drive AG hat sie sich des großen Universalgenies Leonardo da
Vinci angenommen.
BRIDGING THE GAP BETWEEN ART AND TECHNOLOGY Weilburg painter Anke
Frau Mohr, was inspiriert Sie bei
Ihrer täglichen Arbeit?
Die Neugier. Aus einer täglichen Flut
von Eindrücken, Informationen und
Bildern ragen immer wieder Dinge
Mrs Mohr, what inspires you in your everyday work?
hervor, die mich neugierig machen
und mich zur visuellen Umsetzung,
also zum Malen, inspirieren.
Welches ist Ihre bevorzugte Technik?
Die Lasurtechnik in Acryl wie auch in
Öl hat es mir angetan.
Wie nähern Sie sich bei Auftragsarbeiten für Geschäftsräume einem
Unternehmen bzw. einem vorgegebenen Thema?
Der überwiegende Teil meiner Auftragsarbeiten waren Illusionsmalereien in
Geschäftsräumen. Generell ist eine intensive Zusammenarbeit mit dem Auftraggeber nötig, um ein Gespür für die gewünschte Raumwirkung zu bekommen; Fragen
zur Historie, Unternehmensentwicklung, Philosophie, Produktpalette, Informationen aus dem Internet runden das Bild ab.
Ist Ihnen die Welt der Technik nah?
Sie ist sozusagen allgegenwärtig, da mein Mann Maschinenbauingenieur ist.
Sie haben in Weilburg eine Schule für Kunst und Kommunikation gegründet –
was möchten Sie Ihren Schülerinnen und Schülern vermitteln?
In erster Linie Freude an Kunst. Kunst öffnet Fenster aus geschlossenen Räumen.
Häufig fehlt den Menschen einfach der Mut, ihrer Kreativität freien Lauf zu lassen.
Diese Schranke möchte ich abbauen, aber gleichzeitig deutlich machen, dass Kunst
ohne handwerkliche Fähigkeiten und Kenntnisse immer Stückwerk bleiben wird.
Welches ist in der Kunst Ihr aktuelles Thema?
Zurzeit drehen sich einige meiner Gedanken um meine Heimatstadt Weilburg, ihre
Bedeutung in der Vergangenheit, ihre Gegenwart und Zukunft. Dies visuell zu verarbeiten, fordert mich heraus. Dabei begleitet mich die These von Paul Klee: »Kunst
gibt nicht das Sichtbare wieder, sondern macht sichtbar«.
Können Sie mir ein paar Stichpunkte zu Ihrem Bild für die Harmonic Drive AG
geben?
Kunst und Technik – bei dieser Kombination stößt man natürlich auf ein großes Universalgenie: Leonardo da Vinci. Vor 500 Jahren zeichnete er auch zahllose Modelle
von Zahnradgetrieben; daneben stehen die Getriebe der Harmonic Drive AG und ihre
vielfältigen Einsatzgebiete. So ergibt sich bei genauer Betrachtung zwangsläufig
eine Verbindung zwischen Leonardo da Vinci und der Harmonic Drive AG.
Mohr has a great affinity for science and is fascinated by astrophysics, Einstein’s
theory of relativity, the ancient Egyptians and the link between art and psychology. For Harmonic Drive AG, she even draws a link with the great universal
genius Leonardo da Vinci.
Curiosity. From a daily deluge of impressions, information and images there are
always things that stand out and provoke my curiosity. I am inspired to portray
them visually by painting them.
What is your favourite technique?
I am really taken with acrylic and oil glazing.
How do you approach a company or a given topic in the case of commissioned work
for a commercial organisation?
The majority of my commercial work has been illusory paintings in business
premises. Generally, you have to work very closely with the client to get a feel
for the desired spatial effect. Questions regarding the history, the development of the company, the philosophy and the product range, as well as information from the Internet complete the picture.
Are you close to the world of technology (Harmonic Drive AG)?
The world of technology is ubiquitous in the family of a mechanical engineer,
and we often take it for granted in our lives.
You founded a school of art and communication in Weilburg – what do you want to
teach your students?
First and foremost, the joy of art. Art opens windows indoors. People often lack
the courage to give free rein to their creativity. I want to remove these barriers,
but I would also like to make it clear that without technical skills and knowledge
art will always remain disconnected.
What is your current topic in art?
