Trends bei Industriegetrieben

Ein paar Zahlen vorab: In Deutschland werden pro Jahr Antriebstechnikprodukte im Wert von etwa 15,3 Milliarden Euro hergestellt, wovon geschätzte 44 Prozent auf Verzahnungen und Getriebe entfallen. Weltweit machen europäische Zahnräder und Getriebe ein Drittel des gesamten Umsatzes aus – wobei die Hersteller von Industriegetrieben aus Deutschland den europäischen Markt dominieren und etwa 50 Prozent dieses Umsatzes stellen.

Die aktuellen Trends

Für die Hersteller von Industriegetrieben reichen die Anforderungen von der passenden Getriebeauslegung über die Fertigung einzelner Komponenten bis hin zur Montage und vorbeugende Maßnahmen für einen störungsfreien Betrieb. Neben der Erhöhung der Leistungsdichte technischer Produkte und der Gewährleistung einer hohen Funktionssicherheit, Geräuscharmut und Zuverlässigkeit stehen in letzter Zeit vor allem Anforderungen bezüglich Nachhaltigkeit im Vordergrund.
Dabei geht es hauptsächlich um einen möglichst geringen Energieverbrauch, lange Lebensdauer durch Verschleißminimierung und geringen Ressourceneinsatz. Außerdem sollen die Lieferzeiten möglichst kurz sein. Standartkomponenten und modulare Ansätze treten deshalb in Konkurrenz zu den bislang verbreiteten Individualanfertigungen.

Hierfür greifen die Unternehmen gerne auch auf innovative Fertigungsprozesse zurück. Watt Drive, eine Tochter des WEG-Konzerns, beschäftigt sich etwa derzeit mit der Verbesserung von Zahnformen für Getriebe. Die Laufruhe der Getriebe des Unternehmens sowie die Tragfähigkeit der Watt-Zähne wird durch eine FEM (Finite-Elemente-Methode) unterstützte 3D-Konstruktion erreicht. Die Zahngeometrie garantiert so ein sehr gutes Abwälzverhalten der Verzahnung unter Last.

Die besondere Zahnfußgestaltung im Zusammenspiel mit Zahnschräge, Zahnhöhe und der verwendeten Materialien, sowie das Oberflächenfinish garantieren höchste Tragfähigkeit. Diese hohe Tragfähigkeit der Verzahnung ermöglicht kleinere Zahnräder für gleiches Drehmoment, kompaktere Getriebe mit sehr hoher Leistungsdichte und somit auch eine gesteigerte Betriebssicherheit. Die mikrogeometrisch genau gefertigten Verzahnungen ermöglichen eine Reduktion der für störungsfreies Abwälzen notwendigen Zahnluft und damit die Minimierung des Getriebeverdrehspiels.

Dr. Werner Trojahn, Leiter der Werkstoffentwicklung und Beratung bei Schaeffler wies auf dem Getpro-Kongress in Würzburg darauf hin, dass neben dem geeigneten Stahl auch die für die Anwendung geeignete Oberflächenbehandlung des Bauteiles realisiert werden muss. Hierbei komme der Randschicht eine besondere Bedeutung zu, da diese im Regelfall stärker belastet sei als der restliche Querschnitt. Deshalb gingen die aktuellen Entwicklungen in die Richtung, in der Kombination aus Grundwerkstoff und Wärmebehandlung gerade diese Randschicht möglichst leistungsfähig zu gestalten.
Ebenfalls Dr. Tim Hosenfeldt, Leiter des hauseigenen Kompetenzzentrums Oberflächentechnik bei Schaeffler geht auf das Thema ein und erklärt: „Wir haben die Oberflächen dort optimiert, wo Reibung und Verschleiß entstehen und haben den Fokus auf die Entwicklung neuartiger Schichtsysteme gesetzt, die gleichzeitig minimale Reibung aufweisen, einen maximalen Verschleißwiderstand bieten und durch ihre geringe Dicke im Mikrometerbereich innovative Leichtbaukonzepte ohne zusätzlichen Bauraum ermöglichen.“ Hierfür bietet der Antriebstechnikspezialist das Schichtsystem Triondur an, mit dem nur ein Reibpartner beschichtet werden muss. Das Prinzip funktioniere, so führt Dr. Tim Hosenfeldt aus, genauso gut für relativ geringe Losgrößen bei industriellen Anwendungen wie für Millionen-Stückzahlen in der Automobil­industrie.

Gerade Planetengetriebe bieten eine unerreichte Vielzahl an Variationsmöglichkeiten bei der zentralen Anforderung, hohe Kräfte bei minimalem Bauraum zu übertragen. Während bei anderen Getriebearten Sonderentwicklungen weiterhin die Regel sind, ermöglichen die Besonderheiten eines Planetengetriebes den Rückgriff auf vorkonfigurierte Komponenten. Und sind alle Komponenten im Baukastensystem erhältlich, ist auch das bedarfsgerechte Up- oder Downsizing der Getriebevarianten innerhalb weniger Wochen möglich.

