Bei der Konstruktion von Produkten, die mit Motoren als Antriebsquelle betrieben werden – wie beispielsweise Industriegeräte, medizinische Geräte und optische Geräte –, sind „Untersetzungsgetriebe“ wichtige Komponenten, die die Leistungsfähigkeit maßgeblich beeinflussen. Sie werden in zahlreiche Geräte eingebaut, um ein hohes Drehmoment und eine präzise Positionssteuerung zu erzielen, die mit einem Motor allein nicht erreicht werden können.
Es gibt jedoch sicherlich viele Konstrukteure, die sich Fragen stellen wie: „Was ist ein Getriebe?“, „Welchen Typ sollte man wählen?“ und „Welche Spezifikationen eignen sich am besten für unser Produkt?“. Eine falsche Auswahl des Getriebes kann zu Betriebsstörungen aufgrund unzureichenden Drehmoments, zu Konstruktionsänderungen aufgrund einer überdimensionierten Bauweise und sogar zu einer Verkürzung der Produktlebensdauer führen.
In diesem Artikel erläutern wir das praktische Wissen, das Sie in der Phase der Spezifikationsprüfung benötigen – von den grundlegenden Funktionsweisen von Getrieben über die Merkmale der verschiedenen Typen bis hin zu den tatsächlichen Anwendungsbereichen und den Auswahlkriterien.*
*Wir verkaufen keine Getriebe (Getriebeköpfe) als Einzelkomponenten. Wir entwickeln und vertreiben Getriebemotoren, bei denen Getriebe und Motor kombiniert sind.
| Unter der Aufsicht der Vertriebsgruppe für elektronische Bauteile der C.I. TAKIRON Corporation Dieser Artikel wurde auf der Grundlage der hochentwickelten technischen Kompetenzen und des Fachwissens erstellt, die wir seit unserer Gründung im Jahr 1919 als führendes Unternehmen in der Kunststoffverarbeitung erworben haben.Unsere Abteilung analysiert kontinuierlich die Markttrends und neuesten Technologien im Bereich ultrakompakter, hochpräziser Mikromotoren und konzentriert sich darauf, Konstrukteuren und Entwicklern Informationen mit hohem Mehrwert zur Verfügung zu stellen. Als Expertenteam mit fundierten Kenntnissen der Produkteigenschaften unterstützen wir Sie durch die Bereitstellung präziser und praxisorientierter Inhalte bei der Lösung Ihrer Herausforderungen und bei technologischen Innovationen. |
Was ist ein Untersetzungsgetriebe? Grundprinzip und Notwendigkeit
Ein Untersetzungsgetriebe ist eine Vorrichtung, die mithilfe von Zahnrädern und anderen Mechanismen die Drehzahl des Motors verringert und das Drehmoment (die Drehkraft) erhöht. Da Drehzahl und Drehmoment in einem umgekehrt proportionalen Verhältnis zueinander stehen, lässt sich durch die Drehzahlverringerung eine größere Kraft erzielen.
Inhalt dieses Abschnitts
- Grundlegender Aufbau und Funktionsweise von Getrieben
- Der Zusammenhang zwischen Untersetzungsverhältnis und Drehmoment
- Die Grenzen des Motors allein und die Notwendigkeit eines Getriebes
Dieses Prinzip entspricht dem einer Fahrradschaltung: In einem schweren Gang kann man zwar schnell fahren, hat es jedoch schwer, Steigungen zu bewältigen, während man in einem leichten Gang zwar an Geschwindigkeit verliert, dafür aber mit größerer Kraft Steigungen bewältigen kann.Um mit einem Motor allein ein hohes Drehmoment zu erzielen, wäre eine größere Bauweise erforderlich; durch die Kombination mit einem Untersetzungsgetriebe lässt sich jedoch auch mit einem kleinen Motor das erforderliche Drehmoment sicherstellen, was eine kompaktere Bauweise der Anlage, einen geringeren Energieverbrauch sowie eine präzise Positionssteuerung ermöglicht.
