Zykloidgetriebe oder Wellgetriebe: Wann ist welches die bessere Wahl?

Beide Technologien erfüllen höchste Anforderungen an Präzision, Drehmomentkapazität sowie Drehmomentdichte und eignen sich daher besonders für Anwendungen, in denen es auf maximale Genauigkeit ankommt. Während Zykloidgetriebe aufgrund ihrer herausragenden Steifigkeit Spezialisten für höhere Drehmomente sind, sind die spielfreien Wellgetriebe vor allem im unteren Drehmomentbereich zuhause und kommen überall dort zum Einsatz, wo eine hohe Performance gefordert ist, aber nur wenig Bauraum zur Verfügung steht.

Nicht immer ist die Größe entscheidend

Meist ist die geometrische Größe das ausschlaggebende Kriterium für bzw. gegen eine der beiden Technologien. Es gibt jedoch auch einen Überlappungsbereich, in dem beide Getriebearten infrage kommen – und zwar bei Außendurchmessern zwischen 100 und 150 mm und/oder Drehmomenten zwischen 250 und 450 Nm. Welche Technologie die bessere Wahl ist, hängt maßgeblich von den Anforderungen der jeweiligen Applikation ab. Stehen hohe Drehmomente im Fokus, spielen Präzisionsgetriebe in zykloider Bauart ihre Stärken aus. Geht es vor allem um Spielfreiheit, sind Wellgetriebe im Vorteil (entwickelt und produziert am Standort Ovalo GmbH, Limburg/Lahn).

Die wichtigsten Merkmale im Detail:

Konstruktionsprinzip

Bei Zykloidgetrieben erfolgt die Kraftübertragung über Kurvenscheiben und Rollen. Bei Wellgetrieben übernimmt ein zylindrisches, elastisch verformbares Stahlbauteil mit Außenverzahnung, der sogenannte Flexspline, diese Funktion. Das jeweilige Konstruktionsprinzip bildet die Grundlage für die charakteristischen Eigenschaften beider Technologien.

Drehmoment

Unsere Wellgetriebe realisieren Drehmomente von 4,5 bis 382 Nm. Der Drehmomentbereich ist wesentlich auf den Flexspline als elastisches Übertragungselement und die elliptische Verformung des Lagers des Wellgenerators zurückzuführen, da beides bei sehr hohen Drehmomenten zu einer deutlich höheren mechanischen Beanspruchung und damit zu einer verkürzten Lebensdauer führen würde. Unsere Zykloidgetriebe decken ein Drehmomentspektrum bis 70.000 Nm ab. Der fast vollständige Kontakt sowie die gleichmäßige Kraftverteilung innerhalb des Getriebes sorgen für eine hohe Steifigkeit und ermöglichen so die Übertragung sehr hoher Drehmomente.

Präzision / Spiel

Die Genauigkeit eines Getriebes wird in hohem Maße durch das Verdrehspiel (engl. Backlash) und den Hystereseverlust (engl. Hysteresis Loss) charakterisiert. Je geringer der Wert ist, umso präziser arbeitet das Getriebe. Wellgetriebe sind absolut spielfrei, das Verdrehspiel ist also gleich Null. Unsere Zykloidgetriebe sind spielreduziert bzw. nahezu spielfrei mit einem reinen Verdrehspiel von lediglich 0,1-0,2 arcmin. Der Hystereseverlust beträgt bei beiden Technologien maximal 1 arcmin. Zum Vergleich: Herkömmliche spielreduzierte Planetengetriebe haben normalerweise ein Verdrehspiel von ca. 3 arcmin, Standard-Planetengetriebe sogar von >7 arcmin.

Kippsteifigkeit

Zykloidgetriebe sind konstruktionsbedingt deutlich kippsteifer als Wellgetriebe. Vor allem bei großen Hebelarmen ist das von Vorteil, weil dort hohe Kippmomente auf das Getriebe wirken. Eine hohe Kippsteifigkeit hilft, elastische Verformungen zu minimieren und die Genauigkeit auch unter Last zu erhalten.

Torsionssteifigkeit

Zykloidgetriebe weisen eine höhere Torsionssteifigkeit auf. Sie sind damit widerstandsfähiger gegen Verdrehungen um die Längsachse, sodass die bei Torsionsbeanspruchung auftretenden elastischen Verformungen geringer ausfallen. Das wirkt sich positiv auf die Präzision aus. Wellgetriebe erreichen ebenfalls hohe Werte, sind jedoch stärker auf absolute Spielfreiheit und kompakte Baugrößen ausgelegt.

Belastbarkeit

Bei sehr hohen Lasten sind Zykloidgetriebe die erste Wahl. Unser RV-2800N ist mit einem Nenndrehmoment von 28.000 Nm und einem dynamischen Maximalmoment von 70.000 Nm das größte Präzisionsgetriebe der Welt und bewegt selbst ganze Fahrzeuge mühelos. Auch unsere Drehtische sind für hohe Lasten ausgelegt: So positioniert der RS-900A Axiallasten von bis zu 9 t hochpräzise.

Überlastfähigkeit

Beide Technologien bieten große Sicherheitsreserven. Das Not-Aus-Drehmoment beträgt bis zu 500 % des Nenndrehmoments, bei Zykloidgetrieben optional sogar bis zu 800 %. Das sorgt für eine hohe Überlastsicherheit und steigert die Zuverlässigkeit auch unter anspruchsvollen Bedingungen.

Bauraum und Gewicht

Bei Bauraum und Gewicht haben Wellgetriebe die Nase vorn. Sie sind kompakter und leichter als Präzisionsgetriebe in zykloider Bauart und damit besonders für Anwendungen geeignet, in denen nur wenig Einbauraum zur Verfügung steht. Das macht sie vor allem für kleine Achsen interessant, bei denen hohe Präzision und Dynamik trotz kompakter Abmessungen gefordert sind.

Eigenschaften im direkten Vergleich

Typische Einsatzbereiche

Dream Team der Automation

In nahezu jeder Applikation, Maschine oder Anlage gibt es größere und kleinere Achsen. Werden die größeren Achsen mit Zykloidgetrieben ausgestattet und die kleineren im Bereich des Endeffektors mit Wellgetrieben, lässt sich von der Gesamtverkettung aller Achsen die bestmögliche Präzision erreichen. Ein echtes Dream Team der Automation.

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