Wie denkt dat mechanische aandrijfsystemen in het digitale tijdperk zo’n beetje zijn uitontwikkeld, heeft buiten Wittenstein gerekend. De specialist in planetaire reductiekasten heeft het nieuwste product, het spelingsvrije Galaxie aandrijfsysteem, onlangs verzelfstandigd. Op de Hannover Messe werd afgelopen voorjaar een complete lijn Galaxie systemen getoond. Machinebouwer Stama is de eerste werktuigmachinefabrikant die het systeem inzet. Niet zonder reden.
Machinebouwer Stama in Schlierbach (D) presenteerde in september op de AMB in Stuttgart een nieuw freesdraaicentrum, dat ontwikkeld is met als doel om de stijfheid te vergroten en tegelijkertijd de dynamiek en nauwkeurigheid te verbeteren. In deze machine, de MT 733, past Stama de Galaxie tandwielkast van Wittenstein toe.
Keuze voor Galaxie
Dit nieuwe aandrijfsysteem, als alternatief voor een planetaire reductiekast, kwam voor het ontwikkelteam van Stama als geroepen. In het eerste concept had men wormwielaandrijving toegepast, maar die bleek niet te voldoen. “De massa snel bewegen lukte, maar nauwkeurig 5-assig bewerken lukte niet. Daarvoor hadden we een absoluut spelingvrije aandrijving nodig”, zegt Michael Wurster, productmanager bij de machinebouwer.
Het team heeft een aantal systemen, de in deze toepassing veel gebruikte torque aandrijvingen en wormwielsystemen, met elkaar vergeleken maar niks paste. Dat heeft alles te maken met de opbouw van deze machine, waarvan er één variant is met twee onafhankelijk van elkaar werkende freesspillen. De ene spil start de eerste bewerkingen, daarna neemt de tweede spil het werkstuk over zodat in één keer alle zes de kanten bewerkt kunnen worden.
Om ook kleine producten te kunnen overnemen, moeten de twee units dichtbij elkaar kunnen komen. “En daar bleek niks tegen het Galaxie systeem van Wittenstein op te kunnen omdat het heel compact is en precies positioneert”, aldus Wurster. Daar komen dan de andere pluspunten nog bij, zoals het feit dat het systeem absoluut spelingsvrij is, de hoge stijfheid en de hoge koppeldichtheid.
Winnaar Hermes Award
Wittenstein heeft het Galaxie aandrijfsysteem met holle as enkele jaren geleden voor het eerst getoond. Op de Hannover Messe 2015 is het bekroond met de prestigieuze Hermes Award. De kern van deze innovatie is de holle polygoonas in de tandwielkast. Hierop zitten pennen die afhankelijk van hun positie verder of juist minder ver uitschuiven door de onronde beweging van de polygone as.
Feit is dat dankzij deze polygoonvormige holle as gemiddeld 80% van het contactoppervlak van de inwendige vertanding van de buitenring wordt ondersteund. Dat komt omdat de pennen langs de flanken van de vertanding schuiven en hierdoor een veel groter contactoppervlak ontstaat dan bij andere tandwielkasten. Het resultaat hiervan is een zeer hoge torsiestijfheid en vermogensdichtheid.
De holle polygoonvormige as is de kern van de nieuwe aandrijving. De onronde beweging zorgt voor een veel groter contactoppervlak met de inwendige vertandingen van de buitenring (bron: Wittenstein, bewerking Ron de Haer/Aandrijftechniek).
Vergeleken met andere holle as aandrijfsystemen levert het een zes keer groter krachtoverbrengingsoppervlak. Bij traditionele tandwielkasten hebben altijd slechts enkele tandwielen contact. Het systeem dankt de naam aan het feit dat het als een logaritmische spiraal is ontworpen, hetgeen voor het grote krachtoverbrengingsoppervlak zorgt. Het nomimale koppel ligt een factor drie hoger, de torsiestijfheid 250 % tot 870 % hoger en de maximale overbelasting mag oplopen tot 440 %.
Spelingsvrije aandrijving
Het lijkt enigszins op het Melkwegstelsel, vandaar de naam. Het tweede voordeel van deze constructie is dat zich bij het contact een hydrodynamische film van smeerolie op de vertandingen opbouwt, die niet alleen de wrijving vermindert (dus betere positioneer nauwkeurigheid) alsook de slijtage minimaliseert. Hierdoor is de aandrijving absoluut spelingsvrij, ook na jaren van inzet, zegt Tobias Röthlingshofer van de ontwikkelafdeling van Wittenstein.
“Doordat de behuizing vast staat en de motor in de holle as de tanden naar buiten duwt, komt het tot een zeer goede olieverdeling. Mede doordat we voorkomen dat de richting waarin we de vertanding belasten verandert, blijft deze aandrijving spelingvrij.” Door het vlakke contact tussen tand en de vertanding in de buitenste ring, wordt de belasting over een veel groter oppervlak verdeeld dan bij een traditionele tandwielkast. “We zien wel loopsporen als we een nieuwe reductor laten draaien, maar onderzoek wijst uit dat deze sporen alleen aan het begin ontstaan en daarna niet meer toenemen. Er ontstaat dus geen slijtage.”
Wittenstein heeft het Galaxie systeem aan miljoenen wisselingen van de belasting onderworpen in de eigen testlaboratoria, zonder dat enige slijtage zichtbaar is geworden. Tobias Röthlingshöfer: “Planetaire aandrijvingen moeten een minimale speling hebben, anders klemmen ze. Bij het Galaxie systeem heb je deze niet nodig.”
Compacte aandrijving
Voor machinebouwers biedt het Galaxie systeem een extra troef dat het een heel compacte aandrijving is. Voor Stama precies compact genoeg om de beide spindels zo dicht bij elkaar te brengen dat ook kleine werkstukken kunnen worden overgenomen. Wittenstein bouwt het systeem ondertussen in verschillende afmetingen, met holle assen van 40 mm tot 85 mm en voor versnellingsmomenten tot 7000 Nm.In totaliteit zijn er nu vier Galaxie systemen beschikbaar. De D versie als compacte mechatronische aandrijfunit, de G versie met een speciaal ontwikkelde hoogvermogen synchroonmotor, eventueel leverbaar met sensoren voor dataoverdracht naar een IoT cloudplatform.
Op de Hannover Messe van dit jaar toonde Wittenstein de Galaxie DF, die tot 30 % korter is. Bij deze versie zit de motor rond het hele systeem. Galaxie D is er daarnaast in bouwgrootte 085, voor toepassingen waarin het koppel een minder belangrijke rol speelt. De GH versie is helemaal voorbereid op de koppeling met een standaard industriële servomotor.
Dit artikel is geschreven voor Aandrijftechniek en geplaatst in de september-editie.
Auteur: Franc Coenen