Vergleich hochuntersetzender Getriebe

Gerader Eingriff

In der Technik werden hochuntersetzende Getriebe genutzt, um die schnelldrehenden Antriebsdrehzahlen der Motoren in langsame Drehbewegungen zu untersetzen. Die Evolvente erreicht besonders bei der Konstruktion von Zahnrädern und Zahnstangen große Bedeutung. Bei der häufigen Evolventenverzahnung ist der Querschnitt einer Zahnflanke Teil einer Evolvente. Damit lässt sich sicherstellen dass sich im Eingriff stehende Zähne entlang einer geraden Eingriffslinie berühren. Es werden die verschiedenen hochuntersetzende Getriebe angewendet. Die bekanntesten sind: Planeten-; Acbar-; Wolfrom-; Harmonic Drive- und Cyclogetriebe. Die Getriebe werden in diesem Beitrag verglichen und die besonderen Vorteile von Exzentergetrieben mit Evolventenverzahnung erläutert.

Planetengetriebe (Bild1)

Bild 1: Dreistufiges Planetengetriebe (ohne Innenzahnräder

Mit Planetengetrieben können nur mit mehreren Stufen hohe Untersetzungen mit sehr vielen Zahnrädern realisiert werden Dadurch sind diese axial langbauend. Untersetzung pro Stufe zirka max. i=5-10:1.

Acbargetriebe (Bild 2)

Die Acbargetriebe eignen sich besonders wenn sehr hohe Untersetzungen oberhalb i=500:1 oder größer erforderlich sind. Es sind mindestens zwei Innen- und zwei Planetenräder erforderlich.

Wolfromgetriebe (Bild 3)

Hiermit sind mittlere bis hohe Untersetzungen möglich allerdings mit dem großen Aufwand zweier Innen- und vieler Planetenräder.

Harmonic Drive Getriebe (Bild 4)

Es können nur mittlere Untersetzungen bei relativ großer Baugröße realisiert werden da die kleinste Zähnezahldifferenz zwischen Innenzahnrad und Waver zwei ist. Der Waver verformt sich elastisch. Deshalb können nur relativ kleine und niedrige Verzahnungen verwendet werden, da sonst die Elastizität des Wavers überschritten wird.

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Cyclogetriebe (Bild 5)

Cyclogetriebe sind für Untersetzungen bis zirka i=100:1 Einstufig mit Zähnezahndifferenzen von eins relativ groß bauend zu realisieren. Klein-bauende Getriebe sind nicht möglich da die Miniaturisierung der Rollen dies verhindert. Alle einstufigen hochuntersetzenden Getriebe haben gemeinsam, dass das Antriebs-rad dass gleichzeitig Hauptrad der Stufe ist mit der hohen Drehzahl des Motors dreht. Bei mehrstufigen Planetengetrieben reduziert sich die Drehzahl langsam mit jeder Stufe. Dadurch sind diese meist Geräuschärmer wie alle anderen hochuntersetzenden Getriebe. Deshalb werden meist Antriebsdrehzahlen über 3000 min-1 vermieden.

Vorteile Exzentergetriebes mit Evolventenverzahnung (Bild 6)

Das Exzentergetriebe ist im Grundaufbau ähnlich dem Cyclogetriebe. Es wird aber keine teure Verzahnung mit Rollen und Kurvenkörpern verwendet sondern eine normale Evolventenverzahnung mit einem Eingriffswinkel von 20° Grad Diese Verzahnung kann im Abwälzverfahren durch fräsen oder stoßen mit normalen Werkzeugen hergestellt werden. Es ist aber auch ein preiswertes Feinstanzen möglich. Es gibt verschiedene Möglich-keiten die Drehung des Exzenter-rades zu verhindern. Standardmäßig wird das mindestens dreifache Parallelkurbelgetriebe aus Rollen und Bolzen bestehend verwendet. Es ist aber auch ein Kardangelenk oder eine Schmidt- oder Oldhamkupplung einsetzbar. Dabei kann der Abtrieb entweder das Innenzahnrad (Anwendung z.B. beim Trommelmotor) oder der Rollenträger sein. Entsprechend kehrt die Drehrichtung um.

Mögliche Übersetzungen

Getriebe auch einen sehr großen Einsatzbereich. Es sind einstufige Getriebe von i=1000:1 bei z.B. 200 Millimeter Durchmesser und Modul 0,2 Millimeter mit Zähnezahldifferenz eins möglich als auch Getriebe mit Zähnezahldifferenz von 10 und i=8:1. Dabei ist der besondere Trick die Evolventenverzahnung entsprechend zu konstruieren. Die Verzahnung ist bei kleinen Zähnezahldifferenzen von z.B. eins flächentragend. Außerdem tragen zirka zehn Prozent der Zähne. Werden gleichzeitig viele stabile Bolzen und Rollen angeordnet, sind sehr hochbelastbare Getriebe mit einer sehr großen Lastreserve zu bauen.

Anwendung

Angewendet werden können diese Getriebe z.B. Großbauend bei Roboterarmgelenken mit z.B. Einstufig i=250:1 mit Modul 1mm ohne Planetenvorschaltstufe. Oder Kleinbauend z.B. zweistufig mit i=600:1 und Modul 0,4mm bei einem Fingergelenk einer Roboterhand. Dabei sind diese Getriebe im Vergleich zu anderen hochuntersetzenden Getrieben einfacher herstellbar und wesentlich preiswerter. Weiterhin sind sie kompakter und kleinbauender als alle anderen hochuntersetzenden Getriebe. Baureihen mit gleichem Innenzahnrad und verschiedenen Exzenterrädern ergeben eine gute fast geometrische Stufung. Hans-Erich Maul

Weitere Infos: info@maul-konstruktionen.de http://www.maul-konstruktionen.de
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