Ein Getriebe zeigt die Zähne

Spezial MDA

Zahnstangentriebe – Auch bekannte Prinzipien lassen sich immer wieder verbessern. Das demonstriert Stöber mit seinen Zahnstangentrieben. Dank einer neuen Wirkweise und hochwertiger Komponenten arbeiten sie präzise und leistungsstark. von Michael Kleine

27. März 2013

Eine besondere Spezies in der Antriebstechnik sind Zahnstangentriebe. Durch das Zusammenspiel von Getriebe und Zahnstange steigen die Anforderungen an das Engineering in erheblichem Umfang. Hohe Präzision und lineare Steifigkeit sind Grundvoraussetzung, damit die einzelnen Elemente genau das in der Anwendung wiedergeben können.

Aber auch bei den Zahnstangentrieben gibt es den feinen Unterschied. Dies zeigt sich zum Beispiel an der neuen Serie Highforce ZTRS-PH(A) von Stöber. Hierbei verfolgt der Antriebsspezialist aus Pforzheim zusammen mit seinem Zahnstangenpartner Atlanta einen neuen Ansatz: Eigentlich bestehen Zahnstangentriebe heute aus einem Planetengetriebe mit aufgesetztem Zahnrad sowie der passenden Zahnstange.

Daraus resultiert eine immense Querkraftbelastung auf das Getriebe und das Getriebedrehmoment lässt sich nur zu 40 bis 60 Prozent nutzen. Im neuen Konzept des ZTRS-PH(A) hingegen entlastet eine Stützlagerglocke als hochsteife Trageinheit für das Zahnstangenritzel die Lager des angeflanschten Planetengetriebes.

Die Innenkontur der gegossenen Stützlagerglocke ist mit Versteifungsrippen ausgeführt, Ritzel und Glocke sind mit dem Gehäuse- und Wellenflansch der Getriebe verschraubt. Gleichzeitig dient die Glocke als Schutzgehäuse und zur Aufnahme der optionalen Schmiereinrichtung für die verwendeten TR-Ritzel (Torque Reducer), bestehend aus einem mitlaufenden Schmierritzel aus Filz. Alternativ kann der Anwender aber weiterhin auch von Hand schmieren.

Durch das reduzierte Kippmoment dieser Konstruktion ist es nun gegeben, sich bei der Antriebsauslegung am tatsächlich benötigten Drehmoment und an der Vorschubkraft zu orientieren. Dadurch ist es in den meisten Fällen möglich, ein kleineres Getriebe einzusetzen.

Kleiner dimensionieren

Durch das vergleichsweise kleine Ritzel verringert sich die Getriebeübersetzung und ein einstufiges Planetengetriebe reicht aus anstelle eines zweistufigen. Die beteiligten Partner sprechen beim Ergebnis darum von einer superkompakten und zugleich hocheffizienten Komponente mit einer enormen Leistungsdichte. »Damit erschließen wir ganz neue Anwendungsfelder und Konstrukteure werden zu neu definierten Zahnstangentrieben animiert«, heißt es aus dem Hause Stöber.

Viele Getriebe zur Auswahl

Beim Planetengetriebe kann der Anwender zwischen den schräg verzahnten Ausführungen PH und PHA wählen. Sie basieren auf den Servofit-Präzisions-Planetengetrieben, die für sehr hohe Anforderungen an das Drehmoment sowie an Verdreh- und Kippsteifigkeit konstruiert sind. Die Übersetzungen reichen von i = 4 bis i = 121 bei bis zu drei Getriebestufen, die Vorschubkraft geht bis 124 Kilonewton.

Bei beiden Ausführungen muss das Ritzel nicht mehr direkt auf dem Lochkreis der Getriebewelle angeflanscht werden, so verbessert sich die lineare Steifigkeit um bis zu 100 Prozent. Dies ist auch der neuen Befestigungstechnik geschuldet, durch die Zahnstangenritzel mit möglichst geringer Zähnezahl zum Einsatz können.

