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Getriebe

Wie Planetengetriebe funktionieren

Getriebe sind das Bindeglied zwischen Motor und Applikation. Je nach Anforderung gibt es unterschiedliche Bauformen auf dem Markt. Hier widmen wir uns dem Planetengetriebe und stellen die Funktionsweise, Vorteile und Anwendungen vor.

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Wir erläutern, wo Planetengetriebe eingesetzt werden und welche Vorteile sie haben. Das Bild zeigt einen Ausschnitt der IMS.SD-Line von IMS Gear.
Wir erläutern, wo Planetengetriebe eingesetzt werden und welche Vorteile sie haben. Das Bild zeigt einen Ausschnitt der IMS.SD-Line von IMS Gear.
(Bild: IMS Gear)

Wer hat das Planetengetriebe erfunden?

Die Erfindung des Planetengetriebes geht auf den Schotten William Murdoch zurück. Er war Mitarbeiter von James Watt und arbeitete daran, die erzeugte Energie der Dampfmaschine in eine kontrollierte Bewegung zu übersetzen. Schließlich konstruierte er ein Planetengetriebe, das im Zusammenspiel mit Wellen und Rädern die Kolbenbewegung einer Dampfmaschine in eine rotierende Bewegung übersetzen konnte. Im Juli 1782 trieb die erste Dampfmaschine von Watt, die mit einem Planetengetriebe ausgestattet war, einen Schmiedehammer an.

Allerdings gibt es auch Schriften über eine Art Planetengetriebe in Wasseruhren, die weitaus älter sind: und zwar von Ibn Khalaf al-Muradi. Er war ein arabischer Ingenieur, der im 11. Jahrhundert Technologien zu unterschiedlichen Wasseruhren verfasst hat, in deren Zahnradausstattung auch eine Art Planetengetriebe auftaucht. Aus der Schrift geht allerdings nicht hervor, ob er der Erfinder dieser Technik ist, oder ob er eine bestehende Technologie weiterentwickelt hat. Handelte es sich um eine Weiterentwicklung, wäre es möglich, dass die Getriebeart bereits in der Zeit der alten Griechen bekannt war.

Durch Murdoch fand das Planetengetriebe jedenfalls den Weg in den Maschinen- und Anlagenbau, indem es heute noch eine bedeutende Rolle spielt.

Warum heißt das Planetengetriebe Planetengetriebe?

Der Aufbau des Planetengetriebes erinnert an unser Sonnensystem. Wie im Universum drehen sich auch beim Planetengetriebe die Planeten bzw. die Planetenräder um die Sonne bzw. das Sonnenrad. So entstand der Name Planetengetriebe. Der Oberbegriff dieser Getriebebauart heißt Umlaufgetriebe bzw. Umlaufrädergetriebe.

Wie ist ein Planetengetriebe aufgebaut?

Ein Planetengetriebe besteht aus vier wesentlichen Komponenten: Sonnenrad, Planetenräder, Hohlrad und Planetenradträger. Das Sonnenrad mit Außenverzahnung befindet sich mittig im Gehäuse und wird von einem Motor angetrieben. Um das Sonnenrad laufen die Planetenräder, ebenfalls mit einer Außenverzahnung, deren Umlaufbahn durch das Hohlrad mit Innenverzahnung begrenzt wird. Der Planetenradträger verbindet die einzelnen Planetenräder und bildet die Abtriebswelle des Getriebes.

Laut der VDI-Richtlinie 2157 wird der konstruktive Aufbau eines Planetengetriebes in fünf Untergruppen unterteilt:

  • 1. Einfaches/elementares Planetengetriebe: klassischer Aufbau – ein oder zwei Zentralräder (Sonnenrad und Hohlrad), ein oder mehrere Planetenräder, ein Planetenträger
  • 2. Rückkehrendes Planetengetriebe: einfache Planetengetriebe mit koaxialer Lage der Anschlusswelle
  • 3. Offenes Planetengetriebe: einfaches Planetengetriebe mit einem Zentralrad und nicht koaxial umlaufender Anschlusswelle
  • 4. Zusammengesetztes Planetengetriebe: mehrere einfache Planetengetriebe zusammengesetzt
  • 5. Reduziertes Planetengetriebe: zusammengesetztes Planetengetriebe, mit reduziertem Bauaufwand durch die Vereinigung einzelner Komponenten

Im Video erklären die Spezialisten von Wittenstein, wie ein Planetengetriebe aufgebaut ist und wie es funktioniert:

Welche Aufgabe hat ein Planetengetriebe?