Grundlegender Aufbau und Funktionsweise von Getrieben
Der grundlegendste Aufbau eines Untersetzungsgetriebes besteht aus zwei Zahnrädern mit unterschiedlicher Zahnanzahl. Bei der Kraftübertragung vom kleinen Zahnrad (Eingangsseite) zum großen Zahnrad (Ausgangsseite) wird die Drehzahl entsprechend dem Verhältnis der Zahnzahlen verringert.
Wenn beispielsweise die Anzahl der Zähne auf der Eingangsseite 10 und auf der Ausgangsseite 50 beträgt, ergibt sich ein Untersetzungsverhältnis von 5:1, wodurch die Drehzahl auf 1/5 reduziert wird, während sich das Drehmoment um das Fünffache erhöht. Durch dieses mechanische Prinzip des Zahnrads ist es möglich, mit geringer Eingangsleistung eine hohe Ausgangsleistung zu erzielen.Durch die Kombination mehrstufiger Getriebe lassen sich noch größere Untersetzungsverhältnisse erzielen, sodass je nach Anwendungszweck ein optimales Gleichgewicht zwischen Drehmoment und Drehzahl ausgelegt werden kann.
Der Zusammenhang zwischen Untersetzungsverhältnis und Drehmoment
Das Untersetzungsverhältnis ist ein Wert, der das Verhältnis der Drehzahl der Abtriebswelle zur Drehzahl der Antriebswelle angibt. Je größer das Untersetzungsverhältnis ist, desto geringer ist die Drehzahl und desto größer ist das Drehmoment. Das tatsächlich erzielte Abtriebsdrehmoment ergibt sich jedoch aus dem Produkt aus Untersetzungsverhältnis und Übertragungswirkungsgrad.
Der Wirkungsgrad von Zahnradgetrieben variiert je nach Hersteller und Spezifikation, liegt jedoch bei Stirnradgetrieben bei etwa 95 bis 98 % und bei Planetengetrieben bei etwa 96 bis 98 %.Je mehr Untersetzungsstufen vorhanden sind, desto geringer ist der Wirkungsgrad. Bei einem Getriebe mit einem Untersetzungsverhältnis von 10:1 und einem Wirkungsgrad von 95 % beträgt das Ausgangsdrehmoment beispielsweise bei einem Motordrehmoment von 0,1 Nm etwa 0,95 Nm (0,1 × 10 × 0,95).Die Auswahl eines geeigneten Untersetzungsverhältnisses entsprechend dem jeweiligen Anwendungszweck ist entscheidend, um die Leistung der Anlage optimal auszuschöpfen.
Die Grenzen des Motors allein und die Notwendigkeit eines Getriebes
Wenn man mit einem einzelnen Motor ein hohes Drehmoment erzielen möchte, muss der Motor selbst größer dimensioniert werden, was zu Problemen wie erhöhtem Gewicht, höherem Stromverbrauch und steigenden Kosten führt. Zudem führt die direkte Steuerung eines sich mit hoher Drehzahl drehenden Motors zu einer verminderten Positioniergenauigkeit und erschwert eine feine Regelung.
Durch den Einsatz eines Getriebes lassen sich Platzersparnis und Kostensenkungen bei der Anlage erzielen. Darüber hinaus verbessert sich durch die Verringerung der Drehzahl die Auflösung der Steuerung, was eine präzise Positionierung ermöglicht.
Arten und Merkmale von Getrieben sowie deren Anwendungsbereiche
Getriebe lassen sich je nach Art und Anordnung der verwendeten Zahnräder in verschiedene Typen unterteilen. Zu den gängigsten zählen Stirnradgetriebe, Planetengetriebe, Schneckengetriebe und Welle-Zahnrad-Getriebe.
Inhalt dieses Abschnitts
- Die wichtigsten Arten von Getrieben sowie deren Merkmale und Anwendungsbereiche
- Der Unterschied zwischen einem Getriebe (Getriebekopf) und einem Getriebemotor
- Die wichtigsten Anwendungsbereiche und konkrete Beispiele für Getriebemotoren (Motoren mit integriertem Getriebe)
Stirnradgetriebe zeichnen sich durch einen einfachen Aufbau und eine vorteilhafte Kostenbilanz aus und eignen sich für ein breites Anwendungsspektrum. Planetengetriebe sind kompakt, eignen sich für die Übertragung hoher Drehmomente und sind ideal für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot.Schneckengetriebe zeichnen sich durch hohe Untersetzungsverhältnisse und hohe Haltekraft aus, während Welle-Zahnrad-Getriebe in Anwendungen zum Einsatz kommen, die eine hochpräzise Positionierung erfordern. C.I. Takiron bietet Getriebemotoren an, die aus Getriebeköpfen mit Stirnrad- oder Planetengetriebe in Kombination mit kernlosen Motoren bestehen, und verfügt über eine nachweisbare Erfolgsbilanz vor allem in den Bereichen Medizin, Optik und Sicherheit.
