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antriebstechnik 5/2016

antriebstechnik 5/2016

Extremeinsatz am

Extremeinsatz am Bohrloch Getriebe mit maximalem Hohlwellendurchmesser für den hohen Bedarf an Drehmoment und Leistungsdichte Hans Koenen Die Verknappung der weltweit in der Erde lagernden Vorkommen an fossilen Brennstoffen hat zur Entwicklung von Werkzeugen geführt, die eine Effizienzsteigerung bei der Gewinnung von Erdöl und Erdgas bewirken. Hierbei handelt es sich um Werkzeuge, die zur Erzeugung des Bohrlochs eingesetzt werden. Es wird zunehmend auf elektromecha nische Systeme gesetzt, deren komplexer Aufbau oft mehrere Funktionen übernimmt. Der hohe Bedarf an Drehmoment bzw. Leistungsdichte bei diesen Anwendungen legt die Verwendung leistungsfähiger Zahnradgetriebe in den Systemen nahe. Allerdings schließt der zur Verfügung stehende Bauraum den Einsatz herkömmlicher Getriebe aus. Extreme Betriebs- und Arbeitsbedingungen wie eine erhöhte Schock- und Vibrationsbelastung, hohe Temperaturen und Drücke tragen ihr Übriges dazu bei, um die Anforderungen an diese Antriebe noch weiter zu steigern. Den Ingenieuren der Harmonic Drive AG 01 Zwei Varianten des Getriebes nach dem Wellgetriebeprinzip: Links als Topfgetriebe, rechts als Flachgetriebe Dynamic Spline Circular Spline Circular Spline Flexspline Flexspline Wave Generator Dr. Hans Koenen, Leiter Entwicklung Mechanik, Harmonic Drive AG 28 antriebstechnik 5/2016

GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN 02 Prinzipieller Aufbau der Iridiumline Circular Spline Dynamic Spline Flexspline Nadelkranz Wave Generator ist es gelungen, ein Getriebe zu entwickeln, das genau diese Anforderungen erfüllt: Hierbei handelt es sich um eine neue Variante des Wellgetriebes mit dem Produktnamen Iridiumline. Die Tabelle zeigt eine Auswahl typischer Anforderungen, die an das Getriebe gestellt werden. Funktionsprinzip des Getriebes Am weitesten verbreitet ist das Wellgetriebe in der Variante des Topfgetriebes, welches aus den drei konzentrisch angeordneten Auswahl typischer Anforderungen an das Getriebe Übersetzungsverhältnis Zwischen 80 und 200 mm Außendurchmesser 80 bis 225 mm Hohlwellendurchmesser Bis 140 mm Verhältnis Hohlwellen- zu 0,5 bis 0,65 Außendurchmesser Maximales Drehmoment am Abtrieb 1500 Nm Betriebstemperatur Bis 250°C Druck Bis 1800 bar Schock- und Vibrationsbelastung Sehr Hoch Schmierung Hydrauliköl Füllgrad Schmierung 100% Wirkungsgrad bei geringer > 60% Drehzahl und Maximallast Sonstiges Mögliche Kontaminierung des Schmierstoffs durch Wasser und abrasive Partikel 03 FEM-Rechnung eines Wave Generators Bauteilen Flexspline, Circular Spline und Wave Generator besteht. Der Flexspline ist ein dünnwandiges, topfförmiges Bauteil mit Außenverzahnung und besitzt zwei Zähne weniger als der Circular Spline (Hohlrad). Der Wave Generator besteht aus einer elliptischen Stahlscheibe, auf der ein spezielles Dünnringkugellager montiert ist. Eine Besonderheit stellt das Funktionsprinzip des Getriebes dar, welches auf der elastischen Verformung des Flexspline, eingeprägt durch die elliptische Form des Wave Generators, beruht. Dadurch kommen die Zähne von Flexspline und Circular Spline in zwei sich gegenüberliegenden Bereichen in Eingriff. Die unterschiedlichen Zähnezahlen beider Bauteile führen dazu, dass diese bei Drehbewegung des Wave Generators eine Relativbewegung zueinander ausführen. Die besondere Bauform des Getriebes bewirkt eine dauerhaft spielfreie Bewegungsübertragung mit sehr hoher Übertragungsgenauigkeit und großer Untersetzung in nur einer Zahnradstufe. Die Variante des Flachgetriebes verfügt über ein zusätzliches Hohlrad (Dynamic Spline) mit gleicher Zähnezahl wie der Flexspline. Die Verzahnungen beider Bauteile bilden somit eine Kupplungsstufe, weshalb bei diesem Getriebe der Flexspline als kurzer Zylinder ohne Bohrbild ausgeführt ist. Einer der Vorteile dieses antriebstechnik 5/2016 29

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