Currently some of my thoughts are on my home town of Weilburg, its historical
importance, its present and its future. Processing this visually is challenging
me. I go along with the words of Paul Klee: »Art does not reproduce the visible;
rather it makes visible.«
Can you give me a few points about your image for Harmonic Drive AG?
Art and technology – this combination inevitably brings us to a great universal
genius: Leonardo da Vinci. 500 years ago he drew countless models of gear
drives. Today we have the gears of Harmonic Drive AG and the many areas in
which they are used. On closer inspection, there is clearly a connection between
Leonardo da Vinci and Harmonic Drive AG.
Mrs Mohr, thank you very much for talking to us.
Atelier Anke Mohr,
Spielmannstraße 16, 35781 Weilburg, [email protected]
www.anke-mohr.de
Frau Mohr, wir danken Ihnen für das Gespräch.
11
M EC H ATR O NIK NÄHER ANS IDEAL
M E C H A T R O N I C S CLOSER
TO THE IDEAL
NÄHER ANS IDEAL
Höchste Genauigkeit von Getriebemotoren durch mechatronische
Übertragungsgenauigkeit Die Übertragungsgenauigkeit eines Getrie-
Kompaktheit, Leistungsdichte und Systemkosten, steht der Servoan-
Abtriebsdrehwinkels. Praktisch ist dies der gemessene Drehwinkel am
auf der Liste. Fortschritte in der Regelungstechnik haben es ermöglicht,
setzung geteilten Drehwinkels. Dieser beträgt je nach Baugröße nur ein
Ansätze. Sucht man nach dem optimalen Antriebssystem hinsichtlich
trieb als Kombination aus AC-Motor und Präzisionsgetriebe ganz oben
einen Servomotor nahe am Ideal zu betreiben. Die manchmal als nach-
bes ergibt sich aus der Differenz des wirklichen und des theoretischen
Abtrieb abzüglich des am Antrieb gemessenen und durch die Nennunterbis zwei Winkelminuten. Bei Präzisionsanwendungen kommt es so aber
teilig empfundenen Einflüsse des Getriebes, wie Nachgiebigkeit oder
zu störenden Positionsfehlern oder zu Gleichlaufschwankungen (Gefahr
her kaum berücksichtigt. Dabei liegt gerade hier ein großes Potenzial.
somit in hohem Maße reproduzierbar. Grundsätzlich sind zwei Wege
zyklische Abweichungen in der Winkelübertragungstreue, werden bis-
Die Wellgetriebe der Harmonic Drive AG basieren auf einem außergewöhnlichen Funktionsprinzip, bei dem die Verformung von Material zur
Übertragung von Kräften ausgenutzt wird. Seit der Patentierung im
Jahre 1955 haben schon einige Ingenieurgenerationen mit diesem hoch-
von Schwingungsanregung). Dieser Fehler ist geometrisch bedingt und
denkbar, diesen Effekt zu kompensieren:
Online Ein zusätzlicher abtriebsseitiger Geber liefert die Information, um
die Schwankungen durch die Regelung zu kompensieren. Dieser Ansatz
arbeitet symptomatisch, d. h., alle Schwankungen werden so weit wie
möglich kompensiert, unabhängig von der Ursache. Nachteilig ist dabei der
erhöhte Aufwand für den Sensor und die veränderte Regelstruktur. Letz-
präzisen Getriebe herausragende Leistungen erzielt. Neben der reinen
tere erfordert unter Umständen einen Beobachter oder ein Streckenmodell,
Vorteile in der Anwendung. So können mit dem nur dreiteiligen, leichten
Regelung) und Motor (Eingriffsort der Regelung) zu berücksichtigen.
technischen Faszination bietet dieses Funktionsprinzip natürlich auch
und kompakten Getriebe Untersetzungen von 30 : 1 bis 320 : 1 pro Stufe
bei hohem Wirkungsgrad erzielt werden.
um die Phasenlage zyklischer Schwankungen zwischen Abtrieb (Zielort der
Offline Die Schwankungen werden, abhängig vom Motorwinkel, ein-
malig erfasst und als Kompensationsdatensatz (tabellarisch oder parametrisch-funktional) hinterlegt. Die Sollwerte in der Regelung werden
DIE INNOVATIONEN IN DER SENSOR- UND
REGELUNGSTECHNIK WEISEN DIE RICHTUNG:
HIER LIEGT DIE ZUKUNFT DES GETRIEBEMOTORS
Ansatz erfordert im laufenden Betrieb keine zusätzliche Sensorik.
