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antriebstechnik 4/2018

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Logarithmische Spirale

Logarithmische Spirale revolutioniert Getriebebau Galaxie: Erste Getriebegattung mit flächigem Zahneingriff und mathematisch exaktem Gleichlauf Allgemein verfügbares Wissen oder Erfahrungswerte sind bei neuen Technologien zu Beginn einer Markteinführung in der Regel Mangelware. Bei dem Antriebssystem vom Typ Galaxie war dies nicht ganz der Fall, denn Wittenstein hatte das System bereits seit 2011 zusammen mit Lead-Kunden in konkreten Maschinenanwendungen eingesetzt und ständig weiterentwickelt. In den drei Jahren seit der Markteinführung von Galaxie sind jedoch weitere wichtige Erkenntnisse hinzugekommen. Das Antriebssystem Galaxie ist bereits am Markt anerkannt. Zu den Produktmerkmalen zählen neben dynamisierten Einzelzähnen – statt starren Zahnrädern – ein vollflächiger, hydrodynamischer Kontakt beim Zahneingriff – statt weniger tragfähiger Wälzpunkt-Linienkontakte – sowie die neue Lagerart mit segmentiertem Außenring. So bietet Galaxie optimale Leistungen in den Bereichen Spielfreiheit, Gleichlauf, Steifigkeit, Drehmomentdichte und Überlastsicherheit. Bereits in den ersten Pilotprojekten beim Einsatz in diversen Fertigungsanlagen führte dies nach Angabe der Anwender zu Produktivitätssteigerungen von rd. 40 % und mehr. Aufbau und Funktionsweise Die patentierte Getriebe-Kinematik verzichtet, im Gegensatz zu anderen Gattungen, auf ein starres Zahnrad. Stattdessen Dipl.-Ing. (FH) Thomas Bayer ist Leiter des Innovation Lab der Wittenstein SE in Igersheim findet die Drehmomentwandlung über dynamisierte Einzelzähne statt, die um ein unrundes Antriebspolygon mit Nadellagerung herum gruppiert sind und radial gleitend entlang der Innenverzahnung des Hohlrades geführt werden. Dieses Prinzip führt dazu, dass fast alle Zähne gleichzeitig am Zahneingriff beteiligt sind, während bei anderen Getriebeausführungen nur wenige Zähne gleichzeitig eingreifen. Hinzu kommt, dass die Zahnflanken der Einzelzähne sowie des Hohlrades erstmals als Logarithmische Spirale ausgeführt sind, wodurch der Zahneingriff nicht mehr wie bei Getrieben mit Zahnrädern als Linienkontakt stattfindet, sondern als Flächenkontakt mit hohem Traganteil. Der Kontakt beim Zahneingriff baut einen hydrodynamischen Schmierfilm auf, der mechanischen Verschleiß und Abrieb minimiert. Dadurch bleibt ein einmal eingestelltes Verdrehspiel oder Nullspiel über die komplette Lebensdauer konstant. Logarithmische Spirale als mathematische Funktion im Getriebebau Die universitäre Forschung hat den wissenschaftlichen Nachweis erbracht, dass Galaxie aufgrund seiner besonderen Kinematik eine eigenständige Gattung koaxialer Hohlwellengetriebe darstellt. So fand im September 2017 die „International Conference on Gears“ des Lehrstuhls für Maschinen elemente der Technischen Universität München/Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebe FZG statt – die weltweit bedeutendste, wissenschaftliche Konferenz über Getriebeentwicklung mit über 700 Teilnehmern. Auf dieser Veranstaltung wurden zwei von Professoren begutachtete und freigegebene Vorträge über das Galaxie-System gehalten – in deren Rahmen mithilfe wissenschaftlicher Abstraktion nachgewiesen worden ist, dass es sich bei Galaxie um eine neue Getriebegattung handelt. Wegweisend für die Beweisführung war dabei, dass mit Galaxie die mathematische Funktion der Logarithmischen Spirale als Neuigkeit in den Getriebebau eingeführt wurde. Als Verzahnungsform von Polygon und Einzelzähnen führt sie zum flächigen Zahneingriff und zu einem mathematisch exakten Gleichlauf. Folgerichtig sind sowohl die theoretische Funktionsfähigkeit als auch die technischen Leistungsmerkmale und Vorteile von Galaxie innerhalb 32 antriebstechnik 4/2018

