Das Geheimnis des Wellgetriebes

Mehr als 60 Jahre liegt die Erfindung des Wellgetriebes zurück. Noch heute begeistern Prinzip und Ästhetik des Getriebes Entwickler, Konstrukteure und Technikinteressierte rund um den Globus. Verantwortlich dafür: die Kreativität eines Mannes – Clarence Walton Musser.

Clarence Walton Musser war ein zeitgenössischer Mann, der sowohl die Vergangenheit als auch die Zukunft in sein Denken und seine erfinderischen Wege einbezog. Seine Genialität und sein technisches Verständnis haben in weit mehr als 200 Patenten resultiert, die sich nicht auf Mussers Spezialgebiet, den Maschinenbau, konzentrierten oder gar beschränkten. Ob Physik, Chemie oder Biologie – der US-Amerikaner zeichnete sich durch sein breitgefächertes Interesse, einen vollkommen ruhelosen Geist und analytische Fähigkeiten aus.

Gleichgestellt mit Mussers Patriotismus waren Ethik und Ehrlichkeit. Seine intellektuellen Fähigkeiten waren ebenso legendär wie sein Sinn für Humor – und so glich ein Tag mit Walt, wie ihn Freunde und Bekannte nannten, immer einem Abenteuer. Um sein Genie zu erkennen, genügte es, ihm zuzuhören. Ebenso charakterstark war die Wahl seiner Freunde. Er mied abgehobene Menschen und hatte vielmehr engen Kontakt mit denen, die er tatsächlich mochte, unabhängig von ihrer Position in der Gesellschaft.

Nachdem sich Musser Ende der 1940er und Anfang der 1950er Jahre der Luftfahrt gewidmet hatte, woraus unter anderem die Erfindung des Schleudersitzes und der Kabinenhaube für Düsenflugzeuge resultierte, fiel sein Augenmerk auf elastische Körper. So begann er, die Mechanik elastischer Körper zu studieren und zu erforschen. Dabei setzte er mitunter auf kontrollierte Biegungen und Auslenkungen. Später wandte er diese auf neue mechanische Konstruktionen, Strukturen und Konzepte an – und entwickelte schließlich das Funktionsprinzip des Wellgetriebes.

Noch heute beruhen die oben vorgestellten Merkmale der Harmonic Drive® Getriebe maßgeblich auf dem Zusammenspiel ihrer einfachen Konstruktion, aber vor allem dem einmaligen Prinzip der elastischen Deformation von Zahnrädern beziehungsweise des Flexsplines. Letzterer ist ein hochfestes, torsionssteifes, aber dennoch flexibles Bauteil, das zuverlässig hohe Lasten überträgt.

Ob im Gehäuse, als Antrieb mit Motor und Encoder oder im Rahmen kundenspezifischer Konfigurationen – die Adaptionsfähigkeit des Harmonic Drive® Getriebes ermöglicht einen vielfältigen Einsatz. Das Funktionsprinzip selbst ist über all die Jahre hinweg jedoch konstant geblieben.

Das Harmonic Drive® Wellgetriebe beruht auf drei Komponenten. Die Basis wird durch den Wave Generator verkörpert, eine elliptische Stahlscheibe im Herzen des Getriebes. Er verfügt über eine zentrische Nabe und ein dünnes, elliptisch verformbares Spezialkugellager. Der Wave Generator verformt über das Kugellager den Flexspline, eine verformbare zylindrische Stahlbüchse mit radial um die Außenseite angeordneter Verzahnung. Als starrer und zylindrischer Außenring ist es der Circular Spline, der als dritte Komponente sowohl Wave Generator als auch Flexspline umgibt und mit einer Innenverzahnung ausgestattet ist.

Mit Drehen des Wave Generators verlagert sich die große Ellipsenachse und damit der Zahneingriffsbereich. Von großer Bedeutung ist dabei die Anzahl der Zähne selbst – so besitzt die Außenverzahnung des Flexsplines exakt 2 Zähne weniger als die Innenverzahnung des Circular Splines. Entsprechend vollzieht sich während einer halben Umdrehung des elliptischen Wave Generators eine Relativbewegung zwischen Flexspline und Circular Spline um einen Zahn; bei einer vollen Rotation sind es bereits zwei Zähne.

Dass Harmonic Drive® Getriebe in so diversen Branchen, Industrien und Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen, ist ihren breitgefächerten Leistungscharakteristika zu verdanken. Dazu gehören folgende: