Der Wunsch nach ökonomisch sinnvollen Betriebspunkten bei Getriebemotoren verlangt eine überlegte Gestaltung der Schnittstelle zwischen Getriebe und Motor. Um für einen Motor, unterschiedliche Getriebegrößen und Getriebeübersetzungen nicht mehrere Motorwellenvorzuhalten, werden dafür Welle-Nabe-Verbindungen vorgesehen.
Der Autor Dr.-Ing. Detmar Zimmer ist Leiter Entwicklung Getriebemotoren der Lenze GmbH & Co. KG, Hameln
Bei der Erzeugung von Drehbewegungen mittels Getriebemotoren ist der Motor durch einen Betriebspunkt mit relativ hoher Drehzahl und niedrigem Drehmoment gekennzeichnet. Um den vom Anwender geforderten Betriebspunkt zu erreichen, wird dem Motor zur Drehzahl- und Drehmomentwandlung ein Zahnradgetriebe nachgeschaltet. Da die Vielfalt der Anwendungen ein engmaschiges Betriebspunktenetz erfordert, werden Kombina-tionen von Getrieben unterschiedlicher Übersetzungen mit sinnvoll zuzuordnenden Motoren angeboten.
Grund für Welle-Nabeverbindung
Bei der Kombination eines Motors mit unterschiedlichen Getriebegrößen sind weiterhin unterschiedliche Abtriebsdrehzahlen und damit Getriebe-Übersetzungen zu realisieren. Um nicht für eine Motorleis-tung mehrere Motorwellen mit unterschiedlichen Zähnezahlen vorzuhalten, sieht man deshalb an dieser Stelle eine Welle-Nabe-Verbindung als Schnittstelle zwischen Motorwelle und Antriebsritzel vor.
Gestaltung Welle-Nabeverbindung
Bei der Gestaltung dieser Verbindung strebt man pro Motorwelle nur eine Ausführung an. Dafür muss die Welle-Nabe-Verbindung hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung für unterschiedliche Zähnezahlen und die damit verbundenen Belastungen geeignet sein.
Durch die Verwendung möglichst weniger Teile bzw. Zahnradstufen innerhalb der Getriebe erreicht man eine hohe Verfügbarkeit des Antriebs und gleichzeitig ein geringes Verdrehspiel. Das erfordert die Realisierung hoher Übersetzungen in einer Stufe und damit sehr kleine Zähnezahlen im Antriebsritzel. Dies alles muss mit der zu verwendenden Welle-Nabe-Verbindung realisierbar sein.
Beim gleichen Wellendurchmesser lassen sich mit Einsteckritzeln kleinere Zähnezahlen realisieren als mit Aufsteckritzeln, da die Funktionsbereiche Verzahnung und Welle-Nabe-Verbindung neben ein-ander liegen und nicht wie beim Aufsteckritzel innerhalb eines Querschnittes (Bild 2 oben).
Aus Kundensicht ist es erforderlich, dass die Verbindung auch nach dauerhafter dynamischer Beanspruchung spielfrei bleibt. Dies ist dann besonders interessant, wenn hohe Positioniergenauigkeit und minimales Geräusch verlangt, oder wenn hohe Anforderungen an das Regelverhalten des Antriebs gestellt werden.
Die Lenze-Lösung
Bei Lenze fiel die Entscheidung zu Gunsten eines kraftschlüssigen Kegelpressverbandes, da keine Formschlusselemente wie Passfedern oder Stifte zur Anwendung kommen sollten (Bild 2 unten). Die Eigenschaften dieser kraftschlüssigen Verbindungen führen insbesondere dann zu den genannten Anwendungsvorteilen, wenn sie innerhalb eines Antriebes nicht nur bei der Motorwelle, sondern auch an weiteren Verbindungsstellen zwischen Zahnrädern und Zwischen- oder Abtriebswellen kosenquent verwendet werden (Bild 1).
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