Wenn die Bewegung verloren ist

     Eine der am häufigsten gestellten Fragen zu den TwinSpin® Getrieben von SPINEA® ist die Frage nach der Genauigkeit oder nach dem Spiel der TwinSpin® Getriebe. Mit der steigenden Anzahl von Präzisionsanwendungen, insbesondere in der Robotik, sind Ingenieure und Konstrukteure mit dem Parameter Lost Motion vertraut. 

     Lost Motion, wie wir sie definieren und messen.

       Wenn Sie unseren SPINEA-Produktkatalog öffnen, finden Sie die folgende, recht kurze Definition von Lost Motion: "Wenn die Eingangswelle und der Stützkörper fixiert sind und ein Drehmoment auf den Abtriebsflansch aufgebracht wird, dann hat das Lastdiagramm die Form einer Hysteresekurve. Die Verlustbewegung ist dann definiert als der Drehwinkel des Abtriebsflansches bei ±3 % des Nenndrehmoments, gemessen auf der Achse der Hysteresekurve." Eine schematische Darstellung findet sich unten.

                                                                            Abbildung 1

      Vereinfacht kann man sagen, dass die Verlustbewegung die Summe der Materialdeformationen, der Steifigkeit des Mechanismus und des internen Spiels innerhalb des Getriebes ist, die dazu führen, dass die Motorbewegung während der Richtungsumschaltung keine entsprechende Bewegung am Ausgang des Getriebes erzeugt.

      Abbildung 1 ist eine schematische Darstellung der Hysteresekurve, die während des Lasttests aufgezeichnet wird. Parameter wie Hysterese und Torsionssteifigkeit werden bei diesem Test ebenfalls ausgewertet. Das TwinSpin® Getriebe wird standardmäßig spielfrei montiert. Die Hysterese, wie in der Abbildung zu sehen, zeigt die Reibung innerhalb des Getriebes. Der Hystereseverlust ist auf die Reibung in den Getriebekomponenten sowie auf die Reibung im Abtriebslager zurückzuführen.

      Verlorene Bewegung oder Spiel?

     Kunden fragen oft nach dem Spiel in unseren TwinSpin® Getrieben. Die einfache Antwort ist, dass TwinSpin® Getriebe spielfrei sind. Anstelle von Spiel haben wir Lost Motion. Was ist also der Zusammenhang zwischen Spiel und Lost Motion?

Vereinfacht kann man sagen, dass jedes mechanische Getriebe mit hoher Präzision (Dehnungsmessstreifen, Zykloiden, Planetengetriebe) einen Bewegungsverlust aufweist, aber nicht alle von ihnen haben ein Spiel. Wenn ein physikalisches Spiel zwischen den Komponenten im Getriebe vorhanden ist, wird dies im Diagramm der Lastkurve angezeigt. Da die Getriebekomponenten in der Regel aus Stahl bestehen und bestimmte Steifigkeitseigenschaften haben, kann man sagen, dass dies unter Last einen "Federeffekt" verursacht, den wir als Lost Motion bezeichnen. Zum Abschluss dieses Abschnitts können wir sagen, dass jedes Getriebe, das Spiel hat, auch Lost Motion hat. Das tatsächliche Spiel ist größer, wenn wir es anhand des Lastkurvendiagramms auswerten.

     Lost Motion Einstellung in TwinSpin® Getrieben.

     Wie bereits erwähnt, können wir die Lost Motion kontrollieren und auf den gewünschten Wert einstellen. Für Anwendungen, die eine hohe Präzision erfordern, kann der Wert auf bis zu 0,3 arcmin eingestellt werden, selbst beim kleinsten Getriebe der G-Serie dem TS75. Bei dieser niedrigen Einstellung wird die Hysterese aufgrund der höheren inneren Reibung erhöht. Dies äußert sich in einem geringeren Wirkungsgrad und einem höheren Anlauf- und Leerlaufmoment.

     Der gebräuchlichste Wert für TwinSpin® Getriebe ist bis zu 1 Arcmin, was auch der Referenzwert für Präzisionsgetriebe ist.

