Harmonic-Drive-Getriebe

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Ein Gleitkeilgetriebe oder auch Spannungswellengetriebe bzw. Wellgetriebe, auch nach der englischen Bezeichnung strain wave gear (SWG) genannt, ist ein Getriebe mit einem elastischen Übertragungselement, das sich durch hohe Übersetzung und Steifigkeit auszeichnet. Harmonic Drive ist eine eingetragene Marke der Harmonic Drive AG, welche der Hersteller dieser Getriebe ist.

Aufbau[Bearbeiten]

Animation

Ein Gleitkeilgetriebe besteht aus drei Elementen:

  • Einer elliptischen Stahlscheibe mit aufgeschrumpftem Wälzlager und dünnem verformbarem Laufring, dem sogenannten Wave Generator. Das abgebildete Wellgetriebe arbeitet ohne Wälzlagerring. Die Stahlscheibe ist der Antrieb des Getriebes und elliptisch. Rechts ist sie gelb gezeichnet.
  • Einer verformbaren zylindrischen Stahlbüchse mit Außenverzahnung, dem sogenannten Flexspline. Die Stahlbüchse ist der Abtrieb. Rechts ist sie rot In den Abbildungen ist es der braunrote Zahnriemen. Im Bild ist sie rot.
  • Einem starren zylindrischen Außenring mit Innenverzahnung, dem Circular Spline. Am unteren und oberen Rand greifen seine Zähne und die des Flexspline ineinander. Rechts ist er blau.

Die Außenverzahnung der Stahlbüchse hat weniger Zähne als die Innenverzahnung des Außenrings.

Funktionsweise[Bearbeiten]

Die angetriebene elliptische Scheibe verformt die dünnwandige Stahlbüchse über den Außenring des Kugellagers. Dadurch greift die Außenverzahnung der Stahlbüchse im Bereich der großen Ellipsenachse in die Innenverzahnung des Außenrings. Hält man den Außenring fest, bleibt bei einer Umdrehung der Antriebsscheibe die Stahlbüchse (der Abtrieb) entsprechend der geringeren Zahl der Zähne gegenüber dem Außenring zurück.

Durch die hohen Zähnezahlen der feinen Verzahnungen erhält man sehr große Untersetzungen. Beispielsweise beträgt die Untersetzung bei z=200 Zähnen für die Innenverzahnung und z=198 für die Stahlbüchse 198:2 = 99, wenn die elliptische Scheibe als Antrieb und die Stahlbüchse als Abtrieb festgelegt sind. Bei 99 Umdrehungen der elliptischen Scheibe dreht sich die verformbare Stahlbüchse einmal.

Ca. 30 % der Zähne beteiligen sich an der Kraftübertragung. Zusammen mit dem hohen Untersetzungsverhältnis (von 30:1 bis zu 320:1 ist technisch als Standard möglich) ist das Wellgetriebe sehr steif und spielfrei. Je nach Ausführung ist die Positioniergenauigkeit besser als 30 Winkelsekunden. Das Getriebe ist kompakt und wartungsfrei. Ein Wellgetriebe wird für Achsantriebe bei Robotern, Antriebe in Flugsimulatoren, die Nachführung von großen Parabolantennen, in Kraftfahrzeugen (Dynamiklenkung), in Werkzeugmaschinen und in Antrieben von Druckmaschinen eingesetzt.

Im Gegensatz zu Zykloidgetrieben besitzen Gleitkeilgetriebe bzw. Wellgetriebe ein etwas geringeres Schockmoment, bauen aber aufgrund der geringeren Anzahl an Bauteilen wesentlich leichter.

Nachteile[Bearbeiten]

Nachteile sind der schlechte Wirkungsgrad, insbesondere bei niedriger Temperatur, und die Verdrängung des Schmiermittels aus dem Kontakt.

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]