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Getriebe Mit Kronenradgetrieben effizient „ums Eck gehen“

Autor / Redakteur: Friedrich Obermeyer / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Die Kronenradtechnologie macht Winkelgetriebe wirtschaftlich und effizient. Wir haben diese Bauform genauer unter die Lupe genommen.

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Kronenradgetriebe eigenen sich u.a. für den Einsatz in fahrerlosen Transportsystemen.
Kronenradgetriebe eigenen sich u.a. für den Einsatz in fahrerlosen Transportsystemen.
(Bild: EBM-Papst)

Soll eine Antriebsleistung „ums Eck gehen“, sind zur Untersetzung hochdrehender Elektromotoren Kegel- oder Schneckengetriebe weit verbreitet. Allerdings nimmt man bei ihrem Einsatz auch immer Nachteile in Kauf.

Schneckengetriebe: Achsversatz zwischen Antriebs- und Abtriebswelle

Schneckengetriebe haben prinzipbedingt einen Achsversatz zwischen Antriebs- und Abtriebswelle und arbeiten mit vergleichsweise schlechten Wirkungsgraden, sodass Antriebe oft größer dimensioniert werden müssen.

Kegelradgetriebe: in der Untersetzung beschränkt

Kegelradgetriebe sind in der Untersetzung auf üblicherweise max. 5:1 beschränkt und daher auch nicht die ideale Wahl. Ihre Wirkungsgrade sind zwar recht hoch, allerdings ist ihre Herstellung aufwendig, was sich im Preis niederschlägt.

Kronenradgetriebe: Knackpunkt Berechnung

Wer ein sehr wirtschaftliches und effizientes Winkelgetriebe sucht, sollte sich deshalb mit der Kronenradtechnologie beschäftigen. Kronenradgetriebe wurden schon vor Jahrhunderten in technischen Anlagen eingesetzt und sind heute noch in historischen Mühlen zu sehen. Im Laufe der Zeit wurden sie dann von Kegelrädern verdrängt, weil diese einfacher zu berechnen waren; das Kronenrad verschwand vom Markt.

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Energieeffiziente Antriebstechnik im Fokus

Das änderte sich jedoch, als bei den Bemühungen um energieeffiziente Antriebstechnik in der Industrie auch kleinere Antriebe in den Fokus rückten. Die richtige Kombination aus effizienten Motoren, Getrieben und Steuerungen ermöglicht schließlich auch im Leistungsbereich unter 250 W hohe Energieeinsparungen. Da dezentrale Antriebstechnik durch ihre Flexibilität im Maschinen- und Anlagenbau massiv an Bedeutung gewonnen hat, gibt es immer mehr solcher Antriebe. Getriebe, die mit möglichst hohem Wirkungsgrad arbeiten, sind deshalb gefragt und hier kann die Kronenradtechnologie punkten.

Der Getriebespezialist Zeitlauf, der heute zu EBM-Papst gehört, hat das frühzeitig erkannt und mit Eta Crown und Eta Crown Plus die traditionelle Kronenradtechnologie neu definiert. Die modernen Kronenradgetriebe decken in unterschiedlichen Baugrößen die Untersetzungen im einstufigen Bereich bis 10:1, zweistufig bis 113:1 und dreistufig bis 289:1 ab. Im einstufigen Bereich erreichen sie dabei Wirkungsgrade von über 90 % und lassen sich wirtschaftlicher herstellen als Kegelradgetriebe. Prinzipbedingt stellen Kronenradgetriebe zudem geringere Anforderungen an die Achsabstandseinstellung als Kegelradgetriebe und erreichen bereits aus einer Stufe eine Untersetzung von 10:1.

Anwendertreff mechatronische Antriebstechnik

Im Fokus des Anwendertreffs mechatronische Antriebstechnik stehen die mechanischen Komponenten Getriebe, Kupplungen und Bremsen sowie deren Auslegung, Dimensionierung und Zusammenspiel im mechatronischen Gesamtsystem.

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Winkelgetriebe: Welche Bauform ist die richtige?

Wenn man sich den Aufbau der verschiedenen Winkelgetriebe näher anschaut, versteht man schnell, warum Kronenradgetriebe für viele Anwendungen eine gute Wahl sind.

Zahnräder von Kegelradgetrieben haben eine Kegelform. Die Getriebefunktion ist nur dann einwandfrei, wenn sich die Mittellinien der Kegelräder genau in einem Punkt schneiden. Schon Wärmeausdehnung kann die Funktion daher beeinträchtigen.

