Um Lichtjahre voraus

Der Autor: Volker Sprenger, Leiter Vertrieb Galaxie Antriebssysteme, Wittenstein, Igersheim

Maßgeblich für diesen Leistungs-, Qualitäts- und Effizienzsprung ist die sehr hohe Verdrehsteifigkeit des Galaxie-Antriebssystems, die um bis zu Faktor 5,8 größer ist als bei vergleichbaren Getrieben am Markt. Aus technologischer Sicht resultiert die Verbesserung auf den besonderen Eigenschaften der elementar neuen Getriebekinematik von Galaxie, die erstmals auf ein Zahnrad verzichtet. Statt dessen greifen dynamisierte Einzelzähne, die auf Nadeln gelagert um ein Antriebspolygon herum gruppiert sind, flächig in die Innenverzahnung des Hohlrades ein.

Dadurch erreicht dieses Antriebssystem Leistungsdaten, die auch in ihrer Kombination weltweit wohl einzigartig sind. Denn das Besondere ist, dass die Verbesserung einer Eigenschaft, z. B. der Verdrehsteifigkeit, nicht zulasten anderer Leistungsparameter des Galaxie-Antriebssystems geht. Im Gegenteil: Vergleichbare Getriebebaureihen werden in allen wichtigen technischen Eigenschaften gleichzeitig übertroffen – teilweise um Faktoren. Die Maschinenkonstrukteure von Profiroll gehörten zu den ersten, die sich davon im Dauereinsatz in ihren Rollex-Maschinen überzeugen konnten.

Profiroll im nordsächsischen Bad Düben gehört zu den ersten Adressen, wenn es darum geht, rotationssymmetrische Werkstücke mithilfe moderner Kaltmassivumformungstechnologien zu bearbeiten. Hierfür hat das Unternehmen mit dem Profil- bzw. Verzahnungswalzen ein wirtschaftliches Produktionsverfahren entwickelt, das auf Wunsch als Maschine zusammen mit Walzwerkzeugen und Zuführsystemen als Komplettlösung ausgeliefert wird. „Bei der Baureihe Rollex handelt es sich um Maschinen für das Walzen von Kerb- oder Steckverzahnungen auf symmetrischen Wellen beispielsweise für Automobilkupplungen“, erläutert Dr. Stephan Kohlsmann, Geschäftsführer der Profiroll Technologies GmbH.

Allerdings kam es bei bestimmten Verzahnungsteilen in Abhängigkeit von der Walzgeschwindigkeit zu starken Vibrationen im gesamten Antriebsstrang. „Bislang bedeutete dies, dass bei solchen Bauteilen die Walzgeschwindigkeit deutlich reduziert werden musste, um deren Qualität und Maßhaltigkeit zu gewährleisten“, blickt Kohlsmann zurück. Als ursächliches Problem identifizierten seine Ingenieure das bisher in den Maschinen eingesetzte Zykloidgetriebe, das bei hohen Trägheitsmomenten insbesondere hinsichtlich der Verdrehsteifigkeit die Anforderungen der Verzahnungswalzmaschinen nicht erfüllen konnte und die starken Schwingungen und Vibrationen im Antriebsstrang verursachte.

„Für die Produktivität ist dies natürlich gar nicht gut“, bestätigt Kohlsmann, „aber mit dem Umstieg auf eine der anderen bislang üblichen Getriebebaufunktionen war es auch nicht getan.“ Dies änderte sich mit dem Galaxie-Antriebssystem schlagartig.

Beim Galaxie-Antriebssystem handelt es sich um eine hochkompakte Hohlwellen-Antriebseinheit – bestehend aus einem neu entwickelten Hochleistungsmotor und einer elementar neuen und patentierten Getriebe-kinematik, bei der den Entwicklern ein echter Paradigmenwechsel gelungen ist. Erstmals verzichtet ein Getriebe auf ein Zahnrad – statt dessen erfolgt die Drehmomentwandlung über dynamisierte Einzelzähne, die um ein unrundes 3er-Antriebspolygon mit Nadellagerung herum gruppiert sind und entlang der Innenverzahnung des Hohlrades geführt werden.

