»Galaxie«-Getriebe gewinnt Hermes Award Getriebe von Wittenstein mit beweglichen Zähnen

Getriebe-Kinematik neu gedacht: Dynamisierte Zähne, die um ein Polygon herum gruppiert sind, kennzeichnen die neue Getriebegattung von Wittenstein.
Getriebe-Kinematik neu gedacht: Dynamisierte Zähne, die um ein Polygon herum gruppiert sind, kennzeichnen die neue Getriebegattung von Wittenstein.

Wittenstein hat eine völlig neue Getriebe-Kinematik entwickelt: Das Getriebe mit dem Namen »Galaxie« verzichtet auf ein Zahnrad; statt dessen erfolgt die Drehmomentwandlung über dynamisierte Einzelzähne. Auf der Hannover Messe wurde »Galaxie« erstmals vorgestellt und gewann gleich den Hermes Award.

»Galaxie« bildet zusammen mit einem eigens entwickelten, auf die Eigenschaften des Getriebes abgestimmten Hochleistungsmotor ein Antriebssystem, bei dem Durchmesser und Länge etwa gleich groß sind. »Auch eine Sensorik wurde integriert, um den Motor mit dem Getriebe zu einer hochkompakten Hohlwellen-Antriebseinheit mit Industrie-4.0-Connectivity zu verschmelzen«, erläutert Thomas Bayer, Leiter Galaxie Antriebssysteme bei der Wittenstein AG. »Das Antriebssystem bietet einen gemessenen Wirkungsgrad von über 92 Prozent und setzt in allen technischen Daten zugleich einen neuen Benchmark.« Jeweils bezogen auf den Marktstandard einer vergleichbaren Baugröße erreiche es bis zu 170 Prozent mehr maximales Drehmoment, eine bis zu dreifach höhere Überlastsicherheit, je nach Vergleichsgetriebe dreimal bis fast sechsmal mehr Verdrehsteifigkeit und bis zu 70 Prozent größere Hohlwellendurchmesser.

Der Clou der neuen Getriebe-Kinematik ist, dass das Getriebe auf ein Zahnrad verzichtet - statt dessen erfolgt die Drehmomentwandlung über dynamisierte Einzelzähne, die um ein Zweier- oder Dreier-Antriebspolygon mit Nadellagerung herum gruppiert sind und entlang der Innenverzahnung des Hohlrades geführt werden. »Dieses Prinzip führt dazu, dass jetzt fast alle Zähne gleichzeitig am Zahneingriff beteiligt sind – im Gegensatz zu einigen wenigen Zähnen bei anderen Getriebeausführungen wie Stirnrad, Planetenrad, Hypoidgetriebe, Harmonic-Drive-Prinzip, Exzentergetriebe mit Evolvente oder Zykloid-Getriebe«, betont Bayer.

Die Verzahnungsgeometrie ist beim »Galaxie« als logarithmische Spirale ausgeführt, wodurch der Zahneingriff nicht mehr wie bei Getrieben mit Zahnrädern als Linienkontakt erfolgt, sondern als Flächenkontakt. »Mit der logarithmischen Spirale haben wir eine fundamental neue Funktion für Getriebeverzahnungen entdeckt und entwickelt«, sagt Bayer. »Das finden Sie noch in keinem Lehrbuch. Die Spirale kommt auch in der Natur vor. Manche Pflanzenarten, Schneckenhäuser und sogar Galaxien sind nach der logarithmischen Spirale ‚designt‘. Da lag es nahe, das neue Antriebssystem ‚Galaxie‘ zu nennen.«

FEM-Vergleichsberechnungen mit einem schrägverzahnten Planetengetriebe zeigen laut Bayer, dass bei gleichem Hohlwellendurchmesser die neue »Galaxie«-Getriebekinematik 6,5-mal mehr tragende Zahnfläche aufweist. »Hieraus resultieren zu einem erheblichen Maße unter anderem die bis zu 170-prozentige Leistungssteigerung bei der Drehmomentwandlung und die bis zu dreifach höhere Überlastsicherheit«, verdeutlicht er. »Zum anderen baut sich beim flächigen Multizahneingriff der Galaxie-Kinematik ein hydrodynamischer Schmierfilm auf – und dies auch bei höchster Momentenbelastung schon ab geringen Drehzahlen. Dies minimiert mechanischen Verschleiß und Abrieb und hält ein einmal eingestelltes Verdrehspiel über die Lebensdauer absolut konstant.«

Wegen des neuartigen Konstruktionsprinzips von »Galaxie« ist zwischen dem Zahnträger und der Innenverzahnung des Hohlrades nur ein minimaler Spalt vorhanden. »Durch diesen extrem kurzen Abstand gibt es kaum noch eine Biegelänge«, sagt Bayer. Zudem optimieren die Zähne – durch ihre zylindrische Führung im Zahnträger – von selbst ihre Ausrichtung und das Eingreifen in die Innenverzahnung, was prinzipbedingt zu einer optimalen Breitenlastverteilung führt. »Daraus ergibt sich ein Verdrehspiel von einer bis zwei Winkelminuten – und damit eine Verdrehsteifigkeit, die um bis zu 580 Prozent größer ist als die der besten vergleichbaren Getriebe am Markt«, stellt Bayer klar. »Selbst bei Wechselbelastung im Nulldurchgang bleibt eine sehr hohe Steifigkeit erhalten – ohne dass sich dabei die maximal übertragbaren Drehmomente reduzieren.«

Bedingt durch das Konstruktionsprinzip lässt sich das »Galaxie«-Antriebssystem mit sehr großen Hohlwellen-Durchmessern ausführen. »Dadurch baut es auch bei hohen Drehmomenten sehr kompakt«, hebt Bayer hervor. »Vergleichbare Hohlwellengetriebe mit Zahnrad müssen bei gleicher Leistung mindestens zwei Baustufen größer sein – und erreichen dennoch nicht die Präzision des ‚Galaxie‘-Antriebssystems.«