NARR-SERVOSPINDEL PWG

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1 NARR-SERVOSPINDEL PWG Antriebstechnik aus der Raumfahrt... Einzigartige Leistungsdichte für die Automatisierung

2 Innovativer Linearantrieb mit integrierter Funktion eines Planetengetriebes Entwicklungshintergrund Die NARR-SERVOSPINDEL PWG zusätzliches Getriebe erfolgen. Die Deutsche Forschungsanstalt Die Einhaltung der strengen Mas- basiert auf dem Konstruktions- Mit den kompakten Baumaßen für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR) senlimitierung einerseits und die prinzip der Planeten-Wälz-Gewin- und der Möglichkeit, mit kleinen entwickelte den ersten fernge- Erzeugung des notwendigen despindel (PWG). Diese neue Motoren sehr hohe Kräfte und steuerten Roboter für die D2 Kraftbedarfs andererseits konnte Spindeltechnologie setzt die schnelle Bewegungen zu erzie- Mission (1993). mit konventionellen Spindeln Drehbewegung eines Motors un- len, entspricht die NARR-SERVO- nicht gelöst werden. Dieser Ziel- mittelbar in eine Linearbewegung SPINDEL PWG dem Mechatronik- konflikt führte beim DLR zur Ent- um. Trend zu kompakten, effizienten scheidung, einen völlig neuen Hohe Leistungsdichte Die Baumaße der NARR-SERVO- SPINDEL PWG können, im Verhältnis zur erzielten Kraft, außerordentlich kompakt gestaltet werden. Da die Untersetzungsfunktion eines Planetengetriebes Lösungen. Lösungsansatz dafür zu suchen. Das Projekt für diese Problemlösung führte zur Entwicklung der Planeten-Wälz-Gewindespindel (PWG). Das Funktionsprinzip wurde vom DLR weltweit patentiert. Teil der Funktionalität ist, kann der Motoranschluss direkt ohne Steife Kompaktbauweise mit hoher Tragfähigkeit

3 Hohe Verstellgeschwindigkeiten hohe Kraftwandlungsraten hoher Wirkungsgrad hohe Standfestigkeit und hohe Tragfähigkeit bei kleinstem Bauvolumen! Die Verschmelzung der Funktionsprinzipien Gewindespindel und Planetengetriebe ermöglicht eine große Variabilität und Optimierung der Auslegung. Die Möglichkeit, Steigungen von nur 1 mm problemlos realisieren zu können, gehört zu den spezifischen Vorteilen dieser innovativen Konstruktion. Sehr hohe Kraftwandlungsraten sind das Das Diagramm A zeigt das erforderliche Antriebsdrehmoment zur Erzeugung einer bestimmten Kraft. Beispiel: Zur Erzeugung von 6 kn wird bei 1 mm Steigung ein Antriebsdrehmoment von 1,25 Nm erforderlich. Bei 2 mm Steigung verdoppelt sich der Bedarf auf ca. 2,4 Nm. Drehmoment [Nm] 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 Ein Antriebsdrehmoment von 1,25 Nm ergibt 6 kn Kraft Ergebnis und trotz der geringen Steigung werden bis zu 75 % Wirkungsgrad erzielt. Damit können kleine, leichte Motoren zur Erzeugung höchster Kräfte eingesetzt werden. Das Übersetzungsverhältnis von Dreh- zu Hubbewegung kann durch das Variieren der Spindelsteigung in weiten Grenzen bestimmt werden. 2 mm 1 mm 0, Diagramm A Die NARR-SERVOSPINDEL PWG eignet sich sowohl für dynamische Anwendungen wie auch für Schleichgang-Bewegungen. Höchste Hubgeschwindigkeiten lassen sich durch die hohe Drehzahlfestigkeit und durch die Nutzung höherer Steigungen erzielen. Der Hub kann über eine lange Last [N] Wirkungsgrad [%] 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0% Diagramm B oder kurze Strecke erfolgen. Bei Bedarf erfolgt die Umkehrung der Bewegung in der Endlage praktisch verzögerungsfrei, da der Kraftfluss von nur wenigen Bauteilen realisiert wird. Damit eignet sich die NARR- SERVOSPINDEL PWG auch für oszillierende Funktionen. Last [N] Das Diagramm B zeigt den Wirkungsgradverlauf einer NARR- SERVOSPINDEL PWG mit 1 mm Steigung. Es zeigt sich, dass sich auch bei kleinen Steigungen sehr gute Wirkungsgrade erzielen lassen! Durch die Vorspannung der Planetenrollen ist der Wirkungsgrad in den unteren Kraftbereichen relativ niedrig, doch mit zunehmender Kraft steigt dieser an. Bei einem Wirkungsgrad unter 50 % arbeitet die NARR-SERVO- SPINDEL PWG selbsthemmend.

