Kurven statt Zähne

Technik

CYCLO-GETRIEBE – Mechanische Getriebe übertragen Kräfte meist mit Hilfe von Zahnrädern. Zahlreiche technische Vorteile verspricht hier der Einsatz von Kurvenscheiben in einem sogenannten Cyclo-Getriebe.

18. April 2011

Aufgabe jedes Getriebes ist die Übertragung und Wandlung von Drehzahlen, Drehmomenten, Kräften oder Drehrichtungen. Als Übertragungselemente dienen dazu bei mechanischen Getrieben üblicherweise Zahnräder. Einen völlig anderen Weg gehen hier die sogenannten Cyclo-Getriebe, die auf eine Erfindung des Ingenieurs Lorenz Konrad Braren aus dem Jahre 1931 in München zurückgehen.

Bei diesem Getriebetyp erfolgt die Leistungsübertragung statt über Zahnräder durch Exzenter, Kurvenscheiben und Bolzenringe in einem rein wälzenden Bewegungsablauf. Das zahnradlose Funktionsprinzip erlaubt hochleistungsfähige, laufruhige, kompakte sowie einfach zu montierende Getriebe mit hohen Übersetzungsverhältnissen in einer einzigen Getriebestufe und kombiniert hohe Schocküberlastbarkeit mit geringer Massenträgheit.

Basis des patentierten Prinzips ist eine exzentrische Welle, die die Kurvenscheiben entlang des inneren Umfangs eines feststehenden Bolzenrings abwälzt. Während die Kurvenscheiben sich dabei innerhalb des Bolzenrings im Uhrzeigersinn fortbewegen, rotieren sie selbst gleichzeitig entgegen dem Uhrzeigersinn um ihre eigene Achse. Auf diese Weise greifen die einzelnen Kurvenabschnitte nacheinander in die Bolzenzwischenräume ein und erzeugen so eine umgekehrte Rotation mit verminderter Geschwindigkeit. Das Untersetzungsverhältnis ist dabei durch die Anzahl der Kurvenabschnitte einer Scheibe bestimmt.

Die reduzierte Drehbewegung der Kurvenscheiben wird über Bolzen, die in die Bohrungen der Kurvenscheiben eingreifen, auf die Abtriebswelle des Getriebes übertragen. Die Drehmomentübertragung erfolgt dabei durch rein wälzende Bewegungsabläufe, weil sowohl die Bolzen der Abtriebswelle als auch die Bolzen des Bolzenrings mit Rollen ausgerüstet sind. Daneben bewirkt das Konstruktionsprinzip, dass die Getriebe nicht selbsthemmend sind, weshalb Cyclo-Getriebe sich nach der Überwindung eines definierten Losbrechmomentes auch rückwärts antreiben lassen.

Diese technischen Merkmale der Kurvenscheibengetriebe bringen eine Reihe von Vorteilen mit sich. So verteilt sich die Last auf mindestens dreißig Prozent des Umfangs jeder Kurvenscheibe, während bei einem herkömmlichen Stirnradgetriebe nur wenige Zähne die gesamte Belastung aufnehmen müssen. Ein Cyclo-Getriebe erlaubt daher in Notsituationen kurzzeitige Schocküberlastungen bis zum Fünffachen des Nenndrehmoments bei zugleich maximaler Verdrehsteifigkeit.

Die minimale Reibung aufgrund der rein wälzenden Drehmomentübertragung reduziert zudem das Laufgeräusch und steigert den Wirkungsgrad selbst bei hohen Übersetzungen. So erreicht ein einstufiges Cyclo-Getriebe nach Berechnungen von Sumitomo Drive Technologies einen Wirkungsgrad von rund 95 Prozent. Viele Getriebetypen sind zudem wartungsfrei und in beliebiger Einbaulage verwendbar, was in der Summe die Lebenszykluskosten deutlich verringert.

Die Präzisionsgetriebeserie Fine Cyclo von Sumitomo empfehlen sich deshalb vor allem für Einsatzbereiche mit höchsten Anforderungen an Positioniergenauigkeit, Verdrehsteifigkeit und Übertragungspräzision sowie überall dort, wo es auf Zuverlässigkeit, hohe Belastbarkeit, Effizienz und lange Lebensdauer ankommt, etwa bei anspruchsvollen Motion-Control-Applikationen oder für Positionierantriebe. In Windkraftanlagen dienen Motoren mit Cyclo-Getrieben außerdem als Azimutantrieb für die Windrichtungsnachführung.

Peter Köhler, Sumitomo Cyclo Drive/bt

Erschienen in Ausgabe: 03/2011