Inhaltsverzeichnis
1. Leistungsvorsprung dank zykloider Bauweise
2. Rollen und Kurvenscheiben statt Zahnräder
3. Planetengetriebe verteilen die Last
4. Die Getriebe stehen im Zentrum der Anwendung
5. Erste Wahl für hochpräzise Positionieraufgaben
Sollen in der Robotik oder Automatisierung Präzisionsgetriebe zum Einsatz kommen, stehen Konstrukteure vor der Wahl: Planeten- oder Zykloidgetriebe? Die Einsatzgebiete beider Getriebearten überschneiden sich, jedoch können Zykloidgetriebe Planetengetriebe in vielen Anwendungen ersetzen. Insbesondere wenn geringes Spiel und eine hohe Positioniergenauigkeit von wesentlicher Bedeutung sind, bieten Zykloidgetriebe im Vergleich zu Planetengetrieben durchweg die besseren Leistungsdaten.
Leistungsvorsprung dank zykloider Bauweise
Zykloidgetriebe weisen eine robustere Bauweise auf und kommen daher auf eine höhere Lebensdauer. Auch über einen langen Zeitraum ist die Spielzunahme extrem gering (Hystereseverlust 1 arcmin) – ein dickes Plus gegenüber Planetengetrieben, die im Laufe ihres Lebens häufig mit zunehmendem Spiel zu kämpfen haben. Zykloidgetriebe erlauben zudem Untersetzungen von 30:1 bis über 300:1 – und zwar ohne zusätzliche Vorstufen wie sie sonst bei Standard-Planetengetrieben nötig sind. Konstruktionsbedingt sind sie darüber hinaus deutlich steifer und dabei kompakter (etwa 50 % kürzer) sowie leichter als mehrstufige Planetengetriebe. Darüber hinaus bieten sie eine um 500 % höhere Überlastsicherheit.
Zu verdanken haben Zykloidgetriebe diese Eigenschaften ihrem besonderen Konstruktionsprinzip. „Das macht sie außerordentlich leistungsfähig, sehr genau und extrem robust. Die Kraftübertragung über Kurvenscheiben und Rollen sorgt für einen hohen Wirkungsgrad, eine lange Lebensdauer und ein extrem geringes Spiel des Getriebes“, so Daniel Obladen, Head of Sales General Industries bei der Nabtesco Precision Europe GmbH, Düsseldorf, dem weltweit wohl größten Hersteller von Zykloidgetrieben.
Rollen und Kurvenscheiben statt Zahnräder
Zykloidgetriebe bestehen im Wesentlichen aus vier Bauelementen: einer Antriebswelle, zwei oder drei Exzenterwellen, zwei Kurvenscheiben und einer der Untersetzung entsprechend langsam laufenden Abtriebswelle. Zunächst wird in einer ersten Stufe die Drehbewegung des Antriebs- bzw. 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 auf den Exzentern sind um 180° zueinander verschoben und werden über Nadellager angetrieben. Sie rotieren innerhalb des mit Bolzen ausgekleideten Gehäuses (zweite Untersetzungsstufe). Dabei hat die Kurvenscheibe genau einen Kurvenabschnitt weniger als der Bolzenring Bolzen und nahezu alle Kurven der Scheiben sind in ständigem Kontakt mit den Bolzen. So lassen sich sehr hohe Drehmomente mit hoher Präzision und Laufruhe übertragen und aufgrund der beiden Untersetzungsstufen hohe Untersetzungsverhältnisse erzielen.
„Das zweistufige Untersetzungsprinzip (Stirnradstufe und Exzenterstufe) reduziert die Vibrationen sowie die Massenträgheit“, hebt Obladen die Vorteile hervor. „Der fast vollständige Kontakt sowie die gleichmäßige Kraftverteilung innerhalb der Zykloidgetriebe erlauben außerdem eine hohe Belastung bei geringem Spiel.“ In Not-Halt-Situationen kann das Getriebe so das 5-Fache des Nenndrehmoments aufnehmen. Die rollende Reibung aller an der Kraftübertragung beteiligten Elemente garantiert außerdem ein sehr geringes Losbrechmoment.