4 Standardmotoren oder integrierte Lösungen NARR bietet die ganze Palette der Problemlösungen von der NARR-SERVOSPINDEL PWG über einen Spindelantrieb mit Standardmotor oder Spezialmotor bis zur kompletten, einbaufertigen Funktionsbaugruppe mit integriertem Spindelantrieb. Der Bereich CUSTOMER DESIGN ist spezialisiert auf individuelle Problemlösungen für kleine, mittlere und große Fertigungsserien. Diese Entwicklungspartnerschaft schafft die Voraussetzung zur optimalen Nutzung der PWG- Leistungspotentiale. Die wettbewerbsfähige Alternative Durch den einfach strukturierten Aufbau lassen sich Planeten- Wälz-Gewindespindeln (PWG) in Serie relativ kostengünstig herstellen. Hinzu kommt, dass ein üblicherweise zwischengeschaltetes Reduktionsgetriebe (Planetengetriebe) entfällt. Wir empfehlen, soweit es die einzelne Konstruktion zulässt, Standardmotoren Ihrer Wahl zu verwenden. Hohe Laufruhe im gesamten Lastbereich

5 Funktionsprinzip Planeten-Wälz-Gewindespindel Grundsätzlich kann über die Spindelstange oder über das Planetengehäuse angetrieben werden. Die Verbindung zwischen Planetengehäuse (Spindelmutter) und Spindelstange wird durch mehrere umlaufend positionierte Planetenrollen hergestellt. Die Übertragung des Antriebsdrehmoments erfolgt durch Reibschluss. Die Übertragung des Antriebsdrehmoments durch Reibschluss bedingt einen geringen Schlupf. Beispiel: Bei einer Kraft von 5,5 kn muss ein Schlupf von ca. 1 % berücksichtigt werden. Bei 1 mm Steigung werden z. B. bei 20 Umdrehungen 19,80 mm Weg erreicht. Entsprechend ihrer jeweiligen Position im Planetenträger bilden die Planetenrollen mit ihren umlaufenden Antriebsflanken (Feinrillen) den Gewindegang nach. Beim Rotieren um die Spindelstange wird diese entsprechend der Drehrichtung axial angetrieben. Die mehrfache Lagerung der Planetenrollen führt zu einer hohen axialen Steifigkeit der Konstruktion. Steigung der Spindelstange Diese Grafik zeigt die Abwicklung der Planetenrollen, die in Summe eine Art Innengewinde darstellen. Der axiale Versatz der Planetenflanken (Feinrillen) leitet sich von der Steigung der Spindelstange ab. Planetengehäuse (Spindelmutter) Planetenrollen Planetenlager Planetenführung (Führungsrillen) Antriebsflanken (Feinrillen) Spindelstange Planetenträger

6 Eine neue Technologie auf Erfolgskurs Patent und Lizenz Beratungsservice NARR ist auch Entwicklungspartner der Fahrzeugindustrie für den Einsatz der neuen PWG-Technologie in künftigen by-wire Systemen. Verschiedene Vorversuche bei unterschiedlichen Herstellern führten zu außerordentlich guten Testergebnissen hinsichtlich Funktionalität und Haltbarkeit. So führte eine umfangreiche Dauerlauferprobung im Bereich mechatronische Bremssysteme für Schienenfahrzeuge im direkten Vergleich mit herkömmlichen Spindelsystemen zu einer über Faktor >10 verlängerten Lebensdauer. Patentinhaber ist die Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt e.v. in Köln. Die Firma Wilhelm Narr GmbH & Co. KG, Kirchheim unter Teck ist Inhaber der Lizenzrechte zur weltweiten Nutzung der Planeten- Wälz-Gewindespindel (PWG). Typische Anwendungsbereiche Typische Anwendungsbereiche in der Automatisierungs- und Fertigungstechnik sind: Robotik, Handlingeinrichtungen, Schweißzangen, Montage, Clinchen, Verstemmen, Prüfen, Prägen, Nieten, Verstellen, Justieren... Wenn Sie eine alternative Spindel für Ihr Produkt suchen oder über eine innovative Antriebslösung nachdenken, dann sollten Sie unseren Beratungsservice nutzen. Da es für eine NARR-SERVO- SPINDEL PWG viele Möglichkeiten der Konstruktionsauslegung gibt, empfehlen wir ein Vorklärungsgespräch zu einem möglichst frühen Zeitpunkt, um ein Optimum ihrer Zielsetzung zu erreichen. Terminvereinbarung Fon: +49 (0) Wilhelm Narr GmbH & Co. KG Dettinger Straße Kirchheim unter Teck Fon: +49 (0) Fax: +49 (0) Technische Änderungen vorbehalten (alle Werte und Angaben entsprechen dem Erkenntnisstand Jan. 05) 1134/