Getriebeentwicklung für den Antrieb von sensorgetriebenen Werkstückspannsystemen in der autonomen Fertigung

Abstract

Diese Arbeit zeigt die Auswahl einer geeigneten Getriebeform bis hin zur Auslegung und Produktreifen Fertigung des Getriebes für ein intelligentes Spannsystem in Form eines Schraubstockes. Zu Beginn befasst sich diese Arbeit mit der Auswahl der richtigen Getriebeart und den benötigten Eigenschaften, um den Ansprüchen dieser speziellen Anwendung gerecht zu werden. Das Getriebe soll Teil eines elektromechanischen Antriebs für einen Schraubstock werden. Der Antrieb besteht aus einem bürstenlosen Gleichstrommotor, einem Getriebe und einem Riementrieb zur Umlenkung der Drehbewegung. Es wurden drei Varianten eines Zykloidgetriebes entwickelt. Die relevanten Bauteile wurden mithilfe einer Finite-Elemente-Methoden (FEM) Analyse auf ausreichende Festigkeit geprüft und für jedes dieser Getriebe ein Prototyp mittels Fused Depostition Modeling (FDM), einer additiven Fertigungsmethode, gefertigt. Nach Validierung der Funktion werden voll funktionsfähige Modelle aus Metall angefertigt. Diese werden anschließend Wirkungsgradtests auf einem dafür ausgelegten Prüfstand unterzogen und anschließend die Ergebnisse diskutiert. Die Kugellagervariante mit höchstem Wirkungsgrad und vergleichsmäßig nicht maßgebend höheren Kosten stellte sich als die beste Variante heraus.

This work shows the selection of a suitable gearbox from the design up to the product-ready manufacturing of the gearbox for an intelligent clamping system in the form of a vice. At the beginning, this work deals with the selection of the right gearbox type and the required characteristics to meet the demands of this special application. The gearbox is to be part of an electromechanical drive for a vice. The drive consists of a brushless DC motor, a gearbox and a belt drive to redirect the rotary motion. Three variants of a cycloidal drive were developed. The relevant components were tested for sufficient strength using finite element method (FEM) analysis. A prototype was fabricated for each of these gearboxes using fused deposition modeling (FDM), an additive manufacturing method. After validation of the function, fully functional metal prototypes were manufactured. The Prototypes were then subjected to efficiency tests on a test rig designed for this purpose and the results were then discussed. The ball bearing variant with the highest efficiency and not significantly higher costs emerged as the best variant.