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Inno­va­tive Plane­ten­ge­triebe für höchste Anfor­de­rungen

ebm-papst erwei­tert das Produkt­pro­gramm von elek­tri­schen Antriebs­systemen für den Einsatz in indus­tri­ellen Appli­ka­tionen nach­haltig. Eine wich­tige Rolle spielen dabei Getriebe, da sie in einem Groß­teil der Kunden­applikationen benö­tigt werden.


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

Das Optimax 63 ist ein stark überlastfähiges Planetengetriebe mit hohem Wirkungsgrad.

Bild 1: Das Optimax 63 ist ein stark über­last­fä­higes Plane­ten­ge­triebe mit hohem Wirkungs­grad.

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 (Bild 1) 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.

Aufgrund der vier anstelle der üblichen drei in einer Getriebestufe verbauten Planetenräder beim Getreibe Optimax 63 kann rund 30 % mehr Drehmoment übertragen werden.

Bild 2: Aufgrund der vier anstelle der übli­chen drei in einer Getrie­be­stufe verbauten Plane­ten­räder kann rund 30 % mehr Dreh­mo­ment über­tragen werden.

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 (Bild 2).

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. 

Eine weitere Beson­der­heit beim Optimax-Getriebe stellen die vier anstelle der übli­chen drei in einer Getrie­be­stufe verbauten Plane­ten­räder dar.

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.

Dank der Robust­heit und Über­last­fä­hig­keit des Optimax-Getriebes sind hohe Beschleu­ni­gungs- und Brems­mo­mente reali­sierbar.

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

Die Tabelle gibt einen Überblick über die verschiedenen Ausführungen des Optimax Getriebes mit dazugehörigen Daten.

Bild 3: Die Tabelle gibt einen Über­blick über die verschie­denen Ausfüh­rungen des Optimax Getriebes mit dazu­ge­hö­rigen Daten.

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 (Bild 3).

Durch das ebm-papst Baukastenprinzip kann der Kunde sein Antriebssystem selbst konfigurieren. Die Getriebe der Baureihe Optimax 63 lassen sich mit den Motoren der Baureihe ECI 63 und ECI 80 kombinieren.

Bild 4: Durch das ebm-papst Baukas­ten­prinzip kann der Kunde sein Antriebs­system selbst konfi­gu­rieren. Die Getriebe der Baureihe Optimax 63 lassen sich mit den Motoren der Baureihe ECI 63 und ECI 80 kombi­nieren.

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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