In die Harmonic-Drive®-Getriebetechnologie fließen Erfahrungen aus fast
Die Sollwert-Überlagerung kann entweder im Regler erfolgen oder direkt
trie und Fertigungstechnologie erreichen die Getriebe z. B. Spielfreiheit
nerlei Anpassung am Regler selbst erfolgen muss, da die dem Aktuator
vierzig Jahren Firmengeschichte ein. Durch Optimierungen in der Geome-
mit diesen Daten laufend überlagert, sodass die resultierende Vorhaltbewegung des Motors die Schwankungen im Getriebe kompensiert. Dieser
im Motor-Feedback-System. Letztere Variante hat den Vorteil, dass kei-
auf Lebenszeit, eine sehr hohe Lasttragfähigkeit bezogen auf den Materi-
zugeordneten Parameter direkt dort abgelegt sind. Beide Ansätze wur-
Doch gut bedeutet nicht perfekt. Natürlich sind Wellgetriebe nicht belie-
schen Entwurf folgten die ersten Tests der Algorithmen durch Simulatio-
aleinsatz sowie eine hohe Gleichförmigkeit in der Bewegungsübertragung.
big steif, denn auch eine hochpräzise gefertigte Verzahnung bleibt eine
mechanische Unstetigkeit. Nur wenige μm Versatz in der Bauteilausrich-
den von der Harmonic Drive AG untersucht. Nach dem regelungstheoreti-
nen und die praktischen Tests im Prüffeld nutzten einen Echtzeitrechner,
der in die Reglerstruktur bzw. den Messkreis eingebunden wurde. Das
tung können sich bemerkbar machen, Wälzlager sowie Dichtungen erzeu-
vollständige bisher erprobte Know-how steht zur Implementierung in
noch mehr getan: Das Getriebe als mechanische Komponente bestimmt
bereits bis zu einer industrietauglichen Lösung entwickelt. Eine Realisie-
gen nach wie vor Reibverluste. Doch in den letzten fünfzig Jahren hat sich
nicht mehr allein die Qualität einer Antriebslösung. Das Gesamtverhalten
eines elektronisch geregelten Systems ist entscheidend. Auch hier bieten
die Getriebe der Harmonic Drive AG echte Vorteile: Übrige Unzulänglich-
kundenspezifischen Systemen bereit. Dazu wurden einige der Ansätze
rung der Onlinekompensation basiert auf einem Beschleunigungssensor
nach dem Ferraris-Prinzip, der abtriebsseitig in einen Servoaktuator integriert wurde. Im Zusammenspiel mit einer speziellen Firmware, die eine
keiten lassen sich durch theoretische Analysen erklären und wertmäßig
Beobachterstruktur implementiert, wird an einem Standard-Industrie-
zur Kompensation unerwünschter Getriebeeigenschaften.
zyklische Vorhaltbewegungen des Motors wird der Abtrieb deutlich beru-
ermitteln. Somit gibt es sehr gute Chancen für mechatronische Ansätze
12
regler eine deutliche Verbesserung des Gleichlaufs erzielt. Durch kleine
13
M EC H ATR O NIK NÄHER ANS IDEAL
1
—
s
Rampe
ramp
2*pi / 60
—————
0.050s+1
M E C H A T R O N I C S CLOSER
FHA-40C-100-L
Psoll
Pset
U
U
TO THE IDEAL
HFUC-40-100
KB
KA
KB
KA
Pist
Pact
Mon
I
Sollwert-Filter
command filter
FB
Regler
controller
I
FB
DC Motor
DC motor
FA
FA
elast. Getr. m. Ü-Fehler
elast. gear w. t-error
Drehmasse
moment of inertia
0.83 * 100
OM soll [rpm]
OM set [rpm]
Phi
Phi SIN / COS
Decoder
decoder
KIN
SIN / COS Phi
Sw
SIN / COS Out
SIN / COS In
Manipulation
manipulation
Encoder
encoder
Ist-Pos
act pos
SIN / COS
BILD 1 FIGURE 1
higt. Bild 1 zeigt ein Simulationsmodell und Bild 2 experimentelle Ergebnisse zur statischen Offlinekompensation. Der periodische Winkelfehler
wird durch Aufschalten des Algorithmus deutlich reduziert.
