Exzentergetriebe

Varianten-Vergleich

Hochuntersetzende Exzentergetriebe mit vier Zahnrädern. Hochuntersetzende Getriebe werden eingesetzt, um schnelle Antriebsdrehzahlen von Motoren in langsame Drehbewegungen zu untersetzen. Verschiedene hochuntersetzende Getriebe werden hierzu anboten, etwa Planeten-, Akbar-, Wolfrom-, Harmonic Drive- oder Cyclogetriebe. Nachfolgend werden Bauformen von Exzentergetrieben mit vier Zahnrädern, sogenannte Akbar-Getriebe, näher betrachtet.

Exzentergetriebe mit zwei Zahnradpaaren finden in vielen Bereichen der Technik Verwendung. Dabei hat jede Getriebebauart jeweils Vor- und Nachteile. Der Untersetzungsbereich beträgt meist bis zu 200:1, da bei größeren Untersetzungen der Wirkungsgrad gegenüber mehrstufigen Planetengetrieben schlechter ist. Werden Getriebe mit geringen Zähnezahl-Differenzen gestaltet, haben diese eine flächenförmig tragende Verzahnung mit dem Tragen mehrerer Zähne. Dadurch sind die Getriebe relativ hoch belastbar im Verhältnis zum umbauten Raum.

Bei den Getrieben handelt es sich um koaxiale, ebene, viergliedrige Planetengetriebe mit einer Exzenterwelle als Antrieb. Es sind jeweils zwei Außenzahnräder und zwei Innenzahnräder vorhanden. Mit einem Innen- und Außenzahnrad lassen sich kleine bis mittlere Untersetzungen in einer Stufe erreichen. Will man höhere Untersetzungen, sind zwei Räderpaare – bestehend aus einem Innen- und Außenzahnrad – erforderlich. Am Beispiel eines viergliedrigen Exzentergetriebes wird dargestellt, dass durch Wechsel eines Getriebegliedes zum Gestell bei einem viergliedrigen Getriebe verschiedene Bauformen mit jeweils anderen Eigenschaften entstehen können.

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In der Getriebetechnik gibt es verschiedene Methoden der Umformung eines Getriebes, die unter dem Namen „Kinematische Umkehr“ zusammengefasst werden – diese sind Gestellwechsel, Antriebswechsel und Abtriebswechsel. Bei dem viergliedrigem Getriebe sind jeweils zwei Zahnräder benachbart miteinander verbunden. Hier werden vier Varianten unterschieden:

Variante A: Akbar klassisch

Hierbei sitzen zwei Zahnräder in zwei Ebenen auf einer gemeinsamen Exzenterwelle 1. Dies ist nur möglich, wenn die Zähnezahldifferenz zwischen dem ersten Zahnradpaar und dem zweiten Zahnradpaar gleich ist. Die beiden Zahnräder (2 u. 2‘) vollführen eine Drehbewegung auf der Exzenterwelle. Dabei rollt ein Außenzahnrad (2) in einem feststehenden Innenzahnrad (4) ab. Die Drehung erfolgt durch die Differenz der Zähnezahlen von Innenzahnrad (4) und Außenzahnrad (2). Da die beiden Zahnräder (2 u. 2‘) verbunden sind, wird diese Drehung auf das zweite Außenzahnrad (2‘) übertragen. Dieses leitet die Drehbewegung dann im Übersetzungsverhältnis von den Zähnezahlen von 2‘ und 3 auf Innenzahnrad (3) weiter an die Abtriebswelle. Da die Zähnezahldifferenz zwischen Rad 2 und Rad 4 sehr klein ist und im Extremfall einen großen Betrag erreichen kann. erfolgt bereits mit dem ersten Zahnradpaar (2 und 4) eine große Verringerung der Drehzahl. Diese wird durch das zweite Zahnradpaar noch weiter untersetzt. Die Übersetzungsformel dieser Bauart kann extrem werden und geradezu explodieren.

Beispiele:

Z2=32; Z4=33; Z2‘=26; Z3= 27 > i= 144.

Z2=40; Z4=41; Z2‘=39; Z3= 40 > i= 1600.

Z2=99; Z4=100; Z2‘=98; Z3= 99 > i= 9801.

Anwendungen findet diese Bauart dort, wo große Untersetzungen bei geringem Bauraum gefordert sind. Zu beachten ist, dass durch die Gleitreibung in den Zähnen bei geringer Zähnezahldifferenz der Wirkungsgrad abfällt.


Variante B: Ebenes Akbar klassisch

Durch Gestellwechsel ist es nun möglich, aus dem in zwei Ebenen gebauten Getriebe ein axial sehr kurz bauendes Getriebe zu gestalten. Auch dieses Getriebe hat eine Untersetzungsformel die hohe Untersetzungen zulässt. Wird – wie bei Variante A – die Zähnezahldifferenz zwischen den Außenzahnrädern und den Innenzahnrädern gleichgehalten, so können die Außenzahnräder miteinander verbunden werden; sie haben die gleiche Exzentrizität. Das Getriebe kann wegen der ineinanderliegenden Bauweise aber nicht mit zwei Zahnradpaaren bei dem beiden Zähnezahlen groß sind, gebaut werden. Deshalb ist dieses Getriebe für keine extrem großen Untersetzungen geeignet.

Beispiel:

Z4=47; Z3=48; Z4‘=77; Z2= 78 > i= -98,64.

Variante C: Ebenes Akbar, „Sonne“ stehend

Ähnlich wie beim Getriebe B entsteht ebenfalls durch Gestellwechsel das Getriebe der Bauform C. Hier steht das Sonnenrad still, und ein Innen- Außenzahnrad wird zu einem Teil. Abtrieb ist auch hier das konzentrische Innenzahnrad. Hierbei ist die Untersetzungsformel nur gering veränderbar.

Beispiel: Z2=20; Z4=34; Z4‘=34; Z1= 36 > i= -6,666

Variante D: Ebenes Akbar, „Sonne drehend“

Diese Bauform ist artverwandt mit dem Getriebe Bauform C. Die technische Bedeutung ist gering, da hier der Abtrieb eine intermittierende Bewegung ausführt und nicht gleichmäßig untersetzt.

Zu jeder Bauart gibt es einen Film:

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