RV-reductoren versus harmonische aandrijvingen in ABB-robots
Wanneer sommige mensen voor het eerst in aanraking komen met ABB-industrierobots, is hun aandacht gericht op de besturingskasten, servomotoren en teach pendants. Maar uiteindelijk is het ‘stabiel of niet, nauwkeurig of niet, duurzaam of niet’ waarmee een robot beweegt, en de oorzaak hiervan ligt eigenlijk verborgen in de gewrichten – namelijk in die enkele vertragers.
De meeste collega’s die ABB-robots onderhouden, hebben deze versnellingsbak al eens meegemaakt: na een paar jaar begint de robot langzaam sporenafwijkingen te vertonen, wordt het lassen onstabiel, treedt trilling op, ontstaat lawaai en verschuift de positionering – bij een grondige inspectie blijkt vaak dat de snelheidsvertrager in één van de gewrichten defect is. In de kop van ABB-robots worden voornamelijk twee soorten vertragers gebruikt: de RV-vertrager en de harmonische vertrager.
Klanten vragen vaak: „Wat is het verschil tussen deze twee reductoren?“, „Waarom moet ABB dit doen? Waarom gebruikt ABB RV-reductoren voor sommige assen en harmonische reductoren voor andere?“ „Welke is duurzamer?“ „Welke is nauwkeuriger?“ Vandaag bespreken we dit met u, puur op basis van ervaring uit de werkplaats. 
De reductieversnelling in de robot is uiteindelijk bedoeld om…
Servomotoren voor industriële robots: ze draaien snel, maar er is een dodelijk probleem — snelle draaiing betekent niet automatisch grote kracht. Bij werkelijk werk vereist de robot lage snelheid, hoog koppel, hoge precisie én een stabiele output. Denk er eens over na: bij lassen moet de beweging precies volgen de lasnaad en bijzonder soepel verlopen; bij het hanteren van werkstukken die honderden pond wegen, moeten de gewrichten de kracht kunnen opnemen zonder te trillen. Wat de versnellingsbak doet, is de ‘domme’ snelheid van de motor verlagen, de kracht vergroten en de uitgaande as ook nog eens exact op de juiste positie laten stoppen. U kunt de reductor daarom beschouwen als een ‘krachtversterker’ en een ‘precisiepoortwachter’ in de gewrichten. Bij veel ABB-robots merkt u direct wanneer de reductor versleten raakt: de baan wordt steeds onstabiel, de herhaalnauwkeurigheid neemt dagelijks af, de arm begint te trillen, tijdens versnellen en vertragen ontstaan achtereenvolgende schokken, de las kwaliteit varieert sterk en uiteindelijk gaat het alarmsysteem constant af.
RV-reductor: massief en anti-vervaardigingsdraagvermogen
Wat is de functie van de RV-reductor? Veel mensen noemen hem ook een cycloïdale reductor. Het beste aan dit apparaat is slechts één ding: hij is stijf en bijzonder bestand tegen vervorming. Hij wordt gebruikt in zwaar belaste industriële robots om de arm te laten bewegen, dus bij robottoepassingen zoals lassen, manipuleren en palletiseren met grote ABB-robots, vooral in de basis, de arm en de meest belaste gewrichten van de arm — het ‘lichaam’ van de robot bevat over het algemeen een RV-reductor. Denk er eens over na: wanneer een grote ABB-robot zijn hele arm opzwaaide, hoe groot moet dan het traagheidskrachtdraagvermogen van de lagers in de basis zijn? Als de reductor op die plek niet stijf genoeg is, zal de gehele robot onstabiel werken, alsof hij dronken is en heen en weer zwaait. Het sterkste aspect van de RV-reductor is deze ‘harde kern’.
Waarom is de RV-reductor zo sterk? Dat heeft te maken met zijn interne structuur. Bij een gewone tandwielreductor zijn er tegelijkertijd mogelijk één of twee tanden die belast worden, maar bij een RV-reductor is dat anders: hier zijn er veel tanden die tegelijkertijd in contact staan, waardoor de kracht wordt verdeeld. Het is vergelijkbaar met een groep mensen die samen iets zwaars optillen, in plaats van dat één persoon het hele gewicht moet dragen. Op deze manier is de krachtverdeling gelijkmatig, de weerstand tegen schokbelasting is groot en het risico op tandbreuk is klein; ook bij langdurige zware belasting blijft de prestatie stabiel. Daarom kunnen veel zware ABB-robot-RV-reductoren jarenlang worden gebruikt. Dit is vooral duidelijk in autolasmontagehallen: die ABB-lasrobots werken dagelijks meer dan tien uur en draaien continu gedurende meerdere jaren — vaak is het niet de besturing die het eerst begeeft, maar de mechanische onderdelen in de gewrichten, waarbij geleidelijk speling ontstaat door slijtage. Over het algemeen is de levensduur van de RV-reductor echter inderdaad zeer lang.