Die wichtigsten Arten von Getrieben sowie deren Merkmale und Einsatzbereiche
| Arten | Merkmale | Anwendungsbeispiele |
| Stirnradgetriebe „ “ (Spurgetriebe) | Sie zeichnen sich durch einen einfachen Aufbau, niedrige Herstellungskosten und eine hervorragende Laufruhe aus. Zudem weisen sie einen hohen Wirkungsgrad auf (95–98 %) | Allgemeine Industriegeräte Kompakte Elektrowerkzeuge |
(Planetengetriebe) | Da mehrere Zahnräder die Last gleichzeitig verteilen, lassen sich kompakte Abmessungen und ein hohes Drehmoment realisieren. Die Eingangs- und Ausgangswellen können koaxial angeordnet werden | Medizintechnik Roboter Optische Geräte |
| Schneckengetriebe | Ermöglicht eine hohe Untersetzung in einer Stufe, verfügt über eine Selbsthemmung und verhindert eine Rückwärtsdrehung (je nach Bedingungen sind auch Modelle mit Rückwärtsantrieb erhältlich). | Hubmechanismus Hubwerk |
| Wellenzahnradgetriebe | Ermöglicht eine hochpräzise Positionierung bei nahezu null Spiel, ist jedoch kostspielig | Industrieroboter Anlagen zur Halbleiterfertigung |
Der Unterschied zwischen einem Getriebe (Getriebekopf) und einem Getriebemotor
Unter einem Getriebe (Getriebekopf) versteht man ein Bauteil, das direkt an der Abtriebswelle des Motors angebracht wird. Ein „Getriebemotor“ hingegen ist ein Produkt, bei dem das Getriebe (Getriebekopf) und der Motor zu einer Einheit kombiniert sind. C.I. Takiron vertreibt Getriebemotoren, die sich durch ihre kompakte Bauweise und gleichzeitig durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnen.
Die Integration von Motor und Getriebe trägt zur Vereinfachung der Montage, zur Reduzierung des Platzbedarfs sowie zur Vereinfachung der Verkabelung bei. Da das Übersetzungsverhältnis und die Einbaumaße optimal auf die Motoreigenschaften abgestimmt werden können, trägt dies zur Steigerung des Wirkungsgrads des gesamten Systems bei.C.I. Takiron bietet diese als Getriebemotoren (integrierte Produkte aus Motor und Getriebe) an und trägt damit auch zur Reduzierung des Konstruktionsaufwands für unsere Kunden bei.
Hauptanwendungsbereiche und konkrete Beispiele für Getriebemotoren (Motoren mit integriertem Untersetzungsgetriebe)
Getriebemotoren kommen in einer Vielzahl von Bereichen zum Einsatz. Nachfolgend sind die wichtigsten Anwendungsbeispiele aufgeführt.
[Hauptanwendungsbereiche von Getriebemotoren]
Industrieroboter: Mehrgelenkroboter, kollaborative Roboter
Medizinische Geräte: Antriebe für Endoskopkameras, Handstücke für zahnärztliche Behandlungsgeräte
Werkzeuge: Bohrmaschine, Schlagschrauber, Nagler
Optische Geräte: Autofokusmechanismus von Kameras, Schwenk-Neige-Mechanismus von Überwachungskameras
Sicherheitsausrüstung: elektronische Schlösser, automatische Schranken
Hobbyanwendungen: Servomotoren für ferngesteuerte Modelle
Die Getriebemotoren von C.I. Takiron leisten einen wichtigen Beitrag in den Bereichen Medizin und Optik, in denen kompakte Bauweise und hohe Präzision von entscheidender Bedeutung sind. Da beispielsweise Endoskopkameras eine exakte Positionierung im engen Körperinneren erfordern, eignen sich kompakte Planetengetriebe mit geringem Spiel am besten.Auch bei elektronischen Schlössern, bei denen Energieeffizienz und eine lange Lebensdauer unerlässlich sind, könnten hocheffiziente Getriebemotoren zum Einsatz kommen.
