Die fundamentale Geometrie: Warum rechtwinklige Eingaben die Raumgleichung verändern
In einem koaxialen Präzisionsplanetengetriebe ist der Servomotor direkt hinter dem Getriebe auf derselben Achse wie die Abtriebswelle montiert. Die gesamte axiale Einbautiefe entspricht daher der Summe aus Getriebegehäuselänge (L1) und Motorlänge (L_Motor) – beide liegen auf derselben Achse hinter der Abtriebsfläche. In den meisten Industriemaschinenkonstruktionen begrenzt diese kombinierte Einbautiefe den Mindestabstand der Abtriebswelle zu Bauteilen, Lagerblöcken oder anderen Mechanismen.
Ein rechtwinkliges Präzisionsplanetengetriebe (Serie EP-ZDWE oder EP-ZDWF) verfügt über eine Kegelradstufe am Eingang, die die Motorwelle um 90° relativ zur Ausgangswelle dreht. Der Motor tritt nun senkrecht zur Ausgangswellenachse aus. Die gesamte axiale Einbautiefe hinter der Ausgangsfläche beträgt nur die Getriebegehäuselänge L1 — Der Motor ist senkrecht dazu eingebaut und trägt überhaupt nicht zur axialen Tiefe hinter der Abtriebsfläche bei.
Wichtiger Kompromiss, den es zu beachten gilt: Die rechtwinklige Einschubkonstruktion spart axiale Bautiefe, führt aber zu einer Einschränkung der senkrechten Bauhöhe (L12 – die Gesamthöhe der Baugruppe inklusive des im 90°-Winkel montierten Motors). Bei einer ZDWE der Baugröße 80 beträgt L12 = 119,5 mm. Die Maschine muss also 119,5 mm senkrecht zur Bauhöhe aufnehmen können, um den Motor zu montieren. Bei einer kompakten Maschine mag dies akzeptabel sein; bei einer sehr flachen Maschine kann es jedoch eine neue Einschränkung darstellen. Sowohl die axialen als auch die senkrechten Abmessungen müssen überprüft werden, bevor die rechtwinklige Konfiguration festgelegt wird.
Die Berechnung der axialen Tiefe – Alle vier Rahmengrößen, beide Stufenoptionen
Die folgenden Tabellen verwenden verifizierte Maßangaben der EP-Serie (L1-Werte aus den offiziellen Produktspezifikationen EP-ZDE und EP-ZDWE) in Kombination mit einer Referenzlänge von 100 mm für einen 750-W-Servomotor – ein typischer Wert für diese Leistungsklasse von Mitsubishi, Panasonic und Yaskawa. Passen Sie die Motorlänge an die Ihres tatsächlichen Motors an, um ein exaktes Ergebnis zu erhalten.
Einstufig (Übersetzungsverhältnis 3:1 bis 10:1)
| Rahmen | ZDE L1 | + Motor (750W) | ZDE Gesamt-Axial | ZDWE L1 | Axial gerettet | Einsparung von % | ZDWE Höhe L12 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 60 mm | 113,5 mm | 100 mm | 213,5 mm | 150,0 mm | 63,5 mm ↓ | 29.7% | 93,0 mm |
| 80 mm | 144,0 mm | 100 mm | 244,0 mm | 184,5 mm | 59,5 mm ↓ | 24.4% | 119,5 mm |
| 120 mm | 195,2 mm | 100 mm | 295,2 mm | 249,2 mm | 46,0 mm ↓ | 15.6% | 167,5 mm |
| 160 mm | 291,0 mm | 100 mm | 391,0 mm | 368,0 mm | 23,0 mm ↓ | 5.9% | 229,0 mm |
Die L1-Werte stammen aus den offiziellen Maßangaben für EP-ZDE und EP-ZDWE. Motorlänge 100 mm = Referenz-Servomotor 750 W (Mitsubishi HG-SR oder gleichwertig). L12 = Gesamthöhe der ZDWE-Einheit (senkrecht zur Abtriebswellenachse). Die tatsächlichen Einsparungen skalieren proportional mit der Motorlänge – längere Motoren führen zu größeren absoluten Einsparungen.