Elastische Nachgiebigkeit Sind die drei Bauteile Flexspline, Circular
Omega
Alpha
FRC
M ges
M dyn
Auswertung
evaluation
-1 / 100
R
R2D
+
-
Antrieb
actuator
Winkelfehler
angle error
CLOSER TO THE IDEAL Improving the precision of gear motors using
mechatronic methods. If we are looking for the optimal drive system in
terms of compactness, power density and system cost, the servo drive is
still high up on the list offering a combination of AC motor and precision
gear. Advances in control technology have made it possible to operate
Spline und Wave Generator des Wellgetriebes montiert, entsteht eine
a servo motor that is close to the ideal. Gear influences that are some-
ist auch ohne äußere Last die Getriebesteifigkeit nicht gleich null. Mit
variations in angular transmission reliability have so far attracted little
elastische Verspannung, die für dauerhafte Spielfreiheit sorgt. Somit
zunehmendem Lastmoment beteiligen sich immer mehr Zähne an der
Kraftübertragung, was zu einem progressiven Steifigkeitsverlauf führt.
times perceived to be disadvantageous such as flexibility or cyclical
attention. There is considerable potential here.
Nur kann das Getriebe nicht unendlich steif sein, da ein äußeres Drehmoment immer zu einer Verwindung zwischen Ab- und Antrieb führt.
den Motorstrom) oder das haptische Rendern von Momentencharakte-
Harmonic Drive AG’s gear technology is based on a unique operating
principle in which the deformation of material for transferring power is
utilised. Since the patent in 1955, several generations of engineers have
achieved excellent results with this high precision gear. Apart from its
purely technical fascination, this operating principle clearly also offers
advantages in terms of its application. Reductions of 30 : 1 to 320 : 1 in a
single stage can be achieved with a high degree of efficiency using the
three-piece, lightweight and compact gears.
Auf den Punkt gebracht Gelangt man bei anspruchsvollen Anwendun-
INNOVATIONS IN SENSOR AND CONTROL TECHNOLOGY SHOW THE WAY: THIS IS THE FUTURE
OF THE GEAR MOTOR
Sind jedoch das Lastmoment und die Steifigkeitskennlinie des Getriebes
bekannt, kann dieser WindUp-Winkel recht genau geschätzt und regelungstechnisch kompensiert werden. Neben der statischen Kompensa-
tion der Getriebeelastizität erlaubt ein abtriebsseitiger Drehmoment-
sensor noch weitere Funktionen: dynamische Schwingungsdämpfung,
direkte Momentenregelung (viel genauer als die indirekte Regelung über
ristiken in Force-Feedback-Anwendungen.
gen hinsichtlich Genauigkeit, Steifigkeit und Dynamik an die Grenzen
üblicher Getriebemotoren, wird schnell der Einsatz von Direktantrieben
propagiert und man nimmt die Nachteile dieser Systeme in Kauf. Dabei
wäre mit einem intelligent geregelten Servoantrieb eine gleichwertige
Performance erreichbar. Dazu profitiert man von den Vorteilen zu vergleichbaren Torque-Motoren, denn Servoantriebe sind in der Regel kom-
pakter, leichter und oft effizienter in der Gesamtenergiebilanz. Sie werden
bei geringeren Strömen betrieben und brauchen somit kleinere Regler
und Kabelquerschnitte. So ergibt sich aus Systemsicht ein klarer Kosten-
vorteil. Aktuelle Neuheiten in der Sensor- und Regelungstechnik weisen
die Richtung: Hier liegt die Zukunft des intelligenten Servoantriebs.
14
Experience spanning almost forty years of the company’s history are
incorporated into the Harmonic Drive® gear technology. Tweaking geometry and manufacturing technology means that that the gears offer, for
example, lifelong backlash free performance, a very high load carrying
capacity in terms of the use of materials and high uniformity in motion
transmission. However, good does not mean perfect. Of course, strain
wave gears are not always rigid because even with highly precise manufactured gearing there is still mechanical discontinuity. Only a few microns
offset in the component layout can be noticed. Bearings and seals still
create friction losses. However, even more has changed within the last fifty
Gleichlaufversuch (30° / s) synchronious speed test (30° / s)
Winkelfehler [arcsec] angle error [arcsec]
30
25
20
15
10
5
0
0 1 2 345 6 7 8
Motorumdrehungen motor revolutions
BILD 2 FIGURE 2
years: The gear is no longer the only mechanical component that determines the quality of a drive solution. The quality is determined rather more
by the overall performance of an electronically controlled system. Here
too Harmonic Drive AG’s gears offer significant advantages: Any remaining
shortcomings can be explained by theoretical analyses and identified in
terms of value. There are therefore very good opportunities for using
mechatronic methods to compensate for undesired gear properties.
