Getriebemotoren: Funktionsweise, Getriebe-Typen, Arten und Sonderformen

Eine Massenproduktion wäre ohne Getriebemotoren undenkbar. Sowohl kleine als auch mittelständische Betriebe setzen auf diese Produkte der Ingenieurskunst. Die Varianten unterscheiden sich in Bauart und Einsatzbereich.

Moderne Getriebemotoren: Einsetzbar in allen Bereichen

Ob Stirnradgetriebe, Planetengetriebe, Kegelradgetriebe oder wartungsarme und zuverlässige Schneckengetriebe: Viele verschiedene Arten von derartigen Motoren werden in kleinen und mittelständischen Unternehmen eingesetzt. Eine Massenproduktion ohne diese Produkte findiger Entwickler wäre bis heute nicht möglich, zumindest müssten in Bezug auf den Umfang der Produktion deutliche Abstriche gemacht werden.

Betrieben werden Förderanlagen mit solchen Motoren, doch auch in der Automobilindustrie sind sie für den Einsatz der Roboter unverzichtbar. Selbst im Privatbereich werden Getriebemotoren eingesetzt, sie treiben dort elektrische Geräte wie Küchenmaschinen oder Rührgeräte an.

Was sind Getriebemotoren?

Die Ursprünge der heute bekannten Motoren mit Getriebe gehen auf Alber Obermoser und das Jahr 1928 zurück, als der deutsche Unternehmer und Konstrukteur das Patent auf seinen Vorlegemotor anmeldete. Dieser basierte auf einem Elektromotor mit einem Untersetzungsgetriebe. Letzteres ist ein mechanisches System, mit dessen Hilfe Leistung auf eine Welle übertragen und nach Bedarf angepasst wird. Das Getriebe besteht aus einem Gehäuse, indem die verschiedenen Getriebestufen untergebracht sind. Die Drehzahl der Antriebswelle kann damit reduziert werden.

Über die Jahre hinweg entwickelte man das System immer weiter und so kamen verschiedene Arten von Getriebemotoren auf den Markt. Sie wurden immer für einen bestimmten Zweck entwickelt und entsprechend angepasst. Der große Vorteil dieser Getriebe: Sie sind leicht zu konstruieren und können jederzeit angepasst werden, egal, ob sie auf mechanische oder hydraulische Art funktionieren.

Planetengetriebe werden auch als Umlaufrädergetriebe bezeichnet und sind schon seit den 1980er Jahren unverzichtbar in vielen Bereichen geworden. ( Foto: Adobe Stock – jat306 )

Wo werden Getriebemotoren verwendet?

Motoren mit Getriebe sind vor allem für kommerzielle Anwendungen gedacht, wenn große Kräfte nötig sind, um schwere Objekte bewegen zu können. In der Intralogistik sind es Fördertechnik-Applikationen, in denen die Motoren eingesetzt werden. Ein großer Vorteil ist dabei, dass erforderliche Drehmomente auch bei niedrigen Drehzahlen erreicht werden und dass damit die gewünschte Kosteneffizienz jederzeit gegeben ist.

Dies ist vor allem im Bereich der Antriebstechnik relevant. Ansonsten werden Getriebemotoren wie oben bereits erwähnt sowohl in der Produktion, in der Logistik, in der Industrie und für Geräte, die im privaten Haushalt sowie in Werkstätten eingesetzt werden, verwendet. Selbst die Bohrmaschine in der Hobby-Werkstatt setzt auf derartige Produkte.

Funktionsweise und Arten von Getriebemotoren

Wechselstrom- und Gleichstrom-Getriebemotoren weisen nur geringfügige Unterschiede in ihrer Funktion auf:

• Gleichstrom-Motoren

  Sie wandeln elektrische in mechanische Energie um und verändern dafür die Drehzahl des Motors.