Zweistufig (Verhältnis 9:1 bis 64:1)
| Rahmen | ZDE 2-stufig + Motor | ZDWE 2-stufig L1 | Axial gerettet | Einsparung von % | Am besten geeignet für |
|---|---|---|---|---|---|
| 60 mm | 226,5 mm | 163,0 mm | 63,5 mm ↓ | 28.0% | Cobot-Handgelenk, kleines AGV, kompakte Arme |
| 80 mm | 262,0 mm | 202,5 mm | 59,5 mm ↓ | 22.7% | Maschinenkopfspindel, Industrieroboter J4 |
| 120 mm | 323,0 mm | 277,0 mm | 46,0 mm ↓ | 14.2% | Schwerere Teilköpfe, Transferarme |
Fünf Szenarien im Maschinendesign, in denen rechtwinklige Eingabe die richtige technische Wahl ist
Rechtwinklige Eingangswellen sind nicht immer vorteilhafter – sie führen zu einer Kegelradstufe, die einen Wirkungsgradverlust von ca. 2% verursacht und das Zahnflankenspiel auf unter 25–30 Bogenminuten erhöht. Die dadurch erzielte Einsparung an axialer Bautiefe rechtfertigt diese Nachteile nur dann, wenn sie tatsächlich eine Konstruktion ermöglicht, die andernfalls nicht realisierbar wäre oder strukturelle Kompromisse erfordert. Die fünf nachfolgenden Szenarien stellen die häufigsten Situationen in der koreanischen Servoautomatisierungstechnik dar, in denen rechtwinklige Eingangswellen einen entscheidenden Vorteil bieten.
CNC-Werkzeugspindelköpfe, Laserschneidköpfe und Wasserstrahldüsen stoßen aufgrund der Nähe zur Maschinensäule oder einer Wand oft an eine feste Tiefenbegrenzung. In diesen Konfigurationen beträgt die verfügbare Tiefe zwischen der Abtriebswellenfläche und der Maschinenstruktur möglicherweise nur 180–210 mm – unzureichend für einen ZDE-80 Plus-Motor (244 mm), aber genau richtig für einen ZDWE-80 (184,5 mm). Der rechtwinklige Eingang ermöglicht es, den Motor entlang der Rückseite der Maschinensäule zu führen, anstatt hinter dem Getriebe hervorzuragen.
Flache AGVs mit Chassishöhen von 100–160 mm erfordern, dass Antriebsgetriebe und Antriebsrad in diesen Bauraum passen. Ein in Reihe geschalteter Motor-Getriebe-Block ragt nach oben in das Chassis hinein. Bei einer rechtwinkligen EP-ZDWF-Einheit (Vierkantflansch zur direkten Plattenmontage) ist der Motor horizontal im Chassis positioniert, und nur das Getriebe L1 ragt nach unten zum Antriebsrad. Diese Bauweise ist Standard bei flachen AMR-Konstruktionen koreanischer Hersteller aus Hwaseong und Ansan.
Koreanische Cobot-Hersteller streben Handgelenk-Außendurchmesser von 60–100 mm an. An den Gelenken J4 und J5 wird der Handgelenkdurchmesser direkt durch die in den Armquerschnitt integrierte Komponente bestimmt. Ein EP-ZDWE-60 mit senkrecht austretendem Motor hat eine Länge L12 von 93 mm – er passt in ein 100-mm-Handgelenk. Ein in Reihe geschalteter EP-ZDE-60 mit einem 213,5 mm langen Motorblock verdoppelt die Handgelenkslänge, erhöht die distale Masse und verringert die Reichweite. Die vollständige Analyse der Gelenke J1–J6 finden Sie im Leitfaden zur Auswahl der Robotergelenke. Die geschlossene Positionsrückmeldung des Servoreglers kompensiert das größere Spiel (< 30 Bogenminuten) des ZDWE an diesen Gelenken vollständig.
Bei manchen Maschinenkonstruktionen müssen die Motorstromkabel und die Encoderkabel vom Getriebeausgang weggeführt werden – entweder um ein Verheddern der Kabel während der Rotation zu vermeiden oder um sie durch eine Kabelführung zu verlegen, die nur seitlich Platz bietet. Bei rechtwinkliger Einspeisung befindet sich der Motor seitlich, sodass die Kabel seitlich durch Kabelführungen verlaufen können, die für einen senkrechten Kabelaustritt ausgelegt sind. Dies ist typisch für Portalsysteme mit langen horizontalen Verfahrwegen, bei denen das Kabelmanagement ein wichtiger Konstruktionsaspekt ist.
