Effizientere Getriebe, effizientere Werkzeugmaschinen

Getriebe für Werkzeugmaschinen müssen hohe Anforderungen erfüllen. Gefragt sind Lösungen, die höchste Präzision bei kompakter Bauweise, einfacher Handhabbarkeit, langer Lebensdauer und maximaler Effizienz garantieren. Oft werden Planetengetriebe, Kegelradgetriebe, Wellgetriebe, Schneckengetriebe oder Direktantriebe eingesetzt. Doch nicht für alle Anwendungen sind die Klassiker erste Wahl. In vielen Fällen lohnt es sich, den Blick zu weiten und leistungsstärkere Alternativen ins Auge zu fassen. Welche das sind, weiss Stefan Schoen, Vorstandsmitglied und Kronenradexperte bei der Balance Drive AG: «Angetriebene Werkzeuge und Mehrfachantriebe beispielsweise profitieren von den spezifischen Eigenschaften der Kronenradgetriebe. Auch für Drehtische, Zuführsysteme sowie Werkzeug- und Palettenwechsler gibt es mit Zykloidgetrieben weitaus effizientere und wirtschaftlichere Lösungen als die herkömmlich genutzten Technologien.»

Präzisionsgetriebe für höchste Ansprüche im Werkzeugmaschinenbau
Die Balance Drive AG ist in CH-3185 Schmitten und hat sich auf die Entwicklung innovativer, kundenspezifischer Antriebslösungen spezialisiert – von der Idee bis zum serienreifen Produkt. Das Unternehmen verfügt über eine einzigartige Getriebekompetenz, jahrzehntelange Erfahrung, eine hervorragende technische Ausstattung sowie umfangreiche Mess- und Prüfmöglichkeiten und geniesst weltweit einen exzellenten Ruf als Lieferant und Entwicklungspartner der Hightech-Industrie.
Für die Werkzeugmaschinenindustrie entwickelt, fertigt und liefert Balance Drive kompakte Präzisionsgetriebe, die sich durch ein Höchstmass an Performance, Effizienz und Anwenderfreundlichkeit auszeichnen. Je nach Anwendung kommen entweder die im eigenen Haus entwickelten Kronenrad Royal® Getriebe oder Zykloidgetriebe von Nabtesco zum Einsatz. Alle Getriebe werden mit neuesten Berechnungs- und Simulationstools passgenau auf die kundenindividuelle Applikation ausgelegt und mit modernsten Fertigungsverfahren hergestellt. Sie arbeiten hochpräzise, sind äusserst kompakt gebaut, realisieren hohe Untersetzungen in einer Stufe und punkten mit absoluter Zuverlässigkeit.

Optimale Werkstückbearbeitung dank massgeschneiderter Lösungen
«Im Bereich Werkzeugmaschinen kommen die Kunden in der Regel bereits mit konkreten Anforderungen an Last, Untersetzung und Bauraum auf uns zu. Aber auch wenn sie noch keine genaue Vorstellung vom benötigten Antrieb haben, finden wir eine Lösung», macht Stefan Schoen deutlich. Eine Schlüsselkompetenz liegt dabei in der Auslegung und Berechnung der Getriebe, speziell in der Analyse von Tragbildern, der Detailoptimierung der Verzahnung sowie der Simulation von Modellen. Was so unspektakulär klingt, ist eine hohe Kunst. Kaum ein Unternehmen beherrscht diese so perfekt wie Balance Drive. Das Ergebnis sind absolut passgenaue Getriebe, die höchste Ansprüche an Präzision und Qualität erfüllen und eine optimale Werkstückbearbeitung ermöglichen.

