Innovative Planetengetriebe für höchste Anforderungen

22.02.2018 16:10

Innovative Planetengetriebe für höchste Anforderungen

ebm-papst erweitert das Produktprogramm von elektrischen Antriebs­systemen für den Einsatz in industriellen Applikationen nachhaltig.

ebm-papst Zeitlauf ist bereits seit vielen Jahren für seine Kompetenz im Bereich der Getriebetechnik, insbesondere im Bereich der Planetengetriebe (Performax-und Noiseless-Baureihe) bekannt. Diese zeichnen sich durch ihre extreme Leistungsstärke und eine exzellente Laufruhe aus. Im Bereich der industriellen Antriebstechnik entwickeln sich die Marktanforderungen im Bereich der Technik aktuell in zwei Richtungen. Einerseits soll die Funktionalität der Antriebseinheiten erweitert werden, um die Projektierung und Realisierung der Kundenapplikation zu beschleunigen. Andererseits soll die Abgabeleistung aus bestehendem Bauraum insbesondere im dynamischen Bereich weiter erhöht werden. Um letzteres realisieren zu können, muss die geforderte höhere Leistung in jedem einzelnen Modul einer Antriebseinheit (Getriebe, Motor, Elektronik) signifikant steigen.

Anforderungen an Robustheit und Überlastfähigkeit

Für die elektronisch kommutierten Innenläufermotoren (ECI) bedeutet dies, dass höhere Anlaufdrehmomente bei gleichzeitig verminderten Rotorträgheitsmomenten gefordert werden, um das dynamische Verhalten deutlich zu verbessern. Speziell für das Getriebe stellt dies eine große Herausforderung dar. Um der höheren Leistung und der mechanischen Robustheit gerecht zu werden, legen die Getriebespezialisten hohen Wert auf die optimale Auslegung der Verzahnung und Lagerung der Abtriebswelle sowie die Wahl der eingesetzten Werkstoffe. Mit der neuen Getriebebaureihe Optimax stellt sich ebm-papst genau diesen Anforderungen an Robustheit und Überlastfähigkeit. Als erste Baugröße wird das Getriebe Optimax 63 mit einem Kantenmaß von 63 mm verfügbar sein. Die langjährige Erfahrung in der Auslegung von Verzahnungen für Planentengetriebe zahlte sich hier aus. Es kommt dabei nicht nur auf die Größe der Zähne (den „Modul“) oder die Wahl der Zähnezahlverhältnisse, sondern entscheidend auf die Gestaltung des Wälzverhaltens der Räder im Getriebe an. Auf Grund der möglichen Freiheitsgrade bei der Auslegung einer Verzahnung steht dem Entwickler hier eine quasi unbegrenzte Anzahl möglicher Lösungsansätze zur Verfügung. Die Kunst liegt darin, aus all diesen Möglichkeiten das perfekte „Setting“ zu finden. Im Falle des Optimax standen die Forderungen, hohe Dauer­drehmomente zu übertragen, wie auch kurzzeitig Stoßbelastungen ertragen zu können, im Fokus. Zudem galt es, die Optimax-Baureihe ganzheitlich zu betrachten und diese hinsichtlich Bauteil-Mehrfachverwendungen und einer strategisch günstigen Untersetzungsreihe intelligent aufzubauen.

Vier statt drei Planetenräder

Um möglichst große Leistungen übertragen zu können, werden in den Optimax-Getrieben Zahnräder mit sehr großer Radbreite verbaut. Somit wird, trotz hoher Drehmomente, die Flächenpressung und damit der Verschleiß an den Zahnflanken minimiert, wodurch wiederum eine lange Lebensdauer erreicht wird. Eine weitere Besonderheit beim Optimax-Getriebe stellen die vier anstelle der üblichen drei in einer Getriebestufe verbauten Planetenräder dar. Durch die Kraftverteilung auf vier Planeten kann noch einmal rund 30 % mehr Drehmoment übertragen werden.

