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10.10.2018 | Konstruktionslehre | Im Fokus | Onlineartikel

Neue Getriebeart im Rampenlicht der Aufmerksamkeit

Autor:
Dieter Beste

Die Entwickler einer vollkommen neuen Gattung von Zahngetrieben, die sich radikal von den herkömmlichen Varianten unterscheidet, wurden für den Deutschen Zukunftspreis 2018 nominiert.


Ob in Werkzeugmaschinen, Fräsköpfen oder Schweißrobotern: Getriebe sind das Herz der Maschinen. Etliche Fertigungsschritte in der industriellen Produktion sind ohne sie undenkbar. Die Folge: Wegen ihrer weiten Verbreitung wirken sich technische Fortschritte an Zahnradgetrieben unmittelbar und weltweit auf Produktionskosten und Energieverbrauch aus. Doch bislang verlief die Weiterentwicklung der Technik in kleinen Schritten durch Änderungen einzelner technischer Parameter. Dabei ließe sich noch vieles verbessern, begründet die vorschlagende Organisation, der Deutsche Industrie- und Handelskammertag (DIHK), die Nominierung von Thomas Bayer und Manfred Wittenstein von der Wittenstein SE im baden-württembergischen Igersheim für den Deutschen Zukunftspreis 2018. Die beiden sind wahrlich keine Unbekannten: 2015 wurde ihre Getriebe-Innovation mit dem Hermes Award ausgezeichnet, dem internationalen Technologiepreis der Hannover-Messe. Jetzt stehen die Erfinder und ihr spektakuläres Galaxy-Getriebe erneut im Rampenlicht; Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier verleiht am 28. November 2018 den 22. Deutschen Zukunftspreis an eines von insgesamt drei nominierten Teams.

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2018 | OriginalPaper | Buchkapitel

Zahnräder und Zahnradgetriebe

Zahnradgetriebe besitzen infolge ihrer verzahnten (formschlüssigen) Radkörper eine von der Belastung unabhängige Übersetzung, d. h. das Verhältnis der Antriebs- zur Abtriebsdrehzahl ist nicht vom übertragenen Drehmoment abhängig. Sie gehören in …


Alle herkömmlichen Zahnradgetriebearten krankten an einem grundlegenden Problem, heißt es in einer Projektbeschreibung des Deutschen Zukunftspreises: Stets greife nur ein kleiner Teil der Zähne ineinander, während die anderen pausierten. Zudem stünden die tragenden Zähne nur punktweise oder entlang einer Linie miteinander in Kontakt. Der Großteil ihrer Oberfläche hinge also buchstäblich in der Luft. Das begrenze die Produktivität von Maschinen, Robotern und Produktionsanlagen.

Statt an Feinheiten der Mechanik zu feilen, ersannen Thomas Bayer und Manfred Wittenstein ein völlig neues Konstruktionskonzept. Die von ihnen geschaffene neue Gattung von Zahngetrieben unterscheidet sich radikal von den herkömmlichen Varianten – im Ergebnis verbunden mit einer deutlichen Steigerung aller Leistungsmerkmale, teils um ein Vielfaches, und das bei einem wesentlich geringeren Bedarf an Energie und Material. Thomas Bayer leitet das Innovation Lab des Unternehmens, Manfred Wittenstein ist Vorsitzender des Aufsichtsrats der Wittenstein SE. In der bei Springer erschienenen Dokumentation zum Hermes Award vergleicht Thomas Bayer die Erfindung mit den bekannten Elementen der Getriebetechnik wie Planeten-, Zykloid-, Exzenter- und Harmonic-Drive-Getriebe-Prinzipien: Die "neue Getriebegattung ist in allen wichtigen technischen Disziplinen um Faktoren besser, und das können wir beweisen" (Hermes Award – Internationaler Technologiepreis der Hannover Messe, Seite 9). 

Zahn um Zahn

Im Galaxy-Getriebe übertragen nicht mehr starre Zahnräder die Kräfte und Drehmomente, sondern einzelne Zähne, die unabhängig voneinander beweglich sind. Statt gegeneinander zu rotieren, gleiten sie auf und ab – gegen einen abschnittsweise geteilten Außenring. Außerdem greift zu jeder Zeit eine sehr große Zahl an Zähnen ineinander, deren Kontakt über ihre gesamte Fläche verläuft. Dafür sorgt die Gestaltung der Zähne als logarithmische Spirale: eine mathematische Form, die in der Natur immer dort anzutreffen ist, wo eine hohe Effizienz beim Energie- oder Materialaufwand gefragt ist – etwa in Schneckenhäusern, bei den Samen von Sonnenblumen und in Spiralgalaxien. Die standen Pate bei der Namensgebung für die neue Getriebegattung. 

Exzellente Leistungswerte

Technisch zeichneten sich die Galaxy-Getriebe durch hohe Effizienz und eine verbesserte Produktivität aus, so die Entwickler: Diese Getriebe ließen sich viel kompakter bauen als herkömmliche Zahnradgetriebe, die sie zudem beim Kriterium Präzision ausstechen würden. Auch hätten sie exzellente Leistungswerte: Beim maximalen Drehmoment und bei der Steifigkeit überträfen sie bisherige Getriebearten um mehrere Hundert Prozent. Zugleich benötigten die neuartigen Getriebe weniger Energie und hätten einen markant höheren Wirkungsgrad. 



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