• Wechselstrom-Motoren

  Sie bestehen aus einem Untersetzungsgetriebe in Verbindung mit einem Motor, der mit Wechselstrom betrieben wird. Dieser Motor kann elektrische Energie erzeugen, damit wiederum lässt sich die Drehgeschwindigkeit des Motors reduzieren und die Leistung des Geräts oder der Maschine erhöhen.

Immer geht es also darum, die abgegebene Drehzahl zu reduzieren und das Drehmoment zu erhöhen. Letzteres verdoppelt sich, wenn die Drehzahl halbiert wird. Damit ist es möglich, dass selbst kleine Geräte, wie sie im Haushalt eingesetzt werden, eine hohe Leistung erreichen.

Motoren mit Getriebe sind vor allem für kommerzielle Anwendungen gedacht, wenn große Kräfte nötig sind, um schwere Objekte bewegen zu können. ( Foto: Adobe Stock – malkovkosta_)

Verschiedene Arten von Getriebemotoren

Nicht alle Getriebemotoren in der Industrie sind gleich, sie unterscheiden sich je nach Art der Arbeit, für die sie eingesetzt werden sollen. Allen gemeinsam ist aber, dass ihre Ursprünge auf dem Motor-Getriebeaggregat beruhen, das von Albert Obermoser entwickelt worden ist.

Hier ein Überblick über die wichtigsten Arten von Getriebemotoren:

• Bürstenbehaftete Motoren

  Ihr Name verrät eine besondere Eigenschaft: Diese Motoren haben Bürsten. Sie werden dazu verwendet, den Strom an die Motorwicklungen zu liefern. Meist sind bürstenbehaftete Motoren in Geräten verbaut, die für einfache Kontrollsysteme verwendet werden. Der Anschluss an eine Gleichstromquelle ist möglich, ein Antrieb oder Encoder ist nicht nötig. Diese Art Motor ist kostengünstig und mit einfacher Verdrahtung versehen. Nachteil: Ein elektrisches Verrauschen ist üblich, es werden elektrische und elektromagnetische Störungen verursacht.

• Bürstenlose Getriebemotoren

  Das elektrische Feld muss umgeschaltet werden, was über einen Verstärker geschieht. Die Aktivierung dazu erfolgt über eine Kommutierungsvorrichtung. Der Einsatz dieser Motoren erfolgt in erster Linie in Pumpen, Kompressoren und Ventilatoren. Die Wartung der Motoren ist einfach, es sind keine verschleißanfälligen Komponenten verbaut. Der höhere Kaufpreis wird durch den geringen Wartungsaufwand kompensiert. Diese Unterteilung sieht nur eine Trennung in Motoren mit und ohne Bürsten vor.

Darüber hinaus können die Produkte auch wie folgt unterteilt werden:

• Schneckengetriebe

  Sie werden am häufigsten verwendet und kommen in erster Linie dort zum Einsatz, wo eine hohe Leistung durch intensive Arbeitsgänge benötigt wird. Die Motoren verursachen nur geringe Geräusche und bringen eine gute Laufruhe mit. Sie werden häufig im öffentlichen Raum eingesetzt, benötigen nur wenig Energie und nehmen auch nur wenig Platz ein. Erschütterungsenergie wird gut kompensiert, sodass Schneckengetriebe auch in beweglichen Maschinen eingesetzt werden können. Unterteilt werden sie in Reihen- oder Koaxialgetriebe, in Parallelwellen-Zahnradgetriebe und Winkelgetriebe.

  

  Schneckengetriebe werden am häufigsten verwendet und kommen in erster Linie dort zum Einsatz, wo eine hohe Leistung durch intensive Arbeitsgänge benötigt wird. ( Foto: Adobe Stock – Kadmy )

• Planetengetriebemotoren

  Planetengetriebe werden auch als Umlaufrädergetriebe bezeichnet und sind schon seit den 1980er Jahren unverzichtbar in vielen Bereichen geworden. Einst wurden sie als Lösung für selbstfahrende Geräte und Maschinen entwickelt. Unterschieden werden sie in Planetengetriebe mit festgestelltem Sonnenrad und Planetengetriebe mit drehendem Sonnenrad. Die Bauart der Getriebemotoren eignet sich vor allem für Industrieanlagen und Maschinen, die Stöße und Erschütterungen absorbieren müssen.

