Wie ein Getriebe Industriebroboter leistungsfähiger macht
Statt Zahnräder übertragen Kolben die Leistung. Doktorand Philipp Eisele hat dieses „Smart Gear“ entwickelt, ein innovatives Getriebeprinzip für Industrieroboter. Die Vorserienproduktion soll noch in diesem Jahr starten.
Die ersten Tests führte Doktorand Philipp Eisele im Prüfstand mit einem Kunststoffmodell durch.
Foto: Fotoatelier Robert Frankl
Philipp Eisele hat sich schon im vergangenen Jahr im Rahmen seiner Masterarbeit an der Technischen Universität Graz (TU) mit dem Konzept eines kollaborativen Roboters beschäftigt. Diese Industrieroboter arbeiten mit Menschen zusammen und sollen in der Fertigungstechnik eingesetzt werden. In seiner Doktorarbeit am Institut für Fertigungstechnik der TU Graz hat Eisele das Konzept weiterentwickelt. Das Ergebnis: ein innovatives und inzwischen patentiertes Antriebssystem mit Namen „Smart Gear“. Aktuell wird es als Prototyp umgesetzt und könnte nach Einschätzung des Doktoranden eine Zäsur in der Antriebstechnik bedeuten.
Getriebe mit Kolben aus Stahl und Aluminium
Normalerweise kommen in Robotern sogenannte Koaxialgetriebe zum Einsatz. Sie bestehen aus umlaufenden Zahnrädern, die für die Übertragung der Leistung zuständig sind. Eisele hat sich von diesem Modell distanziert und verwendet stattdessen Kolben, um die Leistung umzusetzen. Sie kommen bei Anwendungen zum Einsatz, bei denen die axiale Drehmomentübertragung von entscheidender Bedeutung ist. Mithilfe der Kolben seien doppelt so hohe Übersetzungen im Vergleich zum herkömmlichen Getriebe möglich und zugleich erhöhe sich auch das zu übertragende Drehmoment. Das wiederum hat zur Folge, dass Baugröße und Gewicht des innovativen Getriebes halbiert werden können, ohne negativen Einfluss auf die Wirkung.
Der erste Prototyp des „Smart Gear“ ist aus Stahl und Aluminium gefertigt. Der Doktorand sieht in dem modularen Aufbau den Vorteil, dass Komponenten einzeln und daher in der Massenfertigung günstig produziert werden könnten. Außerdem wäre es möglich, durch die unterschiedlichen Kombinationen ein breites Spektrum an Produkten abzudecken. „In der Praxis werden Antriebe also kleiner, leichter und günstiger“, ist Eisele sich sicher. Die Einsatzmöglichkeiten seines „Smart Gear“ sieht der Doktorand in Industrierobotern ebenso wie in Hebevorrichtungen und Positionierungseinrichtungen.
Intelligente Sensorik schafft Vernetzung und eröffnet neue Geschäftsmodelle
Durch den Verzicht auf umlaufende Zahnräder entstehe Platz im Gehäuse des Getriebes. Das sei laut des Erfinders auch die zentrale Stärke. „Wir können den Hohlraum für intelligente Sensorik nutzen, die völlig neue Services ermöglicht“, erklärt Eisele. Dadurch ließe sich das Getriebe unter anderem mit Cloud-Diensten oder lokalen Firmen-Netzwerken verbinden. Das böte Unternehmen die Chance, nicht nur die Mechanik des Getriebes überwachen zu können, sondern auch Leistungsdaten und den Zustand des Getriebes. Das wiederum könne dazu beitragen, Produktionsprozesse in Unternehmen effizient zu gestalten.
Doktorand Eisele sieht in der Vernetzung des Getriebes darüber hinaus weitere Geschäftsmodelle. Sie könnten dazu beitragen, die Anschaffungskosten zu reduzieren. „Es können – wie bei Pay-by-Use-Modellen – nur jene Stunden verrechnet werden, in denen sich das Getriebe dreht. Das Unternehmen bezahlt faktisch nur die tatsächliche Einsatzdauer. Mit dem System ist auch eine vorhersehbare Wartung möglich. Diese maximiert die Einsatzzeit und reduziert die Kosten für das Unternehmen. Außerdem lässt sich die maximale Leistung Softwareseitig beschränken und kann je nach Bedarf freigeschaltet werden, was ein Leistungs-Upgrade ermöglicht, ohne das Getriebe austauschen zu müssen“, erklärt Eisele. Mit seiner Idee des „Smart Gear“ und dem dazugehörigen Geschäftsmodell gewann er 2019 die zwölfte Ausgabe der Gründungsgarage. Gleichzeitig gelang es ihm, Investoren für sein Projekt zu interessieren. Die Gründungsgarage ist ein Kooperationsprojekt der TU Graz und der Uni Graz, in dem Studierende zu Gründerinnen und Gründern von morgen ausgebildet werden.
Auf der Suche nach Geschäftspartnern, um Innovation weiterzuentwickeln
Philipp Eisele hat auch schon weitergeplant: In diesem Jahr soll bereits die Vorserienproduktion von „Smart Gear“ beginnen. Gleichzeitig steht er in Kontakt mit Roboterherstellern und Unternehmen des produzierenden Gewerbes, die sein innovatives Getriebeprinzip in ihre Produkte einbauen wollen. Darüber hinaus denkt Eisele darüber nach, wie er die Fertigung durch innovative Prozesse und neue Materialien noch günstiger und effizienter hinbekommt. Seine Forschung findet an der TU Graz im Field of Expertise „Mobility & Production“ statt.
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