1. Selbsthemmung von Schneckengetrieben
Eine Selbsthemmung in einem Schneckengetriebe tritt auf, wenn die Tangentialkraft, die das Schneckenrad auf die Schnecke ausübt, nicht ausreicht, um die Reibung an der Kontaktfläche zu überwinden. Dadurch kann das Schneckenrad die Schnecke nicht rückwärts antreiben.
Wie in der obigen Abbildung dargestellt, ist Fα stets kleiner als die Reibungskraft Ff, wenn der Steigungswinkel kleiner als der Reibungswinkel ist. Unter dieser Bedingung befindet sich die Schnecke in einem selbsthemmenden Zustand und kann nicht rückwärts angetrieben werden.
Bei konstantem Reibungswinkel begünstigt ein kleinerer Steigungswinkel die Selbsthemmung. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Übersetzung eines Schneckengetriebes, desto kleiner der Steigungswinkel der Schnecke. Daher sind Schneckengetriebe mit hohen Übersetzungen in der Regel selbsthemmend.
Unsere Schneckengetriebe mit einer Übersetzung von 40:1 oder höher zeigen unter typischen Betriebsbedingungen im Allgemeinen ein selbsthemmendes Verhalten. Die Selbsthemmungsleistung kann jedoch je nach Faktoren wie Schmierung, Temperatur und Belastungsbedingungen variieren. Für sicherheitskritische Anwendungen werden zusätzliche Bremsmechanismen empfohlen. Weitere Einzelheiten finden Sie in diesem Artikel: Selbsthemmung des Schneckengetriebes.
Im Gegensatz dazu verwenden Planetengetriebe einen Planetenradsatz zur Kraftübertragung und verfügen nicht über den für die Selbsthemmung erforderlichen Reibungsmechanismus. Daher sind Planetengetriebe in der Regel nicht selbsthemmend und können rückwärts angetrieben werden.
2. Weitere Methoden zur Verhinderung der Rückdrehung
Da der Wirkungsgrad selbsthemmender Schneckengetriebe im Allgemeinen niedrig ist, können alternative Methoden in Betracht gezogen werden, um eine Rückdrehung zu verhindern, wenn die rückwirkende Last relativ klein ist.
a. Nutzung des Rastmoments des Schrittmotors
Wenn der Schrittmotor nicht bestromt ist, ist aufgrund der magnetischen Anziehung zwischen den Permanentmagneten des Rotors und den Statorzähnen ein kleines Rastmoment vorhanden. Dieses Moment wird durch das Getriebe verstärkt und kann in Kombination mit der mechanischen Reibung des Systems einer Rückdrehung in begrenztem Maße widerstehen. Da das Rastmoment jedoch sehr klein ist, bleibt die rückwirkende Last, der es standhalten kann – selbst nach der Verstärkung durch das Getriebe – minimal.
b. Nutzung des Haltemoments des Schrittmotors
Wenn der Schrittmotor bestromt ist, erzeugen die Statorspulen ein Magnetfeld, das die Permanentmagnete des Rotors anzieht und arretiert, wodurch eine Drehung des Rotors verhindert wird. Dieses Arretierungsmoment wird als Haltemoment bezeichnet und entspricht in der Regel dem im Datenblatt des Schrittmotors angegebenen Drehmomentwert.
Das über das Getriebe übertragene Haltemoment kann einer Rückdrehung mit deutlich größerer Kraft widerstehen und größeren Lasten standhalten. Dieses Moment ist jedoch weiterhin begrenzt. Sobald die Last die Kapazität des Motors überschreitet, wird das Getriebe dennoch rückwärts angetrieben.
Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Rückdrehung entweder durch den inhärenten Selbsthemmungsmechanismus des Getriebes oder durch die Drehmomentcharakteristik des Motors verhindert werden kann. Die Fähigkeit des Motors, einer Rückdrehung zu widerstehen, ist jedoch begrenzt. Hinsichtlich des Widerstands gegen Rückdrehung gilt:
Selbsthemmung > Haltemoment > Rastmoment