Mit dem richtigen Getriebe zum effizienten Antriebsstrang

Rückblick 1. Anwendertreff Industriegetriebe Mit dem richtigen Getriebe zum effizienten Antriebsstrang

04.07.2019Autor Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Wie man das passende Getriebe findet und optimal auslegt, ob man es zukauft oder selbst konstruiert und wie sich Standardgetriebe modifizieren lassen – all das erfuhren die Teilnehmer auf dem 1. Anwendertreff Industriegetriebe.

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Getriebe im Antriebsstrang industrieller Maschinen und Anlagen standen im Mittelpunkt des 1. Anwendertreffs Industriegetriebe. Zwischen den Teilnehmern, Referenten und Ausstellern herrschte reger Austausch.
(Bild: J. Untch/Vogel Corporate Media)

Zahnrad- und Zykloidgetriebe standen im Mittelpunkt des 1. Anwendertreffs Industriegetriebe. Im Einsatz im Antriebsstrang von Maschinen und Anlagen tragen sie zu einem effizienten Betrieb bei. Daher ist deren optimale konstruktive Ausführung, Dimensionierung und Auslegung essenziell um möglichst hohe Wirkungsgrade zu erreichen. Neben der Effizienz der einzelnen Komponenten – wie dem Getriebe – spielt auch die Gesamtbetrachtung des Antriebsstrangs eine wesentliche Rolle, wie Reinhard Mansius, Produktmanager Antriebssysteme bei der Bosch Rexroth AG, in seiner Keynote aufzeigte. Mansius ist Autor des Praxishandbuchs Antriebsauslegung, in dem es um die Auslegung elektrischer Antriebssysteme geht. Er erklärte, wie sich die Wahl des Motors auf das Getriebe auswirkt und umgekehrt. Dabei betrachtete er verschiedene Antriebsprinzipien und -topologien – von direkt am Netz betriebenen Motoren mit fester oder stufig einstellbarer Drehzahl über einfache drehzahlvariable Antriebe mit Frequenzumrichtern bis zum High-End-Servoantrieb.

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Ute Drescher, Chefredakteurin der konstruktionspraxis, begrüßte die rund 80 Teilnehmer des 1. Anwendertreffs Industriegetriebe.

In seiner Keynote erklärte Reinhard Mansius, Autor des Praxishandbuchs Antriebsauslegung, wie sich Getriebe- und Motorparameter gegenseitig beeinflussen.

Dabei betrachtete er verschiedene Antriebsprinzipien und -topologien – von direkt am Netz betriebenen Motoren mit fester oder stufig einstellbarer Drehzahl über einfache drehzahlvariable Antriebe mit Frequenzumrichtern bis zum High-End-Servoantrieb.

Bei den Ausstellern gab es neueste Komponenten aus der Welt der Getriebe zu sehen...

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Praxis-Beispiel: Galaxie-Getriebe in der Werkzeugmaschine

Seit 2015 werden die gängigen Getriebeprinzipien durch eine komplett neue Bauform ergänzt. Denn vor vier Jahren stellte Wittenstein die neue Getriebegattung Galaxie vor. Sie durfte auf dem Anwendertreff Industriegetriebe natürlich nicht fehlen. Volker Sprenger, Leiter des Galaxie-Start-Up in der Wittenstein SE, ließ die Teilnehmer hinter die Kulissen der Produktentwicklung blicken. Er erklärte, wie es zur Entwicklung des neuen Getriebes kam und wie die Entwicklungsschritte im Unternehmen aussahen. Dass Galaxie in Sachen technischer Leistungsmerkmale anderen Getriebebauformen überlegen ist, bestätigte Dr. Frank Müller, Bereichsleiter Konstruktion und Entwicklung bei der Stama Maschinenfabrik GmbH. Dort ist das Getriebe bereits im Einsatz in einer komplett neu entwickelten Werkzeugmaschine. „Die Performance von Galaxie im neuen Stama-Komplettbearbeitungszentrum MT733 übertrifft alle Erwartungen hinsichtlich Dynamik, Präzision, Wiederholgenauigkeit und Verschleißverhalten", so Müller.