     Andererseits gibt es Anwendungen, bei denen die Hauptanforderung nicht die präzise Bewegung des Abtriebs ist, sondern die Übertragung der Leistung mit dem höchstmöglichen Wirkungsgrad in den kleinstmöglichen Abmessungen. In diesem Fall kann Lost Motion auf viel höhere Werte um 3 - 4 Arcmin eingestellt werden. Wir können sagen, dass wir ein Spiel eingeführt haben, weil es ein Spiel zwischen den internen Komponenten des Getriebes gibt. Die nachstehenden Abbildungen zeigen tatsächliche Messungen von sehr geringem, normalem und hohem Lost Motion (mit sichtbarem Spiel). Alle diese Messungen wurden an kleinen Getrieben mit einem Außendurchmesser von weniger als 100 mm durchgeführt.

                                                                        Abbildung 2

                                                                         Abbildung 3

                                                                         Abbildung 4

      Abbildung 4 zeigt das interne Spiel mit dem für Planetengetriebe typischen S-Kurven Lastdiagramm. Diese Einstellungen können für viele industrielle Anwendungen geeignet sein, bei denen nur eine Kraftübertragung erforderlich ist. Dies ist ein Beispiel dafür, wie TwinSpin® Getriebe für eine Vielzahl von Betriebsbedingungen eingestellt werden können. Alle oben genannten Messungen wurden an neuen Getrieben durchgeführt.

Der letzte Punkt, der in Bezug auf Lost Motion zu erwähnen ist, ist, dass der Lost-Motion Wert zu Beginn des Betriebs gleich oder sehr ähnlich dem Wert am Ende der Lebensdauer des Produkts sein sollte, damit das Getriebe während seiner gesamten Lebensdauer präzise arbeitet.

                             Hysterese.

    Wenn wir über Lost Motion sprechen, sollten wir auch seinen Schwesterparameter - die Hysterese erwähnen. Beide werden zusammen aus dem Belastungsdiagramm ausgewertet. Wie bereits erwähnt, gibt der Hysteresewert die Reibung innerhalb des Getriebes an und beeinflusst daher auch die Genauigkeit des Getriebes bei Anwendungen, bei denen sich die Drehrichtung ändert. Das vereinfachte Modell in Abbildung 5 zeigt, wie sie sich auf die Getriebeparameter bei der Präzisionspositionierung auswirkt.

                                                                            Abbildung 4

      Das obige vereinfachte physikalische Modell drückt die Beziehung zwischen Torsionssteifigkeit, innerer Reibung und der Fähigkeit des Getriebes aus, die erforderliche Positioniergenauigkeit zu erreichen. Die Scheibe stellt das Objekt dar, das im Verhältnis zur Bremse positioniert werden soll. Die Scheibe wird durch eine Feder positioniert, deren Torsionssteifigkeit Kt die Torsionssteifigkeit des Getriebes darstellt. Mc ist die gesamte innere Coulomb-Reibung des Getriebes am Abtrieb. Im obigen Modell stellt Mc das Reibungsmoment Mt dar, das durch die Reibung zwischen der Bremse und dem Positionselement erzeugt wird.

      Bei der Präzisionspositionierung besteht die Aufgabe darin, die Scheibe mit Hilfe einer Drehfeder um einen Winkel ϕ aus der Ausgangsposition zu drehen, so dass sich die Scheibe genau in der umgekehrten Position zur Markierung an der Bremse befindet. Wenn sich Bremse und Scheibe nicht berühren, entsteht kein Reibungsmoment und die Aufgabe ist leicht zu bewältigen. Wenn jedoch die Scheibe mit der Bremse verbunden ist, entsteht ein Reibungsmoment von Mt. Dann wird die Aufgabe der präzisen Positionierung schwieriger. Der Positionierungsfehler kann als Δϕ=Mt/Kt definiert werden.

      Der Winkelhystereseverlust H des Getriebes ist dann gleich 2ϕ, d. h. H=2ϕ.

                               Abschluss.

     Wenn Sie den Spinea SPINEA Produktkatalog auf der Seite mit den Getriebeparametern öffnen, finden Sie in der Spalte Lost Motion (LM) nur eine Zahl, die für den garantierten Standardwert steht. Dies bedeutet jedoch nicht, dass keine anderen Einstellungen möglich sind. Wenn Ihre Anwendung eine gewisse Spezifizität erfordert, lassen Sie es uns wissen und wir passen das Getriebe gerne an, um die richtige Leistung zu erzielen.