Galaxie-Antriebssystem Grenzen des Potenzials von Galaxie noch nicht in Sicht

Autor Stefanie Michel

Mit dem neuen Galaxie-Antriebssystem eröffnet Wittenstein Möglichkeiten, die bisher undenkbar gewesen wären. Wie man ein solches Antriebssystem entwickelt, wie man es nun produziert und welche Möglichkeiten es bietet: Darüber sprachen wir mit dem Vorstandsvorsitzenden Prof. Dr. Dieter Spath und dem Verkaufsleiter für das Galaxie-Antriebssystem, Volker Sprenger.

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(Bild: Stefanie Michel)

Mit einem völlig neuen Getriebekonzept hat Wittenstein 2015 den Hermes Award gewonnen und dadurch große Aufmerksamkeit auch außerhalb des Maschinenbaus erhalten. Es weist höchste Drehsteifigkeit auf, läuft so gut wie verschleißfrei, hat einen Wirkungsgrad von über 90 % und erreicht hohe Drehmomente bei kompakter Bauweise. Diese Eigenschaften ermöglichen ein so breites Einsatzgebiet, dass Wittenstein nun auch Anfragen aus Branchen erhält, zu denen man bisher keinen Zugang hatte. Prof. Dr. Dieter Spath und Volker Sprenger erklärten uns, wie Innovationen bei Wittenstein vorangetrieben werden, wie es überhaupt zum Galaxie-Antriebssystem gekommen ist und wie nun die Entwicklung bis zur massentauglichen Fertigung weiter voranschreitet.

Mit dem Galaxie-Antriebssystem hat Wittenstein eine komplett neue Getriebebauart entwickelt. War das ein Zufallsprodukt, weil man eigentlich ein neues Planetengetriebe bauen wollte?

Spath: Die Idee war eigentlich ein Getriebe ohne Zahnräder. Damit ging die Diskussion los. Doch wenn man es nicht schafft, sich vom Zahnrad abzukoppeln, kommt man nicht auf einen anderen Weg; dann kommt immer wieder etwas mit Zahnrädern heraus. Wir haben also einfach einen anderen Zugang gesucht.

Sprenger: Der Unternehmensinhaber Dr. Manfred Wittenstein hatte auch hier den Anspruch, einen neuen Maßstab zu setzen. Deshalb hat er 2006 um Thomas Bayer, Leiter Generierungsprozess der Wittenstein AG, ein Team installiert. Da Thomas Bayer ein TRIZ-Fan ist, hat man mit TRIZ-Methoden neue Konzepte entwickelt: Ziel war ein echter Technologie-Sprung. Die Leistungssteigerung des Galaxiegetriebes kommt durch den Schritt weg vom Linienkontakt hin zum Flächenkontakt.

Spath: Dann musste man sich fragen, ob das überhaupt geht, ob das überhaupt technisch umsetzbar ist und ob es Fertigungsmöglichkeiten gibt. Das ist aber dann schon Fleißarbeit.

Interview mit dem Leiter Galaxie-Antriebssysteme, Thomas Bayer, über die Entwicklung des Galaxie-Getriebes

Wie sieht eine solche Arbeit in der Realität aus?

Spath: Bis zur Entwicklung ist es ein zäher, schwieriger Weg. in einem Unternehmen haben ja alle ihre bestimmten Aufgaben. Jeder hat Probleme mit Ressourcen und dann beginnt die Unternehmensleitung, Ressourcen in solche Neuentwicklungen zu stecken. So kommen natürlich immer Fragen auf, es gibt immer Zweifler. Sich gegen diese Zweifler durchzusetzen, das ist für die Mannschaft nicht leicht. So fleißig und begabt alle auch sind, sie müssen ein unglaubliches psychisches Rüstzeug mitbringen, um das durchzustehen.

Wie unterstützen Sie Ihre Ingenieure, um ihnen den Freiraum für Innovationen zu schaffen?

Spath: Wir haben seit langen intern einen sehr definierten Generierungsprozess vom „Kreative Chaos“ bis zum Umsetzungsprozess. Es ist entscheidend, diesen Ideenraum tatsächlich am Anfang frei zu halten. Man muss zuhören und gemeinsam eine Lösung für die Umsetzung suchen. Am wichtigsten ist es, mit dem Entscheider ständig eine ganz enge Diskussion zu führen.

Sprenger: Prof. Dr.-Ing. Spath ist für die Galaxie-Themen immer zugänglich. Er ist selbst ein Experte in den Ingenieurwissenschaften und in der Welt der Fertigungsprozesse. Wir pflegen eine offene Diskussionskultur und das führt zu einem Rückhalt des Vorstands, das ist essenziell.

Ausgangspunkt des neuen Getriebes war der Gedanke weg vom Linien-und hin zum Flächenkontakt. Das ist noch nachvollziehbar, doch wie wurde das umgesetzt?

Sprenger: Der Clou ist, dass sich die Flanke des Zahns an der Fläche des Hohlrades ausrichtet. Beim Zahnrad ist das anders: ein Zahnrad ist stark geführt. Beim Galaxieantrieb dagegen richtet sich dieser Einzelzahn aus und hat maximal Traganteile. Das sind natürlich echte Ingenieurleistungen.