Einzigartige Expertise in der Auslegung und Berechnung
Speziell im Segment der angetriebenen Werkzeuge, wo hohe Drehzahlen an der Tagesordnung sind, macht sich dieser Aufwand bezahlt. «Hohe Drehzahlen erfordern sehr präzise gefertigte Getriebe. Ansonsten können Schwingungen am Werkzeugkopf auftreten, was sich negativ auf die Bauteilqualität auswirkt», betont Stefan Schoen und ergänzt: «Unsere Softwaretools und Auslegungsverfahren basieren auf den neuesten Forschungsergebnissen und ermöglichen es uns, einen Kronenrad Royal® Radsatz exakt auf die kundenindividuelle Anwendung und die applikationsspezifischen Anforderungen auslegen.» Eine derartige Expertise ist nahezu einzigartig am Markt.
Darüber hinaus bietet das Kronenrad Royal® von Balance Drive weitere Vorteile für den Einsatz in angetriebenen Werkzeugen – insbesondere im Vergleich zu den populären Kegelrädern. So erreicht das Kronenrad Royal® höhere Wirkungsgrade, arbeitet präziser, ermöglicht eine kompaktere Bauweise und lässt sich einfacher montieren. Kurzum: Es ist effizienter und wirtschaftlicher.

Kronenrad Royal®: Axiale Freiheit des Ritzels
Diese Benefits resultieren in erster Linie aus der Konstruktion mit zylinderförmigem Ritzel mit Evolventenverzahnung. Dank des geradverzahnten Stirnrads treten am Ritzel keine Axialkräfte auf – das Tragbild wird also nicht durch die axiale Ritzelposition beeinflusst. Daher muss auch keine Axiallagerung am Ritzel erfolgen, ebenso entfällt das Einstellen in axialer Richtung. Das erhöht den Wirkungsgrad und erleichtert Montage sowie Aufbau des Winkelgetriebes. Und es gibt noch einen weiteren positiven Effekt, wie Stefan Schoen erläutert: «Aufwendige Lagerungen wie beim Kegelrad führen gerade bei höheren Drehzahlen zu Verlustenergie in Form von Wärme. Da die Lagerung beim Kronenrad Royal® einfacher ausfällt, wird weniger Reibungsenergie am Werkzeugkopf erzeugt. Das minimiert die Wärmeausdehnung und erhöht die Präzision.» Zudem ist das Kronenrad Royal® aufgrund der Planverzahnung und der einfachen Lagerung extrem kompakt gebaut. So lassen sich kompaktere Werkzeugköpfe und damit kleinere Werkzeuge realisieren.
In den meisten Anwendungen findet sich ein Achswinkel von 90°. Dieser kann jedoch auch variiert werden: Zwischen 0° und 180° sind beliebige Achswinkel darstellbar. Das Kronenrad Royal® erlaubt Untersetzungen von bis zu 30:1 in einer Stufe. Mehrere Ritzel können problemlos mit einem Kronenrad angetrieben werden (Mehrfachabtriebe). Für eine verbesserte Schwingungsdämpfung ist eine Kopflagerung der Ritzelwelle umsetzbar.

Mehrfachantriebe mit dem Kronenrad Royal®
Die Vorteile vom Kronenrad Royal® kommen nicht nur in angetriebenen Werkzeugen zum Tragen. Auch Mehrfachantriebe profitieren von den spezifischen Eigenschaften der innovativen Winkelgetriebe. Vor allem die Geradverzahnung des Ritzels sorgt in diesem Anwendungsbereich für Performancesprünge. Im Gegensatz zum Kegelradgetriebe, wo es auf eine exakte Positionierung von Ritzel und Tellerrand ankommt, kann das Werkzeug beim Kronenradgetriebe einfach auf dem Ritzel herausgezogen und wieder hineingeschoben werden. Schnelle, effiziente Werkzeugwechsel und verkürzte Nebenzeiten sind die Folge.

