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Gattung, Getriebe und Antriebssystem machen das Unmögliche möglich

| Redakteur: Silvano Böni

Kürzere Bearbeitungszeiten, höhere Zerspanungsleistung, wesentlich schnellere und präzisere Positionierung der Werkstücke, verlängerte Standzeiten der Werkzeugschneiden – durch Galaxie erreichen DMT-Werkzeugmaschinen beim Fräsen deutlich bessere Leistungswerte.
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Kürzere Bearbeitungszeiten, höhere Zerspanungsleistung, wesentlich schnellere und präzisere Positionierung der Werkstücke, verlängerte Standzeiten der Werkzeugschneiden – durch Galaxie erreichen DMT-Werkzeugmaschinen beim Fräsen deutlich bessere Leistungswerte. (Bild: Wittenstein)

Auf der Hannover Messe 2015 mit dem Hermes Award ausgezeichnet, hat das Galaxie-Antriebssystem von Wittenstein seitdem den Status einer eigenständigen, in Forschung und Lehre wie auch im Markt anerkannten Gattung erlangt. Es ist bekannten Getriebeprinzipien durch die besondere Funktionsweise weit überlegen – und steht dadurch jetzt vor einer exponentiell wachsenden Marktdurchdringung.

Allgemein verfügbares Wissen oder gar Erfahrungswerte sind bei grundlegend neuen Technologien zu Beginn der Markteinführung eher Mangelware. Bei Galaxie war dies nicht ganz so, denn Wittenstein hatte das Antriebssystem bereits seit 2011 zusammen mit Lead-Kunden in konkreten Maschinenanwendungen eingesetzt und ständig weiterentwickelt. In den drei Jahren seit der Markteinführung von Galaxie sind jedoch weitere wichtige Erkenntnisse hinzugekommen.

Galaxie: das als überlegen anerkannte Funktionsprinzip

Fakt ist: Galaxie ist als aus Prinzip überlegene Getriebegattung wissenschaftlich bewiesen und im Markt anerkannt. Die entscheidenden Merkmale – dynamisierte Einzelzähne statt starren Zahnrädern, vollflächiger, hydrodynamischer Kontakt beim Zahneingriff statt deutlich weniger tragfähiger Wälzpunkt-Linienkontakte sowie die neue Lagerart mit segmentiertem Aussenring – führen dazu, dass Galaxie bezogen auf den Marktstandard in allen wichtigen technischen Disziplinen bekannten Planeten-, Zykloid-, Exzenter- und Standard-Wellgetrieben um Faktoren überlegen ist. Deren prinzipbedingte technische Kompromisse – wenn beispielsweise gleichzeitig sehr hohe Präzision und Dreh­momentdichte gefordert sind – gehören der Vergangenheit an. Galaxie bietet Bestleistungen bei Spielfreiheit, Gleichlauf, Steifigkeit, Drehmomentdichte und Überlastsicherheit, ohne diese Merkmale «gegeneinander ausspielen» zu müssen. Bereits in den ersten Pilotprojekten in Fertigungsanlagen führte dies nach Angabe der Kunden zu Produktivitätssteigerungen von 40 Prozent und mehr. Kein Wunder also, dass die Gattung Galaxie als disruptive Innovation ein kon­struktives Umdenken im Hochleistungs­maschinenbau ausgelöst hat, was einem Paradigmenwechsel gleichkommt.

Eventtipp: SMM InnovationsFORUM FertigungstechnikDas SMM InnovationsFORUM ist der Treffpunkt der Schweizer Fertigungsindustrie, an dem ausgewiesene Fertigungsexperten über die aktuellsten Trends der Branche informieren. Nutzen Sie die Gelegenheit mit den Referenten zu diskutieren und sich mit den anderen Teilnehmern auszutauschen.
Wann: Mittwoch, 14. November 2018
Wo: Forum der Messe Luzern
Preis: 150.-- CHF (exkl. MwSt.)
Informationen: www.smm-innovationsforum-fertigung.ch

Innovativer Maschinenbau bestätigt technologische Überlegenheit

Vielfältige Kundenlösungen beweisen die technologische Überlegenheit des Galaxie-Prinzips.

Die Profilierung rotationssymmetrischer Werkstücke ist eine der Kernkompetenzen der Profiroll Technologies GmbH. Mit der Integration des Antriebssystems Galaxie D von Wittenstein in seine Rollex-Verzahnungswalzmaschinen konnte das Unternehmen die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöhen, gleichzeitig die Prozessqualität bei kritischen Bauteilen deutlich verbessern und so unter dem Strich die Produktivität um bis zu 40 Prozent steigern. Massgeblich für diesen Leistungs-, Qualitäts- und Effizienzsprung ist die extrem hohe Verdrehsteifigkeit und dämpfende Eigenschaft des Galaxie D, die um bis zu Faktor 5,8 grösser ist als bei vergleichbaren Getrieben am Markt. Sie ermöglicht bei voller Maschinengeschwindigkeit ein vibrationsfreies Walzen von Kerb- oder Steckverzahnungen auf symmetrischen Wellen.