Mir die gesamte Konstruktion vorzustellen fällt aber dennoch schwer…

Sprenger: Das höre ich oft! oft werden wir gefragt: Wo ist eure Feder? Die Feder, die den Einzelzahn zurückzieht! Der Trick ist die schiefe Ebene, an der sich der Zahn zurückschiebt. Der Zahn wird ,angeschoben‘ und gleitet über die Zahnflanke auf das Polygon zurück. Das ist eine Folge der optimalen Winkelverhältnisse. Wenn man einen anderen Winkel verwenden würde, würde das Galaxiegetriebe nicht funktionieren.

Und wie ist der Zahn befestigt?

Sprenger: Der Zahn ist unten konvex ausgeführt und das Schwenksegment, auf dem er sitzt, ist konkav. Deshalb hat der Zahn die Möglichkeit, sich geführt auszurichten. Das Nullspiel erreichen wir über eine Vorspannung, das ist ein leichtes Vorlaufen der Zähne. Einmal liegt der Zahn rechts an, dann links. Der Clou an der Sache: unter Last hebt sich das auf, dann sind alle Zähne tragend.

Damit ist das Getriebe ja ein sehr komplexes System. Wie stellt man so etwas massentauglich her?

Spath: Die Gruppe rund um den Galaxieantrieb, das ist natürlich kein ,Vollunternehmen‘. Wir sprechen intern von einem Start-Up, das sich aber natürlich der Ressourcen des Hauses bedient, also auch der Produktion.

Sprenger: Die Fertigung ist sicherlich eine weitere Herausforderung. Heute können wir aus unserem bestehenden Maschinenpark schöpfen, aber das ganze Thema Fertigungsprozessoptimierung gewinnt mehr und mehr an Bedeutung. In unserem Start-Up gibt es Arbeitsgruppen, die sich damit auseinandersetzen. Zur Diskussion steht jetzt die Industrialisierung, also die Entwicklung neuer Fertigungsprozesse des neuen Getriebes. Natürlich können wir das mit konventionellen Maschinen machen, aber smarter ist es, sich neu darauf auszurichten.

Wie wurde der passende Motor für das System entwickelt?

Sprenger: Wenn Sie an diesem Leistungslimit operieren, dann muss das ganze System „Anwendung, Getriebe und Motor“ sorgfältig aufeinander abgestimmt sein. Unsere Tochtergesellschaft Wittenstein Cyber Motor hat ganz spezifische Motoren entwickelt, angepasst auf die Übersetzung. Wir gehen sogar soweit, dass wir den Motor auf die Kundenanwendung zuschneiden.

Wurde dafür ein bestehender Motor optimiert?

Sprenger: Wir nutzen bereits einen Motor, bei dem die Trägheit nochmals optimiert wurde, der hervorragend gewickelt ist und qualitativ hochwertigere Magnetwerkstoffe besitzt. Aber es muss auch weitergehen. Es gibt gerade spannende Neuentwicklungen an Motoren, die natürlich die Leistungsfähigkeit des Galaxie Antriebssystems unterstützen.

Kann man angesichts der Leistungsfähigkeit mit Direktantrieben konkurrieren?

Sprenger: Ein Direktantrieb ist vergleichsweise groß. Der Galaxieantrieb bietet ähnliche Leistungsdaten auf einem viel kleineren Durchmesser. Das heißt, die Seltenen-Erden-Magnete, von denen ein Direktantrieb jede Menge benötigt und die teuer sind, benötigen wir in geringerer Menge. Außerdem hat ein so großer Motor auch einen hohen Strombedarf. Zusätzlich haben Direktantriebe höhere Trägheitsmomente. Der Galaxieantrieb schlägt genau in diese Lücke. Er besitzt Nullspiel und allerhöchste Steifigkeit. Das heißt, wir haben die Eigenschaften eines Direktantriebs auf diesen kleinen Bauraum mit dem Vorteil der Energieeffizienz.

Und der Verschleiß ist geringer als bei einer Getriebelösung...

Sprenger: ...genau, weil wir den Flächenkontakt haben. An diesem Gesamtpaket sieht man, dass wir eine effiziente Antriebslösung anbieten.

Sie sprechen davon, das Antriebssystem sei „bereit für Industrie 4.0“. Was bedeutet das konkret?

Sprenger: Im Galaxieantrieb befindet sich oben ein Freiraum für eine Platine. Wir können also Sensoren am Abtrieb, am Getriebe und im Motor platzieren, diese Signale über die Platine zusammenführen und dort beispielsweise Funkdaten ausgeben. Wir sind bereit für Industrie 4.0 und auch dafür, in einem Kundenprojekt etwas in diese Richtung zu entwickeln. Ansätze von Kunden sind dazu auch schon vorhanden.

Und das würde Wittenstein im Paket mit der Sensorik liefern?

Sprenger: Ja, das wäre ein speziell entwickeltes Galaxie-Antriebssystem mit Elektronik und Sensorik. In der Schweiz entwickelt und produziert Wittenstein Sensorflansche und -getriebe. Dort könnten wir quasi in unserem eigenen Baukasten die entsprechenden Elemente suchen.

