Moderne Antriebseinheiten sollen bei höchsten Übersetzungen immer leistungsfähiger, kleiner und leiser arbeiten. Diese Anforderungen kommen zunehmend vor allem aus der Feinwerktechnik und dem Automo-tivebereich. Ein völlig neuartiges Getriebekonzept ermöglicht jetzt Übersetzungen von ca. „ i = 25 bis über 1000 “ auf kleinstem Bauraum bei einer bis zu sechsfachen Leistungssteigerung.
Die Autoren sind Dipl.-Ing. (FH) Adelbert Lauffer und Thomas Hirn, Hirn Verzahnungen, Nehren
Zahnformoptimierung
Bereits in dem Beitrag von Dipl. Ing. Helmut Hirn „Ge-nial einfach“ aus KEM 11/96 wurde ein hochuntersetzendes Getriebeprinzip für die Großserienfertigung vorgestellt.
Die kostengünstige Herstellung im Kunststoffspritzverfahren einerseits und die geringen Abmessungen bei sehr hohen Übersetzungen andererseits entsprachen schon damals genau den aktuellen Marktanforderungen. Umfangreiche Versuche und Entwicklungen zeigten aber dann schon bald erste Schwachpunkte dieses neuen Systems. Die Berechnung der exakten Verzahnung war nicht möglich und machte ein optimiertes Eingriffsverhalten dringend erforderlich.
Mathematische Ermittlung
Die komplexe Eingriffs- und Abwälzproblematik dieses Umlaufgetriebes ist nunmehr gelöst. Die Zahnformen können mathematisch exakt ermittelt und graphisch dargestellt werden. Jede Getriebevariante lässt sich jetzt mit dieser neuen Rechenmethode auslegen und berechnen. Danach werden Zahnform und Zahneingriff in herkömmlichen Softwarepaketen wie „Kisssoft-Hirnware“ berechnet und ausgelegt. Die Erzeugung der Zahnformgrafik erfolgt automatisch. Somit kann auch jederzeit eine geräusch- und leistungsoptimierte Hybrid-Zahnform für Umlaufgetriebe erstellt werden. Die Verzahnungsgeometrie kann nun mit Hilfe einer Abwälzsimulation auf Eingriffsstörungen geprüft werden. Die mathematischen Rechenansätze des neuartigen Verfahrens zur Bestimmung der exakten Zahnform, führten zu einer umfangreichen Schutzrechtsanmeldung. Obwohl diese Entwicklung das Umlaufgetriebe-Projekt (Deutsches GM 29614738) einen großen Schritt nach vorne gebracht hat, benötigt man nach wie vor bezüglich der Temperaturproblematik eine bessere Lösung. Die enorme Temperaturentwicklung zwischen den Übertragungsstößeln und dem rotierenden Pulsator kann speziell bei hohen Drehzahlen zu unerwünschten Ausfällen führen. Ein weiteres Problem ist die maximal mögliche Kraftübertragung, die derzeit bei einem Getriebe von ca. 50 mm Außendurchmesser auf circa 6 bis 12 Nm begrenzt ist.
Noch einfacher, noch genialer
Die jüngsten Entwicklungen und die daraus resultierenden Erfahrungen ergaben neue Erkenntnisse. Es entstand eine völlig neue Getriebekonzep-tion für hohe Übersetzungen und Lastmomente bei kleinsten Abmessungen. Das Konzept schließt die Vorteile des erst genannten Prinzips ein. Darüber hinaus kann das neue System jedoch die bis zu sechsfache Leistung übertragen.
Dieses neue System ist im Prinzip ein Planetengetriebe. Die Getriebeteile werden herkömmlich ausgelegt, gefertigt und montiert. Für die einzelnen Getriebeteile können je nach Anwendung optimale Werkstoffe eingesetzt werden, während man beim Einsatz eines flexiblen Flexbandes oder Flextopfes mit der Materialauswahl auf einige wenige Kunststoffe beschränkt war. Somit ist eine preisgünstige Massenproduktion wie Kunststoffspritzguss oder Sintern ebenso möglich wie die Herstellung von Präzisionsgetrieben aus Metallen. Das neue Hochleistungs-Kompaktgetriebe stellt ein Planeten-Differenzgetriebe dar, das je nach Auslegung bis zu sechs Planeten enthält. In der Wirkung eines Wolfram-Getriebes wird das erste Hohlrad (innenverzahnt) am Gehäuse abgestützt. Das zweite Hohlrad fungiert als Abtriebsrad. Die Zähnezahldifferenz der beiden Räder von nur einem Zahn ermöglicht sehr große Übersetzungen in einer Stufe bei sehr kompakter Bauform. Durch die Lastverteilung auf bis zu sechs Planeten lassen sich sehr große Drehmomente übertragen.
In der Ausführung als Kunststoffgetriebe erhält man bei gleichen Außenabmessungen gegenüber herkömmlichen Umlaufgetrieben über das 6-fache Drehmoment. Durch die Möglichkeit, unabhängig von der Anzahl der im Eingriff befindlichen Planeten die Zähnezahldifferenz von nur einem Zahn einzusetzen, kann in gleichen Bauraumverhältnissen ein wesentlich größerer Modul verwendet werden. Dadurch können auch bei sehr kleinen Getrieben glasfaserverstärkte Kunststoffe eingesetzt werden. Auch diese geniale Neuentwicklung wurde bereits als Schutzrecht angemeldet.
Exakt berechenbare Getriebeteile
Ab sofort sind sehr hohe Antriebsmomente bei sehr großen Übersetzungen mit kleinen Abmessungen möglich. Die konstruktive Gestaltung in Richtung Serienproduktion erfordert keine langen Forschungs- und Versuchsreihen mehr. Es handelt sich durchweg um exakt berechenbare Getriebeteile (Zahnräder, Lager etc.). Die grundsätzliche Systementwicklung ist positiv abgeschlossen. Somit entfallen langwierige Entwicklungen und Funktionstests. Durch den Wegfall von flexiblen Bauteilen eignet sich diese Antriebseinheit auch für den Einsatz bei extremen Temperaturbereichen (z. B. -40 ° bis + 160 ° C). Somit sind Antriebs-probleme, bei denen auf kleins-tem Bauraum größte Übersetzungen und Momente zu übertragen sind, umgehend konstruktiv lösbar.
Internet
www.hirn-
verzahnungen.de
Ausführliche Informationen
Entwicklungs-Dienstleistung
KEM 516
Verzahnungs-optimierung
KEM 517
Berechnungssoftware
KEM 518
Vereinfacht dargestellter Leistungsvergleich
Die Zähnezahldifferenz von nur einem Zahn ermöglicht den Einsatz eines wesentlich größeren Moduls.
Getriebegröße Durchmesser 50 (Teilkreis – Hohlräder. (siehe die ersten beiden Bilder)
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