Wichtige Aspekte bei der Auswahl eines Getriebes
Bei der Auswahl eines Getriebes müssen mehrere Faktoren wie das erforderliche Drehmoment, das Untersetzungsverhältnis, das Spiel, die Größe und die Einsatzbedingungen umfassend berücksichtigt werden.
Inhalt dieses Abschnitts
- Berechnungsmethode für das erforderliche Drehmoment und das Untersetzungsverhältnis
- Der Zusammenhang zwischen Spiel und Positioniergenauigkeit
- Auswahlkriterien entsprechend den Einsatzbedingungen
Zunächst wird das erforderliche Drehmoment anhand der Belastung des anzutreibenden Objekts berechnet, um die Motorleistung und das Untersetzungsverhältnis zu bestimmen. Anschließend werden Modelle mit geringem Spiel in Betracht gezogen, wenn eine hohe Positioniergenauigkeit erforderlich ist, und kompakte Planetengetriebe, wenn der Einbauraum begrenzt ist.Darüber hinaus sind auch die Einsatzbedingungen wie der Betriebstemperaturbereich, die Staub- und Wasserdichtigkeit, die Stoßfestigkeit sowie der Geräuschpegel wichtige Auswahlkriterien. Bei C.I. Takiron stehen wir bereits in der Phase der Spezifikationsprüfung im Dialog mit unseren Kunden, schlagen die optimale Kombination aus Motor und Getriebekopf vor und gewährleisten so hohe Qualität sowie flexible Anpassungsmöglichkeiten.
Berechnungsmethode für das erforderliche Drehmoment und das Untersetzungsverhältnis
Der erste Schritt bei der Auswahl eines Getriebes ist die Berechnung des für das anzutreibende Objekt erforderlichen Drehmoments. Das erforderliche Drehmoment wird anhand des Gewichts der Last, der Bewegungsstrecke, der Beschleunigung und des Reibungskoeffizienten berechnet.
Die grundlegende Berechnungsformel lautet wie folgt:
[Berechnung des erforderlichen Drehmoments]
Berechnung des Drehmoments des Motors
Ausgangsdrehmoment des Motors = Nenndrehmoment des Motors × Untersetzungsverhältnis × Wirkungsgrad des Getriebes
Berechnungsbeispiel: Bei einem Nenndrehmoment des Motors von 0,2 Nm, einem Untersetzungsverhältnis von 10:1 und einem Wirkungsgrad des Getriebes von 95 %
Drehmoment des Motors = 0,2 × 10 × 0,95 = 1,9 Nm
Bestimmung des erforderlichen Drehmoments des Motors
Erforderliches Drehmoment des Motors (Nm) = Drehmoment umgerechnet auf die Motorwelle (Nm) × Sicherheitsfaktor
Berechnungsbeispiel: Bei einem Lastdrehmoment von 0,5 Nm und einem Sicherheitsfaktor von 2,0
Erforderliches Drehmoment des Motors = 0,5 × 2,0 = 1,0 Nm
Durch die Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors und die Auswahl von Spezifikationen, die über den berechneten Werten liegen, lässt sich eine langfristige Zuverlässigkeit gewährleisten. Die Mikromotoren von C.I. Takiron sind zwar kompakt, ermöglichen jedoch eine präzise Drehmomentsteuerung im mNm-Bereich und eignen sich daher ideal für hochpräzise Anwendungen wie medizinische Geräte und optische Geräte.
Der Zusammenhang zwischen Spiel und Positioniergenauigkeit
Unter Spiel versteht man den Spalt (das Spiel) zwischen den Zahnrädern, der sich direkt auf die Positioniergenauigkeit auswirkt. Bei medizinischen Geräten und optischen Geräten, die eine hochpräzise Steuerung erfordern, sind je nach Anwendungszweck Ausführungen mit geringem Spiel unerlässlich.
