Zykloidgetriebe: Unterstützung für den Werkzeugmaschinenbau

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Der Wandel weg vom Verbrenner hin zur Elektromobilität zwingt auch den Werkzeugmaschinenbau zum Kurswechsel, denn die neuen Bauteile, und Bearbeitungsstrategien erfordern zukunftsorientierte Automatisierungslösungen. Zykloidgetriebe sind dabei eine Schlüsseltechnologie.

Zykloidgetriebe in der Praxis: Der Umstieg auf emissionsfreie Antriebe stellt nicht nur die Automobilindustrie vor neue Herausforderungen, auch für zahlreiche andere Wirtschaftszweige bleibt die Elektrifizierung des Antriebsstrangs nicht folgenlos. So steht namentlich der Werkzeugmaschinenbau, traditionell besonders eng mit dem Automotive-Sektor verzahnt, vor einem tiefgreifenden Wandel.

Zykloidgetriebe: Ist das die Zukunft?

„Autobauer und Zulieferer gehören zu den wichtigsten Kunden des Werkzeugmaschinenbaus. Doch die Produktion von Elektrofahrzeugen unterscheidet sich grundlegend von der konventioneller Autos“, so Daniel Obladen, Head of Sales General Industries bei der Nabtesco Precision Europe GmbH, dem weltweit größten Hersteller von Zykloidgetrieben, und erläutert: „Elektroantriebe sind sehr viel kleiner als Verbrennungsmotoren und bestehen aus weniger sowie teilweise anderen und komplexeren Einzelteilen. Auch die verwendeten Materialien unterscheiden sich.“ Andere Bauteile, andere Werkstoffe, andere Bearbeitungsstrategien, andere Prozesse – ergo werden auch andere Werkzeugmaschinen benötigt.

Werkzeugmaschinenbau im Umbruch

Als enger und langjähriger Partner des Werkzeugmaschinenbaus beobachtet Nabtesco die Entwicklungen in der Branche genau. „Noch ist es zu früh, um eindeutige Trends auszumachen. Doch es zeichnen sich erste Tendenzen ab“, so Obladen. „Aktuell geht man davon aus, dass die Anlagen kleiner werden und sich die Anzahl der Werkzeuge reduziert. Auch erfordern die immer kürzeren Entwicklungszyklen universelle Maschinen, die leicht auf ein neues Produkt angepasst werden können. Gleichzeitig rücken Themen wie Green Deal, Condition Monitoring, Minimalmengenschmierung und Industrie 4.0 in den Vordergrund.“ Leistungsstarke Technologien wie die Zykloidgetriebe von Nabtesco machen hier den Unterschied. Dank ihrer hohen Präzision, Steifigkeit und Leistungsdichte unterstützen sie den Werkzeugmaschinenbau, die Effizienz und Wirtschaftlichkeit seiner Anlagen und Prozesse zu steigern und so die Elektromobilität voranzubringen.

Kombinierte Bearbeitungsmaschinen sind im Kommen

Der Wandel weg vom Verbrenner hin zum E-Motor hat Auswirkungen auf nahezu alle Aspekte und Bereiche der Produktion. Neue Komponenten, ein geringerer Anteil an zu zerspanenden Komponenten, weniger Bearbeitungs- und Fertigungsschritte, ein höherer Automatisierungsgrad und eine noch stärkere Verkettung der Prozesse sind nur einige Stichworte für diesen Transformationsprozess. Eine zentrale Forderung: Drehen und Fräsen in einer Aufspannung. Bisher gibt es nur wenige Anbieter derartiger Bearbeitungszentren, doch der Bedarf wird steigen. So müssen rotationssymmetrische Teile für den Einsatz in Elektromotoren sowohl innen als auch außen bearbeitet werden. Das erfordert kombinierte Dreh- und Fräsmaschinen. Die in der Automobilindustrie stark verbreiteten Mehrspindler können dies nicht leisten und werden wohl an Bedeutung verlieren. Auch die Nachfrage nach Verzahnungsmaschinen wird nachlassen. Deutlich gefragter dagegen werden Härtemaschinen für induktives Härten sein, denn für die Elektromobilität müssen die Motorwellen nur noch in kleinen Bereichen gehärtet werden.