Der modulare Baukasten für Planetengetriebe von IMS Gear bietet mit seinen Baureihen Baseline, Techline und SDline genau diese Vorteile. Mehr als 10.000 Variationsmöglichkeiten stehen für passgenaues Customizing auf Basis standardisierter Bauteile.

Große Vielfalt findet man auch bei Harmonic Drive, in dem Unternehmen hat man sich hierbei auf kundenspezifische Lösungen spezialisiert. Von den 25.000 verschiedenen angebotenen Produkten sind sogar mehr als 80 Prozent Spezialanfertigungen. Mit den neuen Planetengetrieben der Baureihe HPN verspricht das Unternehmen nun reduzierte Kosten bei geringem Getriebespiel von nur fünf bis sieben Winkelminuten. Die Baureihe ist erhältlich in fünf Baugrößen mit acht Untersetzungen und einem wiederholbaren Spitzendrehmoment zwischen neun und 752 Newtonmetern.
Das Herz der Getriebebaureihe bildet ein schrägverzahntes Planetengetriebe, welches sich durch einen sehr ruhigen und leisen Lauf auszeichnet. Um die Last am Abtrieb aufzunehmen, werden im Planetengetriebe zwei Wälzlager in O-Anordnung mit entsprechend großem Lasthebel verwendet. Die auf Lebensdauer geschmierten Getriebe der Baureihe HPN können einfach an eine Vielzahl unterschiedlicher Standard-Servomotoren angebunden werden.

In Sachen Planetengetriebe hat auch Siemens sich in den vergangenen Jahren Gedanken gemacht. Das Unternehmen hat ein integriertes Antriebssystem vorgestellt, das aus einem Flender-Standard-Industrie-Planetengetriebe (SIP), einem Simogear-Getriebemotor und dem Umrichter Sinamics G110M besteht. Durch die Integration wurden Gewicht und Bauraum um ein Vielfaches reduziert und zahlreiche Anbauoptionen zur Verfügung gestellt, was eine hohe Flexibilität in der Anlagenkonstruktion möglich macht. Nun harmonisiert das Unternehmen die Leistungsstufen seiner Standartbaukastengetriebe Flender Planurex.

In einem Drehmomentbereich von 1700 bis 5450 Kilonewtonmeter ist Planurex 3 in zehn Baugrößen verfügbar. Das höchste Drehmoment im Standardbaukastensystem wurde dadurch von bisher 2600 auf 5450 Kilonewtonmeter vergrößert. Die Baugrößenstufung ist neu konzipiert, sodass sich die Leistungssprünge zwischen den Baugrößen verringern. So stehen für nahezu jede Anwendung das passende Drehmoment und die passende Übersetzung zur Verfügung. Die Getriebe weisen außerdem den höchsten Wirkungsgrad ihrer Klasse auf. Grund dafür ist die Erhöhung der Drehmomentdichte um durchschnittlich 17,2 Prozent im Vergleich zur Vorgängerserie. Große Übersetzungen lassen sich durch ein kompaktes Design bauraumsparend realisieren. Das verringerte Gewicht sorgt zudem für eine geringere Belastung von Getriebe und Anwendung. Planurex 3 ist Teil eines Integrated Drive System (IDS), bei dem eine Komplettlösung aus Motor, Getriebe und Kupplung, kombiniert mit einer Ölversorgungsanlage, lieferbar ist.

Neues gibt es auch aus dem in Sachen Getriebe ebenfalls sehr umsatzstarken Italien: Bonfiglioli Riduttori hat sein Programm um die TQF-Reihe von Präzisions-Planeten-Flanschgetrieben erweitert. Wesentliche Merkmale der neuen Reihe sind maximale Torsionssteifigkeit, hohes Kippmoment und Kompaktheit. Die Verwendung einer integrierten Lösung von Permanentmagnet-Synchronmotor und Präzisions-Planetengetriebe anstatt einer herkömmlichen Getriebe-Motor-Kombination spart Platz und bietet dem Maschinenkonstrukteur dank der technologischen Synergien mehr Gestaltungsmöglichkeiten und eine höhere Leistungsfähigkeit.

Das Präzisions-Planeten-Flanschgetriebe gibt es in fünf Versionen (060, 070, 090, 130 und 160) und deckt ein breites Spektrum an Untersetzungen bei einem Drehmomentbereich bis zu 800 Newtonmeter ab.
Während es bei Zahnradgetrieben nach Ansicht des Herstellers praktisch unmöglich ist, das Flankenspiel vollständig zu beseitigen, ist die TQF-Reihe aufgrund ihrer Konstruktionsweise mit einem Flankenspiel von weniger als drei Winkelminuten erhältlich. Zwei verfügbare Flankenspielklassen sorgen für noch mehr Flexibilität.