Wittenstein AG Schweiz: Neuartiger Highend-Hypoid-Kegelradsatz

| Redakteur: Hermann Jörg

Alle Eigenschaften und deren Veränderung während der Herstellungsprozesse wurden beim Hersteller mit Hilfe zahlreicher Mess-, Prüf- und Korrekturzyklen erfasst und optimiert. (Bild: Wittenstein)
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Alle Eigenschaften und deren Veränderung während der Herstellungsprozesse wurden beim Hersteller mit Hilfe zahlreicher Mess-, Prüf- und Korrekturzyklen erfasst und optimiert. (Bild: Wittenstein)

>> Professionelles und kostengünstiges Engineering für Prototypen und Endprodukte, hohe Fertigungs- und Qualitätskompetenz in der Verzahnungstechnik, Schnelligkeit und Teamwork – all dies war gefragt, als es um die Entwicklung eines neuartigen Positionierantriebes ging. Vom Ergebnis, dem Hypoid- Kegelradsatz HRH, profitiert nun ein Hersteller von Anlagen für Blechbearbeitungs- und Rohrschneidemaschinen.

Der Hypoid-Kegelradsatz HRH – die Abkürzung steht für High Reduction Hypoid – ist das weltweit erste, achsversetzte Getriebe seiner Art, das mit nur einer Kegelradstufe eine Übersetzung i=24 in Verzahnungsqualität 1 erreicht. Das macht dieses Getriebe für Anwendungen interessant, in denen höchstmögliche Positionier- und Wiederholgenauigkeit auch bei extremer Dynamik gefordert wird.

Entstanden ist der Hypoid-Kegelradsatz in enger Zusammenarbeit zwischen der Wittenstein Bastian GmbH in Fellbach (D) und der Entwicklungsabteilung des Kunden. Die präzise und hochdynamische Positionierung von Werkzeugköpfen in Bearbeitungsmaschinen war dabei nicht das einzige Entwicklungsziel, die neue Lösung sollte auch deutlich leiser, gewichtsreduziert und kostengünstiger sein als das bisher eingesetzte Getriebekonzept.

Engineering und Umsetzung aus einer Hand

In Highend-Verzahnungslösungen fliessen in der Regel eine grosse Zahl von Anforderungen ein, die sowohl die Bauteile selbst als auch die eingesetzte Technologie für deren Herstellung betreffen. «Wittenstein Bastian bietet ihren Kunden aus Rennsport, Raumfahrt, Robotik sowie aus dem Maschinen- und Automobilbau umfangreiche Fertigungs- und Engineeringkompetenz aus einer Hand», macht Claus Stoll, Leiter Vertrieb dieses Unternehmens, deutlich.

Ob Kegelräder, Stirnräder, Innenverzahnungen oder Sondergetriebe – je anspruchsvoller die Verzahnungsaufgabe ist, desto früher setzt der gemeinsam mit dem Kunden zu gestaltende Entwicklungs- und Konstruktionsprozess ein. Und anders als in der Branche üblich, beschränken sich die Engineering-Dienstleistungen nicht alleine auf die Auslegung der Verzahnung, sondern umfassen ein Gesamtpaket aus Entwicklung, Konstruktion, Detailberechnungen, Belastungsprüfungen und Produktoptimierung.

In kurzer Zeit zum funktionsfähigen Prototypen

In vielen Projekten ist Schnelligkeit oberstes Gebot – und dies nicht nur als Leistungsmerkmal des Endproduktes, sondern auch, was die Zeit bis zum ersten Prototypen und die im weiteren möglichst kurzen Serienlieferzeiten betrifft. Hier ist das grosse Know-how in der Auslegung und Fertigung von Hypoid-Kegelradsätzen bei Wittenstein Bastian von Vorteil. Umfangreiche Software-Tools zur Qualitätsüberwachung schliessen den Kreis. In iterativen Korrekturzyklen wird eine Optimierung der gewünschten Produkteigenschaften erreicht. Insgesamt stellt diese Vorgehensweise sicher, dass der Kunde in relativ kurzer Zeit über funktionsfähige Prototypen verfügt und diese in seiner Applikation testen kann. «Vom freigegebenen Prototyp bis zum verfügbaren Serienprodukt ist es dann nur noch ein kurzer Weg», berichtet Stoll aus Erfahrung. Das Projekt Hypoid-Kegelradsatz HRH ist dafür das aktuelle Beispiel.