Ein Getriebe ist das Bindeglied zwischen Motor und der zu bewegenden Applikation. Seine Aufgabe ist es, Drehmoment und Drehzahl zu wandeln, Massenträgheiten anzupassen und die Positioniergenauigkeit zu steigern.

Durch den Einsatz eines Planetengetriebes erhöht sich die Leistung des gesamten Antriebsstrangs, den wird das richtige Getriebe ausgewählt, kann der Motor kleiner ausfallen, was Kosten spart und die Wirtschaftlichkeit des gesamten Antriebsstrangs im Betrieb erhöht.

Planetengetriebe sind Präzisionsgetriebe. Das heißt, sie werden vor allem für Anwendungen eingesetzt, in denen eine hohe Positioniergenauigkeit gefordert ist. Verdrehspiele bis zu einer Winkelminute (arcmin) können realisiert werden. Das Verdrehspiel wird an der Abtriebswelle bei blockierter Antriebswelle gemessen und beschreibt dabei die verbleibende Bewegungsfreiheit der Abtriebswelle. Eine Winkelminute entspricht dabei dem 60sten Teil eines Grads. Typische Einsatzgebiete sind hochgenaue Positionieraufgaben (Servoanwendungen), z.B. in Bearbeitungsachsen, Fügeprozesse, hochdynamische Anwendungen.

Vorteile von Planetengetrieben

Der größte Vorteil von Planetengetrieben ist deren kompakte Bauform. Vor allem, wenn enge Bauräume die Konstruktion erschweren, sind kompakte Komponenten gefragt. Weitere Vorteile sind die schon erwähnte sehr hohe Positioniergenauigkeit und ein hoher Wirkungsgrad. Planetengetriebe weisen einen Wirkungsgrad von bis zu 97 % auf.

Nachteile von Planetengetrieben sind nicht konkret nennbar. Je nach Anwendung können andere Getriebearten allerdings ihre Vorteile besser ausspielen. So macht zum Beispiel die Kegelradverzahnung der Kegelradgetriebe sehr kleine Übersetzungsverhältnisse möglich. Hypoid- und Schneckengetriebe lassen sich sehr gut mit einer Hohlwelle ausstatten, die zur Kabeldurchführungen genutzt werden kann. Eine sehr hohe Übersetzungsvielfalt ( i=3 bis i=10.000) ist ebenfalls mit Hypoidgetrieben möglich. Weniger komplexe Getriebebauformen sind zudem kostengünstiger in der Anschaffung.

Neben den klassischen Zahnradgetrieben gibt es auch Sonderbauformen, die ähnlich funktionieren, aber auf das klassische Zahnrad verzichten beziehungsweise dieses in seiner Form abgewandelt ist. Darunter fallen zum Beispiel die Zykloidgetriebe. Hier finden Sie einen Beitrag, in dem Zykloid- und Planetengetriebe verglichen werden:

Auswahl an Herstellern von Planetengetrieben:

  • Flender GmbH
  • Framo Morat GmbH & Co. KG
  • GSC Schwörer GmbH
  • Harmonic Drive AG
  • IMS Gear SE & Co. KGaA
  • Langguth + Co. GmbH
  • Neugart GmbH
  • Nidec Graessner GmbH & Co. KG
  • Ruhrgetriebe KG
  • SEW-Eurodrive GmbH & Co KG
  • SPN Schwaben Präzision
  • Stöber Antriebstechnik GmbH & Co. KG
  • Sumitomo (SHI) Cyclo Drive Germany GmbH
  • Yilmaz Redüktör GmbH
  • Wilhelm Vogel GmbH Antriebstechnik
  • Wittenstein alpha GmbH

Dieser Beitrag erschien zuerst auf unserem Partnerportal www.konstruktionspraxis.de

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