Prinzip mit Vorteilen

Antriebstechnik

Getriebe – In Kombination mit intelligenten DC Servomotoren bildet ein spezielles einstufiges Hochleistungswinkelgetriebe von Dunkermotoren eine sehr leistungsfähige Grundlage für Anwendungen im Sinne von Industrie 4.0.

10. November 2015

Ein wichtiges Element vieler Industrieapplikationen sind Antriebssysteme mit sich kreuzenden Achsen mit Hilfe von Winkelgetrieben mit rechtwinkligem Getriebeabgang. Vorzugsweise eingesetzt werden dafür Schnecken- und Kegelradgetriebe. In Nischenanwendungen mit relativ geringen Anforderungen an Leistungsdichte oder Lebensdauer dienen dazu außerdem Konzepte mit Schraubenrad- oder Kronenradverzahnungen.

Weniger bekannt sind dagegen Lösungen auf Basis einer so genannten Spiroidverzahnung, bei der ein schrägverzahntes Ritzel mit einem spiralverzahntem Tellerrad kombiniert wird. Diese Systeme kombinieren eine kompakte Baugröße und ein hohes übertragbares Nenndrehmoment mit hoher Robustheit und Langlebigkeit.

Besonders gut gelingt diese Kombination mit einer Sonderform der Spiroidverzahnung, die der Antriebstechnikspezialist Dunkermotoren mit Sitz in Bonndorf im Schwarzwald entwickelt hat: Diese so genannten Spirotec-Getriebe der Baureihe STG ermöglichen es mit vergleichsweise geringem Achsabstand, auf kleinem Bauraum hohe Momente zuverlässig zu übertragen und bieten vor allem gegenüber einer klassischen Schneckenverzahnung eine Reihe von Vorteilen. Zum Beispiel erlaubt das absolut zylindrisch gestaltete Ritzel eine freie axiale Positionierung und vereinfacht so die Montage der Verzahnungsteile des robusten und dynamischen Winkelgetriebes. Noch mehr Freiheit bei der Produktgestaltung bietet der geringe Achsabstand dieser Bauart im Vergleich zu Schneckengetrieben, der eine sehr kompakte Bauweise ermöglicht.

Die theoretischen Grundlagen für diese Verzahnungsart wurden bereits in den 1960er und 70er Jahren in mehreren Dissertationen beschrieben, allerdings ist die STG-Verzahnung in keiner DIN- oder ISO-Norm erfasst. Grundlage der Getriebeentwicklung bei Dunkermotoren war somit die Auslegung der Verzahnung in enger Zusammenarbeit mit Verzahnungslieferanten. Zudem mussten geeignete Verzahnungsfräser für die Herstellung der Ritzel und Tellerräder ebenso erstellt werden wie die Mess- und Prüfvorschriften für die Verzahnungsteile.

Die Spirotec-Verzahnungsteile lassen sich auf herkömmlichen Maschinen herstellen und erfordern keine Sonderverzahnungsmaschinen, wie sie beispielsweise für eine Spiralkegelradverzahnung notwendig sind. Die Herstellung mit Hilfe von leicht modifizierten Standard-Abwälzfräsern anstelle teurer Messerköpfe ermöglicht so eine kostengünstige Fertigung der Verzahnungsteile gegenüber Kegelradverzahnungen.

Konstruktive Besonderheiten

Die Besonderheit der STG-Verzahnung sind die quer zur Abwälzrichtung verlaufenden Berührlinien, die beim Abwälzen eine annähernd gleiche Schmierfilmdicke zwischen Ritzel und Tellerrad erzeugen.

Dies ermöglicht es, Ritzel und Tellerrad aus gehärtetem Stahl ohne Gefahr des Festfressens miteinander zu paaren. Schneckenverzahnungen dagegen laufen nahezu immer in Mischreibung, mit der Folge von Verschleiß und Abrieb, der zusätzlich zur Verschlechterung der Schmierung führt und somit die Lebensdauer weiter reduziert. Bei der STG-Verzahnung ist das nicht der Fall, da das Tragbild nicht durch Abrieb der Verzahnungspartner, sondern durch die mathematisch exakte Verzahnungsauslegung erzeugt wird.

