Drehschwenkantriebe: Kompakt ohne Kompromisse

Drehschwenkantriebe sind in der Robotik und Automation weit verbreitet. Sie kombinieren eine Dreh- mit einer Schwenkachse und kommen überall dort zum Einsatz, wo Bauteile mit angebauten Greifern oder anderen Endeffektoren ausgerichtet, positioniert oder zwischen Stationen umgesetzt werden. Herkömmliche Lösungen realisieren diese beiden Bewegungen meist mit zwei separaten Antrieben: einer Motor-Getriebe-Einheit für die Drehung und einer zweiten für das Schwenken. Dieses bewährte Prinzip hat jedoch Nachteile: Der klassische Aufbau ist vergleichsweise schwer, beansprucht viel Bauraum und belastet den Schwenkantrieb zusätzlich, da dieser die gesamte Masse des Drehantriebs mitbewegen muss. Die Folge sind grössere und leistungsstärkere Antriebe, ein höherer Energieverbrauch und eine eingeschränkte Dynamik. Die gängige Konfiguration mit Winkel- und Planetengetriebe verfügt zudem in der Regel nicht über eine Hohlwelle. Leitungen müssen daher aussen geführt werden, was die Bewegungsfreiheit eingeschränkt – 360°-Bewegungen sind nicht möglich.
Mit Drehschwenkantrieben auf Basis der Kronenradtechnologie lassen sich diese Pain Points effizient lösen. Sie sind bis zu 30 Prozent leichter und kompakter, integrieren eine Hohlwelle und ermöglichen kontinuierliche 360°-Drehungen – und das bei höchster Performance und absoluter Zuverlässigkeit. Architekt dieser Innovation ist Balance Drive.

Innovationsstarker Getriebespezialist: Exzellenz als Prinzip
Die Balance Drive AG ist im schweizerischen Kanton Freiburg beheimatet (Firmensitz in Schmitten + Montage/Fertigung in Murten) und hat sich auf die Entwicklung innovativer, kundenspezifischer Antriebslösungen spezialisiert – von der Idee bis zum serienreifen Produkt. Das Unternehmen verfügt über eine einzigartige Getriebekompetenz, jahrzehntelange Erfahrung, eine hervorragende technische Ausstattung, wirtschaftliche Fertigungsverfahren sowie umfassende Mess- und Prüfmöglichkeiten und geniesst weltweit einen exzellenten Ruf als Lieferant und Entwicklungspartner der Hightech-Industrie. Eine Schlüsselkompetenz liegt dabei in der Auslegung und Berechnung der Getriebe, speziell in der Analyse von Tragbildern, der Detailoptimierung der Verzahnung sowie der Simulation von Modellen.

Kronenrad Royal®: Das Winkelgetriebe mit hohem Wirkungsgrad
Als Pionier und Wegbereiter der Kronenradtechnologie engagiert sich Balance Drive für die kontinuierliche Weiterentwicklung der Winkelgetriebe. Die im eigenen Haus entwickelten Kronenrad Royal®-Getriebe gelten als Benchmark in puncto Leistungsdichte, Bauraum sowie Anwenderfreundlichkeit und sorgen für ein deutliches Leistungsplus. Kronenradgetriebe bieten einen hervorragenden Wirkungsgrad (> 95 Prozent) und realisieren hohe Untersetzungen in einer Stufe (bis zu i = 30). Sie sind flexibel hinsichtlich Achswinkel sowie Achsversatz (zwischen 0° und 180° sind beliebige Achswinkel darstellbar) und punkten mit einem einfachen, aber effektiven Lagerkonzept sowie einer unkomplizierten Montage. Zudem zeichnen sie sich durch eine hohe Laufruhe aus und ermöglichen eine extrem kompakte Bauweise bei hoher Lebensdauer.

Führende Expertise in der Auslegung von Getrieben und Antrieben
«Wir verfügen über jahrelange Erfahrung in der Auslegung, Berechnung und Simulation der Tragfähigkeit von Kronenrad Royal®-Verzahnungen nach Norm und unter Last. So entstehen anwendungsoptimierte Verzahnungen, die hohe Ansprüche an Flexibilität und Qualität erfüllen», macht Jürg Fürst, Geschäftsführer bei der Balance Drive AG, deutlich und ergänzt: «Unsere Softwaretools und Auslegungsverfahren basieren auf den neuesten Forschungsergebnissen und ermöglichen es uns, einen Kronenrad Royal®-Radsatz exakt auf die kundenindividuelle Anwendung und die applikationsspezifischen Anforderungen auslegen.» Eine derartige Expertise ist nahezu einzigartig am Markt.

