Wälzende Kraftübertragung für hohe Belastungen

20.04.2015

In Robotik- und Automationsanwendungen benötigt man häufig besonders präzise Getriebe mit hohem Wirkungsgrad. Dann kommen meist Planeten- oder Zykloidgetriebe zum Einsatz.

In Robotik- und Automationsanwendungen benötigt man häufig besonders präzise Getriebe mit hohem Wirkungsgrad. Dann kommen meist Planeten- oder Zykloidgetriebe zum Einsatz. Aufgrund ihres unterschiedlichen Aufbaus müssen zwischen diesen beiden Getriebetypen die jeweiligen Vor- und Nachteile genau abgewogen werden, um zur optimalen Untersetzungslösung zu gelangen.

Zykloidgetriebe bestehen im Wesentlichen aus vier Bauelementen: einer Antriebswelle, zwei bis drei Exzenterwellen, zwei Kurvenscheiben sowie einer entsprechend der Untersetzung langsam laufenden Abtriebswelle. In der ersten Stufe wird die Drehbewegung des Antriebs über die Eingangswelle auf die Stirnräder übertragen. Dabei wird die Drehzahl entsprechend des Untersetzungsverhältnisses von Eingangswelle zu Stirnrädern reduziert. Für die zweite Untersetzungsstufe ist an der Innenseite des Gehäuses ein Kurvenprofil entsprechend der Kurvenscheiben eingearbeitet. Das Kurvenprofil im Gehäuse besitzt dabei eine Vertiefung mehr als die Kurvenscheiben. Über Bolzen, die zwischen den Kurvenscheiben und dem Kurvenprofil im Gehäuse angeordnet sind, wird die Drehbewegung wälzend an die Abtriebswelle übertragen. Haben die Exzenterwellen eine volle Drehung durchlaufen, drehen sich die Kurvenscheiben außermittig um eine Teilung weiter. Zykloidgetriebe erlauben Untersetzungen von 30:1 bis über 300:1 ohne zusätzliche Vorstufen.

Planetengetriebe bestehen hingegen aus drei grundlegenden Elementen – einem mittigen sogenannten Sonnenrad, drei oder mehr Planeten-/Satellitenrädern und einem Hohlrad. In einem typischen Planetengetriebe überträgt das Sonnenrad die Bewegung zu den Satelliten und diese rollen sich dann im statischen Hohlrad ab. Die Planetenräder sind am Planetenträger montiert, der die Drehzahl dann an die Abtriebswelle überträgt. Mit Planetengetrieben sind in der Regel mit einer oder zwei Getriebestufen Untersetzungen von 3:1 bis 100:1 möglich. Durch das Hinzufügen von einer oder mehreren Vorstufen kann die Gesamtuntersetzung weiter erhöht werden.

Wenn in der Konstruktion eine Entscheidung zwischen Zykloid- und Planetengetriebe ansteht, sollte zunächst die benötigte Präzision in der Anwendung betrachtet werden. Wenn Spiel und Positioniergenauigkeit von wesentlicher Bedeutung sind, dann bieten Zykloidgetriebe durchweg die besseren Leistungsdaten. Ein weiteres wichtiges Kriterium ist die geforderte Untersetzung. Liegt diese über 30:1, sind Zykloidgetriebe im Vorteil, da sie dann gegenüber Planetengetrieben keine zusätzlichen Vorstufen benötigen. Die für Zykloidgetriebe typische Kraftübertragung über Bolzen/Rollen ermöglicht einen hohen Wirkungsgrad, eine lange Lebensdauer und ein extrem geringes Spiel des Getriebes. Die rollende Reibung aller an der Kraftübertragung beteiligten Elemente gewährleistet außerdem ein sehr geringes Losbrechmoment. Das bei den RV-Getrieben von Nabtesco verwendete zweistufige Untersetzungsprinzip reduziert die Vibrationen sowie die Massenträgheit und lässt größere Untersetzungen zu. Dank dieses Aufbaus erreichen die RV-Getriebe von Nabtesco eine hohe Wiederhol- und Bahngenauigkeit: Im Nulldurchgang der Hysterese liegt die Öffnung deutlich unter einer Winkelminute. Der symmetrische Aufbau und die Wälzlagerabstützung aller Wellen gewährleisten zudem ein konstantes Betriebsverhalten auf Lebenszeit und erlauben hohe Lastspitzen bis zum Fünffachen des Nenndrehmoments, wie sie zum Beispiel bei „Not-Aus“-Situationen auftreten können.