Bauraum in den Ecken nutzen

Die Leistungsfähigkeit eines Getriebes (also die Höhe des übertragbaren Momentes) wird immer an dessen Baugröße/Platzbedarf gemessen. Auch hierauf wurde bei der Entwicklung des Optimax-Getriebes geachtet: Im annähernd quadratischen Querschnitt wird das Kantenmaß 63 mm bestmöglich durch eine große Hohlradverzahnung ausgenutzt. Für die Verschraubung der Getriebeteile wird der Bauraum im Bereich der „Ecken“ genutzt. Die Getriebeabtriebswelle ist zweifach kugelgelagert – mit besonders großen Kugellagern für Radiallasten von bis zu 500 N (bei einer Lebensdauer von 20.000 Stunden). Die beiden Flansche greifen formschlüssig in die Verzahnung des Hohlrades ein und gewährleisten damit sowohl die Ausrichtung der Bauteile zueinander, als auch die Drehmomentabstützung unter den Gehäusekomponenten (Zwischenflansch – Hohlrad – Gehäuseflansch). Die Funktion der verwendeten Axialschrauben reduziert sich auf die Verspannung der Gehäuseteile gegeneinander. In der Optimax-Getriebebaureihe sind nahezu alle Einzelteile für einen formfallenden Herstellprozess ausgelegt. Durch den intelligenten Einsatz von Sinter-, Zink- Druckguss- und Kunststoff-Spritzgusstechnik können alle Bauteile kostenoptimal mit den gewünschten Eigenschaften hergestellt werden: Geräuschdämpfende Planeten­räder aus Kunststoff für die erste Getriebestufe, alternativ hochfeste Planetenräder aus Sinterstahl für den Einsatz im Überlastbereich, ein robustes, abriebfestes Hohlrad aus gehärtetem Sinterstahl und komplexe Flansch- bzw. Gehäusegeometrien mit hoher Maßhaltigkeit aus Zink-Druckguss.

Vom Standard abweichende Untersetzungen möglich

Durch diesen Einsatz von formfallenden Teilen und einer über viele Jahre optimierten Fertigungstechnik können die Getriebe sowohl bei kleineren Stückzahlen, als auch bei größeren Serien zu wettbewerbsfähigen Preisen angeboten werden. Die verwendeten Materialien und die eingesetzten Schmiermittel ermöglichen den Betrieb in einem weiten Temperaturbereich (-20 bis +90 °C). Die Standardausführung bietet die Schutzart IP 50, höhere Schutzarten bis IP 65 sind konstruktiv realisiert und können durch Zusatzmaßnahmen einfach erreicht werden. Trotz hohem Anteil an formfallenden Teilen behält man sich ein großes Maß an Flexibilität bei: Durch den Einsatz von spanend hergestellten Planeten- und Sonnenrädern sind vom Standard abweichende Untersetzungen möglich. Desweiteren sind an die Kundenschnittstelle angepasste Abtriebswellen realisierbar.

Beschleunigungs- und Bremsmomente reduzieren Zykluszeiten

Dank der Robustheit und Überlastfähigkeit des Optimax-Getriebes sind hohe Beschleunigungs- und Bremsmomente realisierbar, die eine entscheidende Reduzierung von Zykluszeiten in den Kundenapplikationen ermöglichen. Die Standard-Untersetzungsreihe des Optimax reicht im einstufigen Bereich von 3:1 über 5:1 (Vorzugstyp) bis hin zu 9:1. Die zweistufige Ausführung ist mit Untersetzungen 15:1, 25:1 (Vorzugstyp) sowie 45:1 erhältlich. Die Getriebe der Baureihe Optimax 63 können mit den leistungsstarken und überlastfähigen Motoren der Baureihe ECI 63 und ECI 80 kombiniert werden (Bild 4). Diese Antriebslösungen zeichnen sich durch eine hohe Überlastfähigkeit und hohe Abgabeleistungen aus. Eine Antriebseinheit bestehend aus Motor ECI 63 K4 und Getriebe Optimax 63 dürfte in puncto Funktionalität, Kompaktheit, Überlastfähigkeit und Effizienz keine Kundenwünsche offenlassen. Interessenten können die Dokumentation der neuen Antriebslösungen (technische Daten, Zeichnungen, 3D-Modelle) im ebm-papst Zeitlauf Online-Portal einsehen und bei Bedarf ausdrucken bzw. herunter­laden. Selbstverständlich sind die Optimax-63-Vorzugstypen künftig im Online-Portal enthalten und damit innerhalb von 48 h nach Eingang der Bestellung versandfertig. 

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