Zykloidgetriebe von Nabtesco: Eine ideale Lösung für Werkzeugmaschinen
Balance Drive steht für technische Innovationen, zukunftsorientierte Lösungen und performancestarke Technologien. Entsprechend progressiv ist das Produktportfolio. So sind die Schweizer seit 2019 offizieller Händler von Nabtesco, dem weltweit grössten Hersteller von Präzisionsgetrieben in zykloider Bauart und Weltmarktführer im Bereich Robotergetriebe. Die Zykloidgetriebe von Nabtesco zeichnen sich durch eine hohe Verdrehsteifigkeit aus, sind nahezu spielfrei und bieten hohe Untersetzungsverhältnisse von 40:1 oder noch höher in einer Stufe. Dank dieser Eigenschaften sind sie geradezu prädestiniert für den Einsatz in Werkzeugmaschinen. «Aufgrund ihrer aussergewöhnlich hohen Steifigkeit positionieren die Nabtesco-Getriebe selbst bei hoher Dynamik auf den Millimeter genau. Gleichzeitig ermöglichen sie hohe Untersetzungen bei kompakter Bauweise. Effizienz und Wirtschaftlichkeit von Werkzeugmaschinen lassen sich so deutlich verbessern», so Stefan Schoen. Zu den interessantesten Anwendungsfeldern gehören dabei Drehtische, Werkzeug- und Palettenwechsler sowie robotergestützte Handlingsysteme.

Höchstmass an Präzision und Steifigkeit
Zykloidgetriebe nutzen zur Kraftübertragung Kurvenscheiben und Rollen. Das sorgt für einen hohen Wirkungsgrad, eine lange Lebensdauer sowie ein minimales Spiel über die gesamte Lebensdauer (Hystereseverlust 0,5 bis maximal 1 arcmin). Dank des zweistufigen Untersetzungsprinzips punkten die Präzisionsgetriebe zudem mit einem exzellenten Verhalten hinsichtlich Dynamik und Laufruhe sowie einer hohen Wiederhol- und Bahngenauigkeit. Auch bei grossen Lasten oder sehr schnellen und abrupten Bewegungen stellen die Getriebe exakt ausgeführte Bewegungen sicher und positionieren hochpräzise. Die integrierten Schrägkugellager nehmen axiale sowie radiale Lasten und Biegemomente auf und tragen zur hohen Torsionssteifigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Stoss- und Überbelastung (bis zu 500 Prozent des Nenndrehmoments) bei. Das geringe Gewicht sorgt zudem für eine niedrigere Massenträgheit, verbesserte Lastbedingungen und Energieeinsparungen bei der Anwendung.

Zykloidgetriebe sind eine echte Alternative zu Direktantrieben
Nach wie vor gelten Direktantriebe als Nonplusultra im Werkzeugmaschinenbau. Allerdings verbrauchen sie viel Energie und benötigen eine Wasserkühlung, sobald höhere Trägheiten bewegt werden müssen. Auch wenn es um Themen Energieeffizienz, Komplexität der Montage sowie Kostenoptimierung geht, stossen die getriebelosen Antriebe an ihre Grenzen. Zykloidgetriebe von Nabtesco sind in vielen Anwendungen technisch sowie wirtschaftlich eine deutlich attraktivere Wahl. Sie sind nicht nur kostengünstiger und einfacher zu integrieren, sondern punkten auch mit einem niedrigeren Energieverbrauch sowie einem geringeren Platzbedarf. Stefan Schoen stellt klar: «Im Vergleich zu einem Direktantrieb ist ein hochübersetztes Zykloidgetriebe mit einem kleinen Motor oft effizienter und kostengünstiger.» Erfordert die Anwendung eine besonders hohe Planlauf- und Rundlaufgenauigkeit, bearbeitet Balance Drive die Zykloidgetriebe auf Wunsch nach, sodass die notwendigen Werte erreicht werden.

Werkzeugmaschinen auf dem nächsten Level
Ob Automotive, Medizintechnik, Luftfahrt oder Uhrenindustrie: Wo immer anspruchsvolle Präzisionsteile bearbeitet und gefertigt werden, führt an hochpräzisen Werkzeugmaschinen kein Weg vorbei. Zykloidgetriebe und Kronenradgetriebe erfüllen höchste Genauigkeitsanforderungen bei optimaler Wirtschaftlichkeit und helfen so, Performance- und Effizienzpotenziale zu heben.

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