Planetengetriebe verteilen die Last
Ihre hohe Leistungsfähigkeit macht die Zykloidgetriebe von Nabtesco in vielen Anwendungen zur Idealbesetzung. Insbesondere Applikationen, bei denen schnelle und genaue Positionierbewegungen mit hohen Traglasten ohne Nachschwingen gefordert sind, profitieren von den hervorragenden Eigenschaften. Bestehen keine so hohen Spielanforderungen oder liegen die geforderten Untersetzungen unter 30:1, sind dagegen Planetengetriebe (auch Umlaufrädergetriebe genannt) im Vorteil. „Auch wenn es prinzipiell möglich ist, lassen sich bei Zykloidgetrieben Untersetzungen unter 30:1 bauartbedingt nur schwer ohne eine zusätzliche Vorstufe erzielen“, erklärt Obladen und ergänzt: „Bei Untersetzungen über 30:1 sind Zykloidgetriebe aber ganz klar die Technologie der Wahl, da sie – anders als Planetengetriebe – keine zusätzlichen Vorstufen benötigen.“
Planetengetriebe setzen sich aus drei grundlegenden Elementen zusammen: einem mittigen sogenannten Sonnenrad, drei oder mehr Satelliten- bzw. 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. 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.
Vergleicht man die Abmessungen von Planeten- und Zykloidgetrieben fällt auf, dass die Baulänge der Planetengetriebe mit größer werdenden Untersetzungen erheblich zunimmt. So erreichen mehrstufige Planetengetriebe deutlich größere Baulängen als Zykloidgetriebe mit identischer Untersetzung. Zykloidgetriebe dagegen haben bei kürzerer Baulänge einen etwas größeren Durchmesser.
Die Getriebe stehen im Zentrum der Anwendung
Als Wandler von Drehmoment und Drehzahl kommt den Getrieben eine zentrale Rolle bei der Konstruktion zu. „Um die bestmögliche wirtschaftliche Leistung zu erhalten, sollte die Auslegung einer Applikation grundsätzlich vom Getriebe ausgehen“, rät Obladen. Dies erleichtere die Auslegung der gesamten Anwendung. Auf die Wahl der passenden Antriebskomponenten sollten Konstrukteure daher besonderes Augenmerk legen. Um das jeweils optimale Getriebe zu finden ist es notwendig, alle Anforderungsparameter der einzelnen Arbeitszyklen hinsichtlich Präzision, Lebensdauer und Not-Aus-Situationen zu betrachten. „In den meisten Fällen haben Zykloidgetriebe dabei in puncto Performance, Zuverlässigkeit und Bauweise die Nase vorn und sind eine echte Alternative zu spielarmen Planetengetrieben“, macht Obladen deutlich.
Erste Wahl für hochpräzise Positionieraufgaben
Ob Voll- oder Hohlwelle, ob vollständig geschlossene Getriebeeinheiten (Getriebekopf) oder hochintegrierbare Einbausätze, ob besonders leicht, stark, schnell oder flexibel: Mit seinem umfangreichen Portfolio und seiner langjährigen Entwicklungskompetenz wird Nabtesco nahezu allen Getriebeanforderungen gerecht. Insbesondere aus der Robotik sind die zuverlässigen Getriebesysteme nicht mehr wegzudenken: In sechs von zehn Industrierobotern stecken Nabtesco-Getriebe – damit ist der japanische Hersteller mit Europazentrale in Düsseldorf unangefochtener Marktführer in der Robotik.
Doch nicht nur Robotergelenke profitieren von den technischen Qualitäten der Zykloidgetriebe, auch in der Peripherie sowie in zahlreichen weiteren Hightech-Anwendungen sind sie erste Wahl. Sei es im Werkzeugmaschinenbau, in der Medizintechnik, beim Handling oder in Schweißapplikationen – überall dort, wo exaktes Positionieren und absolute Zuverlässigkeit gefragt sind, machen die Getriebe aus dem Hause Nabtesco eine gute Figur. Auch in der Verpackungstechnik, im Antennenbau sowie in der Solartechnik werden sie weltweit geschätzt.
Neben den bewährten Getriebeserien liegt eine besondere Stärke in den Engineering Services mit individuellen Sonderanfertigungen: In enger Zusammenarbeit mit dem Anwender entwickelt und fertigt Nabtesco spezielle Getriebelösungen, die optimal an die individuelle Applikation angepasst sind. bec
Detaillierte Informationen zum Funktionsprinzip der Zykloidgetriebe:
hier.pro/XFYNa
Mehr zum Thema Zykloidgetriebe versus Planetengetriebe:
hier.pro/Xbijj
Kontakt:
Nabtesco Precision Europe GmbH
Tiefenbroicher Weg 15
40472 Düsseldorf
Tel.: 0211 17379–0
E-Mail: info@nabtesco.de
Website: www.nabtesco.de
Geschäftsführer: Marcus Löw
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