• Stirnradgetriebe

  Die Bauweise der Stirnradgetriebe ist sehr einfach. Außen um eine Scheibe herum befinden sich die Zähne der Stirnräder, das wird als Außenverzahnung bezeichnet. Bei nach innen gerichteten Zähnen ist die Rede von einer Innenverzahnung. Das einstufige Getriebe besteht aus zwei Wellen, wobei Antriebs- und Abtriebswelle parallel angeordnet sind. Teilweise sind mehrere solcher Antriebswellen möglich. Das Drehmoment wird über schräg- oder geradeverzahnte Stirnräder übertragen.

• Kegelradgetriebe

  Eine präzise Kraftübertragung mit Kegelradgetrieben ist möglich. Dabei werden Kegelradgetriebe auch als Winkelgetriebe bezeichnet, denn An- und Abtriebswelle stehen in einem bestimmten Winkel zueinander. Ein gemeinsamer Schnittpunkt vereint die beiden Achsen. Der Aufbau ist leicht: Es gibt ein Kegelrad, das auch als Tellerrad bezeichnet wird, und einen Kegelritzel. Die Verzahnung ist sowohl bogenförmig als auch schräg oder gerade möglich.

  Als besondere Form des Kegelradgetriebes wird das Kronenradgetriebe gesehen. Der Aufbau beider ist ähnlich, doch die Zähne des Kronenradgetriebes stehen in einem Winkel von 90° auf dem Tellerrad. Sie ähneln damit den Zacken einer Krone. Die Verzahnung des Kronrades ist wie bei einem Kegelradgetriebe möglich.

  Eine weitere Form ist das Hypoidgetriebe, bei dem eine parallele Anordnung der Achsen von Tellerrad und Antrieb vorgesehen ist. Eine Schneidung beider Achsen ist nicht möglich, damit kann das Kegelritzel in einem großen Spiralwinkel ausführbar sein.

  Der Vorteil: Es können größere Drehmomente übertragen werden, außerdem sind höhere Übersetzungen möglich.

Eine präzise Kraftübertragung ist nur mit Kegelradgetrieben möglich ( Foto: Adobe Stock – roostler_)

Sonderformen der Getriebe

Es gibt auf der einen Seite die klassischen Zahnradgetriebe, auf der anderen Seite Sonderbauformen. Diese funktionieren zwar ähnlich, aber eben nicht gleich. Sie besitzen kein klassisches Zahnrad und wurden von verschiedenen Firmen neu entwickelt, um spezielle Anforderungen zu erfüllen. Mittlerweile sind Zykloid-, Galaxie- und Harmonic-Drive-Getriebe zwar noch als Sonderformen zu bezeichnen, aber weithin bekannt. Sie haben sich auf dem Markt der Getriebebauformen längst etabliert.

Zykloidgetriebe setzen auf die wälzende Übertragung der Drehmomente und verwenden keine Zahnräder. Sie bestehen aus einer Exzenterwelle, der Bolzenscheiben, der Zykloidenscheibe, den Rollen und der Rollenscheibe. Dieses Getriebe ermöglicht sehr hohe Untersetzungsverhältnisse und eine äußerste Präzision.

Das Harmonic-Drive-Getriebe hingegen besteht aus dem zylindrischen Ring mit innerer Verzahnung (Circular Spline), dem mittleren Flex Spline sowie dem Wave Generator. Auch dieses Getriebe ermöglicht sehr hohe Untersetzungen und kann eingesetzt werden, wenn eine besondere Präzision erforderlich ist.

Es steht zu erwarten, dass auch weiterhin immer neue Entwicklungen auf den Markt kommen werden, mit denen den besonderen Anforderungen der Industrie Rechnung getragen wird.