Die neue ­Getriebegattung mit dynamisierten Einzelzähnen: Der Antrieb erfolgt über das Polygon mit segmentiertem wälzgelagertem Außenring; der Abtrieb erfolgt über den Zahnträger.

© Wittenstein

Wie ging es weiter?

Das nächste Grundprinzip 'Dynamisierung' fordert, die Einzelzähne in Bewegung zu bringen. Das wurde schließlich mit einem Antriebspolygon gelöst. Dies in der Konzeptphase zu realisieren, war mathematisch sehr aufwendig. Für die Polygonlagerung benötigten wir eine 'zwei- oder dreieckige' Lagerung. Also galt es, ein Wälzlager mit polygonförmigem Innenring und einen segmentierten La­geraußenring zu entwickeln. Die Erkenntnis dabei: Der perfekte Gleichlauf wird erfüllt, wenn das Antriebspolygon so ausgeführt wird, dass Einzelzähne und Hohlrad entsprechend ihrer Verzahnung gemäß der 'logarithmischen Spirale', nach der auch manche Pflanzenarten, Schneckenhäuser und sogar Galaxien 'designed' sind, aneinander gleiten. Kurzum: Mit der Logarithmischen Spirale haben wir eine fundamental neue Funktion für Getriebeverzahnungen entdeckt, die sich bis dato noch in keinem Lehrbuch findet. Bis dahin stand die Erfindung dann schon zum Großteil.

Was fehlte noch?

TRIZ wies uns auf die ­besondere Bedeutung der 'örtlichen Qualität' hin. Das heißt: Klassische Verzahnungen haben einen Wälzpunkt mit Schlupfbereichen. Die Linien­berührung bildet bei Belastung nur kleine Druck-Ellipsen. Wir entwickelten deshalb einen echten Flächen­kontakt in der Verzahnung. Durch die Seg­mentierung des Zahnrades in Einzelzähne können außerdem fast alle  Zähne gleichzeitig im Eingriff sein. Im Vergleich zu den besten schräg­verzahnten Planetengetrieben erreicht das Galaxie-System sechs­einhalb Mal mehr Drehmoment-übertragende Fläche.

Im Vergleich zu anderen Getrieben lässt sich mit dem Galaxie-System bei gleichem Bauraum ein Vielfaches an Torsionssteifigkeit und Überlastfähigkeit realisieren. Alle Kontakte wurden auf niedrige Flächenpressung hin entwickelt. Sowohl in den Führungsbohrungen der Einzelzähne als auch in der Verzahnung bildet sich ein hydrodynamischer Schmierspalt. Dadurch erreicht das hochübersetzende Getriebe heute Wirkungsgrade von bis zu 91 %.
Ein weiterer Vorteil der Lösung: Das Getriebe kann durch eine Bauteilsortierung spielfrei eingestellt werden – ohne dass dabei die übertragbaren Drehmomente reduziert werden müssen. Da es nicht messbar verschleißt, bleibt es dauerhaft spielfrei. Eine Besonderheit gibt es noch: Die extrem hohe Steifigkeit des spielfreien Getriebes bleibt auch im Nulldurchgang bei wechselnder Last erhalten.

Die Natur zum Vorbild: Logarithmische Spirale als neue Verzahnungsart im Getriebebau.

© Wittenstein

Welchen Nutzen kann der Maschinenbau letztlich aus dem Galaxie-Antriebssystem ziehen?

In den letzten zwei Jahren, in denen unsere Lead-Kunden das Galaxie-System testen konnten, hat sich herausgestellt, dass man mit bis zu 580 % mehr Steifigkeit und deutlich höherer Präzision bisherige Grenzen deutlich überschreiten und somit die Produktivität extrem steigern kann.

Einige Beispiele: In Werkzeugmaschinen erhöht das Galaxie-System durch die dauerhafte Spielfreiheit, die extreme Steifigkeit und seine Präzision die Werkzeugstandzeiten deutlich. Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe lassen sich erhöhen. Bewegte Fräsköpfe für die Bearbeitung sind nur noch halb so groß und ermöglichen es, noch kompaktere und leistungsdichtere Maschinen zu konstruieren.

Vor allem A-, B- und C-Achsen im Präzisionsmaschinenbau, Achsen für das Waferhandling und überall, wo präzise Drehbewegungen und höchste Kräfte bei eingeschränktem Bauraum erforderlich sind, eröffnen sich ideale Anwendungsmöglichkeiten für das Galaxie-Antriebssystem. Auch der Ersatz von teuren Direktantrieben und Verspannantrieben ist aufgrund der dauerhaften Spielfreiheit nun eine sehr interessante Option.

Wie sieht es mit den Kosten der neuen Lösung aus?

Da die Produktionskosten hierfür noch höher sind als für bisher übliche Lösungen, liegt der Preis auch entsprechend darüber. Von daher ist es kein 'kannibalisierendes' System. Wenn sich damit aber aufgrund der extremen Steifigkeit sowie der höherer Präzision bisherige Grenzen deutlich überschreiten lassen und somit eine extrem gesteigerte ­Produktivität winkt, ist der Preis für das Galaxie-Antriebssystem definitiv zweitrangig.

Leistungs­merkmale des Antriebsssystems 'Galaxie'

Bezogen auf den Marktstandard einer vergleichbaren Baugröße verspricht Wittenstein beim neuen Galaxie-Antriebssystem folgende Verbesserungen:

• Max. Drehmoment: +70 bis +170 %
• Not-Aus-Moment: +150 bis +300 %
• Verdrehsteifigkeit: +340 bis +580 %
• Hohlwelle/Außendurchmesser: +3 bis +70 %
• Wirkungsgrad: +18 bis +29 %