Materialprüfmaschinen müssen absolut sichere und reproduzierbare Messergebnisse liefern. Deshalb nutzt ein Hersteller bei seinen elektromechanischen Zentralspindel-Prüfmaschinen nur Präzisionsgetriebe. Die kompakt gebauten Getriebesysteme in zykloider Bauart sorgen hierbei für einen spielfreien Antriebsstrang.

Ob bei der Produktentwicklung, der Designgestaltung oder in der Qualitätskontrolle – mechanische Prüfungen spielen eine entscheidende Rolle. Die Prüfaufgaben sind dabei so vielfältig wie die Maschinen. Bei der Serie LFMZ des Schweizer Unternehmens Walter + Bai handelt es sich um elektromechanische Zentralspindel-Prüfmaschinen. Die Systeme wurden speziell zur Durchführung von Slow-Strain-Tests oder der Kalibrierung von Zug- und Druck-Kraftaufnehmern sowie zur rationellen Durchführung von Zug-, Druck-, Schwell- und Wechsellastversuchen an Materialien, Komponenten oder Bauteilen im geschlossenen Regelkreis konzipiert. Sie kommen in den Bereichen Creep & Relaxation, LCF (Low-Cycle Fatigue), TMF (Thermo-Mechanical Fatigue) und für allgemeine statische und quasi-dynamische zyklische Prüfungen mit langsamen Geschwindigkeiten und niedriger Dehnungsrate zum Einsatz.

Die LFMZ-Prüfmaschinen sind mit einem spielfreien, mehrfach gelagerten Spindelantrieb ausgerüstet. Die Spindel ist komplett in Öl gelagert, was die Reibung reduziert und die Lebensdauer verlängert. Durch die zentrale, mittige Anordnung des Antriebs befindet sich der Laststrang (Antrieb, Probe, Kraftaufnehmer) in einer Linie, wodurch die Einleitung von Querkräften (Biegespannungen auf die Probe) stark minimiert wird. Das Ergebnis ist eine hohe Regelgenauigkeit auch bei niedrigen Dehnungsraten und ein langfristig störungsfreier Betrieb.

Präzisionsgetriebe sind überlegen

Patrick Roth, Leiter des technischen Büros bei Walter + Bai, berichtet: „Seit 2019 verbauen wir im Antriebssystem der LFMZ-Serie ausschließlich Zykloidgetriebe von Nabtesco. Dank ihrer Präzision und Leistungsdichte ermöglichen sie ein hochgenaues Regeln von kleinsten Probendehnungen oder Spindelbewegungen. Das Massenträgheitsmoment erlaubt zudem hohe Drehzahlen sowie hohe Beschleunigungen und Verzögerungen.“ Roth ergänzt: „Auch die kurzen Lieferzeiten, das gute Preis-Leistungs-Verhältnis sowie die Möglichkeit, Standardgetriebe zu nutzen, haben uns überzeugt.“ Recherchen im Internet haben die Ingenieure von Walter + Bai zu den Produkten des Düsseldorfer Präzisionsgetriebespezialisten geführt. Anfrage und Realisierung erfolgten über den Schweizer Nabtesco-Händler Balance Drive.

Erfolgreiche Zusammenarbeit

Das Produktportfolio von Balance Drive umfasst neben Zykloidgetrieben auch Wellgetriebe, Großgetriebe, Servogetriebe, Planetengetriebe, Schneckengetriebe, Standardgetriebe, Elektromotoren sowie die im eigenen Haus entwickelten Kronenrad-Royal-Getriebe. Alle Getriebe werden mit neuen Berechnungs- und Simulationstools passgenau auf die Applikation ausgelegt. Auch Walter + Bai profitierte von der Getriebe-Expertise. So hat Balance Drive für einige der Zykloidgetriebe eine Planetengetriebe-Vorstufe ausgelegt und montiert. Für mehrere Anwendungen wurde zudem ein Flansch mit Wellenende zum Verbinden der Abtriebsseite mit der Spindel realisiert. „Die Zusammenarbeit mit Balance Drive war hervorragend: eine kompetente Beratung und kurze Wege“, so Patrick Roth. „Anfangs hatten wir noch die Baureihe RH-N im Einsatz. Später sind wir auf die Neco-Serie umgestiegen. Balance Drive hatte uns seinerzeit auf die Baureihe aufmerksam gemacht, was uns Kosten, Lieferzeit und Einbauraum gespart hat.“

