Die GAT Verspanneinheit VMC für 20.000 Nm und 6000 min-1, Bild: GAT

Die GAT Verspanneinheit VMC für 20.000 Nm und 6000 min-1, Bild: GAT

Derzeit werden in Märkten wie beispielsweise der Automotive- und Windenergie-Industrie große Anstrengungen zur Entwicklung innovativer Produkte im Bereich des Getriebes unternommen. Diese sollen durch Kostensenkung und Effizienzsteigerung einen Wettbewerbsvorteil generieren und dem Anpassungsdruck an neue Technologien der Existenzsicherung oder schlicht der Erfüllung heutiger oder zukünftiger gesetzlicher Forderungen dienen. In diesen Industrien werden Bauteile im Betrieb häufig mit wechselnden Drehmomenten und Drehzahlen bei hohen Leistungen beansprucht. Diese liegen typischerweise bei bis zu 12 MW. Sie sind auch in Prüfständen, sowohl während der Entwicklung zum Testen und Qualifizieren der Komponenten als auch bei der Serienprüfung der Endprodukte unumgänglich erforderlich. Die hierfür zum Einsatz kommenden Prüfverfahren lassen sich zum einen in Prüfkonzepte mit Leistungsvernichtung und zum anderen in Prüfkonzepte mit Leistungsrückführung klassifizieren. Beim ersten Konzept wird die Prüfleistung durch Bremsen in Wärme umgewandelt, während beim zweiten Konzept die Rückführung der Prüfenergie in den Prüfkreislauf angestrebt wird. Gegenwärtig werden zur Drehmomentaufbringung bei Systemen mit Leistungsrückführung in der Praxis Konzepte mit elektrischer, mechanischer und hydromechanischer Verspannung angewendet. Zur Verdeutlichung der konzeptionellen Unterschiede werden im Folgenden die Prüfkonzepte mit Leistungsrückführung näher betrachtet.

Prüfkonzepte mit Leistungsrückführung

Die Grafik zeigt einen Prüstand mit Verspannung. Bild: GAT
Die Grafik zeigt einen Prüstand mit Verspannung. Bild: GAT

Bei der Leistungsrückführung mit hydro-mechanischer oder mechanischer Verspannung, gemäß der Darstellung, zirkuliert die Leistung in dem mechanisch geschlossenen Kreis über das erste Umlenkgetriebe, die Verspannvorrichtung, das zweite Umlenkgetriebe und den Prüfling beziehungsweise in Abhängigkeit von der Verspannvorrichtung umgekehrt. Das Lastmoment wird über ein Verspannelement innerhalb des Verspannungskreises aufgebracht. Der elektrische Antriebsmotor hat die Aufgabe, dem System die gewünschte Drehzahl aufzuprägen und die Reibungsverluste der beteiligten Komponenten zu kompensieren. Dessen Dimensionierung erfolgt gemäß den Verlusten im Verspannungskreis, typisch sind 10 bis 15 Prozent der Umlaufleistung. Die rein mechanische Verspannung erfolgt mit einer mechanische Verspanneinrichtung, deren Hälften im Stillstand mit vorgegebenem Winkel, welcher dem gewünschten Drehmoment entspricht, gegeneinander verdreht und dann im verspannten Zustand verschraubt werden. Dem Vorteil des relativen geringen Investitionsbedarfs stehen jedoch die Nachteile der verschleißbedingten ungewollten Änderung des Drehmomentes über die Laufzeit sowie der nachteiligen Verspannung bei Drehzahl null und dem damit verbundenen Anfahren im verspannten Zustand gegenüber.

Wirtschaftliche Alternative

Ersetzt man die starre Verspannvorrichtung durch ein hydro-mechanisch verstellbares Element, wie beispielsweise durch ein Planetengetriebe oder ein schrägverzahntes Zwischengetriebe, das mit zusätzlichen konstruktiven Maßnahmen zur Laständerung befähigt wurde, so kann der Prüfstand zwar lastfrei auf Nenndrehzahl gefahren werden, der Aufwand hierfür ist allerdings erheblich und bei der Übertragung höherer Leistungen stößt man recht bald an Grenzen, seien diese nun mechanischer oder finanzieller Art. Zur Umgehung der genannten Nachteile stellt heute der hydrostatische Verspannmotor mit begrenztem Verspannwinkel, typisch 100° bis 120°, eine verbreitete und wirtschaftliche Alternative dar. Der Verspannmotor wird an Stelle der mechanischen Verspannvorrichtung im Verspannungsprüfstand eingesetzt. Die Versorgung der notwendigen hydraulischen Hilfsenergie stellt eine Hydraulikversorgung sicher. Das Drehmoment kann stufenlos auf jeden beliebigen Wert in Grenzen der Baugröße über Vorgabe eines Sollwertes oder manuell eingestellt werden. Das Drehmoment wird mittels PID-Regelung nachhaltig auf den vorgegebenen Sollwert geregelt.   Den technologischen Kern eines jeden Verspannmotores bildet eine Hightech-Drehdurchführung, welche die Zuverlässigkeit der Verspannmotoren entscheidend beeinflusst.