Da beide Verzahnungsteile aus gehärtetem Einsatzstahl gefertigt sind, läuft das Getriebe nahezu verschleißfrei. Dies verbessert nicht nur die Leistungsdichte und die Lebensdauer im Vergleich zu Schneckengetrieben, sondern gewährleistet zudem eine hohe Überlastsicherheit. Die mathematisch exakte Abrollbewegung der Verzahnungsteile mit optimierter Mikrogeometrie bewirkt zudem eine deutlich verbesserte Laufruhe im Vergleich zu traditionellen geradverzahnten Kronenrad- und Kegelradgetrieben.

Die Untersetzungen der STG-Getriebe reichen dabei in einer Stufe von i = 5:1 bis 75:1 und decken damit den Bereich vom Kegelradgetriebe über Hypoidgetriebe bis zum Schneckengetriebe ab. Dabei bietet ein STG-Getriebe insgesamt bei gleicher Untersetzung einen deutlich besseren Wirkungsgrad als ein Schneckengetriebe ähnlicher Baugröße. Der Getriebe-Wirkungsgrad steigt dabei verzahnungsbedingt mit zunehmender Drehzahl und mit sinkender Untersetzung und erreicht Gesamtwerte von mehr als 90 Prozent. Ab einer Untersetzung von i > 20:1 tritt beim STG-Getriebe eine statische Selbsthemmung auf.

Bereits verfügbar bei Dunkermotoren ist die Baugröße STG 65 mit den Untersetzungen 5:1, 10:1 und 25:1 in den Ausführungen Vollwelle mit Passfeder oder Hohlwelle mit Passfedernut. Das hochwertige, vollsynthetische Getriebeöl gewährleistet in allen Einbaulagen eine optimale Schmierung über die gesamte Lebensdauer von mindestens 10.000 Stunden bei max. Eingangsdrehzahl und bei Nenndrehmoment.

Die extrem lange Lebensdauer prädestiniert das STG65 für eine Kombination mit bürstenlosen DC-Servomotoren für Einsätze im Dauerbetrieb. Das Gehäuse in Monoblock-Bauweise gewährleistet dabei eine besonders hohe Präzision des Zahneingriffes und eine verbesserte Steifigkeit des Antriebssystems. Das Getriebegehäuse aus einer seewassergeeigneten Aluminium-Knetlegierung ist konstruktiv für die Schutzklasse IP54 ausgelegt und kann optional auf IP 65 erhöht werden.

Die eigengelagerte Eingangswelle ermöglicht den Anbau einer Vielzahl von Motoren zahlreicher Hersteller über eine Kupplung und einen Zwischenflansch ohne das Getriebe öffnen zu müssen. Die Anbindung des Aluminiumgehäuses ist dabei wahlweise von unten, von vorne sowie ausgangswellenseitig links oder rechts möglich. Durch die spielfreie Servokupplung können eventuelle Versatz- und Fluchtungsfehler ausgeglichen werden.

Besseres Laufverhalten

Der geräusch- und schwingungsdämpfende Kupplungszahnkranz aus Kunststoff verbessert zudem das Laufverhalten und die Geräuschentwicklung. Die Getriebeausgangswellen aus rostfreiem und säurebeständigem Stahl sind in den Versionen links, rechts, beidseitig oder mit Hohlwelle erhältlich.

Die Abdichtung der Getriebeausgangswellen mit Viton-Radialwellendichtringen mit zusätzlicher Staublippe wurde konstruktiv auf kleinstmöglichem Wellendurchmesser realisiert, wodurch die Reibung und Erwärmung minimal gehalten wird. bt

Auf einen Blick

Baureihe STG

- Als geschlossenes System konstruiert.

- Untersetzungen i = 5:1, i = 10:1 und i=25:1.

- Nach kurzem Einlaufvorgang dauerfest.

- Schock- und vibrationsfest nach DIN EN 61373.

- Maßgeschneiderte Komplettantriebe möglich.

- Konstruktiv für Schutzklasse IP54 ausgelegt.

Erschienen in Ausgabe: 08/2015