Darüber hinaus hat Stöber das lineare Spiel der eingesetzten Planetengetriebe um 40 Prozent reduziert, der Ritzelrundlauf ist auf unter 0,01 Millimeter eingestellt. Es gibt eine Vielzahl von Getriebeübersetzungen, auch die Anzahl der Ritzelzähne kann stark variieren.

Der HighForce Zahnstangentrieb ZTRS-PH(A) ist in den Baugrößen 7, 8 und 9, in den Modulen 2 bis 6 und in der Verzahnungsqualität 5 verfügbar.

Das System macht‘s aus

Getreu dem Trend, alles aus einer Hand zu liefern, stellt Stöber komplette Systemachsen mit Zahnstangentrieben zusammen: Um den Highforce ZTRS-PH als zentralem Element gruppiert der Anbieter optimal abgestimmte Komponenten wie einen direkt angeflanschten Servomotor EZ oder ED/EK sowie den Servoumrichter Posidyn SDS 5000. Alles bei Stöber ist modular aufgebaut – ob koaxial oder als Winkelantrieb, als Getriebe oder Getriebemotor, mit Standard- oder reduziertem Verdrehspiel. Für die universelle Anpassung an die jeweilige Anwendung vom Engineering bis zur Inbetriebnahme steht die Software Positool bereit, der sachgerechte Anschluss erfolgt durch das Stöber-eigene, speziell konfektionierte Sortiment an Leistungs- und Encoderkabeln.

Durch die enge Zusammenarbeit mit Atlanta steht zudem immer die passende Präzisionszahnstange zur Verfügung. Dieser Synergieeffekt aus Qualität, Präzision und Zusammenspiel aller Komponenten soll dem Anwender optimale Funktionalität bieten. Dadurch eignen sich die Zahnstangentriebe von Stöber auch für sehr anspruchsvolle Anforderungen.

Ein dankbares Einsatzgebiet der Highforce Zahnstangentriebe sind Werkzeugmaschinen. Hier müssten die Betreiber laut Stöber keine Kompromisse mehr eingehen, sie seien somit viel freier in der Dimensionierung ihrer Anlagen.

Deutlich wird das beim Comeback der traditionsreichen Maschinenmarke Aschersleben in Form der Portalfräsmaschine Ascamill und der Mehrachsen-Vertikaldrehmaschine Ascaturn. Treiber hierbei ist die Schiess GmbH – die direkt in Aschersleben ansässig ist.

Die Ascamill soll eine zukunftsweisende Maschinengeneration repräsentieren, die auf einer speziellen, bionisch definierten Wabenstruktur mit hoher Formstabilität und Standsicherheit basiert und das bei gleichzeitiger Gewichtsoptimierung.

Paarweiser Einsatz

Damit die Produktqualität möglichst hoch ist und die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine optimal, hat sich Schiess bei den Vorschubantrieben des Maschinentisches und den Supportschlitten für ein Ritzel-Zahnstangen-System der Marke Highforce von Stöber entschieden. Für eine hohe Steifigkeit und Positioniergenauigkeit werden die Zahnstangentriebe paarweise eingesetzt und elektrisch verspannt. Beim Vorschub kommt das Modell ZTRS-PHK zum Einsatz und bei der Y-Achse die Ausführung ZTR-PH, jeweils in Kombination mit den High-Precision-Zahnstangen von Atlanta. Für den Spindelhub zur Vertikaleinstellung des Querbalkens sowie den Hauptspindelvorschub sorgen beidseitig Servofit Planetengetriebe der Serie PH.

Auf einen Blick

Stöber Zahnstangentriebe

- Zahlreiche Modelle mit erheblich gesteigerter Leistungsdichte.

- Neuartiger Aufbau mit gegossener Stützlagerglocke inklusive Rippen.

- Ritzelrundlauf optional auf unter 0,01 Millimeter eingestellt, lineare Steifigkeit verdoppelt.

- Lineares Spiel halbiert.

- Optimierte Anpassung der Massenträgheit möglich.

- Auswahl aus vielen Getriebeübersetzungen und Zähnezahlen.

- Weltweit über 80 Partner im Stöber Service Network, 24-Stunden-Telefonbereitschaft.

Erschienen in Ausgabe: 02/2013