SPECIAL I HANNOVER MESSE 01 02 03 01 Dynamisierte Zähne, die um ein Polygon herum gruppiert sind, kennzeichnen die Getriebe-Kinematik 02 Die Natur zum Vorbild: Neben Evolvente und Zykloide ist die Logarithmische Spirale eine neue Funktion im Getriebebau 03 Das modulare Portfolio erschließt durch verschiedene Bauformen und Varianten neue Anwendungen mit besonderen Leistungsoder Einbauanforderungen der Wissenschaft inzwischen anerkannt – was sich in der Aufnahme der neuen Getriebegattung in Standardwerke z. B. des Werkzeugmaschinenbaus dokumentiert. Gleichzeitig handelt es sich bei der im Galaxie-Getriebe verwendeten Logarithmischen Spirale um ein Phänomen, das sich auch in der Mathematik der Natur als effizient für den Material- und Energieeinsatz herausgebildet hat. So findet sich die Logarithmische Spirale als Vorbild in Bezug auf Effektivität und Design an Schneckenhäusern, bei der Anordnung von Kernen in Sonnenblumen oder auch in Spiralgala xien – die der Getriebegattung den Namen gegeben haben. Galaxie im Einsatz So auch bei Profiroll Technologies aus Bad Düben. Die Profilierung rotationssymmetrischer Werkstücke ist eine der Kernkompetenzen des Unternehmens. Mit der Integration des Antriebssystems vom Typ Galaxie D von Wittenstein in die Rollex­ Verzahnungswalzmaschinen konnte das Unternehmen die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöhen, gleichzeitig die Prozessqualität bei kritischen Bauteilen verbessern und so die Produktivität steigern. Maßgeblich für diesen Leistungs-, Qualitäts- und Effizienzsprung ist die hohe Verdrehsteifigkeit und dämpfende Eigenschaft des Antriebssystems. Ferner ermöglicht die hohe Verdrehsteifigkeit bei voller Maschinengeschwindigkeit ein vibrationsfreies Walzen von Kerb- oder Steckverzahnungen auf symmetrischen Wellen. Die Serien- und Sondermaschinen der DMT Drehmaschinen GmbH werden dort bevorzugt, wo Einzelteile und Kleinserien – auch mit komplizierten Konturen – schnell und mit hoher Präzision gefertigt werden müssen. Das Unternehmen setzt daher an der C-Achse ihrer Drehmaschinen auf das Antriebssystem vom Typ Galaxie G mit seiner Drehsteife und auch über die komplette Betriebsdauer spielfreien Getriebe-Kinematik. Hieraus ergeben sich bei Fräsbearbeitungen kürzere Bearbeitungszeiten und höhere Zerspanungsleistungen bei einer verbesserten Bearbeitungsqualität. Der Wegfall von Umspannvorgängen auch bei größeren Werkstücken vermeidet Rüstzeiten und schafft die Voraussetzung für eine bessere Formtreue, die bei einem erneuten Aufspannen schwerer zu erreichen ist. Die längeren Werkzeugstandzeiten wirken sich zudem positiv auf die Verfügbarkeit der Drehmaschinen aus. Spielfreiheit auch bei einem Flankenwechsel durch Umkehr der Bewegungsrichtung sowie hohe Drehsteifigkeit sind für die Broetje-Automation GmbH wichtige Eigenschaften, mit denen das Antriebssystem Galaxie GH das Regelverhalten der MPAC-Nietmaschinen optimiert und so deren Produktivität um bis zu 20 % verbessert. Die Maschinen verlangen eine hohe Präzision in der Bewegungsführung und Positionierung, denn diese verbinden vollautomatisch mit zehntausenden von Nieten Flugzeug-Rumpfsegmente und Verstrebungen von Flugzeugteilen, z. B. für den Airbus A380 oder den Boeing 787 Dreamliner. Als Winkelgetriebe an der prozessführenden Achse der MPAC-Nietmaschinen mon­ tiert, ermöglicht Galaxie GH dem komplexen Endeffektor mit seinen je fünf Positionierachsen für Unterwerkzeug und Nietkopf beim Bohren, Dichtmittel applizieren, Nieten setzen und Stauchen eine elektronisch geregelte und sensorüberwachte Genauigkeit von ± 0,1 mm. Zudem hat sich die Produktivität verbessert, weil sich durch das Galaxie GH die Bewegungsgeschwindigkeit der Achse verdoppelt hat. Galaxie vor wachsender Marktdurchdringung Experten von Hochschulen wie der RWTH Aachen wie auch in der Industrie sehen die Galaxie-Technologie mittlerweile am Beginn einer exponentiellen Marktdurchdringung. „Der Galaxie-Zug fährt“, lautet der Tenor, „für Maschinenbauer ist es höchste Zeit aufzuspringen, will man den technologischen Anschluss nicht verpassen. Jedes Zögern vergrößert den Rückstand.“ Bei Wittenstein sieht man dies genauso – und hat daher eigens eine Fertigung mit leistungsfähigen Präzisionsmaschinen aufgebaut. Gleichzeitig hat die Erfahrung der zurückliegenden Phase der Marktreife die Grundlagen für den Aufbau eines modu laren Galaxie-Portfolios geschaffen, das durch verschiedene Bauformen und Varianten neue Anwendungen mit besonderen Leistungs- oder Einbauanforderungen erschließt – und so zur erwarteten, exponentiellen Marktdurchdringung beitragen wird. www.wittenstein.de antriebstechnik 4/2018 33

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