ANTRIEBSTECHNIK »
ANTRIEBSTECHNIK » Getriebe Kronenradgetriebe mit optimierter Auslegung Antriebsleistung, die effizient bis „um die Ecke“ reicht IM ÜBERBLICK Kronenradgetriebe von ebm-papst bieten sich als Winkelgetriebe für viele Anwendungen an. Angestoßen durch die steigende Nachfrage aus der Industrie wurde die Auslegung der Verzahnungsteile der Kronenradgetriebe und deren Fertigungstechnik stetig verbessert. Kombiniert mit modernen EC-Motoren entstehen so kompakte und robuste Antriebssysteme, die Leistung auch bei beengten Einbauverhältnissen wirkungsvoll „um die Ecke“ bringen. Typische Anwendungen finden sich bei Umreifungsmaschinen ebenso wie bei fahrerlosen Transport- und Shuttlesystemen, bei Tor- und Schranken-Antrieben oder in OP-Tischen als Schiebehilfe. Friedrich Obermeyer, Technologie & Methoden im Bereich Industrielle Antriebstechnik, und Patrick Schumacher, Leiter Produktmanagement Industrielle Antriebstechnik, bei ebm-papst St. Georgen Schneckenradgetriebe haben prinzipbedingt einen Achsversatz zwischen eintreibender und abtreibender Welle und arbeiten mit vergleichsweise schlechten Wirkungsgraden, sodass die Motoreinheit der Antriebseinheit oft größer dimensioniert werden muss. Kegelradgetriebe sind in der Untersetzung üblicherweise auf maximal 5:1 beschränkt und daher meist auch nicht die ideale Wahl. Ihre Wirkungsgrade sind zwar recht hoch, allerdings ist sowohl die Herstellung der Verzahnungsteile als auch die Montage – speziell das Ausrichten der Verzahnungsteile zueinander – vergleichsweise aufwendig, was sich natürlich im Preis niederschlägt. Wer ein besonders wirtschaftliches und effizientes Winkelgetriebe sucht, sollte sich deshalb mit der Kronenradtechnologie beschäftigen. Die Kronenradgetriebe EtaCrown und EtaCrownPlus sind Teil des modularen Antriebssystems von ebm-papst und können mit allen DC- und EC-Motoren sowie Bremsen und Gebern kombiniert werden. Wer ein besonders effizientes und wirtschaftliches Winkelgetriebe sucht, ist mit Kronenradgetrieben oft gut beraten. Durch ihre hohen Wirkungsgrade erleben sie heute ein Comeback und setzen sich immer häufiger gegen Schnecken- oder Kegelradgetriebe durch. Immer noch denken viele im Zusammenhang mit Winkelgetrieben als erstes an Kegelrad- oder Schneckengetriebe. Allerdings nimmt man bei deren Einsatz immer auch Nachteile in Kauf. Bild: ebm-papst Kronenradgetriebe als besonders geeignetes Winkelgetriebe Wenn man sich den Aufbau der verschiedenen Winkelgetriebe näher anschaut, versteht man schnell, warum Kronenradgetriebe für viele Anwendungen eine gute Lösung sind. Die Zahnräder von Kegelradgetrieben haben eine Kegelform. Die Getriebefunktion ist nur dann einwandfrei, wenn sich die Mittellinien der Kegelräder genau in einem Punkt schneiden. Schon alleine die Wärmeausdehnung im Betrieb kann die Funktion daher beeinträchtigen. Schneckenradgetriebe sind da weniger empfindlich, aber bei ihnen ist die Richtung des Kraftflusses sehr ungünstig. Das Drehmoment bewirkt in erster Linie eine Zug- beziehungsweise Druckbelastung des Schneckenritzels. Da das Ritzel auf dem Schneckenrad gleitet, werden so je nach Untersetzung bis zu 2/3 der eingebrachten Antriebsenergie in Wärme umgewandelt. Der Motor und das Getriebe müssen daher größer dimensioniert werden als eigent- 24 KEM Konstruktion|Automation » 01-02 | 2024
Bild: ebm-papst Bild: ebm-papst Die Hüllschnittkurve gibt die Geometrie der Kronenradflanke wieder. Die Linienlast zeigt die auf Millimeter normierte Kraft an der Flankenlinie des Kronenradzahns. lich notwendig, um die gewünschte Leistung zu erreichen. Zusätzlich ist axiale Belastung der Schnecke durch entsprechend dimensionierte Axiallager aufzufangen. Bei den Kronenradgetrieben EtaCrown und EtaCrownPlus aus dem modularen Antriebssystem von ebm-papst 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 – Kaum Reibungsverluste: Das evolventische Antriebsritzel beim Kronenradgetriebe baut zylinderförmig. Der Kontakt zwischen Ritzel und Abtriebsrad ist ein Wälzkontakt. Bild: ebm-papst abhängig von der gewählten Untersetzung – sind auch bei kleinen Antrieben ein enormes Sparpotential. Oft kann man den Antriebsmotor zudem kleiner dimensionieren und Bauraum sowie Kosten sparen. Verzahnungstechnik und patentierte Schmierung Die Kronenradgetriebe decken in unterschiedlichen Baugrößen die Untersetzungen im einstufigen Bereich bis 10:1, zweistufig bis 113:1 und dreistufig bis 289:1 ab. Dabei erfüllen die Getriebe höchste Anforderungen. So hat ebm-papst gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Maschinenelemente (FZG) der TU München im Rahmen eines Förderprojekts (Bayerische Forschungsstiftung: AZ-1379–19, Sachbearbeiter: J.-F. Hochrein) umfangreiche Forschungen rund um die Verzahnungstechnik betrieben. In diesem Zusammenhang wurde eine Software entwickelt, mit deren Hilfe sich erstmals für die Auslegung wichtige Parameter realistisch berechnen lassen, wie Geometriebestimmungen oder Zahnkontaktanalysen unter Last. Hüllschnittkurven beispielsweise geben die Geometrie der Kronenradflanke und deren Grenzbereiche wieder oder die Linienlast zeigt die auf Millimeter normierte Kraft an der Flankenlinie des Kronenradzahns. Die Gleitgeschwindigkeiten zeigen an, wie groß die Abwälzgeschwindigkeiten an der Kronenradflanke sind. Die Werte werden auf leistungsfähigen Prüfständen validiert und dienen schlussendlich auch der Fertigungsoptimierung. Auch die Schmierung wurde verbessert. Normalerweise gibt es bei Getrieben immer das Problem, dass das Schmiermittel aus den Verzahnungsbereichen der Getriebezahnräder nach und nach verdrängt wird und sich in benachbarten Bereichen ansammelt. Die Verzahnungen werden dadurch über die Lebensdauer nicht optimal geschmiert, was zu einem KEM Konstruktion|Automation » 01-02 | 2024 25