Ergänzendes zum Thema
 
Galaxie: Aufbau und Funktionsweise

Die Serien- und Sondermaschinen der DMT Drehmaschinen GmbH werden besonders dort bevorzugt, wo Einzelteile und Kleinserien – auch mit komplizierten Konturen – schnell und mit höchster Präzision gefertigt werden müssen. Das Unternehmen setzt daher an der C-Achse ihrer Drehmaschinen auf Galaxie G mit seiner unerreichten Drehsteife und auch über die gesamte Betriebsdauer völlig spielfreien Getriebe-Kinematik. Hieraus ergeben sich bei Fräsbearbeitungen kürzere Bearbeitungszeiten und höhere Zerspanungsleistungen bei einer deutlich verbesserten Bearbeitungsqualität. Der Wegfall von Umspannvorgängen auch bei grösseren Werkstücken vermeidet Rüstzeiten und gewährleistet eine bessere Formtreue, die bei einem erneuten Aufspannen schwerer zu erreichen ist. Die längeren Werkzeugstandzeiten wirken sich zudem positiv auf die Verfügbarkeit der Drehmaschinen aus.

Spielfreiheit auch bei einem Flankenwechsel durch Umkehr der Bewegungsrichtung sowie unerreicht hohe Drehsteifigkeit sind für die Broetje-​Automation GmbH die wichtigsten Eigenschaften, mit denen das Antriebssystem Galaxie GH das Regelverhalten der MPAC-Nietmaschinen optimiert und so deren Produktivität um bis zu 20 Prozent verbessert. Diese Maschinen verlangen höchste Präzision in der Bewegungsführung und Positionierung – denn sie verbinden vollautomatisch mit zehntausenden von Nieten Flugzeug-Rumpfsegmente und Verstrebungen von Flugzeugteilen beispielsweise für den Airbus A380 oder den Boeing 787 Dreamliner. Als Winkelgetriebe an der prozessführenden Achse der MPAC-Nietmaschinen montiert, ermöglicht Galaxie GH dem hochkomplexen Endeffektor mit seinen je fünf Positionierachsen für Unterwerkzeug und Nietkopf beim Bohren, Dichtmittel-Applizieren, Nietensetzen und Stauchen eine elektronisch geregelte und sensorüberwachte Genauigkeit von ±0,1 Millimeter. Zudem hat sich die Produktivität verbessert, weil sich durch das Galaxie GH die Bewegungsgeschwindigkeit der Achse verdoppelt hat, die Beschleunigung jetzt 140 Prozent besser ist und die Änderungsgeschwindigkeit der Beschleunigung – der Ruck – sogar um 250 Prozent gesteigert werden konnte.

Das Unternehmen MAKA Systems GmbH setzt den Aktuator Galaxie D in seinen CNC-Spezialmaschinen für die Holz-, Aluminium-, Kunststoffbearbeitung und den Modellbau ein. Diese erreichen dadurch höchste Genauigkeiten mit kleinstmöglichen Toleranzen. Nullspiel, eine hohe Verdrehsteifigkeit sowie die hohe Dynamik des Galaxie D führen zudem zu schnelleren Maschinentakten und Bearbeitungsgeschwindigkeiten – die aufgrund des besonderen Aufbaus der Lagerung aber nicht zu Lasten von Zuverlässigkeit und Lebensdauer gehen. Im Gegenteil: individuelle Berechnungen, in die unter anderem Faktoren wie die Verfahrzyklen oder die Belastungen eingehen, bestätigen, dass das Galaxie D auch in dieser Hinsicht deutlich langlebiger als andere Hohlwellentriebe ist. Zudem beweist sich Galaxie als «Enabling Technology»: Da das Antriebssystem durch seine spielfreie Kinematik auch bei Wechselbelastung im Nulldurchgang eine fast sechs Mal höhere Verdrehsteifigkeit bietet als selbst die besten, vergleichbaren Getriebealternativen, eröffnet dies die Option, die MAKA-Maschinen in Zukunft noch steifer auszuführen. Mit einer solchen neuen Maschinengeneration können Bearbeitungsprozesse noch präziser durchgeführt werden. Zudem wird das Spektrum bearbeitbarer Materialien dadurch breiter, denn mit den noch robusteren Maschinen können dann entsprechend härtere und gröbere Materialien gefräst werden.

