Die heute bedienten Branchen benötigen zum einen Komplettlösungen in Form von Aktuatoren beziehungsweise integrierten Systemen (inklusive Regelgerät) und zum anderen kundenspezifische Baugruppen zur Integration in die Bewegungsachse durch den Kunden selbst. Die Technologieplattform BHA soll beiden Ansprüchen gerecht werden und ist als Komplettaktuator und als sogenanntes „Motor Part Set“ einsetzbar.
Wegweisende Kerntechnologien
Als Grundlage dient hierfür ein neues Design der Kernkomponenten im Kontext des bestehenden Portfolios. Dabei können drei Kerntechnologien ausgemacht werden, denen für heutige und zukünftige elektrische Antriebe von Harmonic Drive eine fundamentale Bedeutung zukommt. Dies sind zum einen verteilte Wicklungen, welche vielfach kundenspezifisch ausgelegt werden, um unterschiedlichste Anforderungen an Drehmoment, Drehzahl und Umgebungsbedingungen zu erfüllen. Neben den verteilten Wicklungen kommen zum anderen Zahnspulenwicklungen mit innengenuteten Statoren zum Tragen. Als dritte Kerntechnologie zeichnen sich Zahnspulenwicklungen auf segmentierten Statoren aus. Basis aller drei oben genannten Fertigungsmöglichkeiten sind wesentliche Randbedingungen wie:
Ganzheitliche Betrachtung der Antriebsachse inklusive angepasster Auslegung an die eingesetzten Präzisionsgetriebe inklusive geometrischer Optimierung
Entwicklung und Fertigung der Bauteile im Haus durch enge Zusammenarbeit der beteiligten Fachbereiche
Voller Zugriff auf alle Antriebselemente, da alle erforderlichen Kompetenzen und Fertigungsprozesse im Haus verfügbar sind
Projektabwicklung in enger Abstimmung mit dem Kunden, beginnend mit den Designs über Prototypenbau bis zur Serienfreigabe
Die im Verbund mit der Fertigungstechnologie agierende Entwicklung verfolgt hier den mechatronischen Ansatz, eine funktionelle und wirtschaftliche Antriebslösung für den jeweiligen Einsatzfall zu konzipieren. Dabei sind hochqualifizierte Ingenieure mit modernsten Tools ausgestattet. Für schnelle Reaktionen werden analytische Berechnungsprogramme – basierend auf mehrfach verifizierten Produkt- und Materialparametern – eingesetzt. Im Rahmen der detaillierten Grundlagenuntersuchungen werden FE-Methoden sowohl für Getriebe als auch für den elektromagnetischen Kreis genutzt. Zusätzlich dazu erfolgt vermehrt die Anwendung von evolutionären Optimierungsalgorithmen unter Ausgabe von sogenannten Pareto-Fronten, um multikriterielle Beurteilungen vornehmen zu können.
Aktuator BHA als neue Systemplattform
Ergebnis dieser jüngsten Antriebsentwicklung sind Kernelemente und Aktuatoren, welche unter verschiedenen Kodierungen beziehungsweise verschiedenen Bauformen zur Verfügung stehen. Unter der Bezeichnung BHM gibt es nun die „Motor Part Sets“ bestehend aus Stator und Rotor. Die aktuell verfügbaren Bauteile bieten folgende Leistungsmerkmale:
Die Erweiterung der Baureihe mit den leistungsfähigeren BHM-0360 und BHM-0600 – wie einem maximalen Drehmoment von 8 beziehungsweise 12 Nm – ist ebenfalls vorgesehen.
Motor, Getriebe und Messsystem vereint
Die Bauform BHA (Bild rechts oben) bietet dem Kunden eine fertige Lösung mit geringem Integrationsaufwand und für den Betrieb an industrieüblichen Umrichtern oder Regelgeräten für Schutzkleinspannung. Derzeit sind drei Baugrößen verfügbar und diese bieten folgende Kennwerte (i = 100):
Intelligent Hollow Shaft Drive
Mit dem Smart-System IHD (Intelligent Hollow Shaft Drive) integriert Harmonic Drive Motor, Getriebe, Messsysteme und Regelgerät in einer Bauform. Der Kunde erhält hier die Turn-Key-Lösung mit geringstem Aufwand für Einbau und Inbetriebnahme. Die wesentlichen Merkmale des IHD-Systems sind:
Hohlwellendurchführung
Neueste CSG-Getriebetechnologie
Verwendung der erwähnten BHM-Motorkomponenten
Duales Feedback-System (je ein Single-turn Absolutencoder auf der Motorwelle und der Abtriebswelle) aus eigener Entwicklung
Kompakte Regelelektronik mit Dual-Core-Architecture
(1 Core frei für kundenspezifische Funktionsentwicklung)Kommunikation über Ethernet, EtherCAT, CANopen
Spannungsversorgung 24V oder 48V
Verfügbar als IHD-20 (BHA-20-Plattform), Baugrößen 17 und 25 in der Entwicklung bis Ende 2021
Komplexer werdende Anforderung im Fokus
Die hier dargestellten unterschiedlichen Antriebsbauformen und Technologien sind die Basis für die immer komplexer werdenden Anforderungen an Flexibilität, Skalierbarkeit und
Application-Fit – neben wirtschaftlichen Aspekten wie Baukasten, effektive Logistik und Lieferperformance. Auf dieser Plattform aufsetzend wird Harmonic Drive weitere Baugrößen und branchenspezifische Lösungen vorantreiben und Mehrwertfunktionen auch auf Softwarebasis implementieren. Im Mittelpunkt steht dabei stets der Kunde als Entwicklungspartner und Innovationstreiber, dessen Herausforderung wir annehmen.
