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Werkzeugmaschinen / Robotik: Planeten- und Zykloidgetriebe im Vergleich

Fortsetzung des Artikels von Teil 1.

Zykloidgetriebe mit zweistufiger Untersetzung

Zykloid-Getriebe im Vergleich zu einem Planeten-Getriebe Bildquelle: © Nabtesco

Zykloidgetriebe (links) zeichnen sich durch eine sehr hohe Schockbelast­barkeit bis zum ­Fünffachen des Nennmoments aus.

Zykloidgetriebe dagegen setzen auf zweistufige Antriebskomponenten. Sie bestehen hauptsächlich aus vier Bauelementen: einer Antriebswelle, zwei bis drei Exzenterwellen, zwei Kurvenscheiben 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 ein Lager auf den Exzentern angetrieben. Die drei Exzenterwellen in der Abtriebs- und Antriebsseite sind jeweils gelagert.

Zykloiden-Bolzen-Konsruktion Bildquelle: © Nabtesco

Der nahezu 100-%ige Kontakt innerhalb der Zykloiden-Bolzen-Konstruktion und die gleichmäßige Kraftverteilung innerhalb des Getriebes erlauben eine hohe Belastung bei geringem Spiel.

An der Innenseite des Gehäuses ist ein Kurvenprofil entsprechend der Kurvenscheiben eingearbeitet. Dieses bildet die zweite Untersetzungsstufe. Das Kurvenprofil im Gehäuse besitzt eine Vertiefung mehr als die Kurvenscheiben. Bolzen, die zwischen den Kurvenscheiben 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. 

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 Drehmomente bis zum 5-fachen des Nenndrehmoments mit einer Präzision von unter einer Winkelminute bei höchster Laufruhe übertragen und aufgrund der beiden Untersetzungsstufen hohe Untersetzungsverhältnisse erzielen. Konkret erlauben Zykloidgetriebe Untersetzungen von 30:1 bis über 300:1 – ohne zusätzliche Vorstufen, wie sie sonst bei Standard-Planetengetrieben nötig sind.

Getriebe der Baureihe RV-C von Nabtesco Bildquelle: © Nabtesco

Die Getriebe der Baureihe RV-C von Nabtesco verfügen über eine Hohlwelle, die es ermöglicht, Versorgungs- und Datenkabel, Leitungen oder Laser durch das Getriebe zu führen.

„Die für Zykloidgetriebe typische Kraftübertragung über Bolzen und Rollen sorgt für einen hohen Wirkungsgrad, eine lange Lebensdauer und ein extrem geringes Spiel des Getriebes“, hebt Marcus Löw die Hauptvorteile gegenüber Planetengetrieben hervor. „Darüber hinaus garantiert die rollende Reibung aller an der Kraftübertragung beteiligten Elemente ein sehr geringes Losbrechmoment – je nach Baugröße und Übersetzung 0,1 Nm bis etwa 5,9 Nm.“ 

Das zweistufige Untersetzungsprinzip reduziert die Vibrationen sowie die Massenträgheit und lässt größere Untersetzungen zu. Der fast vollständige Kontakt innerhalb der Zykloiden-Bolzen-Konstruktion und die gleichmäßige Kraftverteilung innerhalb des Getriebes erlauben außerdem eine hohe Belastung bei geringem Spiel. 

Durch diesen besonderen Aufbau erreichen die Getriebe eine hohe Wiederhol- und Bahngenauigkeit. Im Nulldurchgang der Hysterese liegt die Öffnung beispielsweise im Fall der RV-Getriebe von Nabtesco deutlich unter einer Winkelminute. Der symmetrische Aufbau und die Wälzlagerabstützung aller Wellen gewährleisten zudem ein konstantes Betriebsverhalten über die komplette Lebensdauer. Außerdem erlauben sie hohe Lastspitzen bis zum Fünffachen des Nenndrehmoments, wie sie beispielsweise Beispiel bei Not-Aus-Situationen auftreten können.