Technische Details

Die modularen Getriebesysteme der Neco-Serie basieren auf Robotik-Know-how und Benutzerfreundlichkeit. Die kompakten Vollwellengetriebe zeichnen sich durch eine hohe Dynamik und Präzision aus (Hystereseverlust < 0,5 arcmin, reines Verdrehspiel 0,1-0,2 arcmin) sowie einen geringen Verschleiß über die gesamte Lebensdauer. Dank doppelt gelagerter Exzenterwellen und der gelagerten Antriebswelle gelten sie als sehr robust. Das zweistufige Untersetzungsprinzip der Getriebe reduziert Vibrationen sowie die Massenträgheit. Die gleichmäßige Kraftverteilung innerhalb des Getriebes erlaubt eine hohe Belastung bei geringem Spiel (bis zu 500 % des Nenndrehmoments). Aufgrund ihrer kompakten Bauweise ermöglichen die Neco-Getriebe zudem den Bau kleinerer Maschinen und Anlagen, was sich positiv auf den Maschinen-Footprint, den Energie- und Ressourcenverbrauch sowie die Gesamtbetriebskosten auswirkt.

Anwendungsspezifische Anpassungen

Balance Drive ist autorisierter Partner von Nabtesco und betreut die Kunden in der Schweiz direkt vor Ort. Die Neco-Getriebe werden einbaufertig geliefert und lassen sich dank Plug-and-Play-Prinzip schnell in den Antriebsstrang integrieren. Durch das Prinzip mit Radialklemmring und gelagertem Eingangsritzel entfällt das Ausrichten des Antriebsritzels. So verringert sich der Montageaufwand für den Motor. Der Kunde muss lediglich Getriebe und Motor zusammenbringen, den Radialklemmring anziehen und schon kann es losgehen. Die Anzahl der Schnittstellen ist auf ein Minimum reduziert. Statt jeden Motortyp über ein eigenes Interface anzubinden, garantiert ein flexibles System mit modularen Hülsen und Flanschen die Adaption aller gängigen Servomotoren. So können Anwender die Neco-Getriebe mit sämtlichen Motorenmarken und -typen nutzen. Das gewährleistet ein Maximum an Flexibilität, eine einfachere Konfiguration und eine schnelle Montage.

Als breit aufgestellter Getriebespezialist mit einem umfangreichen Produktportfolio an unterschiedlichsten Technologien und Herstellern ist Balance Drive in der Lage, die Zykloidgetriebe um weitere Komponenten zu ergänzen und sie so exakt auf die kundenindividuellen Applikationsanforderungen anzupassen. Ob zusätzliche Vorstufe, spezielle Modifikationen auf der Abtriebsseite, individuelle Fertigungsteile oder besondere Befestigungen.

Fazit

Im Vergleich zur servohydraulischen Prüftechnik bieten elektromechanische Systeme wie die LFMZ-Serie nennenswerte Vorteile. Durch den Verzicht einer Hydraulikversorgung kann kompakter und platzsparender gebaut werden, zudem bleiben die Betriebskosten niedriger. Die Entscheidung für Präzisionsgetriebe in zykloider Bauart hat Patrick Roth nicht bereut. „Mit der Präzision, Performance, Handhabung und Zuverlässigkeit der Neco-Getriebe sind wir sehr zufrieden. Balance Drive und Nabtesco sind auf jeden Fall Lieferanten, die wir bei Neuentwicklungen oder anderen Projekten, die eine leistungsstarke Getriebelösung erfordern, immer im Kopf haben“, so das Resümee des Schweizers.