Schneckengetriebe sind da weniger empfindlich, aber bei ihnen ist die Richtung des Kraftflusses sehr ungünstig. Das Drehmoment bewirkt in erster Linie eine Zug- bzw. Druckbelastung des Schneckenritzels. Da das Ritzel auf dem Schneckenrad gleitet, werden so je nach Untersetzung bis zu zweidrittel der eingebrachten Antriebsenergie in Wärme umgewandelt. Der Motor und das Getriebe müssen daher größer dimensioniert werden als eigentlich notwendig, um die gewünschte Leistung zu erreichen. Zusätzlich ist die axiale Belastung der Schnecke durch entsprechend dimensionierte Axiallager aufzufangen.

Buchtipp

Das 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.

Kaum Reibungsverluste beim Kronenradgetriebe

Bei den Kronenradgetrieben Eta Crown und Eta Crown Plus aus dem EBM-Papst-Antriebsbaukasten ist das anders: Das evolventische Antriebsritzel baut zylinderförmig und der Kontakt zwischen Ritzel und Abtriebsrad ist ein Wälzkontakt, es treten kaum Reibungsverluste auf. Der Wirkungsgrad liegt daher auch bei hohen Untersetzungen im Bereich von 90 %. Die Motorleistung steht so fast vollständig der Antriebsaufgabe zur Verfügung. 10 % Verlustleistung gegenüber bis zu 75 % bei herkömmlichen Schnecken­radausführungen sind auch bei kleinen Antrieben ein enormes Sparpotential. Oft kann man den Antriebsmotor zudem kleiner dimensionieren und Bauraum sowie Kosten sparen.

Da beim Eta Crown der Motor mit Antriebsritzel und die Abtriebsachse in einer Ebene liegen, lässt sich das Getriebe auch spiegelverkehrt einbauen, das reduziert die Lagerhaltung und vereinfacht die Logistik.

Kronenradgetriebe in der Anwendung

Anwendungen, für die sich die Kronenradgetriebe empfehlen und in denen sie sich bereits seit vielen Jahren bewähren, gibt es viele. Typische Gründe für ihren Einsatz sind außer den hohen Wirkungsgraden das hohe übertragbare Drehmoment und die fehlende Selbsthemmung. Bei Schranken und Zugangskontrollsystemen beispielsweise lassen sich die Getriebe im Notfall auch bei hoher Untersetzung manuell zurückdrehen, ohne dass Komponenten zur Entkopplung notwendig sind, um den Antrieb vor Beschädigung zu schützen.

Durch die versatzlose Bauweise ist die Motor-Getriebe-Kombination zudem gut in den Türprofilen integrierbar. Es gibt keine Motorüberstände. Das vermeidet Aussparungen oder zusätzliche Abstandsflansche zur Überbrückung von Abständen. Die Symmetrie in der Getriebekonstruktion macht Versionen für linken oder rechten Anschlag überflüssig. Die Bremse kann direkt an der Antriebswelle oder aber wie gewohnt an der B-Seite des Motors montiert werden, was den Aufbau vereinfacht und das Antriebssystem kompakter macht.

Weitere Anwendungsbereiche für die vielseitigen Winkelgetriebe sind zum Beispiel Hubwagen oder fahrerlose Transportsysteme (FTS). Hohe übertragbare Drehmomente, Langlebigkeit sowie die kompakten Abmessungen sprechen für den Einsatz eines Kronenradgetriebes.

In der Medizintechnik überzeugen Kronenradgetriebe durch ihre Zuverlässigkeit, Laufruhe und eine geringe Erwärmung.

Individuelle Antriebssysteme aus dem Baukasten

Eta Crown und Eta Crown Plus können mit allen DC- und EC-Motoren sowie Bremsen und Gebern des EBM-Papst-Baukastens kombiniert werden. Individuelle Antriebskomplettlösungen aus einer Hand mit aufeinander abgestimmten Komponenten lassen sich im Online-Portal zusammenstellen.

Auf virtuellen Wegen gegen die Corona-Krise

Angesichts der jüngsten Entwicklungen rund um das Coronavirus werden reihenweise Veranstaltungen abgesagt oder verschoben. Digitalen Plattformen, die diese Entwicklung kompensieren können, kann die Zukunft gehören. Die Vogel Communications Group präsentiert mit „Industrial Generation Network“ eine Lösung für Professionals in der Industrie. Die Plattform ermöglicht als digitale Ergänzung eine umfassende Vernetzung: Digitale Begegnung und Kontaktanbahnung sowie Produktpräsentation und thematischer Austausch stehen im Zentrum. Tools wie Terminvereinbarung und Videokonferenzen ermöglichen es Professionals, sich zu vernetzen, Termine zu vereinbaren und nah an der jeweiligen Branche zu recherchieren. Damit ersetzt die Plattform die aktuell stark eingeschränkte Face-to-Face-Kommunikation vor allem auf Messen.

Wie kann die Plattform mir helfen?

* Friedrich Obermeyer arbeitet im Bereich Technologie & Methoden Industrielle Antriebstechnik bei ebm-papst St. Georgen.

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