Bei Planetengetrieben lässt sich das Spiel aufgrund ihrer Konstruktion leicht reduzieren, während bei Wellenradgetrieben nahezu null Spiel erreicht werden kann.Bei der konkreten Auswahl muss ein Gleichgewicht zwischen Kosten und Anwendungszweck berücksichtigt werden. Beispielsweise eignen sich für den Autofokusmechanismus einer Kamera, bei dem die Objektivposition präzise gesteuert werden muss, Planetengetriebe mit geringem Spiel. Die Produkte von C.I. Takiron erfüllen diese Anforderungen und genießen in den Bereichen Medizin und Optik hohes Ansehen.
Auswahlkriterien entsprechend der Einsatzumgebung
Es gibt Auswahlkriterien, die sich nach den Einsatzbedingungen richten, wie beispielsweise der Betriebstemperaturbereich, die Staub- und Wasserdichtigkeit (IP-Schutzklasse), die Stoßfestigkeit und der Geräuschpegel. Nachfolgend sind die wichtigsten Anforderungen nach Anwendungsbereichen aufgeführt.
| Anwendungsbereiche | Wichtigste Anforderungen |
| Medizinische Geräte | Geräuscharm, sterilisierbar, biokompatibel |
| Werkzeuge | Hohe Schlagfestigkeit und Staubdichtigkeit |
| Sicherheitsgeräte | Für den Außenbereich konzipiert: Startfähigkeit bei niedrigen Temperaturen, lange Lebensdauer |
| Optische Geräte | Geringe Schwingungen, hochpräzise Positionierung |
Bei medizinischen Geräten wird aus Rücksicht auf die Patienten Wert auf einen leisen Betrieb gelegt, bei Werkzeugen auf Stoßfestigkeit, um den Einsatzbedingungen vor Ort standzuhalten, und bei Sicherheitsgeräten auf eine Startfähigkeit bei niedrigen Temperaturen, die für die Installation im Freien ausgelegt ist. C.I. Takiron bietet die individuelle Anpassung von Getriebemotoren an die Einsatzumgebung unserer Kunden und gewährleistet dabei hohe Qualität sowie eine flexible Abwicklung – von der Prototypenfertigung in kleinen Stückzahlen bis hin zur Serienproduktion.Bitte wenden Sie sich bereits in der Phase der Spezifikationsausarbeitung vertrauensvoll an uns.
Zusammenfassung
Ein Getriebe ist eine Vorrichtung, die die Drehzahl eines Motors verringert und das Drehmoment erhöht; es findet in einer Vielzahl von Bereichen Anwendung, darunter Industrieanlagen, medizinische Geräte und optische Geräte. Es ermöglicht ein hohes Drehmoment und eine präzise Steuerung, die mit einem Motor allein nicht realisierbar wären, und spielt somit eine wichtige Rolle bei der Vereinbarkeit von kompakter Bauweise und hoher Leistungsfähigkeit der Anlagen.
Durch die Kenntnis der jeweiligen Merkmale der verschiedenen Getriebetypen – wie z. B. Stirnradgetriebe und Planetengetriebe – sowie durch eine umfassende Betrachtung des erforderlichen Drehmoments, des Spiels und der Einsatzbedingungen lässt sich das optimale Getriebe auswählen. C.I. Takiron bietet optimale Lösungen durch die Kombination von kernlosen Motoren und Getrieben und unterstützt Sie bereits in der Phase der Spezifikationsplanung bei der Produktentwicklung.
Produktinformationen und Kontakt
Ausführliche Informationen zu den Mikromotoren von C.I. Takiron finden Sie auf der folgenden Website.
- Produktseite: https://cik-ele.com/
- Kernlose Motoren: https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Bürstenloser Motor: https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Getriebemotoren: https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Encoder: https://cik-ele.com/products/list/encoder/
Sollten Sie bei der Auswahl von Kleinmotoren für Ihre Produktentwicklung auf Schwierigkeiten stoßen, können Sie sich gerne über das Kontaktformular an uns wenden. Unsere technischen Berater werden Ihre Anwendungszwecke und Anforderungen mit Ihnen besprechen und Ihnen die optimale Lösung vorschlagen.
- Kontakt: https://cik-ele.com/contact/