Zu den wichtigsten Treibern für Veränderungen im Werkzeugmaschinenbau gehört sicherlich auch die moderne Leichtbauweise. „Das Gewicht der Bauteile wird immer entscheidender, denn je weniger ein E-Auto auf die Waage bringt, desto niedriger ist der Stromverbrauch und umso höher die Reichweite“, erzählt Obladen. Leichtbaumaterialien wie Aluminium, Carbon und Kunststoffe in flexiblen Verbindungen halten daher verstärkt Einzug in die Fahrzeugproduktion. Im Bereich der Blechteile ist darüber hinaus die Formgebung – also ein höherer Umformungsgrad mit komplexeren Werkzeugen und dünneren Blechstärken – ein Punkt, um Gewicht einzusparen. „Aluminium ist weicher als Stahl und lässt sich daher einfacher und schneller zerspanen. Das bedeutet: weniger Bearbeitungsschritte und höhere Geschwindigkeiten“, so der Vertriebsleiter. Bearbeitungsmaschinen für die E-Mobilität benötigen also sehr viel weniger Werkzeuge, müssen dafür aber umso schneller arbeiten.

Zykloidgetriebe in vielen Anwendungen überlegen

Bisher dominieren Direktantriebe den Werkzeugmaschinenbau. Doch diese verlangen dem Kunden eine hohe Investitionsbereitschaft ab (unter anderem hohe Anschaffungskosten und erhöhter Montageaufwand) und haben zudem einen erhöhten Bedarf an Ressourcen wie elektrischer Energie. „Für die Bearbeitung von Stahl sind die Direktantriebe zu Recht das Nonplusultra. Doch Maschinen für die Aluminiumbearbeitung sind aufgrund der geringeren Schnittkräfte in der Regel leichter gebaut und somit nicht auf die komplexe und teure Direktantriebstechnologie angewiesen“, stellt Daniel Obladen klar. Zykloidgetriebe sind hier 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.

Innovative, leistungsfähige Technologie

Nabtesco-Getriebe zeichnen sich durch Präzision über die gesamte Lebensdauer (Hystereseverlust 0,5 bis max. 1 arcmin), eine hohe Verdrehsteifigkeit sowie hohe Untersetzungsverhältnisse aus. So erfüllen sie hohe Genauigkeitsanforderungen, sorgen für Effizienzsteigerungen in der Produktion und verbessern gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit der Werkzeugmaschinen um ein Vielfaches. „Eine hohe Untersetzung hat den Vorteil, dass das Massenträgheitsverhältnis von Anwendung zu Motor sehr gering ist. Dadurch wird die Regelqualität vom Motor besser und das Risiko von Vibrationen im Antriebsstrang geringer. Folglich kann sehr dynamisch und ohne Nachschwingen positioniert werden. Dies reduziert die Nebenzeiten und macht den Bearbeitungsprozess wirtschaftlicher“, betont Obladen.

Durch die hohe Verdrehsteifigkeit sowie die dauerhafte Präzision können Werkzeugwechselvorgänge reduziert werden. Auch Be- und Entladesysteme sowie Positionierapplikationen profitieren vom Verhalten hinsichtlich Dynamik sowie der Wiederhol- und Bahngenauigkeit der Getriebe. Selbst bei hohen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen gewährleisten diese eine mikrometergenaue Positionierung der Werkstücke und Werkzeuge.

Für die Zukunft gerüstet

Vor allem die Getriebe der neuen Neco-Serie sorgen für Performancesprünge und Effizienzsteigerungen. Dank des Radialklemmrings in Low-Inertia-Ausführung reduziert sich die Trägheit auf der Motorwelle um bis zu 39 Prozent und ermöglicht so sehr dynamische Zyklen. Auch der Montageaufwand für den Motor verringert sich, da das Ausrichten des Antriebsritzels entfällt. Ein flexibles System mit modularen Hülsen und Flanschen garantiert die Adaption aller gängigen Servomotoren. Darüber hinaus punkten die Neco-Getriebe mit einem ganzheitlichen Korrosionsschutz, einer hohen Leistungsdichte sowie einem cleanen, geschlossenen Design.

Keine Frage: Der Technologiewandel auf der Straße ist nicht mehr aufzuhalten. Für die Werkzeugmaschinenhersteller gilt es jetzt, die Chancen zu nutzen, die sich durch die Elektromobilität eröffnen. Zykloidgetriebe von Nabtesco können dabei eine Schlüsseltechnologie sein.

Von Jennifer Hagmeyer.

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