Getriebe Werkstücke präzise in Position bringen

Autor / Redakteur: Tobias Kromer / Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Konstante Präzision über die gesamte Lebensdauer, gepaart mit kompakter Bauweise und hoher Wirtschaftlichkeit – dies zeichnet die neue 2-Achs-Schwenkeinrichtung ZASG 400 des Präzisionsmaschinenbauers Peiseler aus. Möglich macht dies das Hohlwellengetriebe Galaxie.

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Die einzigartige Kinematik des Galaxie ermöglicht einen nahezu vollständigen Flächenkontakt bei der Kraftübertragung.
Die einzigartige Kinematik des Galaxie ermöglicht einen nahezu vollständigen Flächenkontakt bei der Kraftübertragung.
(Bild: Wittenstein/Ansgar Pudenz)

Wechseln, schwenken, drehen und wenden, rotieren – das Unternehmen Peiseler stellt mit etwa 170 Mitarbeitern an den beiden Produktions­standorten Remscheid und Morbach Teilgeräte und Schwenkeinrichtungen für die hochpräzise und hochdynamische Positionierung von Werkstücken in Werkzeugmaschinen her. „Unsere Lösungen sind für den Einsatz auf engstem Raum konzipiert und können je nach Ausführung Werkstücke zwischen wenigen Gramm und bis zu 50 Tonnen präzise bewegen und halten“, erläutert Dipl.-Ing. Olaf Schaupp, Konstruktionsleiter und Prokurist bei Peiseler. Das Unternehmen verfügt über mehr als 200 Jahre Erfahrung im Maschinenbau – weltweit sind heute mehr als 55.000 Teilgeräte und Schwenkeinrichtungen „made by Peiseler“ im Einsatz.

Gleiche Baugröße, mehr Leistung

„Wir können nur genau“ – dem „Unternehmens-Gen“ von Peiseler entsprechend standen die Entwickler vor der Aufgabe, eine Schwenkeinheit zu entwickeln, die bei gleichbleibender Baugröße neue Maßstäbe setzen sollte. Die Ziele waren unter anderem eine noch höhere Steifigkeit im Positionierverhalten und unter Wechsellast, eine schnellere Positionierzeit, ein geringerer Energiebedarf bei identischer Dynamik sowie – bei vergleichbarer Funktionalität – eine Kostensenkung durch Teilereduktion.

Die Schwenkeinheit 
ZASG 400 in kompakter Bauweise und mit hoher Wirtschaftlichkeit bringt Werkstücke zur maschinellen Bearbeitung schnell und äußerst exakt in Position.
Die Schwenkeinheit 
ZASG 400 in kompakter Bauweise und mit hoher Wirtschaftlichkeit bringt Werkstücke zur maschinellen Bearbeitung schnell und äußerst exakt in Position.
(Bild: Peiseler GmbH & Co. KG)

„Zudem sollte die neue Schwenkeinrichtung identische mechanische und elektrische Schnittstellen wie unsere Baureihe ZASD 400 mit Direktantrieben aufweisen, so dass sich Kunden wie Serienfertiger oder Job-Shop-Anbieter frei zwischen beiden Alternativen entscheiden oder bei Bedarf auf die neuere Technologie der heutigen ZASG 400 wechseln können“, erläutert Schaupp. Mit dem Galaxie G215 – dafür steht das G im Namen der neuen Baureihe – hat sich Peiseler für das Hohlwellengetriebe mit der am Markt höchsten Präzision entschieden.

Das Downsizing des elektrischen Antriebs vor dem Getriebe hat den Energiebedarfder Schwenkeinheit ZASG 400 für Antriebsleistung und Kühlung um etwa 75 % reduziert.

Dipl.-Ing. Olaf Schaupp, Konstruktionsleiter und Prokurist bei Peiseler

Was das Hohlwellengetriebe ausmacht

Technologisch gesehen erfüllt das Galaxie G215 die Anforderungen des Präzisionsmaschinenbauers in vollem Umfang: Die Funktionsweise des Galaxie ist als prinzipbedingt überlegen in der Industrie und in der Wissenschaft anerkannt. Die entscheidenden Merkmale – dynamisierte Einzelzähne statt starrem Zahnring, tangentialer und vollflächiger Kontakt beim Zahneingriff statt eines deutlich weniger tragfähigeren Linienkontaktes sowie die neue Lagerausführung mit segmentiertem Außenring – machen es in allen wichtigen technischen Disziplinen um Faktoren besser als bekannte Getriebetechnologien.