Dieses Prinzip führt dazu, dass jetzt fast alle Zähne gleichzeitig am Zahneingriff beteiligt sind – im Gegensatz zu einigen wenigen bei anderen Getriebeausführungen wie Stirnrad, Planetenrad, Hypoidgetriebe, Harmonic-Drive-Prinzip, Exzentergetriebe mit Evolvente – und eben Zykloidgetriebe.

Hinzu kommt, dass die Verzahnungsgeometrie erstmals als logarithmische Spirale ausgeführt ist, wodurch der Zahneingriff nicht mehr wie bei Getrieben mit Zahnrädern als Linien-, sondern als Flächenkontakt erfolgt. FEM-Vergleichsberechnungen mit einem schrägverzahnten Planetengetriebe zeigen beispielsweise, dass bei gleichem Hohlwellendurchmesser die Galaxie-Getriebekinematik 6,5-mal mehr tragende Zahnfläche aufweist. Hieraus resultieren zu einem erheblichen Maße u. a. die bis zu 170%ige Leistungssteigerung bei der Drehmomentwandlung und die bis zu 3-fach höhere Überlastsicherheit.

Zudem baut sich beim flächigen Multizahneingriff der Galaxie-Kinematik ein hydrodynamischer Schmierfilm auf – und dies auch bei höchster Momentenbelastung schon ab geringen Drehzahlen. Dies minimiert mechanischen Verschleiß und Abrieb und hält ein einmal eingestelltes Verdrehspiel über die Lebensdauer absolut konstant. Und leise ist Galaxie auch – und bleibt es selbst bei maximaler Belastung.

Fast Faktor 6 – um so viel höher ist die Verdrehsteifigkeit dieses Antriebssystems im Vergleich mit anderen Getriebegattungen. Erreicht wird dies durch das besondere Konstruktionsprinzip der Getriebekinematik. Zwischen dem Zahnträger und der Innenverzahnung des Hohlrades ist nur noch ein minimaler Spalt vorhanden. Durch diesen extrem kurzen Abstand gibt es kaum noch eine Biegelänge.

Zudem optimieren die Zähne – durch ihre zylindrische Führung im Zahnträger – von selbst ihre Ausrichtung und das Eingreifen in die Innenverzahnung. Dadurch wird prinzipbedingt eine optimale Breitenlastverteilung erreicht. Das Ergebnis: ein Verdrehspiel von nur einer bis zwei Winkelminuten – und damit eine Verdrehsteifigkeit, die um bis zu 580 % größer ist als die der besten vergleichbaren Getriebe am Markt. Selbst bei Wechselbelastung im Nulldurchgang bleibt eine hohe Steifigkeit erhalten – ohne dass sich dabei die maximal übertragbaren Drehmomente reduzieren.

Volle Geschwindigkeit ohne Vibrationen – das klang am Anfang zu schön, um wahr zu sein. Im Rahmen eines gemeinsamen Pilotprojektes arbeiteten sich die Ingenieure von Wittenstein zunächst tief in das Verzahnungswalzen ein. Dadurch war es möglich, den Prozess im Zusammenspiel mit dem Galaxie-Antriebssystem zu verstehen und ihn so zu modellieren, dass die technischen Vorteile qualifizierbar und quantifizierbar wurden.

Nach der Integration des neuen Antriebssystems wurde die Bearbeitungsgeschwindigkeit in Tests mit ausgewählten kritischen Teilen nach und nach gesteigert und lag am Ende bei mehr als 120 % vom bisherigen Ausgangswert. Musterrechnungen ergaben, dass selbst bei einer vorsichtigen, lediglich 1,5-fachen Steigerung der Prozessgeschwindigkeit eine Verringerung der produktiven Hauptbearbeitungszeit pro Teil um 40 % erreicht wird. I

Wittenstein AG

Volker Sprenger, Leiter Vertrieb Galaxie Antriebssysteme

Tel.: 07931 493-10771

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