Pressentransportvorrichtungen und servogetriebene Teiletransportarme arbeiten häufig innerhalb eines Pressenspalts mit definiertem Freiraum hinter der Abtriebswelle. Ein Transportarm, der zwischen den Pressenhüben läuft, kann 190 mm Freiraum hinter der Antriebswelle aufweisen – ausreichend für einen EP-ZDWE-80 (184,5 mm), aber nicht für einen EP-ZDE-80 mit Motor (244 mm). Der Unterschied von 59,5 mm entscheidet darüber, ob eine Konstruktion den Pressenrahmen nicht berührt oder nicht. Der rechtwinklige Zulauf ist in diesen Anwendungen keine bloße Komfortfunktion, sondern die physikalische Voraussetzung für die Maschine.
Die Abwägungen quantifiziert – Effizienz, Spiel und Temperatur
Jedes rechtwinklige Planetengetriebe weist im Vergleich zu seinem gleich großen, geradlinigen Pendant drei charakteristische Merkmale auf. Diese Merkmale sind keine Qualitätsmängel, sondern physikalische Folgen des zusätzlichen Kegelradgetriebes, das den Eingang um 90° dreht. Das Verständnis dieser Merkmale verhindert sowohl eine Überdimensionierung (unnötige Auslegung eines geradlinigen Getriebes) als auch eine Unterdimensionierung (Verwendung eines rechtwinkligen Getriebes ohne Berücksichtigung der Unterschiede).
Die Kegelrad-Eingangsstufe weist einen eigenen Wirkungsgrad von ca. 97–981 TP³T auf. Zusammen mit dem Wirkungsgrad der Planetenstufe von 961 TP³T (1-stufig) ergibt sich ein Gesamtwirkungsgrad von ca. 941 TP³T für die einstufige ZDWE. Der Wirkungsgrad der zweistufigen ZDWE liegt bei ca. 921 TP³T, verglichen mit 941 TP³T für die zweistufige ZDE.
Abschluss: Bei Maschinen mit intermittierendem Betrieb (z. B. Roboter-Verbindungszyklen, Pressenzuführungen) sind die tatsächlichen Effizienzkosten deutlich geringer. Bei Maschinen im Dauerbetrieb (24/7) sollte das Temperaturbudget des Gehäuses überprüft werden – die zusätzliche Wärmeentwicklung kann eine Zwangskühlung erforderlich machen.
Die Kegelrad-Eingangsstufe trägt ein eigenes Winkelspiel (ca. 15–20 Bogenminuten) zum Planetenspiel der Stufe bei (< 8 Bogenminuten für ZDE). Das gesamte ZDWE-Spiel beträgt daher < 25 Bogenminuten (Baugröße 80–160, 1-stufig) bzw. < 30 Bogenminuten (Baugröße 60, 1-stufig). Dies ist kein Indiz für geringere Qualität, sondern eine herstellerspezifische geometrische Eigenschaft von Kegelrädern.
| Konfiguration | Gegenreaktion | Linearer Fehler bei R=200 mm |
|---|---|---|
| ZDE-80 (1-stufig) | <8 Bogenminuten | 0,47 mm |
| ZDWE-80 (1-stufig) | <25 Bogenminuten | 1,45 mm |
| ZDWE-60 (1-stufig) | <30 Bogenminuten | 1,75 mm |
Für Servoachsen mit geschlossenem Regelkreis: Der Servo-Positionsregelkreis kompensiert das Spiel im Normalbetrieb vollständig. Das ZDWE-Spiel ist nur bei Schrittmotorantrieben im offenen Regelkreis relevant – diese sollten ohnehin nicht in Präzisions-Planetengetrieben eingesetzt werden.
Anders als bei Inline-Konfigurationen, bei denen der Motor in einer festgelegten Ausrichtung an der Rückseite des Getriebes angeschraubt wird, können Winkelgetriebe mit vier verschiedenen Motoraustrittsrichtungen bestellt werden: Links (L), Rechts (R), Oben (U) oder Unten (D) – von der Abtriebswelle aus gesehen. Diese Richtung ist durch die Konstruktion des Kegelradgehäuses vorgegeben und kann nach der Fertigung nicht mehr geändert werden.
- Geben Sie die Motorausgangsrichtung in der angegebenen Reihenfolge an – standardmäßig ist dies in der Regel links, sofern nicht anders angegeben.
- Planen Sie den Kabelverlauf vom Motorausgangspunkt durch die Kabelkette oder das Kabelrohr, bevor Sie die Richtung endgültig festlegen.
