Harmonic-Drive-Getriebe

Ein Gleitkeilgetriebe oder auch Spannungswellengetriebe, auch nach der englischen Bezeichnung Harmonic Drive genannt, ist ein Getriebe mit einem elastischen Übertragungselement, das sich durch hohe Übersetzung und Steifigkeit auszeichnet.

Aufbau

Gleitkeilgetriebe (Demonstrationsmodell)

Schemazeichnung (als Animation)

Ein Gleitkeilgetriebe besteht aus drei Elementen:

• Einer elliptischen Stahlscheibe mit aufgeschrumpftem Wälzlager und dünnem verformbarem Laufring, dem Wave Generator. Das abgebildete Harmonic Drive arbeitet ohne Wälzlagerring. Die elliptische Form der inneren hellen Scheibe ist im Bild nur schwer zu erkennen. Rechts ist sie als dunkelgraue Ellipse hervorgehoben. Die Stahlscheibe ist der Antrieb des Getriebes.
• Einer verformbaren zylindrischen Stahlbüchse mit Außenverzahnung, dem sogenannten Flexspline. In den Abbildungen ist es der braunrote Zahnriemen. Die Stahlbüchse ist der Abtrieb.
• Einem starren zylindrischen Außenring mit Innenverzahnung, dem Circular Spline. Im Bild links ist er undeutlich zu erkennen, rechts hellgrau markiert. Am unteren und oberen Rand greifen seine Zähne und die des Flexspline ineinander.

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

Funktionsweise

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 Übersetzungen. Beispielsweise bei z=202 Zähnen für die Innenverzahnung und z=200 für die Stahlbüchse beträgt die Übersetzung 200:2 = 100. Bei hundert Umdrehungen der elliptischen Scheibe dreht sich die verformbare Stahlbüchse einmal.

Ca. 30 % der Zähne beteiligen sich an der Kraftübertragung. Zusammen mit dem hohen Untersetzungsverhältnis (160:1 und mehr) ist das Harmonic Drive sehr steif und spielfrei. Je nach Ausführung ist die Positioniergenauigkeit besser als 30". Das Getriebe ist kompakt und wartungsfrei. Ein Gleitkeilgetriebe wird für Achsantriebe bei Robotern, Antriebe in Flugsimulatoren, die Nachführung von großen Parabol-Antennen, in Kraftfahrzeugen (Dynamiklenkung) und in Antrieben von Druckmaschinen eingesetzt.

Allerdings sei auch erwähnt, dass Gleitkeilgetriebe im Gegensatz zu Zykloidgetrieben ein wesentlich geringeres Schockmoment besitzen.

Siehe auch

• Harmonic Drive AG, Hersteller von Gleitkeilgetrieben
• Zykloidgetriebe, ebenfalls spielfreies Getriebe

Weblinks

• HDSI.net
• hdpolymer.de
• Waltmusser.org