Transmission precision The transmission precision of a gear is derived
from the difference between the actual and theoretical output rotation
angle. In practical terms, this corresponds to the rotation angle measured
at the output less the rotation angle measured at the input and divided
by the nominal reduction ratio. Depending on the size, this amounts only
to no more than 1 to 2 angular minutes. However, in precision applications, this leads to disruptive positioning errors or even flutters (risk of
vibration). This error is geometrically determined and therefore highly
reproducible. Basically, there are two possible ways in which to compensate for this effect.
Online An additional encoder on the output side provides the information for compensating for the vibrations by means of control. This
approach works symptomatically, i.e. all vibrations are compensated as
far as possible, irrespective of their cause. The disadvantages, however,
are the increased effort for the sensor and the change in the control
structure. The latter may in certain circumstances require an observer or
a controlled machine model so as to factor in the phases of cyclical vibrations between the output (the target point for the control) and the motor
(the point of gearing for the control).
Offline The vibrations are captured once depending on the motor
angle and recorded as compensation data (tabular or parametric and
functional). The set point values in the control are continually superimposed with this data, so that the resulting suspension movement of the
motor compensates for the vibrations in the transmission. This approach
requires no additional sensor device during the operation.
The set point superimposition can either be done in the
controller or directly in the motor feedback system. The
advantage of the latter option is that no adjustment has to
take place at the controller, as the parameters associated
with the actuator are stored right there. Both approaches
have been investigated by Harmonic Drive AG. According
to the control design, the initial tests of the algorithms
were carried out by simulation. The following practical
tests in the test field used a real time computer which was
integrated into the control structure and the measuring
circuit. All the know-how that has been tried and tested to
date can be implemented in customised systems. Furthermore, some of the approaches have already been developed into a finished industrial grade solution. Implementation of online compensation is based on an acceleration
sensor according to the Ferraris principle that on the
output side has been integrated into a servo actuator.
Combined with a special firmware which provides an
observer structure, this allows for a significant improvement to the synchronisation on a standard industrial
controller. The small cyclical suspension movements of
the motor result in a significant calming of the output. Figure 1 shows a
simulation model and figure 2 shows experimental results for static
offline compensation. The periodic angular error is significantly reduced
by switching the algorithm.
Elastic flexibility If the three components (flexspline, circular spline
and wave generator of the strain wave gear) are installed, there will be an
elastic tension which ensures permanent backlash free conditions. Therefore, even without an external load, transmission rigidity is not equal to
zero. With increasing load torque, an increasing number of teeth are
involved in the power transmission, which results in progressive rigidity.
However, the transmission cannot be infinitely rigid, as an external torque
always results in torsion between the output and drive. However, if the
load torque and the rigidity characteristics of the transmission are known,
this windup angle can be estimated quite accurately and compensated by
control technology. Apart from the static compensation of transmission
elasticity, a torque sensor on the output side offers additional functions:
dynamic damping of vibrations, direct torque control (significantly more
precise than indirect control via the motor current) or the haptic rendering
of torque characteristics in force feedback applications.
To Summarize If, in terms of precision, rigidity and dynamics of
demanding applications, we are getting to the limits of conventional
gear motors, the use of direct drives being promoted where we are
subjecting ourselves to the drawbacks associated with these systems. It
would often and easily be possible to use a cleverly controlled gear motor
to achieve a performance that is at least on a par. We can also benefit
from advantages over comparable torque motors, as gear motors are
usually more compact, lighter and often more efficient in terms of their
overall energy balance. They operate at lower currents need smaller
controllers and cable cross sections. So there is a clear cost benefit from
the system point of view. Current innovations in sensor and control technology show the way: This is the future of the gear motor.