Mehrfachantriebe dank axialer Freiheit des Ritzels
Bei Kronenradgetrieben ist das Stirnrad geradverzahnt. Daher treten am Ritzel keine Axialkräfte auf – das Tragbild wird also nicht durch die axiale Ritzelposition beeinflusst. Am Ritzel muss keine Axiallagerung erfolgen, ebenso entfällt das Einstellen in axialer Richtung. Diese axiale Freiheit des Ritzels macht Mehrfachantriebe möglich – und ebnet den Weg zu aussergewöhnlich kompakten Drehschwenkantrieben. «Der Mehrfachantrieb erlaubt ein Kronenrad mit zwei Ritzeln – und damit die bauraumsparende Integration zweier unabhängiger Antriebe», so Jürg Fürst und erklärt: «Die Funktionsweise ähnelt der eines Differentialgetriebes im Pkw. Drehen beide Ritzel in die gleiche Richtung, entsteht eine Drehbewegung. Drehen sie in entgegengesetzte Richtungen, schwenkt der komplette Antrieb um die Ritzelachsen. Bei unterschiedlichen Drehzahlen überlagern sich die Bewegungen – das System dreht und schwenkt gleichzeitig.» Der Anwender kann sowohl reine Dreh- oder Schwenkbewegungen realisieren als auch beides miteinander kombinieren – und das alles mit nur einem Getriebe.

30 Prozent kompakter und leichter
Der grösste Vorteil dieser Lösung ist ihre Kompaktheit. In der Praxis sinken Gewicht und Bauraumbedarf im Vergleich zu konventionellen Antrieben um bis zu 30 Prozent. Dieser Effekt wirkt bis ins gesamte Maschinen- beziehungsweise Roboterdesign: Ein kompakterer Endeffektor reduziert die bewegte Masse, verbessert die Dynamik und ermöglicht in allen Achsen den Einsatz kleinerer, leichterer Antriebe. Das senkt die Anschaffungskosten und verringert den Energieverbrauch. Weiteres Plus: Optional ist eine grosszügig dimensionierte Hohlwelle erhältlich. Sie erleichtert die Durchführung von Medien und Kabeln – etwa Druckluft für Greifer oder Sensorik – und ermöglicht 360°-Bewegungen.

Modulares, skalierbares Baukastensystem
Durch seine modulare Bauweise lässt sich der Drehschwenkantrieb von Balance Drive exakt auf die kundenindividuelle Anwendung zuschneiden – von Standardausführungen bis hin zu hochpräzisen Sonderlösungen. Optional kann er auch als komplette Einheit mit zwei hochpräzisen Motoren inkl. Vorstufe geliefert werden. Spielreduzierte Planetengetriebe sind hierbei die erste Wahl, wenn Robustheit im Vordergrund steht. Spielfreie Wellgetriebe ermöglichen höchste Präzision bei gleichzeitig extrem kurzer Baulänge – ideal für grosse Greifer. Besonders kompakte Gesamtsysteme entstehen beim Einsatz von Aktuatoren mit integriertem Wellgetriebe: Motor und Getriebe sind dann optimal aufeinander abgestimmt, wodurch die Gesamtlänge auf ein Minimum reduziert wird. Je nach Einbausituation können zudem Winkelstufen integriert werden, um den Motor platzsparend anzuordnen.

Drehschwenkantriebe einer neuen Generation
Drehen und Schwenken in einem kompakten Aktuator – der Drehschwenkantrieb mit Kronenradgetrieben von Balance Drive macht’s möglich. Das innovative Konzept stellt eine leistungsstarke und platzsparende Alternative zu klassischen Planeten-/Winkelgetriebe-Lösungen dar und hebt die Möglichkeiten der Automation auf ein neues Level. «Unsere Drehschwenkantriebe bieten genau das, was moderne Anlagen benötigen: kompakte Bauweise, geringes Gewicht, hohe Präzision, vollständige Drehfreiheit, flexible Medienführung, absolute Zuverlässigkeit, skalierbare Konfigurationen und eine klare Ausrichtung auf dynamische Prozesse», fasst Jürg Fürst die Vorteile zusammen.

Platzsparende Lösungen für jede Branche
Mit Abtriebsdrehmomenten bis zu 200 Nm und Payloads bis 50 kg decken die Plug-&-Play-Lösungen ein breites Anwendungsspektrum ab. Haupteinsatzgebiet ist die Handhabungstechnik – etwa als 4. und 5. Achse an einem Portalsystem oder als 5. und 6. Achse an einem Roboter. Typische Aufgaben sind Pick-&-Place, das Zuführen von Bauteilen, Verpackungsprozesse oder Bearbeitungsschritte, bei denen Bauteile exakt positioniert werden müssen.

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