Harmonische reductor: geboren voor ‘extreme nauwkeurigheid’.
De harmonische reductor is een volledig andere aanpak dan de RV-reductor: de RV-reductor is ontworpen om ‘gebouwd’ te worden, terwijl de harmonische reductor is ontworpen om ‘extreem nauwkeurig’ te zijn. De harmonische reductor heeft een bijzonder duidelijk kenmerk: een kleine afmeting, een licht gewicht, een uiterst lage speling — zo laag dat deze bijna verwaarloosbaar is — en een verbijsterende hoge precisie. Kijk daarom naar de pols van de ABB-robot: op die assen, vooral in de secties dicht bij het gereedschapseind — zoals bij schilderwerk, precisieassemblage, het vastgrijpen van kleine onderdelen of toepassingen in de elektronica-industrie — wordt bijna altijd een harmonische reductor gebruikt. De ruimte op die locatie is al zeer beperkt, terwijl de eis op het gebied van bewegingsnauwkeurigheid buitengewoon hoog is; de harmonische reductor is dus precies wat nodig is.
Waarom kan de harmonische reductor zo nauwkeurig zijn? De sleutel ligt in het feit dat hij bijna geen transmissiespel heeft, wat wij vaak ‘backlash’ noemen. Veel gewone reductoren hebben dit probleem: als het motoreind een klein beetje beweegt, volgt de uitvoer niet onmiddellijk, er is altijd een spel. Hoe groter het spel, hoe onzekerder de positionering van de robot wordt. Harmonische versnellingsbakken maken gebruik van een set flexibele transmissieprincipes waardoor het spel tot een zeer laag niveau wordt teruggebracht. Daarom voelt u bijvoorbeeld de pols van een ABB-robot bijzonder soepel draaien, zonder dat losse, speleffect. Dit is vooral duidelijk bij schilderrobots: zelfs een lichte trilling in de baan van de spuitpistool leidt onmiddellijk tot strepen op het gespoten oppervlak, ongelijke laagdikte, ‘orange peel’-effect of onvolledige bedekking, waardoor de precisie van de harmonische reductor in de pols van de schilderrobot bijzonder kritiek is.
Waarom gebruikt ABB niet gewoon één versnellingsbak?
Waarom gebruikt ABB dan niet gewoon allebei, en installeert RV op de grote as en harmonische aandrijving op de kleine as? Om het kort te zeggen: industriële robots hebben van nature zowel kracht als nauwkeurigheid nodig, en elk van deze twee eigenschappen wordt door respectievelijk de RV- en de harmonische aandrijving geboden. ABB’s ontwerpaanpak bestaat meestal uit het gebruik van de RV-aandrijving voor de grote gewrichten aan de voorkant en de harmonische aandrijving voor de kleine gewrichten aan de achterkant. Zo wordt bij een beweging de algehele stijfheid van de zware belasting behouden om stabiliteit te garanderen, terwijl de eindactie voldoende fijn is en de baanbesturing eveneens soepel verloopt. In feite is dit momenteel het standaardontwerp voor de meeste industriële robots op de markt.
RV- of harmonische aandrijving: welke is het meest gevoelig voor storingen?
Wat gemakkelijker kapotgaat, is ook wat klanten zich altijd afvragen. Realistisch gezien kunnen we niet eenvoudig zeggen wie gevoeliger is dan wie, omdat ze in verschillende omgevingen werken. Volgens de praktijkervaring van werkbekleders in werkplaatsen is de harmonische reductor echter relatief iets ‘gevoeliger’. Dit komt doordat het flexibele wiel binnenin voortdurend in een toestand van elastische vervorming verkeert; bij langdurig, hoogfrequent heen-en-weer bewegen treedt geleidelijk vermoeiing op. Met name bij hoogfrequente, kleine-amplitude-bewegingen — dag en nacht onafgebroken werkzaamheid of frequent start-stop-bedrijf — versnelt de slijtage van de harmonische reductor. De RV-reductor daarentegen is gevoeliger voor zware belastingen en schokken, zoals wanneer robots botsen, overbelast raken, noodstops uitvoeren of wanneer oude systemen met hoge traagheid moeilijk te ondersteunen zijn; in dergelijke gevallen ontstaan er vaak verborgen beschadigingen aan de tandwielen en lagers binnen de reductor.
