Performance in der Praxis

Antriebstechnik

Getriebe – Selten gibt es in der Antriebstechnik völlig neue Entwicklungen. Die Galaxie-Getriebe von Wittenstein sind eine solche und mittlerweile in vielen Anwendungen Grund für spürbar bessere Präzision und Performance.

22. August 2017

Im Jahr 2015 präsentierte Wittenstein die neue Getriebegattung Galaxie. Seitdem folgte ein Siegeszug mit Hermes Award und viel Anerkennung im Maschinenbau. Denn ob Drehmoment, Präzision oder Kompaktheit: Das System Galaxie soll eine bessere Performance von Maschinen und damit eine bessere Qualität von Prozessen und Produkten ermöglichen.

Das besondere Prinzip von Galaxie basiert auf segmentierten Einzelzähnen, die auf einem Antriebspolygon mit Nadellagerung angeordnet sind und entlang der Innenverzahnung des Hohlrades geführt werden. Aus dieser Anordnung und der speziellen Zahnflankengeometrie resultiert eine bis zu 6,5 Mal größere tragende Zahnfläche als bei üblichen Getrieben.

So ergeben sich Leistungsmerkmale wie minimierte Biegelängen sowie eine optimierte Breitenlastverteilung, ein bis zu 170 Prozent höheres maximales Drehmoment, eine bis zu dreifach höhere Überlastsicherheit und drei- bis sechsmal mehr Verdrehsteifigkeit. So kann die Galaxie Entwicklern und Konstrukteuren im Hochleistungsmaschinenbau neue Perspektiven eröffnen, vor allem, wenn viel Präzision gefragt ist – egal ob bei Spielfreiheit, Gleichlauf oder Steifigkeit. Dank letzterer kann die Positionierung des Tool Center Point (TCP) wesentlich genauer erfolgen und starke Prozesskräfte werden deutlich kompensiert. Das führt zu stark verbesserter Performance.

Was dauerhafte Spielfreiheit bei gleichzeitig höchster Steifigkeit und dynamischer Präzision angeht, werden die Galaxie-Antriebssysteme von keinem anderen mechanischen Umsetzungselement übertroffen. Die einzige Ausnahme sind miteinander verspannte Systeme, deren Elemente starr gekoppelt oder verdreht und geklemmt sind. Der Platzbedarf ist herbei aber sehr groß, die Montage aufwendig. Durch den sensiblen Nulldurchgang kann das Wittenstein-System selbst dann höhere Präzision gewährleisten.

Diese Erfahrung machte beispielsweise ein Unternehmen, in dem optische Glaswerkstücke mit höchster Präzision geschliffen werden müssen. In diesem Bearbeitungsprozess kommt es entscheidend auf eine konstante Relativgeschwindigkeit sowie auf die Anpresskraft des Schleifwerkzeugs auf die Werkstücke an. Ein Galaxie Antriebssystem ersetzt in dieser Applikation zwei gegeneinander verspannte Getriebe, wodurch sich die Genauigkeit der Schleifprozesse nach Aussage des Anwenders um Faktoren verbessert hat.

Zu ähnlichen Resultaten führte der Einsatz von Galaxie an Stelle zweier verspannter Zykloidgetriebe in der Schwenkachse einer Werkzeugspindel. Bei dem verspannten Aufbau verdoppeln sich zwar die Reibmomente, die Verdrehsteifigkeit und die maximalen Leistungswerte jedoch verdoppeln sich erst ab dem Torsionswinkel, ab dem bei beiden Getrieben die zykloiden Scheiben an der gleichen Flankenseite anliegen. Mit dem Umstieg auf Galaxie wurde dieser Nachteil eliminiert: Das innovative Antriebssystem hat die Präzision der Schwenkachse vor allem bei Belastung im Nulldurchgang deutlich verbessert.

Die Galaxie eignet sich auch zur Substitution von Schneckengetrieben, so geschehen in den Bearbeitungszentren eines süddeutschen Maschinenherstellers. Diese Getriebe verlieren über ihre Lebensdauer an Präzision, da bei der vorgespannten Schnecke örtlicher Verschleiß auftritt. Neben der abnehmenden Bearbeitungsgenauigkeit war die Motor-Getriebe-Einheit so groß, dass zwischen den sich gegenüberliegenden Werkzeugschwenkachsen keine kurzen Bauteile übergeben werden konnten.

Die kompakte Bauform des neuen Getriebes verschlankt die Einhausung und sorgt für eine bessere ergonomische Zugänglichkeit. Die höhere dynamische Präzision und der verbesserte Gleichlauf der Werkstückachse ermöglichen eine effiziente, simultane und hochpräzise Fünfachs-Bearbeitung. Dies bringt dem Anwender mehr Produktivität. Was die gesamte Maschinenplattform ebenfalls noch attraktiver macht, ist die dauerhafte Spielfreiheit, was Wartungsarbeiten eliminiert.

Werte signifikant verbessert

In der C-Achse des Gabelfräskopfes einer Portalfräsmaschine ersetzt ein Galaxie-Antriebssystem ohne große konstruktive Modifikationen eine Einheit aus Motor mit Spannungswellgetriebe, deren geringe Steifigkeit ein unregelmäßiges Dämpfungs- und Schwingungsverhalten erzeugte. So erhöhte sich nicht nur die Steifigkeit der Achse um den Faktor 3 und Drehmomentkapazität und Überlastsicherheit wurden verbessert, es ergab sich auch eine bessere Regelbarkeit. Das sichtbare Ergebnis: Rattermarken in der gefrästen Oberfläche, die bislang aufgrund der einwirkenden Prozesskräfte entstanden sind, sind verschwunden.

Galaxie wird immer öfter auch als Alternative zu Direktantrieben gesehen. Gerade in extrem dynamischen Anwendungen mit hohen Trägheitsmomenten spielt das Galaxie Antriebssystem seine Stärken aus. Hier macht der Lambda-Faktor – das Verhältnis zwischen der angetriebenen, externen Massenträgheit der Applikation und der Massenträgheit des Antriebs – bei Dynamik und erreichbarer Regelgüte den entscheidenden Unterschied. Beim Galaxie geht die mechanische Getriebeuntersetzung quadratisch als Divisor in die Verhältnisrechnung ein. Dadurch wird es bei der Auslegung hochdynamischer Antriebe möglich, mit wesentlich kleineren Antrieben ein besseres Massenträgheitsverhältnis zu erreichen.

Das Antriebssystem wächst mittlerweile zur kompletten Baureihe. Neu ist das Modell RGM mit hoher Präzision, Kompaktheit und Drehmomentdichte sowie einer einfachen Integration in Maschinen und Anlagen. Die RGM ist beispielsweise die ideale Lösung für beengte axiale Einbauverhältnisse sowie für Anwendungen, in denen ein Fräskopf extrem flexibel und wendig bewegt werden muss oder sich die Achsen im Arbeitsraum einer Maschine bewegen. In naher Zukunft sind weitere hochintegrierte Ausführungen der kompakten Antriebssysteme zu erwarten. mk

Auf einen Blick

• Hohe Lebensdauer, wartungsfrei, absolut spielfrei.

•  Höchste Verdrehsteifigkeit, flexible Einbaulage.

• Erhöhte Qualität beim Endprodukt.

• Geringere Konstruktionskosten.

• Hohe Leistungsdichte, kompakte Bauweise.

Erschienen in Ausgabe: 06/2017