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Getriebe

Zykloid- und Planetengetriebe im Vergleich

| Redakteur: Ute Drescher

Sollen in der Robotik oder Automatisierung Präzisionsgetriebe zum Einsatz kommen, stehen Konstrukteure vor der Wahl zwischen zwei verschiedenen Getriebearten: Planeten- und Zykloidgetriebe. Sie bieten jeweils unterschiedliche Vor- und Nachteile.

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Da bei einem Zykloidgetriebe im Vergleich zu einem Planetengetriebe permanent rund viermal so viel Kontaktfläche zwischen Rollen bzw. Zähnen und Kurvenscheibe besteht, zeichnen sich die Zykloidgetriebe durch eine sehr hohe Schockbelastbarkeit bis zum Fünffachen des Nennmoments aus.
Da bei einem Zykloidgetriebe im Vergleich zu einem Planetengetriebe permanent rund viermal so viel Kontaktfläche zwischen Rollen bzw. Zähnen und Kurvenscheibe besteht, zeichnen sich die Zykloidgetriebe durch eine sehr hohe Schockbelastbarkeit bis zum Fünffachen des Nennmoments aus.
(Bild: Bilder: Nabtesco)

Getriebe kommen in unzähligen verschiedenen Anwendungsbereichen zum Einsatz. Das Angebot an unterschiedlichen Getriebetypen und Ausführungen der führenden Hersteller ist entsprechend breit. Bei Applikationen, die eine besonders hohe Präzision verlangen – sei es im Anlagenbau, in der Robotik, im Werkzeugmaschinenbau oder in der Medizintechnik – sind robuste Präzisionsgetriebe mit einer langen Lebensdauer gefragt. Mit Planeten- und Zykloidgetrieben haben sich hier zwei unterschiedliche Bauarten etabliert. Konstrukteure stehen daher in vielen Fällen vor der Herausforderung, die jeweiligen Vor- und Nachteile dieser Getriebetypen zu erkennen und abzuwägen, um die optimale Untersetzungslösung zu erhalten.

Planetengetriebe verteilen die Last

Planetengetriebe bestehen im Wesentlichen aus drei grundlegenden Elementen: einem mittigen sogenannten Sonnenrad, drei oder mehr Satelliten- beziehungsweise Planetenrädern und einem Hohlrad. In einem typischen Planetengetriebe überträgt das Sonnenrad die Bewegung zu den Satelliten. 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“, erklärt Marcus Löw, Vertriebsleiter von Nabtesco Precision Europe. Indem man eine oder mehrere Vorstufen ergänzt, könne man die Gesamtuntersetzung weiter erhöhen.

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Im Unterschied zu einfachen Untersetzungslösungen, wie etwa Schneckengetrieben, wirken bei Planetengetrieben geringere Kräfte auf die Zahnräder, da das Drehmoment stets auf mehrere Zahnräder verteilt wird. Außerdem bewirkt diese Verteilung einen geräuscharmen Lauf ohne Kraftflussunterbrechung.

Zykloidgetriebe mit zweistufiger Untersetzung

Zykloidgetriebe dagegen setzen auf zweistufige Antriebskomponenten. Sie bestehen hauptsächlich aus vier Bauelementen: einer Antriebswelle, zwei bis drei Exzenterwellen, zwei Kurvenscheiben sowie einer der Untersetzung entsprechend langsam laufenden Abtriebswelle. Zunächst wird in einer ersten Stufe die Drehbewegung des Servomotors über die Eingangswelle auf die Stirnräder übertragen. Dabei reduziert sich die Drehzahl entsprechend des Untersetzungsverhältnisses von Eingangswelle zu Stirnrädern. Die Stirnräder sitzen auf Exzenterwellen, die jeweils über drei um 120° versetzte Exzenter verfügen. Die beiden Kurvenscheiben werden über ein Lager auf den Exzentern angetrieben. Die drei Exzenterwellen in der Abtriebs- und Antriebsseite sind jeweils gelagert.

An der Innenseite des Gehäuses ist ein Kurvenprofil entsprechend der Kurvenscheiben eingearbeitet. Dieses bildet die zweite Untersetzungsstufe. Das Kurvenprofil im Gehäuse besitzt eine Vertiefung mehr als die Kurvenscheiben. Bolzen, die zwischen den Kurvenscheiben und dem Kurvenprofil im Gehäuse angeordnet sind, übertragen die Drehbewegung wälzend an die Abtriebswelle. Wenn die Exzenterwellen eine volle Drehung durchlaufen, drehen sich die Kurvenscheiben außermittig um eine Teilung weiter. Dabei berühren alle Kurven der Kurvenscheibe die Bolzen und wälzen sich auf ihnen ab.

Hohes Drehmoment bei höchster Präzision

Auf dem gesamten Umfang des Kurvenprofils ist ein sogenannter Zahneingriff gewährleistet, da die beiden Kurvenscheiben auf den Exzentern um 180° zueinander verschoben sind. So lassen sich sehr hohe Drehmomente mit höchster Präzision und Laufruhe übertragen und aufgrund der beiden Untersetzungsstufen hohe Untersetzungsverhältnisse erzielen. Zykloidgetriebe erlauben Untersetzungen von 30:1 bis über 300:1 – ohne zusätzliche Vorstufen, wie sie sonst bei Standard-Planetengetrieben nötig sind.

„Die für Zykloidgetriebe typische Kraftübertragung über Bolzen und Rollen sorgt für einen hohen Wirkungsgrad, eine lange Lebensdauer und ein extrem geringes Spiel des Getriebes“, hebt Marcus Löw die Hauptvorteile gegenüber Planetengetrieben hervor. „Darüber hinaus garantiert die rollende Reibung aller an der Kraftübertragung beteiligten Elemente ein sehr geringes Losbrechmoment.“ Das zweistufige Untersetzungsprinzip, das bei den RV-Getrieben von Nabtesco Verwendung findet, reduziert die Vibrationen sowie die Massenträgheit und lässt größere Untersetzungen zu. Der fast vollständige Kontakt innerhalb der Zykloiden-Bolzen-Konstruktion und die gleichmäßige Kraftverteilung innerhalb des Getriebes erlauben außerdem eine hohe Belastung bei geringem Spiel.

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