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Der Xmini von Exechon ist der weltweit erste Werkzeugmaschinen-Roboter aus Carbonfaser. Er kombiniert die Flexibilität und Dynamik eines Roboters mit der Steifigkeit und Genauigkeit einer Werkzeugmaschine. Erreicht wird dies durch eine hybridkinematische Struktur, die die Vorteile der seriellen Kinematik (großer Arbeitsbereich und Bewegungsfreiheit) und der parallelen Kinematik (Steifigkeit und Wiederholgenauigkeit) vereint.
Das Maschinenkonzept bietet die volle Leistungsfähigkeit einer 5-Achs-Werkzeugmaschine – und ist dennoch leicht, kompakt und portabel. Die Kohlefaserstruktur macht den kompakten Werkzeugmaschinen-Roboter zu einem echten Leichtgewicht. Dank des geringen Gewichts sowie der modularen Konstruktion kann die Hybridkinematik bequem zwischen mehreren Arbeitsstationen hin und her transportiert werden.
Roboter als Werkzeugmaschine
Drei lineare Aktuatoren sorgen für ein starkes, steifes und zugleich bewegliches Gerüst des Xmini. Der Bearbeitungskopf ermöglicht komplexe Bearbeitungsprozesse in einer Aufspannung. Ausgestattet mit einer 3D-Lasersonde oder einem Werkzeugwechsler lassen sich Arbeiten wie Zerspanen, Orbitalbohren, Laserschneiden/-schweißen sowie Rührreibschweißen automatisieren.
Um die gewünschte hohe Steifigkeit und Präzision des Xmini zu erreichen, hat Exechon in den beiden Achsen des Bearbeitungskopfs Präzisions-Zykloidgetriebe von Nabtesco verbaut. „Für die Gesamtperformance des Xmini ist es wichtig, dass die Achsen 4 und 5 extrem steif sind und absolut genau arbeiten“, so Karl-Erik Neumann, Gründer und Geschäftsführer von Exechon, ein Joint Venture zwischen dem US- Technologiekonzern Lockheed Martin, Tecgrant AB aus Schweden sowie Injaz National aus Abu Dhabi. Mit ihrer Kombination aus minimalem Hystereseverlust, hoher Steifigkeit und einer langen Lebensdauer sind die Zykloidgetriebe von Nabtesco optimal.“
Zykloidgetriebe: präzise, kompakt, robust
Dafür sorgt das besondere Konstruktionsprinzip der Präzisionsgetriebe. Dank der zykloiden Bauweise kommen sie im Inneren in der Abtriebsstufe ohne Zahnräder aus und sind keinen Scherkräften ausgesetzt. Das macht die Getriebesysteme zuverlässig, genau und robust.
Die Kraftübertragung über Bolzen und Rollen sorgt für einen hohen Wirkungsgrad, eine lange Lebensdauer und einen extrem geringen Hystereseverlust von unter einer Winkelminute. Auch über einen langen Zeitraum ist die Spielzunahme extrem gering.
Das zweistufige Untersetzungsprinzip führt zu einem exzellenten Verhalten hinsichtlich Dynamik und Laufruhe sowie einer hohen Wiederhol- und Bahngenauigkeit. Darüber hinaus zeichnen sich die Nabtesco- Zykloidgetriebe durch eine kompakte Bauweise, einen geringen Verschleiß sowie eine große Schockbelastbarkeit (bis zum 5-Fachen des Nenndrehmoments) aus.
Minimaler Bauraum
Da das Design des Xmini eine extrem kompakte Lösung erforderte, hat Nabtesco seine Zykloidgetriebe in enger Zusammenarbeit mit den Entwicklungsingenieuren von Exechon kundenspezifisch angepasst. Als Getriebetyp wird ein geschlossenes RH-25N mit einer gelagerten Eingangswelle genutzt. Auf der Eingangswelle ist eine Riemenscheibe montiert, die durch einen Zahnriemen angetrieben wird. Ausschlaggebend für die Wahl des Getriebes waren das kompakte Design verbunden mit dem hohen übertragbaren Drehmoment und der dabei garantierten Genauigkeit. Denn das Getriebe durfte einen Durchmesser von 150 mm sowie eine Länge von 120 mm nicht überschreiten.
Die Vollwellengetriebe der RH-N-Serie basieren auf den besonders leichten und leistungsstarken RV-N-Einbausätzen, die Nabtesco speziell für die Robotik entwickelt hat. Sie erreichen eine hervorragende Drehmomentleistung sowie ein hohes Maß an Präzision bei einer geringen Baugröße – ideal für den Einsatz im Xmini.
Dank ihres minimalen Hystereseverlustes erlauben die RH-N-Getriebe eine präzise Positionierung, zudem nehmen sie aufgrund ihrer Lagerung hohe Biegemomente auf. Auch die Anforderungen an den Rundlauf am Abtrieb von maximal 15 µm konnte Nabtesco erfolgreich umsetzen. Um die garantierten Werte für Rund- und Planlauf zu gewährleisten, werden alle Getriebe vor der Auslieferung vermessen.
Auch beim Xmini–Projekt mussten die Nabtesco-Ingenieure also – wie so oft – neue Lösungen finden. Sowohl die gelagerte Eingangswelle zur Aufnahme der Riemenscheibe als auch die garantierten Werte für Rund- und Planlauf wurden vorher noch für keinen anderen Kunden so realisiert.
Aber genau diese Engineering-Kompetenz macht Nabtesco weltweit zu einem gefragten Automationspartner: In sechs von zehn Industrierobotern stecken die Zykloidgetriebe des japanischen Herstellers mit Europazentrale in Düsseldorf – damit ist Nabtesco der unangefochtene Weltmarktführer in der Robotik. Auch im Werkzeugmaschinenbau kommen die leistungsstarken Präzisionsgetriebe seit Jahrzehnten zur Anwendung und sind millionenfach bewährt.
Nabtesco Precision Europe GmbH
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