Wat zijn de voortekenen van een versleten versnellingsbak?
Op het werkterrein is de voorloper van problemen met de reductor bijzonder duidelijk, maar veel mensen denken in eerste instantie dat het een probleem is met de servomotor of de motor zelf, terwijl het in werkelijkheid de reductor is. Als u mij vraagt waar u op moet letten: wanneer u de volgende symptomen tegenkomt, moet u direct denken aan de reductor. De positionering van de robot wordt steeds onnauwkeuriger — dit is het meest typische symptoom. Vooral bij lasrobots is dit duidelijk: in eerste instantie is het laspunt correct, maar daarna treedt steeds meer afwijking op; na herkalibratie van het nulpunt werkt de robot nog één of twee dagen goed, waarna het probleem weer optreedt — in negen van de tien gevallen is dit het gevolg van slijtage van de speling in de reductor. De bewegingen van de robot beginnen te trillen, vooral bij lage snelheden. Bij sommige ABB-robots merkt u dit bijvoorbeeld duidelijk wanneer u met de handwielschakelaar langzaam een positie instelt: u voelt telkens een korte trilling of rukbeweging — het verloopt niet vloeiend genoeg, wat meestal wijst op slijtage in de reductor. Ook het optreden van geluiden uit de gewrichten — klikken, metaal-op-metaal wrijvingsgeluiden of dof gedreun — mag u niet onderschatten. Dit geldt vooral wanneer de lagers in een RV-reductor defect zijn: dan is het geluid bijzonder duidelijk, en toch blijven veel gebruikers doorgaan met gebruik, totdat uiteindelijk het gehele gewricht onherstelbaar beschadigd is. Daarnaast kan het gebeuren dat de gewrichten sterk opwarmen: zodra de reductor slijt, neemt de wrijving toe en voelt u dat de temperatuur van de as duidelijk hoger is dan die van de overige onderdelen; in ernstige gevallen kunt u zelfs de geur van verouderde, verbrande smeervet ruiken.
Hoe onderhoud je het om een langere levensduur te waarborgen?
Onderhoud van dit onderdeel wordt door veel fabrieken vaak verwaarloosd, vooral het mechanische gedeelte; men denkt vaak dat het gewoon op de lijn kan blijven draaien. De robotreductor is echter het meest kwetsbaar wanneer hij langdurig onopgemerkt blijft. Dit geldt met name voor drie-ploegendraaiende ABB-robots. Wij herhalen regelmatig een paar adviezen aan onze klanten: let op temperatuurveranderingen, luister naar geluiden, voel trillingen en besteed aandacht aan of er verschil is ten opzichte van de dag ervoor. Smeermiddelen dienen ook regelmatig te worden gecontroleerd, afhankelijk van de werkomstandigheden. Veel reductoren worden niet plotseling afgeschreven, maar zijn in feite al langdurig aan slijtage onderhevig — alleen heeft niemand het opgemerkt. Vroegtijdige detectie kan vaak volstaan met het vervangen van een lager of het verversen van de olie, waardoor de vervanging van de gehele reductor als schroot kan worden uitgesteld.
Afname van de precisie heeft meestal zijn oorzaak in de reductor
Bij veel ABB-robots is de precisie verminderd, maar de oorzaak ligt niet noodzakelijkerwijs bij de encoder of de motor. Denk er eens over na: uw regelsysteem berekent opnieuw nauwkeurig, maar als het mechanische onderdeel zelf speling heeft, zal de uiteindelijke beweging toch afwijken. Daarom vertonen sommige ABB-robots, ondanks een normaal functionerende encoder en motor en ondanks ongewijzigde parameters, een instabiele baan. Bij demontage van de gewrichten blijkt de reductor versleten te zijn. Dit komt vooral vaak voor bij lasrobots die al meerdere jaren in gebruik zijn.
Of de reductor moet worden gerepareerd of vervangen
Of u de versnellingsbak moet repareren of vervangen, hangt af van de concrete situatie. In sommige gevallen, zoals slijtage van lagers, onvoldoende smering en een geringe speling, is reparatie mogelijk. Als de tandwielen echter al gebroken zijn, het flexwiel vermoeid en gebroken is of de interne slijtage zeer ernstig is, dan is het vaak kosteneffectiever om direct een nieuwe versnellingsbak te plaatsen. Dit komt doordat de schade door robotstilstand vaak veel duurder is dan de versnellingsbak zelf. Vooral in automobielproductielijnen is een stilstand van één dag al voldoende om meerdere versnellingskoppen te kopen.