Eine «Galaxie-Community» bildet sich heraus

Bei so vielen positiven Einsatzbeispielen verwundert es nicht, dass sich in Wirtschaft und Verbänden eine Community herausbildet, die die Gattung Galaxie in Publikationen und Präsentationen als «Meilenstein der Technik» bestätigt. Bestens beurteilen kann dies beispielsweise die Forschungsvereinigung Antriebstechnik FVA, deren Grundlagenforschung und Erkenntnisse aus Forschungsprojekten – unter anderem zu hochdynamischen Gleitlagern – auf die Galaxie-Kinematik adaptiert und für die Entwicklung des Getriebes sowie dessen schnelle marktfähige Produktion genutzt werden konnten. In ihrem Buch «50 Jahre FVA: sharing, drives, innovation» nennt die FVA Galaxie von Wittenstein gemeinsam in einer langen Reihe bedeutender Erfindungen der Neuzeit, wie beispielsweise die von Leonardo da Vinci, August Otto, Friedrich Fischer und Rudolf Diesel. Zusätzlich ist dieser Erfindung ein doppelseitiger Artikel gewidmet, der besonders auf die in Deutschland etablierte und sehr erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen Forschung, Industrie und Verbänden hinweist. Auch der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau VDMA, der sich wie die FVA erfolgreich der besonderen Verantwortung für die Verbindung aus Forschung, Industrie, Verbänden und Politik stellt, gehört der «Galaxie-Community» an. So gratulierte VDMA-Hauptgeschäftsführer Thilo Brodtmann anlässlich der Verleihung des Hermes Awards 2015 an Wittenstein dem Unternehmen zu seinem «Hochleistungsgetriebe mit innovativer Kinematik und den damit verbundenen ausgezeichneten Ergebnissen in der Drehmomentdichte, Steifigkeit, Spielfreiheit und Kompaktheit.»

Der wissenschaftliche Beweis: die Logarithmische Spirale als neue mathematische Funktion im Getriebebau

Die dritte «Fangemeinde» ist die Wissenschaft, die in der universitären Forschung den Nachweis erbracht hat, dass Galaxie eine eigenständige Gattung koaxialer Hohlwellengetriebe darstellt – und die dies in wissenschaftlichen Arbeiten und Lehrbüchern sowie auf Konferenzen auch so zum Ausdruck bringt. So fand im September 2017 die «International Conference on Gears» des Lehrstuhls für Maschinenelemente der Technischen Universität München / Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebe FZG statt – die weltweit bedeutendste wissenschaftliche Konferenz über Getriebeentwicklung mit über 700 Teilnehmern. Auf dieser Veranstaltung wurden zwei von Professoren begutachtete und freigegebene Vorträge über das Galaxie-System gehalten – in deren Rahmen mit Hilfe wissenschaftlicher Abstraktion nachgewiesen worden ist, dass es sich bei Galaxie um eine neue Getriebegattung handelt.

Wesentlich für die Beweisführung war dabei, dass mit Galaxie die mathematische Funktion der Logarithmischen Spirale als fundamentale Neuigkeit in den Getriebebau eingeführt wurde. Als Verzahnungsform von Polygon und Einzelzähnen führt sie zum flächigen Zahneingriff und zu einem mathematisch exakten Gleichlauf. Folgerichtig sind sowohl die theoretische Funktionsfähigkeit als auch die technischen Leistungsmerkmale und Vorteile von Galaxie innerhalb der Wissenschaft inzwischen anerkannt – was sich in der Aufnahme der neuen Getriebegattung in Standardwerke beispielsweise des Werkzeugmaschinenbaus dokumentiert.

Gleichzeitig handelt es sich bei der im Galaxie-Getriebe verwendeten Logarithmischen Spirale um ein Phänomen, das sich auch in der «Mathematik» der Natur als höchst effizient für den Material- und Energieeinsatz herausgebildet hat. So findet sich die Logarithmische Spirale als absolutes Vorbild in Bezug auf Effektivität und Design an Schneckenhäusern, bei der Anordnung von Kernen in Sonnenblumen oder auch in Spiralgalaxien – die der Getriebegattung den Namen gegeben haben.

Galaxie vor exponentiell wachsender Marktdurchdringung

Experten von Hochschulen wie der RWTH Aachen wie auch in der Industrie sehen die Galaxie-Technologie mittlerweile am Beginn einer exponentiellen Marktdurchdringung. «Der Galaxie-Zug fährt», lautet der Tenor, «für Maschinenbauer ist es höchste Zeit aufzuspringen, will man den technologischen Anschluss nicht verpassen. Jedes Zögern vergrössert den Rückstand.» Bei Wittenstein sieht man dies genauso – und hat daher eigens eine Fertigung mit leistungsfähigen Präzisionsmaschinen aufgebaut. Gleichzeitig hat die Erfahrung der zurückliegenden Phase der Marktreife die Grundlagen für den Aufbau eines modularen Galaxie-Portfolios geschaffen, das durch verschiedene Bauformen und Varianten neue Anwendungen mit besonderen Leistungs- oder Einbauanforderungen erschliesst – und so wesentlich zur erwarteten, exponentiellen Marktdurchdringung beitragen wird. SMM

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