Mit einigen Kunden arbeiten Sie ja bereits seit Beginn der Testphase 2012 zusammen. Wie sind deren Erfahrungen?

Sprenger: Kunden wie Broetje nutzen das Getriebe schon seit 2013. Deren Erfahrungen bestätigen uns, dass die Technik sensationell ist. Bei Profiroll zum Beispiel ist der Antrieb jetzt seit vier Jahren problemlos in der Anwendung. Die Getriebe von Wettbewerbern waren nach diesem Zeitraum schon verschlissen und mussten ausgetauscht werden, weil die Fertigungstoleranzen am Ende der Anlage nicht mehr haltbar waren. Das bestätigt uns natürlich. Bei Broetje haben wir gesehen, dass der Kunde mit dem Galaxie seine eigene Lagerung ablösen konnte. Das heißt, er hat nicht nur Einsparungen durch eine höhere Produktivität, auch die Montage wird viel einfacher. Das bringt auch Vorteile bei Wartung und Service: Früher mussten ganze Anlagenkomponten zerlegt werden, heute wechselt man einfach nur autarke Komponenten.

Wie haben Sie passende Anwender für die Testphase gefunden? Schließlich gibt es nichts Vergleichbares auf dem Markt.

Sprenger: Wir haben uns Kunden gesucht, die innovativ sind und die nach neuen Lösungen suchen. Diesen Kunden haben wir die Idee geschildert. Prompt kam die Antwort: Wir haben ein Problem und wenn wir dort eine Verbesserung erzielen, könnten wir unsere Produktivität steigern. Es ging vor allem um Steifigkeit und Nullspiel. Dafür muss der Kunde immer offen sein, denn wir stellen ja sein Maschinenkonzept infrage.

Lassen sich die Anwender so schnell überzeugen?

Sprenger: Es ist immer die Frage, in welcher Projektphase man mit dem Kunden ins Gespräch kommt. Hat er gerade seine Maschine zu Ende konstruiert hat, ist es schwierig, weil dann ja die Optimierungsprozesse schon abgeschlossen sind. Wenn man aber auf einen Kunden trifft, der gerade sein Maschinenkonzept hinterfragt, kann man relativ schnell zum Zug kommen.

Das heißt, in bestehende Maschinenkonzepte lässt sich der Antrieb nicht einfach integrieren?

Sprenger: Mit dem Galaxie Antriebssystem kann man nicht einfach einen bestehenden Antrieb ersetzen und glauben, alles würde dann besser. Das funktioniert nicht. Das Galaxiegetriebe ist in der Konstruktion so steif, dass die Maschinenkonstruktion weicher werden könnte als der Antrieb. Ich würde eine Optimierung einbringen, die dann aber nichts nutzt, weil die Maschine an sich die Leistungsfähigkeit nicht übertragen kann. Deshalb ist es wichtig, dass der Kunde in einer Optimierungsphase ist.

Spath: In der Regel passt der Antrieb nicht für Maschinen, die für etwas anderes konzipiert worden sind. Das gilt auch für Retrofit. Wurde die Maschine zum Beispiel für Planetengetriebe konstruiert, kann sie entweder nicht die Leistung ausschöpfen oder ist überfordert, wenn sie plötzlich mit dem neuen Getriebe eine andere Leistungen bekommt.

Gibt es Anwendungen, Branchen oder Kunden für die sich das neue Antriebssystem besonders eignet?

Sprenger: Ja, klar. Ich habe eine Liste von Zielkunden, von Zielkundenanwendungen – allerdings ist die Liste praktisch immer unvollständig. Wir halten uns das offen, was wir realisieren; je weiter weg von unserem Tagesgeschäft, desto besser. Doch überall, wo positioniert werden muss, wo kurze Taktzeiten und geringe Ausschwingzeiten auf einem extrem kleinen Bauraum gefordert sind, ist das Galaxie Antriebssystem eine sinnvolle Lösung.

Spath: Uns ist erst jetzt, nachdem wir den Hermes Award gewonnen und so eine größere Öffentlichkeit erreicht haben, nochmals so richtig klar geworden, dass wir an eine viel größere Anwendungsbreite denken können. Wenn man so einen Steifigkeitssprung – in der gleichen Baugröße um Faktor 6 – umsetzt, dann erschließt das einfach ganz andere Möglichkeiten. Das geht vom Schiffbauer über den Wafer-Handler bis hin zur klassischen Werkzeugmaschine. Der deutsche Hochleistungsmaschinenbau hat das deutlich wahrgenommen. Auch die Automobilindustrie beschäftigt sich plötzlich damit: nicht für den Einsatz im Auto, sondern in der Fertigung.

Und wie schätzen Sie das Potenzial für die Zukunft ein?

Spath: Ich sehe die Grenzen noch gar nicht, weil so viele neue, interessante Fragen aus Märkten aufkommen, die wir gar nicht kennen. Das einzuschätzen wird jetzt unsere Aufgabe sein.

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