15
UNSER TEAM MITARBEITER UND JUBILARE
O U R T E A M EMPLOYEES
AND EMPLOYEE ANNIVERSARIES
MITARBEITER EMPLOYEES
Raum für Musik-Philosophie Produkte Multiroom & Planung
Angebote
News O-Töne über Musik im Raum
Plattenspieler Tonabnehmer CD, BlueRay-Player Netzwerkstreamer Verstärker Lautsprecher
TV & Projektoren Tuner Integrierte Lösungen Zubehör: Kopfhörer, Regalsysteme, etc.
MUSIK
IM
R AU M
— Raum für Musik
V er stä r k er.
Vorverstärker, Vollverstärker und kraftvolle Endstufen.
Jedes System ist anders und verlangt nach einer anderen Lösung.
Marken:
Impressum
MEHR ALS NUR EIN JOB Die Suche nach qualifiziertem Personal ist für
viele Unternehmen zur Existenzfrage geworden. Daher ist es auch für die
Harmonic Drive AG enorm wichtig, sich als Arbeitgeber erfolgreich und
attraktiv zu präsentieren.
Das neue Karriereportal der Harmonic Drive AG bietet Berufserfahrenen,
Berufseinsteigern sowie Studenten und Schülern die Möglichkeit, sich über
die Harmonic-Drive-Gruppe zu informieren. Außerdem erhalten sie Tipps
für eine professionelle Bewerbung und können uns im Anschluss daran ihre
Bewerbung über ein Onlineformular zusenden.
Darüber hinaus möchte die Harmonic Drive AG ihren Mitarbeitern einen
Mehrwert bieten, der über den normalen Joballtag hinausgeht. Hierzu gehören beispielsweise Angebote im Rahmen des Gesundheitsmanagements. In
Kooperation mit einem Gesundheitsdienstleister werden verschiedene Trainingskonzepte, wie zum Beispiel spezielle Rückenfitnesskurse, firmenintern
MORE THAN JUST A JOB Finding qualified staff has become a question
of survival for many companies. It is therefore extremely important for
Harmonic Drive AG to present itself as a successful and attractive
employer.
Harmonic Drive AG’s new career portal offers experienced professionals, newcomers and students the opportunity to learn about the
Harmonic Drive® Group. Prospective employees will also get advice on
how to make a professional job application and will then be able to send
us their application using an online form.
Harmonic Drive AG offers its staff added value that goes beyond the normal everyday job. Additional benefits staff can enjoy include a range of
health related in-house training programmes and fitness classes, daily
free fruit and hot and cold drinks, as well as access to various sporting
activities and other recreational opportunities.
durchgeführt. Zusätzlich erhalten die Mitarbeiter kostenfrei Obst sowie Kaltund Heißgetränke. Neben den sportlichen Aktivitäten gibt es noch weitere
Freizeitangebote. Gerade neue Mitarbeiter freuen sich über die Events der
Harmonic Drive AG, die es ermöglichen, die Kollegen in privater Atmosphäre
Harmonic Drive AG’s full programme of events goes down particularly
well with new members of staff who use these occasions to get to know
colleagues in a private setting.
kennenzulernen.
JUBILARE Wir bedanken uns recht herzlich für die langjährige tolle Mitarbeit!
EMPLOYEE ANNIVERSARIES We would like to thank you for the years of excellent work!
10-JÄHRIGES JUBILÄUM! TEN-YEAR ANNIVERSARY! 16
Mario Bier
Alexander Ruppel
Dr. Ingolf Schäfer
Stefan Schmitt
MESSETERMINE SPS/ IPC/ DRIVES IN NÜRNBERG
T R A D E F A I R S SPS/ IPC/ DRIVES
IN NUREMBERG
DIE HARMONIC DRIVE AG VOM 27. – 29. NOVEMBER 2012
AUF DER SPS / IPC / DRIVES / IN NÜRNBERG www.mesago.de/de/SPS/home.htm
Die SPS / IPC / Drives / umfasst als Europas führende Fachmesse für
elektrische Automatisierung ein breites Spektrum an neuen Produkten,
Lösungen und Innovationen der Automatisierungsbranche. Mehr als
1.400 Aussteller präsentieren in zwölf Messehallen alle Komponenten,
komplette Systeme und integrierte Automatisierungslösungen aus der
Steuerungstechnik, Antriebstechnik, Bedientechnik, Sensorik und vielen
weiteren Bereichen.
