Fachbericht

Exzentergetriebe mit Evolventenverzahnung - kompakt und kleinbauend

In der Technik werden hochuntersetzende Getriebe angewandt, um die schnelldrehenden Antriebsdrehzahlen der Motoren in langsame Drehbewegungen zu zuntersetzen. Es werden hierbei verschiedene hochuntersetzende Getriebe verwendet - die bekanntesten sind: Planeten-, Acbar-, Wolfrom-, Harmonic Drive- und Cyclogetriebe. Hans-Erich Maul, Technischer Leiter bei Maul Konstruktionen in Aachen vergleicht die Getriebe und erläutert die besonderen Vorteile von Exzentergetrieben mit Evolventenverzahnung.

Planetengetriebe

Planetengetriebe

Mit Planetengetrieben können nur mit mehreren Stufen hohe Untersetzungen mit sehr vielen Zahnrädern realisiert werden Dadurch sind diese axial langbauend. Untersetzung pro Stufe zirka max. i=5-10:1.

Acbargetriebe

Die Acbargetriebe eignen sich besonders wenn sehr hohe Untersetzungen oberhalb i=500:1 oder größer erforderlich sind. Es sind mindestens zwei Innen- und zwei Planetenräder erforderlich.

Wolfromgetriebe

Hiermit sind mittlere bis hohe Untersetzungen möglich allerdings mit dem großen Aufwand zweier Innen- und vieler Planetenräder.

Harmonic Drive Getriebe

Es können nur mittlere Untersetzungen bei relativ großer Baugröße realisiert werden da die kleinste Zähnezahldifferenz zwischen Innenzahnrad und Waver zwei ist. Der Waver verformt sich elastisch. Deshalb können nur relativ kleine und niedrige Verzahnungen verwendet werden, da sonst die Elastizität des Wavers überschritten wird.

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Cyclogetriebe

Cyclogetriebe sind für Untersetzungen bis zirka i=100:1 Einstufig mit Zähnezahndif-ferenzen von eins relativ groß bauend zu realisieren. Klein-bauende Getriebe sind nicht möglich da die Miniaturisierung der Rollen dies verhindert.

Alle einstufigen hochuntersetzenden Getriebe haben gemeinsam, dass das Antriebsrad dass gleichzeitig Hauptrad der Stufe ist mit der hohen Drehzahl des Motors dreht. Bei mehrstufigen Planetengetrieben reduziert sich die Drehzahl langsam mit jeder Stufe. Dadurch sind diese meist Geräuschärmer wie alle anderen hochuntersetzenden Getriebe. Deshalb werden meist Antriebsdrehzahlen über 3000 min-1 vermieden.

Vorteile Exzentergetriebes mit Evolventenverzahnung

Das Exzentergetriebe ist im Grundaufbau ähnlich dem Cyclogetriebe. Es wird aber keine teure Verzahnung mit Rollen und Kurvenkörpern verwendet sondern eine normale Evolven-tenverzahnung mit einem Eingriffswinkel von 20°. Diese Verzahnung kann im Abwälz-verfahren durch fräsen oder stoßen mit normalen Werkzeugen hergestellt werden. Es ist aber auch ein preiswertes Feinstanzen möglich.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten die Drehung des Exzenterrades zu verhindern. Standardmäßig wird das mindestens dreifache Parallelkurbelgetriebe aus Rollen und Bolzen bestehend verwendet. Es ist aber auch ein Kardangelenk oder eine Schmidt- oder Oldhamkupplung einsetzbar. Dabei kann der Abtrieb entweder das Innenzahnrad (Anwendung z.B. beim Trommelmotor) oder der Rollenträger sein. Entsprechend kehrt die Drehrichtung um.

Mögliche Übersetzungen

So wie die Evolventenverzahnung in großen und in sehr kleinen Abmessungen möglich ist so hat das Getriebe auch einen sehr großen Einsatzbereich. Es sind einstufige Getriebe von i=1000:1 bei z.B. 200mm Durchmesser und Modul 0,2mm mit Zähnezahl-differenz eins möglich als auch Getriebe mit Zähnezahldifferenz von 10 und i=8:1. Dabei ist der besondere Trick die Evolventen-verzahnung entsprechend zu konstruieren. Die Verzahnung ist bei kleinen Zähnezahldifferenzen von z.B. eins flächentragend. Außerdem tragen zirka 10% der Zähne. Werden gleichzeitig viele stabile Bolzen und Rollen angeordnet, sind sehr hochbelastbare Getriebe mit einer sehr großen Lastreserve zu bauen.

Anwendung

Angewendet werden können diese Getriebe z.B. Großbauend bei Roboterarmgelenken mit z.B. Einstufig i=250:1 mit Modul 1mm ohne Planetenvorschaltstufe. Oder Kleinbauend z.B. zweistufig mit i=600:1 und Modul 0,4mm bei einem Fingergelenk einer Roboterhand. Dabei sind diese Getriebe im Vergleich zu anderen hochuntersetzenden Getrieben einfacher herstellbar und wesentlich preiswerter. Weiterhin sind sie kompakter und kleinbauender als alle anderen hochuntersetzenden Getriebe. Baureihen mit gleichem Innenzahnrad und verschiedenen Exzenterrädern ergeben eine gute fast geometrische Stufung. lg

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