Wittenstein ist beim Galaxie Antriebssystem einen neuen Weg gegangen und ersetzt Zahnräder durch dynamisch zustellbare Einzelzähne, die um ein Antriebspolygon mit Nadellagerung herum gruppiert sind. Enorme Entwicklungssprünge in automatisierten Produktionen sollen daraus folgen. Auf der Hannover Messe hat das Getriebe Aufsehen erregt – und den begehrten Hermes Award gewonnen.
Thorsten Sienk Freier Journalist in Bodenwerder
Dr. Manfred Wittenstein bleibt im Hintergrund und überlässt es seinem Vorstandsvorsitzenden Prof. Dr.-Ing. Dieter Spath, während eines Fachpressegesprächs vom neuen Galaxie-Getriebe zu schwärmen. Den Hermes Award hat er ja in seiner Rolle als Aufsichtsratsvorsitzender der Wittenstein AG am Eröffnungssonntag der Hannover Messe 2015 bereits von der für Bildung und Forschung zuständigen Bundesministerin Prof. Dr. Johanna Wanka überreicht bekommen.
Mit dem Galaxie Antriebssystem hat sich das Igersheimer Familienunternehmen gegenüber fast 70 Teilnehmern aus zehn Ländern durchgesetzt und auch im Feld der fünf Finalisten überzeugt. Die Bundesbildungsministerin bezeichnete bei der Preisverleihung das neue Getriebe als eine „herausragende Entwicklungsleistung und bestes Beispiel für die Innovationskraft in Deutschland. Die Wittenstein AG hat unter Beweis gestellt, dass man mit Mut, Kreativität und Entschlossenheit eine völlig neue Getriebegattung entwickeln kann“. Dabei sei es dem Unternehmen gelungen, die Zukunft der Wirtschaft, die Vernetzung von Produktion und Dienstleistung in seinem Antriebssystem zu integrieren.
Der „Technik-Oscar“ steht auf dem Messestand gerade Vis a Vis zur prämierten Getriebelösung, die so neu ist, dass es dafür noch keine Klassifizierung gibt. Die Igersheimer sind stolz auf das Erreichte, während die Fachwelt mehr als üblich darüber nachdenkt, wie das neue Getriebe eigentlich genau funktioniert.
Wer sich mit dem neuen Galaxie-Getriebe von Wittenstein näher auseinandersetzt, der trifft schnell auf eine uralte geometrische Formgebung: die logarithmische Spirale. Diese findet sich in der Natur beim Nautilus, in der Blüte von Sonnenblumen oder auch in den Lichtjahre entfernten Armen von Spiralnebeln. Die geometrisch-mathematischen Zusammenhänge logarithmischer Spiralen liegen im Wesentlichen der Funktionsweise des Galaxie-Getriebes zu Grunde, das auf den ersten Blick aussieht wie eine Mischung aus Planeten- und Zykloidgetriebe. Doch irgendwie hinkt der Vergleich beim näheren Hinsehen doch wieder, weil es weder richtige Planetenzahnräder noch zykloide Kurvenscheiben gibt.
Was macht also das neue Getriebe aus dem Hause Wittenstein aus? Als herausragend lassen sich das Nullspiel in Verbindung mit der Verdrehsteifigkeit bezeichnen. Die neuartige Verzahnung ermöglicht erstmals einen nahezu vollständigen Flächenkontakt. Laut Angaben von Wittenstein ist diese Fläche mehr als sechsmal größer als vergleichbare Getriebe – was letztlich die Übertragung sehr hoher Drehmomente auf kleinstem Raum möglich macht, weil alle Zähne entlang einer logarithmischen Spirale gleichzeitig im Eingriff sind. Steifigkeit und Verdrehspiel seien um den Faktor 3 bis 5 besser als vergleichbare Hohlwellengetriebe gleicher Baugröße. „Wir dringen damit in Bereiche vor, die bis dato nicht darstellbar waren“, unterstreicht Wittenstein-Vorstandschef Dieter Spath. Nach seinem Dafürhalten hat „diese Weltneuheit das Zeug dazu, den Hochleistungsmaschinenbau zu revolutionieren“.
