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antriebstechnik 8/2017

Antriebstechnik 8/2017

Für mehr Leistung Neues

Für mehr Leistung Neues Antriebssystem sorgt für schnellere und präzisere Positionierung der Werkstücke Seit dem Gewinn des „Hermes Award“ sowie der Verleihung des „Innovationspreis der deutschen Wirtschaft“ befindet sich das Antriebssystem Galaxie von Wittenstein auf einem stetigen Siegeszug durch den Hochleistungsmaschinenbau. Ob Drehmoment, Präzision oder Kompaktheit – die Leistungen des Produktes ermöglichen eine bessere Performance von Maschinen und damit eine bessere Qualität von Prozessen und Produkten. Lesen Sie mehr. Mit seinem besonderen Aufbau – dynamisierte Zähne, die um ein Polygon herum gruppiert sind, ersetzen das bislang übliche Zahnrad – stehen die Antriebssysteme vom Typ Galaxie für eine neue Getriebegattung. Bis zu 170 % mehr maximales Drehmoment, eine bis zu dreifach höhere Überlastsicherheit und je nach Vergleichsgetriebe drei bis fast sechs Mal mehr Verdrehsteifigkeit sind nur einige der Leistungsmerkmale, mit denen die Antriebssysteme Entwicklern und Konstrukteuren im Hochleistungsmaschinenbau neue Perspektiven eröffnen. Dies gilt vor allem für Applikationen, in denen es auf ein hohes Maß an Präzision ankommt. Dimensionen der Präzision profitieren Das besondere Getriebeprinzip 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 ein Zahneingriff, der mit einer größeren, tragenden Zahnfläche als bei üblichen Ge- Bastian Minke, Vertrieb Galaxie, und Volker Sprenger, Vertriebsleiter Galaxie; beide bei der Wittenstein SE in Igersheim-Harthausen triebekinematiken erfolgt. Die Minimierung von Biegelängen sowie die optimierte Breitenlastverteilung im Zahneingriff und ein massiv ausgeführter, segmentierter Lageraußenring führen unter dem Strich zu einer Verdrehsteifigkeit die größer ist als bei alternativen Produkten. Durch die einzigartige Kinematik profitieren alle drei Dimensionen der Präzision: Die Spielfreiheit als statische Präzision, der Gleichlauf als dynamische Präzision und die Steifigkeit, d. h. die dynamische Präzision unter Last. Die hohe Steifigkeit, die auch bei Wechselbelastung im Nulldurchgang gegeben ist, führt – im Vergleich zu üblichen Getriebekonzepten – beim Einsatz in den Hauptachsen von Werkzeugmaschinen zu einer verbesserten Performance. So kann z. B. die Positionierung des Tool Center Point (TCP) genauer erfolgen – und auch starke Prozesskräfte, die auf das Werkstück und die Werkzeugspindel wirken, werden in hohem Maße kompensiert. Was dauerhafte Spielfreiheit bei gleichzeitig höchster Steifigkeit und dynamischer Präzision angeht, werden die Antriebssysteme vom Typ Galaxie von keinem anderen mechanischen Umsetzungselement übertroffen. Die einzige Ausnahme können elektrisch oder mechanisch miteinander verspannte Systeme darstellen: Je nach Aufgabenstellung und Getriebetyp werden z. B. Getriebegehäuse direkt miteinander verschraubt, Abtriebswellen über verzahnte Kupplungselemente starr gekoppelt oder die Antriebswellen gegeneinander verdreht und geklemmt. Die Nachteile solcher Lösungen liegen nicht nur im großen Platzbedarf sowie in der aufwändigen Montage und Justierung, sondern auch in der Tatsache, dass die Antriebssysteme selbst im Vergleich mit verspannten Systemen eine verbesserte Präzision durch den sensiblen Nulldurchgang gewährleisten. Diese Erfahrung machte z. B. ein Unternehmen, in dem optische Glaswerkstücke 01 Dynamisierte Zähne, die um ein Polygon herum gruppiert sind, kennzeichnen die Getriebe-Kinematik 38 antriebstechnik 8/2017

GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN 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 verbessert. Schneckenantrieb ersetzt Neben den Vorteilen gegenüber verspannten Systemen beweisen die Galaxie Antriebssysteme von Anfang an im direkten Vergleich mit anderen mechanischen Untersetzungsgetrieben ihren großen technischen Vorsprung. Ein Beispiel hierfür ist die Substitution von Schneckengetrieben in den Bearbeitungszentren eines süddeutschen Maschinenherstellers. Diese Getriebe – obwohl hochgenau ausgelegt – verlieren über ihre Lebensdauer an Präzision, da bei der vorgespannten Schnecke örtlicher Verschleiß auftritt. Neben der abnehmenden Bearbeitungsgenauigkeit war die Baugröße der gesamten Motor-Getriebe- Einheit so groß, dass zwischen den sich gegenüberliegenden Werkzeugschwenkachsen keine kurzen Bauteile übergeben werden konnten. Das Galaxie-Antriebssystem schlägt hier gleich mehrere Fliegen mit einer Klappe. So verschlankt die kompakte Bauform 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 5-Achs-Bearbeitung. Dies bringt dem Anwender mehr Produktivität – zumal jetzt auch Werkstücke mit komplexen Geometrien wirtschaftlich gefertigt werden können. Was die Maschinenplattform ebenfalls noch attraktiver macht, ist die dauerhafte Spielfreiheit der Antriebssysteme – wodurch sonst erforderliche Wartungsarbeiten am Antrieb vollständig eliminiert werden. Regelbarkeit und Qualität 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- 02 Im Antriebssystem verschmelzen eine neuartige Getriebegattung mit dynamisierten Einzelzähnen und ein neu entwickelter Hochleistungsmotor zu einer kompakten Hohlwellen-Antriebseinheit und Schwingungsverhalten erzeugte. Galaxie hat nicht nur die Steifigkeit der Achse um den Faktor 3 erhöht sowie die Drehmomentkapazität und Überlastsicherheit verbessert, sondern ermöglicht auch eine bessere Regelbarkeit. Das Ergebnis: Rattermarken in der gefrästen Oberfläche, die bislang aufgrund der einwirkenden Prozesskräfte entstanden sind, gehören mit Galaxie der Vergangenheit an. Der technische Vorsprung ist so groß, dass das Antriebssystem immer öfter auch als Alternative zu Direktantrieben gesehen wird, die in Achsen mit hohen Anforderungen an die dynamische Präzision eingesetzt werden. Gerade in dynamischen Anwendungen mit hohen Trägheitsmomenten spielt das Antriebssystem vom Typ Galaxie seine Stärken aus. Hier macht der Lambda- Faktor (λ) – das Verhältnis zwischen der angetriebenen, externen Massenträgheit der Applikation und der Massenträgheit des Antriebs – bei Dynamik und erreichbarer Regelgüte den entscheidenden Unterschied. Der Grund: Dynamische Vorgänge lassen sich umso weniger exakt regeln, je unterschiedlicher die Massenträgheitsmomente sind und je größer dadurch λ ist. Mathematisch ergibt sich der Lambda- Faktor (λ) als Quotient aus Massenträgheit der angetriebenen Baugruppen (JApplikation) und der Massenträgheit der aktiven Antriebseinheit: Während bei Direktantrieben beide Massenträgheiten in einem direkten Verhältnis zueinander stehen, geht bei diesem Antriebssystem die mechanische Getriebeuntersetzung (i) quadratisch als Divisor in die Verhältnisrechnung ein. Dadurch wird es mit Galaxie bei der Auslegung hochdynamischer Antriebe möglich, mit kleineren Antrieben ein um Faktoren besseres Massenträgheitsverhältnis zu erreichen, wodurch sich selbst bei sprunghaften Störgrößen und wechselnden Lasten eine weitaus bessere Regelgüte ergibt. Allein aus Sicht der Steuerung bedeutet dies einen Vorteil gegenüber Direktantrieben. Das Antriebssystem vom Typ Galaxie zeichnet sich durch hohe Präzision, Kompaktheit und Drehmomentdichte sowie die einfache Integration in Maschinen und Anlagen aus. Die erste neue Baureihe ist z. B. die ideale Lösung für beengte axiale Einbauverhältnisse sowie für Anwendungen, in denen ein Fräskopf flexibel und wendig bewegt werden muss oder sich die Achsen im Arbeitsraum einer Maschine bewegen. www.wittenstein.de antriebstechnik 8/2017 39

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