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Kronenradgetriebe haben viel zu bieten

Soll eine Antriebsleistung „ums Eck gehen“, sind zur Untersetzung hochdrehender Elektromotoren Kegel- oder Schneckenradgetriebe weit verbreitet. Wer ein besonders wirtschaftliches und effizientes Winkelgetriebe sucht, sollte sich jedoch auch mit der Kronenradtechnologie beschäftigen.


Kronenradgetriebe wurden schon vor Jahrhunderten in technischen Anlagen eingesetzt und sind heute noch in historischen Mühlen zu sehen. Im Laufe der Zeit wurden sie dann von Kegelrädern verdrängt, weil diese einfacher zu berechnen waren; das Kronenrad verschwand vom Markt. Das änderte sich jedoch, als bei den Bemühungen um energieeffiziente Antriebstechnik in der Industrie auch kleinere Antriebe in den Fokus rückten. Die richtige Kombination aus effizienten Motoren, Getrieben und Steuerungen ermöglicht schließlich auch im Leistungsbereich unter 250 W hohe Energieeinsparungen.

Der Wirkungsgrad liegt auch bei hohen Untersetzungen im Bereich von 90 %.

Da dezentrale Antriebstechnik durch ihre Flexibilität im Maschinen- und Anlagenbau massiv an Bedeutung gewonnen hat, gibt es immer mehr solcher Antriebe. Getriebe, die mit möglichst hohem Wirkungsgrad arbeiten, sind deshalb gefragt und hier kann die Kronenradtechnologie punkten. Der Getriebespezialist Zeitlauf, der heute zu ebm-papst gehört, hat das frühzeitig erkannt und mit EtaCrown und EtaCrownPlus die traditionelle Kronenradtechnologie neu definiert (Bild 1).

Bild 1: Die EtaCrown-Winkelgetriebe (hier als Motor-Getriebe-Kombination) decken in unterschiedlichen Baugrößen den Untersetzungsbereich einstufig bis 10:1, zweistufig bis 113:1 und dreistufig bis 289:1 ab und erreichen dabei Wirkungsgrade über 90 %. (Foto | ebm-papst)

Die modernen Kronenradgetriebe decken in unterschiedlichen Baugrößen die Untersetzungen im einstufigen Bereich bis 10:1, zweistufig bis 113:1 und dreistufig bis 289:1 ab. Im einstufigen Bereich erreichen sie dabei Wirkungsgrade von über 90 % und lassen sich wirtschaftlicher herstellen als Kegelradgetriebe. Prinzipbedingt stellen Kronenradgetriebe zudem geringere Anforderungen an die Achsabstandseinstellung als Kegelradgetriebe und erreichen bereits aus einer Stufe eine Untersetzung von 10:1 (Kegelrad: 5:1).

Hohe Effizienz bei großer Untersetzung

Wenn man sich den Aufbau der verschiedenen Winkelgetriebe näher anschaut, versteht man schnell, warum Kronenradgetriebe für viele Anwendungen eine gute Wahl sind: Zahnräder von Kegelradgetrieben haben Kegelform. Die Getriebefunktion ist nur dann einwandfrei, wenn sich die Mittellinien der Kegelräder genau in einem Punkt schneiden. Schon Wärmeausdehnung 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- bzw. 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 eigentlich notwendig, um die gewünschte Leistung zu erreichen. Zusätzlich ist die axiale Belastung der Schnecke durch entsprechend dimensionierte Axiallager aufzufangen.

Bild 2: Bei den Kronenradgetrieben baut das evolventische Antriebsritzel zylinderförmig und der Kontakt zwischen Ritzel und Abtriebsrad ist ein Wälzkontakt, es treten kaum Reibungsverluste auf. (Foto | ebm-papst)

Bei den modernen Kronenradgetrieben EtaCrown und EtaCrownPlus aus dem ebm-papst Antriebsbaukasten ist das anders (Bild 2): 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 sind auch bei kleinen Antrieben ein enormes Sparpotential. Oft kann man den Antriebsmotor zudem kleiner dimensionieren und Bauraum sowie Kosten sparen. Da beim EtaCrown der Motor mit Antriebsritzel und die Abtriebsachse in einer Ebene liegen, lässt sich das Getriebe problemlos auch spiegelverkehrt einbauen, das reduziert die Lagerhaltung und vereinfacht die Logistik.

Vorteile in der Anwendung

Bild 3: Durch die versatzlose Bauweise ist die Motor-Kronenradgetriebe-Kombination in den Profilen integrierbar. Es gibt keine Motorüberstände, was Aussparungen oder zusätzliche Abstandsflansche zur Überbrückung von Abständen vermeidet. (Foto | ebm-papst)

Anwendungen, für die sich die Kronenradgetriebe empfehlen und in denen sie sich bereits seit vielen Jahren bewähren, gibt es viele. Typische Gründe für ihren Einsatz sind außer den hohen Wirkungsgraden das hohe übertragbare Drehmoment und die fehlende Selbsthemmung. Bei Schranken und Zugangskontrollsystemen beispielsweise lassen sich die Getriebe im Notfall auch bei hoher Untersetzung problemlos manuell zurückdrehen, ohne dass Komponenten zur Entkopplung notwendig sind, um den Antrieb vor Beschädigung zu schützen.

Durch die versatzlose Bauweise ist die Motor-Getriebe-Kombination zudem gut in den Türprofilen integrierbar (Bild 3). Es gibt keine Motorüberstände. Das vermeidet Aussparungen oder zusätzliche Abstandsflansche zur Überbrückung von Abständen. Die Symmetrie in der Getriebekonstruktion macht Versionen für linken oder rechten Anschlag überflüssig. Die Bremse kann direkt an der Antriebswelle oder aber wie gewohnt an der B-Seite des Motors montiert werden, was den Aufbau vereinfacht und das Antriebssystem kompakter macht.

Kronenradgetriebe überzeugen durch ihre hohe Zuverlässigkeit, Laufruhe und eine geringe Erwärmung.

Weitere Anwendungsbereiche für die vielseitigen Winkelgetriebe sind zum Beispiel Hubwagen oder fahrerlose Transportsysteme (Bild 4). Hohe übertragbare Drehmomente, Langlebigkeit sowie die kompakten Abmessungen sprechen für den Einsatz eines Kronenradgetriebes. In der Medizintechnik überzeugen Kronenradgetriebe durch ihre hohe Zuverlässigkeit, Laufruhe und eine geringe Erwärmung.

Bild 4: Kronenradgetriebe eigenen sich für den Einsatz in fahrerlosen Transportsystemen: Das effiziente Getriebe sorgt für sichere und flexible Bewegung. (Foto | ebm-papst)

EtaCrown und EtaCrownPlus sind Teil des ebm-papst Baukastensystems und können mit allen DC- und EC-Motoren sowie Bremsen und Gebern kombiniert werden. Individuelle Antriebskomplettlösungen aus einer Hand mit aufeinander abgestimmten Komponenten lassen sich im Online-Portal einfach zusammenstellen; Dank definierter Vorzugstypen sind ausgewählte Antriebskonfigurationen innerhalb von 48 Stunden versandfertig. So können beispielsweise Bemusterungen in kürzester Zeit realisiert werden.

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