Planetengetriebe: Technische Details bei der Auswahl entscheidend

Planetengetriebe zeichnen sich gegenüber anderen Getriebeformen durch ihr Funktionsprinzip aus: In einem Hohlrad umkreisen mehrere Zahnräder (Planetenräder) ein Zentralrad (Ritzel oder Sonnenrad) – wie Planeten die Sonne. Das zentrale Sonnenrad wird in der Regel vom Motor angetrieben (Antriebswelle) und überträgt seine Bewegung auf die umlaufenden Planetenräder. Der Planetenradträger leitet die übersetzte Kraft der Planeten gebündelt weiter auf die Abtriebswelle.

Eine visuelle Einführung in die Technik von Planetengetrieben liefert das folgende Youtube-Video:

Weil dabei mehrere Zahneingriffe gleichzeitig stattfinden, bieten Planetengetriebe mit dem höchsten Wirkungsgrad unter allen Getriebeformen ein enorm hohes Drehmoment in sehr kompakter Bauform und somit eine große Leistungsdichte. Außerdem decken sie ein breites Übersetzungsspektrum zwischen 3:1 (i=3) bis über 500:1 (i=500) ab. Übersetzungen größer zehn werden dabei durch sogenannte mehrstufige Getriebe verwirklicht, bei denen mehrere Planetenstufen gekoppelt werden. Die Übersetzungen jeder Stufe multiplizieren sich, wodurch auch sehr hohe Übersetzungen wie zum Beispiel i=512 möglich sind.

Doch so einfach dieses Funktionsprinzip auf den ersten Blick erscheint, so komplex stellt sich die Konstruktion von Planetengetrieben im Detail dar. Denn damit das Getriebe auch nach vielen tausend Betriebsstunden noch die gewünschte Leistung bringt, müssen viele Komponenten exakt aufeinander abgestimmt sein. So ist beispielsweise die optimale Positioniergenauigkeit das Ergebnis eines möglichst geringen Verdrehspiels einerseits und einer möglichst hohen Verdrehsteifigkeit andererseits.

Ein ebenso wichtiges technisches Detail ist die Verzahnung. Dabei bestehen generell zwei Möglichkeiten: Bei einer geraden Verzahnung erfolgt der Zahneingriff auf der kompletten Zahnbreite. Schrägverzahnte Getriebe zeichnen sich hingegen durch einen ansteigenden, stetigen Zahneingriff aus. Beide Verzahnungsarten bieten damit charakteristische Vorteile, die sich anwendungsspezifisch nutzen lassen. So können geradverzahnte Getriebe – bei gleicher Baugröße – höhere Drehmomente übertragen als schrägverzahnte, weil aufgrund der geraden Verzahnung keine Axialkräfte auf die Planeten und deren Lagerung wirken.

Allerdings verursacht der geradlinige Zahneingriff eine höhere Geräuschemission und auch der Gleichlauf hat einen vergleichsweise unstetigen, wellenförmigen Verlauf. Im Gegenzug gewährleisten schrägverzahnte Getriebe einen sehr homogenen Vorschub und einen ruhigen, geräuscharmen Lauf unter Last. Ist für eine Anwendung also ein maximales Drehmoment entscheidend, ist häufig ein Getriebe mit Geradeverzahnung empfehlenswert. Geht es aber um hohen Gleichlauf oder geringe Geräuschentwicklung, ist ein Getriebe mit Schrägverzahnung ideal.

Zusätzlich zur Art der Verzahnung besteht die Möglichkeit, das Verdrehspiel auf ein Minimum zu reduzieren. Je geringer das Verdrehspiel des Getriebes ist, desto genauer lässt sich ein Gegenstand positionieren. Das bedeutet: Der erforderliche Freiraum zwischen den Zahnflanken, das Zahnspiel, muss so eng bemessen sein, dass einerseits Leerlauf beim Anlaufen oder bei Richtungswechseln (Reversierbetrieb) so gering wie möglich ist und andererseits ein Abwälzen der Zahnflanken möglich bleibt. Neugart bietet seine koaxialen Präzisionsgetriebe sowohl mit Geradverzahnung (PLN und PLFN) als auch mit Schrägverzahnung (PSBN, PSN und PSFN) an. Dabei lässt sich das Verdrehspiel auf weniger als 1 arcmin (Bogenminute) reduzieren, also den sechzigsten Teil eines Winkels von einem Grad. Gleichzeitig sind maximale Drehmomente von über 2.500 Newtonmeter möglich.

Verzahnungsarten und Verdrehspiel zeigen beispielhaft, welche komplexen Entscheidungen auf dem Weg zum optimalen anwendungsspezifischen Planetengetriebe zu treffen sind. Und es sind bei Weitem nicht die einzigen Aspekte, die bei der Auswahl zählen. Die Ausführung des Planetenträgers, der Abtriebswelle oder der Dichtungen entscheidet zum Beispiel ebenso darüber, ob ein Getriebe seine Aufgabe im späteren Betrieb perfekt erfüllt. Ein Getriebe muss zudem immer auf den dazugehörigen Motor abgestimmt sein.

Neugart unterstützt den Auswahl- und Auslegungsprozess deshalb schon länger durch leistungsstarke und intuitiv bedienbare Softwaretools. Einen einfachen Überblick über die Leistungsdaten gibt der Online-Konfigurator Tec Data Finder (TDF). So lassen sich Getriebe schnell und einfach vergleichen und mit wenigen Klicks Maßblätter sowie 3D-Modelle anfordern. Die Berechnungssoftware Neugart Calculation Program (NCP) ermöglicht die Dimensionierung und Überprüfung der applikationsbedingten Kennwerte. Neu sind sogenannte Icons, die die Orientierung zusätzlich erleichtern. Dabei handelt es sich um leicht verständliche Symbolbilder.

Insgesamt 43 unterschiedliche Motive zeigen unmissverständlich grafisch an, ob es sich zum Beispiel um ein gerad- oder schrägverzahntes Modell handelt, ob der Planetenträger als Käfig oder Scheibe ausgeführt ist. Der Nutzer ist damit anhand der jeweiligen Icons auf einen Blick über alle grundlegenden technischen Eigenheiten eines Getriebes informiert – und findet damit schneller das für ihn perfekte Getriebe.