Planetengetriebe/Zykloidgetriebe Getriebe mit regelbarem Spiel ermöglicht Vorspannung nach Wunsch

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Ein Getriebe mit regelbarem Spiel ermöglicht einen multifunktionalen Einsatz. Das Team der Roschiwal + Partner Ingenieur GmbH hat an einer entsprechenden Lösung getüftelt und nun Varianten für Planetengetriebe und Zykloidgetriebe präsentiert. Wir beschreiben die Konstruktion im Detail.

Die Sache mit dem Spiel im Getriebe ist kein leichtes Spiel. Wird ein Planetengetriebe möglichst spielfrei oder sogar mit Vorspannung ausgelegt, ist der Druck auf die Zahnradkonfigurationen so hoch, dass sie keine höheren Drehzahlen mehr verkraften. Ist das Getriebe drehzahlfest, lässt die Positioniergenauigkeit zu wünschen übrig. Bleibt also nur ein entweder – oder?!

Diese Fragestellung hat ein Team der Roschiwal + Partner Ingenieur GmbH aus Augsburg derart in den Bann geschlagen, dass das Ingenieurbüro – im Gegensatz zu seinen sonstigen Gepflogenheiten – eine eigene Entwicklung gestartet hat. „Unser Ziel war, das Getriebespiel regelbar zu machen und auf diese Weise multifunktional einsetzbare Getriebelösungen zu erhalten“, berichtet Geschäftsführer Robert Merk. Nach einer Entwicklungsarbeit von gut drei Jahren hatte das Team sein Ziel erreicht und die Lösung als Patent angemeldet.

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So sieht das Planetengetriebe mit elektronisch einstellbarer Vorspannung aus:

Wie bei bereits bekannten Prinzipien werden auch bei der Roschiwal-Lösung die Zahnräder eines Planetengetriebes gegeneinander verspannt, um ein Spiel zwischen den Zahnflanken auszuschließen.

Dafür wird ein elastisch verformbares Hohlrad hydraulisch unter Druck gesetzt, sodass sich die Planetenräder zur Mittelachse des Getriebes verschieben und sich gegen das Sonnenrad verspannen. Im entspannten Zustand liegt die Außenseite des Hohlrades am Gehäuse an, sodass das Getriebe wie ein herkömmliches Planetengetriebe arbeiten kann. „Das Prinzip gleicht einer hydraulischen Klemmvorrichtung für Werkzeugaufnahmen, wie sie im Werkzeugmaschinenbau üblich ist“, zieht Robert Merk eine Parallele. Um das Einfedern der Planetenräder zu ermöglichen, werden die Planetenträger in radialer Richtung auf eine Elastizität im Mikrometerbereich ausgelegt. Gleichzeitig verfügen sie in Drehrichtung über die zur Kraftübertragung benötigte Torsionssteifigkeit.

Den erforderlichen Druck des Hydrauliköls erzeugt ein elektrisch betätigtes System, das vollständig ins Getriebegehäuse integriert ist – nach außen hin ist lediglich der elektrische Anschluss sichtbar.

Getriebe

Wie Planetengetriebe funktionieren

So sieht das Zykloidgetriebe mit elektronisch einstellbarer Vorspannung aus:

Den Grundsatz der hydraulischen Druckbeaufschlagung wendet Roschiwal + Partner auch auf das Exzenterprinzip von Zykloidgetrieben an. Hier treibt ein Exzenter über einen Stiftkranz eine Kurvenscheibe an, die ihre elliptische Bewegung auf einen Rollenkranz überträgt und die Drehbewegung untersetzt. Die Höhe der Untersetzung hängt von der Anzahl der Rollen ab. Um diese Konstruktion permanent spielfrei zu machen, wird bislang die Kurvenscheibe durch eine Evolventenverzahnung ersetzt oder über mehrere Exzenterwellen angetrieben oder mehrere Kurvenscheiben werden gegeneinander verspannt.

Um die Verspannung dynamisch einstellen zu können, setzen die Augsburger Ingenieure die Rollenscheibe radialsymmetrisch unter Druck. Die Kurvenscheiben verdrehen sich gegenläufig und verspannen so den Bolzen am Abtriebsstrang, sodass die sonst übliche geringe Steifigkeit der Zykloidengetriebe im Nulldurchgang reduziert wird.

Besondere Stärken kann diese Lösung beispielsweise im Bereich der Robotik ins Feld führen: Im verspannten Modus erlaubt das Getriebe ein hochgenaues Positionieren, der entspannte Zustand dagegen hohe Drehzahlen im Eilgang.

Getriebe

Zykloid- und Planetengetriebe im Vergleich

Offen für künftige Kooperationen

Das Konzept der dynamischen Verspannung eines Zykloid- oder eines Planetengetriebes ist zwischenzeitlich soweit entwickelt, dass die Adaption auf branchenspezifische Anwendungen sowie der Bau von Prototypen erfolgen kann. „Weil wir diese weltweit bislang einmalige Lösung auf eigene Initiative entwickelt haben, sind wir auch ungebunden, was künftige Kooperationen betrifft“, signalisiert Geschäftsführer Merk die grundsätzliche Gesprächsbereitschaft des Ingenieurbüros.

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Planetengetriebe neu gedacht

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Planetengetriebe für knappe Bauräume

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