Dynamisierte Zähne, die um ein Polygon herum gruppiert sind, kennzeichnen die neue Getriebe-Kinematik Galaxie von Wittenstein (Wittenstein)

Standard-Getriebe modifizieren

In den Praxisforen, die sich den beiden Keynote-Vorträgen anschlossen, ging es einerseits um Getriebebauformen und deren Anwendungen, andererseits um Kriterien bei der Auswahl des passenden Getriebes für die individuelle Anwendung. Darko Lukic, Bereichsleiter der Getriebeentwicklung bei der Maxon Motor GmbH, empfahl beispielsweise, sich bei der Auswahl nicht auf Katalogparameter zu versteifen. Durch einfache Modifikationen des Getriebes seien oft schon deutliche Verbesserungen zu erreichen – sei es hinsichtlich erforderlicher Lasten, Laufeigenschaften oder der Geräuschsensibilität. Modifizierte Standardgetriebe in kleinerer Größe seien dann oftmals besser, als das nächst größere Katalog-Getriebe. Ob man überhaupt zukaufen sollte, oder das Getriebe gleich selbst konstruiert, beleuchtete Jürg Langhart, technischer Berater der Schweizer Kisssoft AG. Mit automatisierter Getriebevariantenberechnung könnten bereits in der Anfangsphase eines Projektes zahlreiche Konzepte berechnet und gleichzeitig auch die damit verbundenen Kosten ermittelt werden. Auch bei der Bewertung von Zukaufgetrieben könne Software unterstützen. Dies zeigte Langhart am Beispiel der Kisssoft-Software, die neben den Berechnungsprogrammen auch Bewertungsmethoden anbietet.

Parallel gab es Grundlagen zu Planeten- und Zykloidgetrieben zu hören sowie Einblicke in die Wirkungsgradoptimierung von Schneckengetrieben.

Getriebe-Auslegung im Fokus

Am Nachmittag stand die Auslegung der Getriebe im Fokus. In zwei parallelen Foren ging es unter anderem um die Messung und Berechnung von Verlustanteilen in Getrieben und Ansätze, diese zu minimieren sowie darum, welche Vorteile der digitale Getriebezwilling bei der Auslegung bietet. Außerdem wurden unterschiedlichste Auslegungstools vorgestellt, die den Konstrukteuren den Arbeitsalltag erleichtern sollen, indem sie mit wenigen Klicks schnell zum richtigen und optimal ausgelegten Getriebe gelangen.

Dass neben der optimierten Auslegung auch neue Werkstoffe zur Leistungssteigerung eines Getriebes beitragen können, zeigte anschließend Gunther Weser, Geschäftsführender Gesellschafter „Technik und Vertrieb“ der GWJ Technology GmbH, auf. Genauer gesagt ging es um hochreinen Einsatzstahl, der die Dauerfestigkeit der Getriebekomponenten bei gleicher Abmessung deutlich erhöhen kann. Dazu brachte er konkrete Werte mit – nämlich eine um 30 % höhere Leistungsfähigkeit für die Flankentragfähigkeit und um 60 % höhere Festigkeit für die Zahnfußtragfähigkeit. Die Werte wurden mit Untersuchungen am Werkzeugmaschinenlabor WZL sowie am Lehrstuhl für Maschinenelemente – Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau an der TU München verifiziert.

BUCHTIPPDas Buch „Praxishandbuch Antriebsauslegung“ hilft bei der Auswahl der wesentlichen Bestandteile elektrischer Antriebssysteme: Motor, Getriebe, Stellgerät, Netzversorgung sowie deren Zusatzkomponenten. Auch auf die Berechnung wird intensiv eingegangen.

Dynamische Simulation optimiert Produktentwicklungsprozess

Abschließend gab Dr.-Ing. Thomas Rosenlöcher von der TU Dresden einen Einblick in die dynamische Simulation, die bei der Dimensionierung von Getrieben bereits im Produktentwicklungsprozess unterstützen kann. Zur Veranschaulichung zeigte er anhand eines konkreten Projektes, welche Herausforderungen es bei der Dimensionierung eines Getriebes für den Antriebsstrang einer 5 MW Referenzwindenergieanlage gab. Ein Mehrkörpersystem-Simulationsmodell wurde aufgebaut und in das Gesamtmodell der Windenergieanlage implementiert. So konnten verschiedene Betriebsbedingungen simuliert werden. Die dynamische Simulation könne so auch für die konstruktive Ausführung und richtige Dimensionierung von industriell genutzten Getrieben genutzt werden und so den Produktentwicklungsprozess optimieren.

Ergänzt wurde der Anwendertreff Industriegetriebe von einer Ausstellung. Dort konnten die Teilnehmer Themen vertiefen und sich über aktuelle Produkte sowie Software zur Getriebeauslegung, Berechnung und Dimensionierung informieren. Zwischen den Teilnehmern, Referenten und Ausstellern herrschte ein reger Austausch.

Der Anwendertreff Industriegetriebe findet am 18. März 2020 unter neuem Namen statt. Dann begrüßen wir in Würzburg zum Anwendertreff mechatronische Antriebstechnik.