Dank des neuartigen Konstruktionsprinzips 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. Zudem optimieren die Zähne – durch ihre zylindrische Führung im Zahnträger – von selbst ihre Ausrichtung und das Eingreifen in die Innenverzahnung. Dadurch wird Prinzip-bedingt eine optimale Breitenlastverteilung erreicht. Daraus ergibt sich ein Verdrehspiel von einer bis zwei Winkelminuten und eine Verdrehsteifigkeit, die um bis zu 580 % größer ist als vergleichbare Getriebe am Markt. Das Ergebnis: höchste dynamische Präzision unter Wechsellast auch im Nulldurchgang – und das bei extremer Kompaktheit und Hohlwelle.
Bedingt durch das Konstruktionsprinzip lässt sich das Galaxie-Antriebssystem mit sehr großen Hohlwellen-Durchmessern ausführen. Dadurch baut es auch bei hohen Drehmomenten sehr kompakt. Vergleichbare Hohlwellengetriebe mit Zahnrad müssen bei gleicher Leistung mindestens zwei Baustufen größer sein – und erreichen dennoch nicht die Präzision der Innovation aus Igersheim.
Wittenstein hat nach eigenen Aussagen während der Entwicklung den buchstäblich „großen Sprung“ gewagt. Das neue Antriebssystem gibt es bis dato noch in keinem Lehrbuch. Dieter Spath ist davon überzeugt, dass mit diesem radikal anderen Ansatz ein Getriebe zu konstruieren, neue Kinematiken im Maschinenbau möglich seien.
Galaxie-Entwicklungsleiter Thomas Bayer nennt drei wesentliche Grunderfindungen, die im neuen Getriebe zum Tragen gekommen sind:
- der dynamische Eingriff von Einzelzähnen,
- der hydrodynamische Flächenkontakt und
- das Anordnungsprinzip der logarithmischen Spirale.
Das Ganze mündet in einer sehr hohen Steifigkeit, die sich in der Natur zum Beispiel auch Schneckenhäuser durch die logarithmische Spirale extrem haltbar macht. „Dieses Prinzip muss sich offenbar über Jahrmillionen in der Natur bewährt haben. Jetzt hat es diese Genialität auch im Getriebebau“, sagt Thomas Bayer und informiert darüber, dass Wittenstein im gleichen Zuge auch einen auf das Getriebe abgestimmten Hochleistungsmotor entwickelt hat. Das Ganze sei als mechatronische Einheit zu verstehen, die auch noch über eine NFC-Schnittstelle für Industrie 4.0-Anwendungen verfügt. Mit dieser Kommunikationsmöglichkeit lassen sich etwa Schwingungen analysieren oder Betriebszustände überwachen und optimieren.
Wittenstein hat sein neues Galaxie-Getriebe nicht als Konzeptstudie mit nach Hannover gebracht, sondern als serienreifes Produkt. Das Unternehmen habe in den letzten zwei Jahren bei strategisch wichtigen Kunden die Leistungsfähigkeit der Lösung in unterschiedlichen Branchen verifiziert, erläutert Vorstandschef Spath die Vorarbeit. Der Praxistest habe zum Beispiel in Drehmaschinen stattgefunden, die jetzt höhere Zerspanungsleistungen mit besserer Bearbeitungsqualität erreichen. Diese Applikation profitiere vor allem von der drehsteifen und völlig spielfreien Getriebe-Kinematik des Galaxie Antriebssystems.
In Verzahnungswalzmaschinen führt der Einsatz des neuartigen Antriebs ebenfalls zu größeren Bearbeitungsgeschwindigkeiten, einer verbesserten Prozessqualität bei kritischen Bauteilen und einem Plus bei der Produktivität um bis zu 40 %. Fräsportale und Bearbeitungszentren nutzen die hohe Steifigkeit und kompakte, leistungsdichte Bauform des Galaxie Antriebssystems, um komplexere und engere 3D-Geometrien bearbeiten zu können. Dabei werden höchste Anforderungen an die Präzision und Qualität beim Fräsen selbst schwierig zu bearbeitender Werkstoffe zuverlässig erfüllt.
Baugröße, Gewicht und Robustheit in perfekter Kombination: Bereits im Jahr 2012 profitierte auch die Weltraumfahrt von dieser Technik: Vier Galaxie Antriebssysteme waren mit an Bord der Forschungsrakete Shefex II des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). In diesem Entwicklungsprojekt für einen künftigen Raumgleiter steuerten sie den Flugkörper so an, dass eine aktive Lageregelung und Schwingungsdämpfung beim Eintritt in die Erdatmosphäre möglich wurde. •
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