Vergleich Zykloidgetriebe vs. Planetengetriebe
Für den Einsatz von Präzisionsgetrieben in der Robotik oder Automatisierung stehen die Konstrukteure vor der Wahl zwischen zwei verschiedenen Getriebebauarten: Planeten- und Zykloidgetriebe. Diese bieten jeweils unterschiedliche Vor- und Nachteile.
Zykloid- und Planetengetriebe kommen in zahlreichen 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. Indem man eine oder mehrere Vorstufen ergänzt, könne man die Gesamtuntersetzung weiter erhöhen.
Im Unterschied zu einfachen Untersetzungslösungen, wie etwa Stirnradgetrieben, 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. Die Untersetzung in einer Planetenstufe beträgt 3:1 bis 10:1. Für größere Untersetzungen sind mehrstufige Getriebe erforderlich.
Zykloidgetriebe mit zweistufiger Untersetzung
Zykloidgetriebe dagegen setzen auf zweistufige Antriebskomponenten. Sie bestehen hauptsächlich aus vier Bauelementen: einer Antriebswelle, zwei bis drei Exzenterwellen, zwei Kurvenscheiben (RV-Scheiben) 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 Nadellager auf den Exzentern angetrieben. Die drei Exzenterwellen sind in der der Abtriebswelle gelagert.
An der Innenseite des Gehäuses ist ein Kurvenprofil entsprechend der RV-Scheiben eingearbeitet. Diese bilden die zweite Untersetzungsstufe. Das Kurvenprofil im Gehäuse besitzt eine Vertiefung mehr als die RV-Scheiben. Bolzen, die zwischen den RV-Scheiben 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 Planetengetrieben nötig sind.
Bildquelle: © Nabtesco Precision Europe GmbH