1. Anwendertreff Industriegetriebe Wie das Galaxie-Getriebe funktioniert

Das Galaxie-Getriebe hat vor einigen Jahren den Hochleistungs-Maschinenbau revolutioniert. Wir werfen einen detaillierten Blick darauf, wie die neue Getriebegattung aussieht und wie sie funktioniert.

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Der Kern des Galaxie-Getriebes ist ein Wälzlager mit polygonförmigem Innenring und ein segmentierter Lageraußenring – beides Neuentwicklungen. Jeweils bezogen auf den Stand der Technik bei koaxialen Hohlwellengetrieben mit ähnlichem Außendurchmesser erreicht die Galaxie-Kinematik bis zu 170 % mehr maximales Drehmoment, eine bis zu 3-fach höhere Überlastsicherheit, je nach Vergleichsgetriebe drei bis fast sechs Mal mehr Verdrehsteifigkeit und bis zu 70 % größere Hohlwellendurchmesser. Dies sind einige der Leistungsmerkmale, mit denen die neue Getriebegattung Galaxie Konstrukteuren neue Perspektiven eröffnet – und dem Hochleistungs-Maschinenbau sowie der High End-Handhabungstechnik ein neues Leistungsuniversum.

Auf dem 1. Anwendertreff Industriegetriebe wird Volker Sprenger, der das Galaxie-Start-Up der Wittenstein SE leitet, mit seinem Keynote-Vortrag „Galaxie – Wie eine neue Getriebegattung den Maschinen- und Anlagenbau erobert“ einen Blick hinter die Kulissen der Galaxie-Entwicklung bei Wittenstein geben. Die Veranstaltung findet am 25. Juni 2019 in Würzburg statt.

Das komplette Programm sowie alle Anmeldeinformationen finden Sie hier: www.anwendertreff-industriegetriebe.de.

Galaxie-Entwicklung: Abkehr vom Zahnrad

Ausgangspunkt der Entwicklung der Galaxie-Getriebegattung war zum einen die Erkenntnis, dass bisherige Getriebebaufunktionen wie Stirnrad, Planetenrad, Hypoidgetriebe, Harmonic-Drive-Prinzip, Exzentergetriebe mit Evolvente und Zykloid-Getriebe nur noch begrenztes Innovationspotenzial bieten und sich Verbesserungen bei einem Leistungsmerkmal immer mit Kompromissen bei einem oder mehreren anderen Leistungsmerkmalen „erkauft“ werden müssen.

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Getriebe richtig auswählen, auslegen und einsetzen

Die eigentliche, gedankliche Meisterleistung der Galaxie-Entwickler jedoch war die Abkehr vom Zahnrad als zentralem Getriebebauteil. Diesen Paradigmenwechsel eingeleitet hat die Tatsache, dass bei den bekannten Getriebeprinzipien immer nur wenige Zähne an der Drehmomentwandlung beteiligt sind und der Großteil der Zähne auf dem Zahnrad zur gleichen Zeit nicht genutzt wird. Hieraus wurde der Grundgedanke abgeleitet, das Zahnrad in Einzelzähne zu segmentieren, auf einem elliptischen 3-er-Antriebspolygon mit Nadellager anzuordnen, zu dynamisieren und entlang der Innenverzahnung des Hohlrades zu führen. Dadurch wird erreicht, dass jetzt fast alle Zähne gleichzeitig am Zahneingriff beteiligt sind.

Die Verzahnungsgeometrie selbst ist als logarithmische Spirale ausgeführt, wodurch – bei einer Gleichlaufgenauigkeit von gemessenen 0,5 Winkelminuten – der Zahneingriff nicht mehr wie bei Getrieben mit Zahnrädern als Linienkontakt erfolgt, sondern als Flächenkontakt. FEM-Vergleichsberechnungen mit einem schrägverzahnten Planetengetriebe zeigen, dass bei gleichem Hohlwellendurchmesser die neue Galaxie-Getriebekinematik 6,5 mal mehr tragende Zahnfläche aufweist. Hieraus resultieren zu einem erheblichen Maße u. a. die bis zu 170%-ige Leistungssteigerung bei der Drehmomentwandlung und die bis zu dreifach höhere Überlastsicherheit.

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Verschleißfrei und spielkonstant durch hydrodynamischen Schmierfilm

Eine weitere Besonderheit der Galaxie-Kinematik ist, dass sich beim flächigen Multizahneingriff ein hydrodynamischer Schmierfilm aufbaut. Durch die Art und Weise, wie jeder Zahn mit konstanter Druckverteilung im Kontakt mit seiner Flanke flächig in die Innenverzahnung des Hohlrades läuft, wird ein großes, stabiles Druckpolster erzeugt. Aufgrund der großen Zahl tragender Zähne und des flächigen Zahnkontakts besteht auch bei höchster Momentenbelastung schon ab geringen Drehzahlen eine hydrodynamische Schmierung. Im Gegensatz beispielsweise zu evolventischen Zahnradgetrieben sind mechanischer Abrieb und Verschleiß nahezu ausgeschlossen. Da zudem auch die Passung zwischen den runden Zahnkörpern und den Zahnträgerbohrungen nicht messbar verschleißt, bleibt ein einmal eingestelltes Verdrehspiel über die Lebensdauer absolut konstant.

Maximale dynamische Steifigkeit auch im Nulldurchgang

Die Kinematik des Galaxie-Systems ist so entwickelt worden, dass beispielsweise bei 24 Einzelzähnen nahezu alle im Eingriff und knapp die Hälfte von ihnen an der Drehmomentübertragung und Steifigkeitsbildung beteiligt sind. Das neuartige Konstruktionsprinzip führt zudem dazu, dass zwischen dem Zahnträger und der Innenverzahnung des Hohlrades nur ein minimaler Spalt von 0,5 mm vorhanden ist. Durch diesen extrem kurzen Abstand gibt es kaum noch eine Biegelänge, wie man sie von Getrieben mit Zahnrädern kennt. Die eingreifenden Zähne werden also kaum verformt und verfügen gleichzeitig durch ihre zylindrische Führung im Zahnträger über einen zusätzlichen Freiheitsgrad um ihre eigene Achse.

Diese Zahnausrichtung optimiert das Eingreifen in die Innenverzahnung und führt von selbst zu einer optimalen Breitenlastverteilung. Aus all diesen Faktoren resultiert unter dem Strich ein Verdrehspiel von einer bis zwei Winkelminuten – und damit eine Verdrehsteifigkeit, die um bis zu 580 % größer ist als die der besten vergleichbaren Getriebe am Markt. Je nach Kundenapplikation ist es möglich, Galaxie durch eine entsprechende Bauteilsortierung vollkommen spielfrei auszuführen. Die positiven, hydrodynamischen Eigenschaften sind auch bei der 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.

Mehrere Baugrößen einsparen – ohne Kompromisse bei der Leistung

Bedingt durch das Konstruktionsprinzip – kurze, nadelgelagerte Einzelzähne und ein relativ großes Polygon – lässt sich das Galaxie-Antriebssystem mit sehr großen Hohlwellen-Durchmessern ausführen. Dadurch bauen sie auch bei hohen Drehmomenten sehr kompakt. Vergleichbare Hohlwellengetriebe mit Zahnrad müssen bei gleicher Leistung mindestens zwei Baustufen größer sein – und erreichen dennoch nicht die Präzision des Galaxie-Antriebes.

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