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In diesem Artikel widmen wir uns dem Nahebringen des Parameters Wirkungsgrad in den TwinSpin® Untersetzungsgetrieben und wir stellen Ihnen auch die Anleitung vor, wir dieser richtig zu interpretieren und beim Entwurf der Antriebsknoten zu verwenden ist.
Heutzutage werden in den Anwendungen mit Präzisionsgetrieben immer mehr den Stromverbrauch und die gesamte Energieeffizienz der Anlagen berücksichtigt. Noch stärker ist dieser Trend in mobilen Anwendungen sichtbar, wo die Energiequelle eine Batterie ist, die eine beschränkte Arbeitszeit bis Ausladen hat, und durch den Wirkungsgrad werden also Funktionsfähigkeit und Nutzungsdauer bedeutend beeinflusst.
Der mechanische Wirkungsgrad ist als Verhältnis zwischen der Leistung, die ins Getriebe eintritt und der Leistung, die wir am Ausgang aus dem Getriebe nach der Reduktion der Drehzahl erhalten. Man kann also sagen, dass auf den Wirkungsgrad als Verhältnisgröße die Reibung im Übersetzungsmechanismus Einfluss hat, und zwar die Coulombsche Reibung, deren Wert konstant ist, als auch die viskose Reibung, die veränderlich ist und von mehreren Parametern abhängt. Der Wirkungsgrad wird gewöhnlich in Prozenten angegeben. (%)
In Katalogen einiger Getriebehersteller wird der Wirkungsgrad oft als eine Zahl angegeben. Gewöhnlich geht es um den Wert des Wirkungsgrads bei der Nominalbelastung, bzw. beim Nennmoment und bei der definierten Drehzahl, üblicherweise Nenndrehzahl. Zwecks des Antriebsentwurfs ist es jedoch eine unvollständige Information, da die Getriebe meistens in verschiedenen Drehzahl-Regimes mit sich änderndem Wert des Ausgangsmoments arbeiten.
Der Wirkungsgrad ist nicht eine Zahl und ist auch keine Konstante, man kann also sagen, dass es um eine Funktion geht, die von mehreren Parametern abhängig ist, und deshalb sollte sie in Form eines Graphs interpretiert werden.
In den TwinSpin® Getrieben, die zu den Zykloiden- /Exzentergetrieben gehören, haben auf den Endwirkungsgrad solche Parameter Einfluss wie: Drehmoment, Eingangsdrehzahl, Betriebstemperatur, Übersetzungsverhältnis, Schmierstoffart und Lost Motion-Wert.
Das Drehmoment ist ein Faktor, der auf den resultierenden mechanischen Wirkungsgrad des Getriebes den größten Einfluss hat. Siehe Graph Nr. 1. Im Katalog der TwinSpin® Reduziergetriebe von der Gesellschaft SPINEA® sind die Messungen des Wirkungsgrads für die maximalen Werte des Drehmoments angegeben, die den Nennwerten gleich sind.
Der Wirkungsgrad des Getriebes sinkt mit steigender Drehzahl. Der Grund ist der viskose Widerstand des Schmierstoffs des Untersetzungsgetriebes, der mit der Eingangsdrehzahl steigt. Der Einfluss der Drehzahl ist jedoch kleiner als der Einfluss des Drehmoments, was im Graph Nr. 2 angeführt wird.
Auf das Reduziergetriebe haben 2 Wärmequellen Einfluss. Die erste Quelle ist die Umgebungswärme – ambiente Temperatur. Die zweite ist die Temperatur, die von der Wärme abhängt, die durch das Untersetzungsgetriebe während des Betriebs produziert wird. Die durch das Untersetzungsgetriebe produzierte Wärme hängt von der Betriebsart /duty factor/ ab, in der das Untersetzungsgetriebe arbeitet.
Das Übersetzungsverhältnis ist ein Parameter, der durch Konstruktion des Untersetzungsgetriebes gegeben ist. Durch das Übersetzungsverhältnis wird die Anzahl der Kontaktflächen im Untersetzungsgetriebe definiert, was auf die Größe der Reibung im Getriebe und nachfolgende Unterschiede im Wirkungsgrad direkten Einfluss hat. In den TwinSpin® Untersetzungsgetrieben haben die kleineren Übersetzungen einen höheren Wirkungsgrad als die hohen.
Schmierstoffart –- Einfluss des Schmierstoffs auf viskose Widerstände und damit auch Beitrag zum Wirkungsgrad hängen von der Drehzahl ab und hängen mit der Viskosität des Getriebeöls, bzw. des Grundöls zusammen, falls Schmierfett als Schmierstoff verwendet wird.
Lost Motion – die TwinSpin® Reduziergetriebe sind präzise Untersetzungsgetriebe mit dem Lost Motion-Parameter unter 1 Arcmin. Es ist ein Unterschied, ob das Untersetzungsgetriebe mit der Einstellung der Lost Motion gegen 0,4 Arcmin oder 0,8 – 1 Arcmin hergestellt ist. In beiden Fällen liegt der Wert der Lost Motion unter 1 Arcmin, die Wärmeproduktion ist in beiden Fällen jedoch unterschiedlich aus dem Grunde der unterschiedlichen Reibungsverhältnisse in der Transmission des Untersetzungsgetriebes.
Graph 5 Austritt der Messung des Wirkungsgrads des TwinSpin Untersetzungsgetriebes der G-Serie
Einen relativ markanten Einfluss auf den Wirkungsgrad hat auch der Typ der Reduziergetriebe – d. h. die Serie.
Die H-Serie – die Hohlwellen-Untersetzungsgetriebe, die an der schnellläufigen Antriebswelle abgedichtet sind, haben einen deutlich niedrigeren Wirkungsgrad als die vergleichbaren Größen der G-, T- und E-Serie. Der Grund ist hohes Reibungsmoment von den Rotationsdichtungen der Welle, die am großen Durchmesser dichten, als auch nachfolgende Verluste, die sich auch im Gesamtwirkungsgrad des Untersetzungsgetriebes widerspiegeln. Durch Art der Dichtung und Anzahl der Dichtungen wird also der resultierende Wirkungsgrad deutlich beeinflusst.
Wie es anscheinend aus dem Obengenannten hervorgeht, ist der Wirkungsgrad ein ziemlich komplexes Phänomen, das nicht nur auf eine Zahl reduziert werden kann. Jede Anwendung ist spezifisch und vor allem bei mobilen Anlagen, bzw. bei temperaturkritischen Anwendungen ist es angemessen, alle oben genannten, den Endwirkungsgrad beeinflussenden Faktoren zu beurteilen.
Im Falle Ihres Interesses hilft Ihnen SPINEA® gerne dabei, Ihre Anwendung in Bezug auf den Wirkungsgrad abzustimmen, sei es mit der Auswahl der passenden Einstellung der Lost Motion, mit der Empfehlung einer passenden Dichtungsart oder mit Selektion einer passenden Schmierstoffart für alle Type der Betriebsbedingungen und -Anwendungen.
