Das Regelgetriebe: Eine kurze Einführung

Das mechanische Regelgetriebe (auch Drehzahlversteller oder Variator genannt) ist eine Antriebskomponente, die zwei wesentliche Funktionen erfüllt: Es überträgt Bewegungen mit einem konstanten Übersetzungsverhältnis und ermöglicht es zudem, dieses Verhältnis stufenlos von außen über eine entsprechende Steuerung zu verändern.

Dieses Produkt unterscheidet sich von einem normalen Standardgetriebe dadurch, dass es keine feste Untersetzung hat, sondern die Übersetzung innerhalb eines weiten Bereichs variabel ist. Falls die Ausgangsdrehzahl bis auf den Wert Null heruntergeregelt werden kann, spricht man von Regelgetrieben mit unendlichem Regelbereich (Kennlinie gegen Unendlich).

Typen von stufenlosen Regelgetrieben

Stufenlose Regelgetriebe werden wie folgt unterteilt:

• Mechanische Regelgetriebe: Die Drehzahländerung wird durch die Positionsänderung eines Zwischenelements erreicht – genauer gesagt des Elements, das die Antriebswelle mit lauffähigen Abtriebskomponenten verbindet.

• Hydraulische Regelgetriebe: Die Regelung erfolgt durch die Veränderung von Druck und Durchflussmenge eines Fluids, das Kräfte und Bewegungen zwischen den mit der Antriebs- und Abtriebswelle gekoppelten Elementen überträgt.

• Elektrische Regelgetriebe: Die Drehzahländerung wird durch die Änderung von Strom und Spannung einer elektrischen Vorrichtung (z. B. Frequenzumrichter) erzielt.

In diesem Fachbeitrag behandeln wir speziell mechanische Regelgetriebe, deren Aufbau ein bewegliches mechanisches Bauteil umfasst, welches das Übersetzungsverhältnis verändert. Dieses Element kann entweder starr oder flexibel sein.

• Regelgetriebe mit starrem, beweglichem Zwischenelement: Diese unterscheiden sich meist durch die Form des treibenden Elements, das flach, konisch oder sphärisch (kugelförmig) sein kann. Die Übertragung kann mit festen oder rotierenden Achsen erfolgen.

• Regelgetriebe mit flexiblem, beweglichem Zwischenelement: Diese werden hingegen mittels Riemen (in der Regel Keilriemen) oder Ketten realisiert. Durch das Verschieben der Position des flexiblen, beweglichen Elements ändert sich das Übersetzungsverhältnis.

Die Anatomie des Regelgetriebes: Kernkomponenten

Bei der Analyse eines mechanischen Regelgetriebes gibt es einige grundlegende Bauteile, auf die das Hauptaugenmerk zu richten ist:

• Die Satelliten (Planetenräder): Scheiben mit einem im Querschnitt konischen Profil.

• Die inneren Planetenlaufringe (Laufbahnen): Der Bereich, in dem der Kontakt mit den Satelliten stattfindet und durch den die erforderliche Reibung (Reibschluss) entsteht.

• Die äußeren Planetenlaufringe (Laufbahnen): Der Bereich, in dem der Kontakt frei, d. h. frei von Kräften ist.

Die Sorgfalt und Präzision bei der Fertigung dieser Komponenten ist von strategischer Bedeutung für die Lebensdauer und die tatsächliche Betriebsfähigkeit des Regelgetriebes. Da diese Mechanik hochempfindlich ist, müssen für die Konstruktion Spezialwerkstoffe verwendet werden. Daher wird für Satelliten und Laufringe – das Herzstück des Regelgetriebes – ein spezieller legierter Wälzlagerstahl namens 100Cr6 verwendet. Diese Bauteile müssen zwingend auf Spezialmaschinen geschliffen werden.

Auch das Öl ist speziell: Es wird ein ATF-Öl (Automatic Transmission Fluid) benötigt, d. h. ein spezifisches Öl für Automatikgetriebe mit der genauen Bezeichnung ATF Dexron II. Die Betriebsdrehzahl liegt üblicherweise zwischen 400 U/min und 2800 U/min. Es gibt ein maximales Drehmoment, das unter keinen Umständen überschritten werden darf, da es andernfalls zu Fehlfunktionen des Regelgetriebes führt.

Zubehör für Regelgetriebe

Um den Betrieb des Regelgetriebes zu optimieren, steht folgendes Zubehör zur Verfügung:

• Elektrische Fernverstellung: Eine Vorrichtung, die es ermöglicht, die Drehzahl zu verändern, ohne das traditionelle Handrad manuell betätigen zu müssen. Im Wesentlichen handelt es sich um ein kleines Stellgetriebe, das mit einem kinematischen Mechanismus inklusive Rutschkupplung gekoppelt ist. (Unter einem kinematischen Mechanismus versteht man ein System starrer Bauteile, die miteinander verbunden eine relative mechanische Bewegung erzeugen).

• Gravitationsanzeige (Handrad mit Skala): Ein Instrument, mit dem sich die Drehzahl des Regelgetriebes recht ungenau bestimmen lässt, da die Messung lediglich auf den Umdrehungen des Handrags während der Verstellung basiert.

• Positionsanzeige: Etwas präziser als die Gravitationsanzeige, liefert dieses Instrument einen Ablesewert der physischen Position, die mit der Drehzahl korreliert. Auch die Positionsanzeige basiert auf der Anzahl der Umdrehungen der Regelschraube.

• Drehzahlanzeige (Tachometer): Dies ist das präziseste und exakteste Zubehör zur Drehzahlmessung. Hierbei wird ein sogenanntes Phonorad (Geberrad) fest mit der Abtriebswelle verbunden. Ein in der Nähe des Phonorads platzierter Sensor tastet die Zähne und Lücken ab. Durch das Zählen dieser Impulse ermitteln wir die reale Ausgangsdrehzahl des Regelgetriebes.