Kompakte Antriebseinheit mit aktivem Planetengetriebe

Die hier vorgestellte Einheit ist enorm kompakt und bietet dennoch eine hohe Drehmomentdichte und Dynamik sowie ein effizientes Übertragungsverhalten. Das ist in der Anwendung insbesondere Vorteilhaft für Roboter oder Exoskelette/ aktive Prothesen.
Flexible Regelstrategien ermöglichen ein variables und auf die jeweilige Anwendung anpassbares Antriebsverhalten.

• Hohe Drehmomentdichte, geringe Drehmomentwelligkeit, hohe Dynamik, gutes effizientes Übertragungsverhalten und kompakter Aufbau
• Vorteilhaft für Roboter oder medizinisch unter­stützende Geräte (Exoskelette, aktive Prothesen)
• Die Zusatzantriebe können anwendungsspezifisch auch als Sensoren genutzt werden

Überall dort, wo der Bauraum begrenzt ist. Zudem immer dann, wenn eine hohe Genauigkeit sowie geringe Drehmomentwelligkeit von Vorteil sind.. Beispiele sind ­Antriebe, z. B. für Leichtbauroboter, Industrieroboter, trag­bare Roboter bzw. medizinisch unterstützende Geräte (Exoskelette, aktive Prothesen etc.).

Zahlreiche Maschinenantriebe erfordern ein hohes Dreh­moment, geringe Drehmomentwelligkeit und hohe Präzi­sion bei geringem Bauraum.

Die hohen Drehmomentdichten, die z. B. in der Robotik und Medizintechnik erforderlich sind, werden bisher durch Nutzung einer sehr hohen Getriebeuntersetzung erreicht. Für diese hohe Getriebeuntersetzung von häufig mehr als 100:1 wird in den genannten Anwendungsfällen auf spe­zielle Getriebe zurückgegriffen. Somit ist häufig ein Funk­tionsprinzip bzw. ein Aufbau dieser Getriebe mit teil­weise verformbaren Getriebebauteilen erforderlich. Unter ande­rem dadurch ergibt sich ein geringerer Wirkungsgrad des Getriebes als bei anders aufgebauten und weniger stark untersetzenden Getrieben. Die hohe Untersetzung schränkt die Dynamik der Antriebseinheit ein, da höhere Drehzahlen am Motor vorliegen und das Trägheits­moment im Getriebe vervielfacht wird. Neben den mechani­schen Nachteilen erweisen sich diese Getriebe außerdem als teuer und sind entsprechend auch aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht ideal.

Die neue Antriebseinheit (s. Abb.) weist ein Planetengetriebe sowie einen mit der Antriebsachse des Plane­tengetriebes verbundenen ersten Elektromotor (7) auf, der die Antriebsachse (9) des Planetengetriebes antreibt. Dieser erste Elektromotor stellt den Hauptantrieb der Antriebseinheit dar. Das Planetengetriebe weist in bekannter Weise zwei Zentralräder (1, 2), ein oder mehre­re Umlauf- bzw. Planetenräder (3), die Antriebsachse und eine Abtriebsachse auf. Eines der beiden Zentralräder stellt das sog. Sonnenrad/ Antriebsachse (1) dar. Das andere Zentralrad (Leistungsausgang/ Abtriebsachse, z. B. mit der Roboterachse verbunden) ist entweder als Hohlrad (2) oder als Stirnrad ausgebildet. Die Antriebs­einheit zeichnet sich dadurch aus, dass in eines oder mehrere der Umlaufräder/ Planetenräder (3) jeweils ein weiterer Elektromotor (4) integriert ist, über den das jewei­lige Umlaufrad (3) treibbar ist. Die Steuereinrichtung der einzelnen Elektromotoren, d. h. des Hauptantriebsmo­tors sowie der weiteren Elektromotoren in den Umlauf­rädern, ist so ausgebildet, dass sie die geforderten Dreh­momente bzw. die gewünschte Linearität der Getriebe­übertragung von Drehzahlen und Drehmomenten auf die Abtriebs­achse erzeugt. Geeignete, also vielfältige bzw. flexible Regelstrategien er­möglichen ein variables und auf die jeweilige Anwen­dung an­pass­bares Antriebsverhalten.