Innovatives Getriebeprinzip: „Smart Gear“ macht Industrieroboter leistungsfähiger und intelligenter

Im Rahmen seiner Masterarbeit an der TU Graz entwickelte Philipp Eisele 2019 ein Konzept für einen kollaborativen Roboter, also einen Industrieroboter, der mit Menschen zusammenarbeitet.

Als Doktorand am Institut für Fertigungstechnik der TU Graz entwickelte er das Konzept weiter – und ist heute Erfinder von „Smart Gear“. Das ist ein innovatives und mittlerweile patentiertes Antriebssystem, das derzeit als Prototyp umgesetzt wurde und eine Zäsur in der Antriebstechnik darstellen könnte.

Leichtgewicht mit smartem Innenleben

Das innovative Getriebeprinzip erlaubt doppelt so hohe Übersetzungen wie bei bisherigen Koaxialgetrieben, da Eisele auf umlaufende Zahnräder verzichtet und stattdessen Kolben für die Leistungsübertragung nutzt.

„Im Vergleich zu herkömmlichen Getrieben ermöglicht das patentierte System eine Verdopplung des Übersetzungsverhältnisses bei gleichzeitiger Erhöhung des zu übertragenden Drehmoments.“ Dadurch kann die Baugröße und damit das Gewicht im Vergleich zu bestehenden Getrieben halbiert werden, ohne an Wirkung zu verlieren.

Der „Smart Gear“-Prototyp besteht aus Stahl und Aluminium. Der Aufbau erfolgt modular, die einzelnen Komponenten können dadurch in der Massenfertigung günstig produziert werden und durch unterschiedliche Kombinationen ein breites Produktspektrum abdecken.

„In der Praxis werden Antriebe also kleiner, leichter und günstiger“, fasst Eisele die Vorteile zusammen. Der Einsatz von „Smart Gear“ ist bei Industrierobotern, Hebevorrichtungen oder Positioniereinrichtungen möglich.

Die zentrale Stärke von „Smart Gear“ liegt im verfügbaren Platz im Gehäuse, der durch den Wegfall der umlaufenden Zahnräder entstanden ist, wie Eisele erklärt: „Wir können den Hohlraum für intelligente Sensorik nutzen, die völlig neue Services ermöglicht.“

So lässt sich das Getriebe beispielsweise mit Cloud-Diensten oder mit lokalen Firmen-Netzwerken verbinden, wodurch Unternehmen neben der Mechanik auch Leistungsdaten und den Getriebe-Zustand überwachen und somit ihre Produktionsprozesse effizient managen können.

Lohnende Bezahlmodelle

Darüber hinaus eröffnet die Vernetzung des Getriebes neue Geschäftsmodelle, mithilfe derer die Anschaffungskosten gering gehalten werden können. Eisele nennt exemplarisch drei Arten: „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.“

Mit diesem Geschäftsmodell gewann „Smart Gear“ im Jahr 2019 die zwölfte Ausgabe der Gründungsgarage (https://www.gruendungsgarage.at/) – einem Kooperationsprojekt von TU Graz und Uni Graz, das Studierende zu Gründerinnen und Gründern von morgen ausbildet – und lockte damit auch Investments an.

System soll mit Geschäftspartnern weiterentwickelt werden

Noch in diesem Jahr soll die Vorserienproduktion starten; es laufen bereits erste Gespräche mit Roboterherstellern und Unternehmen aus der produzierenden Industrie, die „Smart Gear“ in ihre Produkte integrieren wollen. Eisele denkt schon einen Schritt weiter: Er möchte die Fertigung durch innovative Fertigungsprozesse und neue Materialien noch günstiger und effizienter gestalten.

Diese Forschung ist an der TU Graz im Field of Expertise „Mobility & Production“ (https://www.tugraz.at/forschung/forschungsschwerpunkte-5-fields-of-expertise/mob…) verankert, einem von fünf strategischen Forschungsschwerpunkten der Universität.

Philipp Simon EISELE
Dipl.-Ing. B.Sc
TU Graz | Institut für Fertigungstechnik
Tel.: +43 316 873 7175
philipp.eisele@tugraz.at

http://www.tugraz.at (Website der Technischen Universität Graz)