- Beachten Sie den Motoraustrittspunkt im Verhältnis zum Achsweg – stellen Sie sicher, dass die Kabellänge den gesamten Bewegungsbereich mit ausreichendem Spielraum abdeckt.
- Bei Montage mit vertikaler Achse und nach unten austretendem Motor: Sicherstellen, dass die Wasserableitung vom Motoranschluss nicht mit dem Getriebegehäuse kollidiert.
EP-ZDWE vs. EP-ZDWF – Rundflansch vs. Quadratflansch bei rechtwinkligem Eingang
Sobald Sie festgestellt haben, dass ein rechtwinkliger Eingang die richtige Konfiguration für Ihre Anwendung ist, müssen Sie sich für den Ausgangsflanschtyp entscheiden: Rundflansch (EP-ZDWE) oder Vierkantflansch (EP-ZDWF). Beide Baureihen verfügen über identische interne Komponenten, Übersetzungsverhältnisse, Drehmomentwerte und Kegelrad-Eingangsstufen – der einzige Unterschied liegt in der Ausgangsmontageschnittstelle.
Installation mit rechtwinkligem Eingang – Drei Punkte, die für Inline-Geräte nicht gelten
Das Kegelradgehäuse legt die Austrittsrichtung des Motors dauerhaft fest. Bitte geben Sie L/R/O/D auf dem Bestellformular an. Bei Bestellung und Lieferung der falschen Richtung ist eine Änderung vor Ort nicht möglich – das Gerät muss zurückgesendet und neu gefertigt werden. Bitte rechnen Sie bei Sonderwünschen mit einer zusätzlichen Lieferzeit von 2–4 Wochen.
In den ersten 50–100 Betriebsstunden erfolgt die Oberflächenkonditionierung (Einlaufphase) des Kegelradeingriffs. Ein leichtes metallisches Kratz- oder Klickgeräusch ist in dieser Zeit normal und verschwindet innerhalb von 100 Stunden auf ein normales Geräuschniveau. Sollte das Geräusch nach 100 Stunden weiterhin bestehen oder sich verstärken, überprüfen Sie die Rundlaufgenauigkeit der Motorwelle am Kegelradeingriff.
Die Reduzierung der axialen Bautiefe ist nur die halbe Miete bei der Geometrieprüfung. Sie müssen außerdem sicherstellen, dass das Maß L12 (Gesamthöhe der Baugruppe inklusive des um 90° montierten Motors) innerhalb des zulässigen Freiraums in Ihrer Maschine liegt. L12-Werte: ZDWE-60 = 93 mm, ZDWE-80 = 119,5 mm, ZDWE-120 = 167,5 mm, ZDWE-160 = 229 mm. Eine Maschine, die ein axiales Problem vermeidet, sollte kein Höhenproblem verursachen.
Vollständige Entscheidungszusammenfassung – Wann welche Konfiguration wählen?
| Entscheidungskriterium | EP-ZDE Inline-Rund |
EP-ZDF Inline Square |
EP-ZDWE RA-Runde |
EP-ZDWF RA-Platz |
|---|---|---|---|---|
| Verfügbare axiale Tiefe | ✅ L1+Motor | ✅ L1+Motor | ⚡ Nur L1 | ⚡ Nur L1 |
| Gegenreaktion (1-stufig) | <8 Bogenminuten | <8 Bogenminuten | <25–30 | <25–30 |
| Effizienz (1-stufig) | 96% | 96% | 94% | 94% |
| Montagefläche für den Ausgang | Rundbohrung | Vierkant 4-Loch ★ | Rundbohrung | Vierkant 4-Loch ★ |
| Bohrungsbearbeitung erforderlich | Ja | Nein ★ | Ja | Nein ★ |
| Beste Anwendungsübereinstimmung | Präzisionsachsen, Roboter, CNC | Plattenmontage, gefertigte Rahmen | Kompakte Köpfe, Cobot-Handgelenk | AGV-Fahrgestell, geschweißte Rahmen |
Geben Sie Ihr Servomotormodell, die gewünschte Baugröße und die verfügbare Einbautiefe an. Das Anwendungstechnik-Team von Korea Ever-Power berechnet die exakte axiale Tiefeneinsparung für Ihre Konfiguration und prüft, ob ZDWE oder ZDWF die richtige Wahl ist – inklusive der Überprüfung der senkrechten Höhe (L12) und der Empfehlung zur Motoraustrittsrichtung. OEM-Hersteller erhalten Unterstützung in Koreanisch und Englisch.
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Herausgeber: Cxm