THE HARMONIC DRIVE AG AT SPS / IPC / DRIVES / FROM THE 27 TH
TO 29TH OF NOVEMBER IN NURENBERG Europe’s leading trade fair
for electrical automation, SPS / IPC / Drives / , offers a wide range of new
products, solutions and innovations in the automation industry. In the
exhibition centre’s 12 halls, 1.400 exhibitors will be presenting new components, complete systems and integrated automation solutions for control engineering, drive engineering, operation engineering, sensor technology and many other areas.
Als eine der wenigen Fachmessen in diesem Umfeld verbindet die
SPS / IPC / Drives / somit Komponenten und Systeme miteinander und
bietet integrierte Automatisierungslösungen an.
Sie schafft es, die Kern- und Trendthemen der Automatisierungsbranche
zu fokussieren und hat damit für Anwender aus den unterschiedlichsten
As one of the few trade shows in this area, SPS / IPC / Drives / gives an
overview of components and systems and offers integrated automation
solutions. This trade fair showcases key topics and trends in the automation industry, and visitors will find a wealth of useful information whatever their line of business.
Bereichen etwas zu bieten.
Wir laden Sie schon jetzt herzlich ein, unseren Messestand zu besuchen
und unsere Produkte sowie deren Anwendungen kennenzulernen. Sie
Please come and visit us at our stand in hall 4, stand 418, where we
will be delighted to demonstrate our products and discuss any future
applications you may have.
finden uns in der Halle 4, Stand 418.
Unter [email protected] können Sie kostenfrei Tickets für Ihren
Messebesuch anfordern.
Email us at [email protected] to get your free tickets to the trade
fair.
17
Deutschland
Harmonic Drive AG
65555 Limburg /Lahn
+49 6431 5008-0
+49 6431 5008-119
[email protected]
www.harmonicdrive.de
Harmonic Drive ® Produkte sind erhältlich in folgenden Ländern:
Harmonic Drive ® products are directly available in the following countries:
Belgien
Belgium
Brasilien
Brasil
Finnland
Finland
Frankreich
France
Großbritannien
UK
Indien
India
Israel
Israel
Italien
Italy
Japan
Japan
Niederlande
Netherlands
Norwegen
Norway
Österreich
Austria
Polen
Poland
Russland
Russia
Schweiz
Switzerland
Schweden
Sweden
Spanien
Spain
Türkei
Turkey
Tschechien
Czech Republic
USA
USA
newdrive, das News-Magazin der Harmonic Drive AG, ist eine Informationsschrift für Kunden und Interessenten der Harmonic Drive AG und
erscheint in regelmäßigen Abständen. Alle Handelsbezeichnungen unterliegen den Urheberrechten ihrer jeweiligen Eigentümer und werden
ausdrücklich respektiert. Die Harmonic Drive AG behält sich das Recht vor, die Spezifikationen der hier genannten Produkte ohne Ankündigung zu ändern oder aus dem Sortiment zu nehmen. Die hier veröffentlichten Informationen sind weiterhin nicht Bestandteil eines Vertrages.
Harmonic Drive © ist eine eingetragene Marke der Harmonic Drive AG.
newdrive, the news magazine of Harmonic Drive AG, is an information paper for customers and all those interested in Harmonic Drive AG, which
is published regularly. All trade names are subject to the copyright law of their respective owners and are expressly respected. Harmonic Drive AG
reserves the right to modify the specifications of the products mentioned herein without prior notice or to remove them from the product range.
The information published herein does not constitute part of a contract. Harmonic Drive © is a registered trademark of Harmonic Drive AG.
Herausgeber I Published by: Harmonic Drive AG, Hoenbergstraße 14, 65555 Limburg/Lahn, Deutschland
Tel.: +49 6431 5008-0, Fax: +49 6431 5008-119, www.harmonicdrive.de, [email protected]
V. i. S. d. P. I Legally responsible for content: Dominik Kaiser
Konzeption, Gestaltung I Concept, Design: Cicero – Gesellschaft für Werbung und Kommunikation mbH
Taunusstraße 52, 65183 Wiesbaden, Tel.: +49 611 9030-190, www.cicero-kommunikation.de
Druck I Print: Ruster & Partner, Elz.
Wir danken allen Mitwirkenden!
We would like to thank all contributors!