Werkzeugkopf Zahn für Zahn präzise positionieren

Mit dem Hypoid-Kegelradsatz sollte eine bisher aufwändige Lösung, bestehend aus einem Motor mit zwei Stirnradstufen, ersetzt werden. Deren Teilevielfalt brachte eine entsprechend lange Toleranzkette mit sich – und damit Einschränkungen hinsichtlich der realisierbaren Präzision und Dynamik. Von der neuen Getriebelösung waren aber nicht nur höchste Positionier- und Wiederholgenauigkeit bei sehr hoher Dynamik gefordert, sondern auch eine signifikante Reduzierung des Laufgeräusches sowie des Gewichtes. «Nicht zuletzt war der Kunde auch an einer wirtschaftlichen Lösung interessiert, die seine Komponentenkosten senkt», so das Fazit bei Wittenstein Bastian.

Teamwork ermöglicht Highend-Verzahnungslösung

In Gesprächen vor Ort sowie mit Hilfe eines detaillierten Engineering-Fragebogens wurden die Anforderungen und die Schwerpunkte der Auslegung definiert und in enger Kooperation mit dem Kunden die Entwicklung und Auslegung des Prototyps gestartet. Dessen Eigenschaften beziehungsweise deren Veränderungen während der verschiedenen Herstellungsprozesse – unter anderem mechanische Bearbeitung und thermische Behandlung – wurde mit Hilfe zahlreicher Mess-, Prüf- und Korrekturzyklen erfasst und optimiert. Weitere Verbesserungspotenziale ergaben sich aus Prüfstandsuntersuchungen beim Kunden.

Am Ende der Prototypen-Phase stand der Highend-Hypoid-Kegelradsatz HRH, bestehend aus einem Kegelrad mit 72 Zähnen und einem Ritzel mit drei Zähnen in Verzahnungsqualität 1. «Das Besondere an der Auslegung ist die mehrfache Überdeckung: Mehrere Zähne greifen gleichzeitig und ein Zahn greift an mehreren Stellen», führt Stoll aus. Dies, die gezielte Gestaltung der Makro- und Mikrogeometrie der Komponenten sowie die Oberflächengestaltung und Flankenmodifikation für ein optimiertes Lauf- und Beanspruchungsverhalten gewährleisten maximale Funktionssicherheit auch bei hoher Dynamik, optimale Laufruhe und höchste Lebensdauer.

Die Lösung: besser, leichter, kostengünstiger

Der Hypoid-Kegelradsatz überzeugt in der Maschine, für die er entwickelt wurde, in vielerlei Hinsicht: Durch eine höhere Dynamik und Genauigkeit konnte die Präzision der Bahnführung des Bearbeitungskopfes erheblich gesteigert werden. Die Bauform des Kegelrades erlaubte den Konstrukteuren, Medien wie Kabel und Hydraulikschläuche durch die grosse Mittenöffnung hindurchzuführen. Mit der neuen Getriebelösung reduziert sich im Vergleich zu vorher die Zahl der zu montierenden Komponenten und damit das Gewicht um zirka 60%. Um etwa die Hälfte geringer ist zudem das Laufgeräusch des Hypoid-Kegelradsatzes. Schliesslich profitiert der Kunde von den etwa um 30% niedrigeren Komponentenkosten.

Alle diese Vorteile haben dazu geführt, dass bereits über Einsatzfelder in anderen Bearbeitungsmaschinen mehr als nur nachgedacht wird. <<

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