Zudem sind bei Galaxie durch die hydrodynamische Schmierung beim flächigen Multizahneingriff – im Gegensatz beispielsweise zu evolventischen Zahnradgetrieben – mechanischer Abrieb und Verschleiß nahezu ausgeschlossen. Die positiven, hydrodynamischen Eigenschaften sind bei der hier genutzten spielfreien Variante gegeben, vor allem aber bleibt eine sehr hohe Steifigkeit auch bei Wechselbelastung im Nulldurchgang erhalten, ohne dass sich dabei die maximal übertragbaren Drehmomente reduzieren. Wissenschaftlich hat die universitäre Forschung den Nachweis erbracht, dass Wittenstein mit der Logarithmischen Spirale eine neue mathematische Funktion in den Getriebebau eingeführt hat und das Galaxie eine eigenständige Gattung koaxialer Hohlwellengetriebe darstellt.

Galaxie - als System oder solo erhältlich

Das im ersten Ansatz ganzheitlich entwickelte Galaxie-Antriebssystem ist eine kompakte mechatronische Einheit aus einem speziell entwickelten, permanenterregten Hochleistungs-Synchronmotor, einem Galaxie-Getriebe, Wasserkühlung, Feedbacksystem und optionaler Haltebremse.

Aber die innovative Getriebetechnologie ist auch „solo“ verfügbar – als reines Hohlwellengetriebe, in welches Kunden ihr eigenes Motorkonzept integrieren können. So wird das Galaxie G215 – die 215 gibt die Baugröße an – in der neuen 2-Achs-Schwenkeinrichtung von Peiseler in Kombination mit einem integrierten Direktantrieb mit Wasserkühlung und einem direkten Messsystem aufgebaut. Ein zweiter, im Gantry-Betrieb erforderlicher Motor entfällt bei der ZASG 400 – was nicht nur als eingesparte Komponente, sondern auch steuerungsseitig die Kosten senkt.

Getriebeuntersetzung spart Platz

Der entscheidende Entwicklungssprung für die Effizienz des Antriebs war, dass die Getriebeuntersetzung so angepasst und optimiert werden konnte, dass zum einen eine kompaktere und platzsparendere Getriebebaugröße integrierbar wurde und zum anderen die erforderliche Leistungsaufnahme erheblich gesunken ist.

Der Antriebsstrang ist mit einer Sicherheitsbremse gekoppelt, die durch das Downsizing ebenfalls deutlich kompakter gestaltet werden konnte. Bei Energieausfall oder Not-Aus fixiert sie den Antrieb und verhindert so ein unkontrolliertes Verhalten der Schwenkbrücke.

Dipl.-Ing. Olaf Schaupp, Konstruktionsleiter und Prokurist bei Peiseler

Ein weiterer Vorteil der ZASG 400 mit ihrem neu konzipierten Antriebsstrang gegenüber anderen Positionierachsen ist der Wegfall der Betriebsklemmung. „Sie beschleunigt das Positionieren und spart dadurch Stückzeit und Stückkosten bei der angestellten Bearbeitung“, so Schaupp.

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.

Ziel: Digitalisierung im Antriebsstrang

Die Optimierung der Kerntechnologie des Galaxie G215 und die Integration in das Antriebskonzept der 2-Achs-Schwenkeinrichtung ZASG 400 wurde in enger Partnerschaft von Peiseler und Wittenstein umgesetzt. Zum Tragen kam dabei die langjährige Expertise beider Unternehmen in ihren jeweiligen Geschäftsfeldern Präzisionsmaschinenbau und mechatronischer Antriebstechnik. Im Rahmen der gemeinsamen Entwicklungsarbeit werden aktuell Ansätze untersucht, die ein zusätzliches Anwendungspotenzial der Galaxie-basierten Antriebstechnik im Bereich der fünfachsigen Simultanbearbeitung erschließen können.

Künftige gemeinsame Weiterentwicklungen werden zudem die Digitalisierung von Antriebssträngen zum Inhalt haben, um beispielsweise durch die Integration von Sensorik zur Überwachung und Leistungssteigerung zusätzliche Performanceverbesserungen zu erreichen. So könnten künftig über den gesamten Lebenszyklus des Antriebs Betriebsdaten in eine IIoT-Cloud übertragen werden, um sie dort für die Prozessoptimierung oder das Condition Monitoring des Antriebsstranges und der Schwenkeinrichtung zu nutzen.

* Tobias Kromer, Vertriebsingenieur WITTENSTEIN galaxie GmbH

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