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Schneckengetriebe – unverzichtbar in der modernen Fabrik

Vor rund 10 Jahren ging wie heute, kein Weg an applikationsoptimierten Kleinantrieben in Hinsicht auf die Lebenszykluskosten vorbei, sofern diese auf optimierte Motor- Getriebekombinationen und intelligenter Steuerungstechnik basieren. Nur dann, wenn jegliches Einsparpotenzial ganzheitlich betrachtet wird, ist es letztendlich möglich, die „Grüne Fabrik“ zu realisieren.

Enorme Einsparpotenziale sind möglich

Wird der Stromverbrauch in Deutschland betrachtet, so nimmt die Industrie mit 47% den größten Anteil aller Sektoren ein. Das bedeutet einen Anstieg innerhalb von rund 4,2% in knapp 10 Jahren. Innerhalb dieses Bereichs dominiert die Antriebstechnik mit dem höchsten Stromverbrauch – 2010 waren es knapp 70%. Wurde 2010 bei den bei den Neuinvestitionen und in der Ersatzteilbeschaffung nur wenig auf effiziente und intelligente Motoren- und Getriebekonzepte geachtet, so hat sich dies bis heute geändert. Im Laufe der Zeit erkannte man, dass die Ausstattung von Industrieanlagen mit energiesparsamen, intelligenten Technologien einen Beitrag leisten kann, um den Energieverbrauch zu reduzieren.

Bei den Investitions- und Betriebskosten können enorme Einsparpotenziale erreicht werden, da weniger fossile Brennstoffe zur Stromerzeugung verbraucht werden. Zudem bringen die umgerüsteten Anlagen, niedrigere CO2-Emissionen mit sich und die Folge ist, dass es möglich ist, die festgelegten Klimaschutzziele zu erreichen.

2010 wurde den Kleinantrieben kaum Beachtung geschenkt, wenn es um mögliche Einsparpotenzial ging. Bedingt war dies durch die niedrigere Anschlussleistung und die überwiegend geringe Einschaltdauer. Aber dennoch wurden bereits 2010 jährlich neun bis zehn Millionen Kleinantriebe gefertigt. Diese wurden in erheblicher Anzahl in industriellen Produkten eingesetzt – Tendenz zu dem Zeitpunkt steigend. Ein Blick auf die Umsatzentwicklung der deutschen Branche für Antriebstechnik weltweit in den Jahren 2005 bis 2018 zeigt, dass im Jahr 2018 die Betriebe in Deutschland, die Lager, Getriebe, Zahnräder und Antriebselemente herstellen, einen Umsatz in Höhe von rund 20 Milliarden Euro erwirtschafteten.

Besonders in Hinblick auf das Ziel der „Grünen Fabrik“ ist es wichtig, die Kleinantriebe mit ihren vielfältigen Einsatzmöglichkeiten und dem wirtschaftlichen Effizienzpotenzial nicht aus den Augen zu lassen. Bereits vor rund 10 Jahren waren sich die Experten darüber im Klaren, dass sie durch ist zunehmende dezentrale Antriebstechnik immer mehr an Bedeutung gewinnen und wesentlich mehr Flexibilität im Maschinen- und Anlagenbau erlauben.

Der energieeffiziente Einsatz der Kleinantriebe

Die applikationsangepasste Auslegung der Antriebe ist der einfachste und schnellste Weg. Hier ist das größte Einsparpotenzial zu finden. Vor allem die Konstrukteure, die nicht ständig ein Antriebssystem auslegen, haben eine Neigung, diese aus Sicherheitsgründen überdimensionieren. Die Folge ist ein Betrieb der Antriebe im Teillastbereich inklusive einem äußerst schlechten Wirkungsgrad, was letztendlich mit einem hohen, ineffizienten Energieeinsatz einhergeht. Ein weiteres Problem ist der Anschaffungspreis bei der Auswahl der Motorenkonzepte, denn dieser soll möglichst gering sein. Dabei bleiben heute wie damals oft die Life-Cycle-Costs als entscheidender Betreiber einer Anlage zumeist unberücksichtigt – doch eben das ist auch heute noch ein wichtiger Aspekt moderner Antriebskonzepte.

Auch der Wirkungsgrad der eingesetzten Getriebe spielt beim Einsparungspotenzial eine wichtige Rolle. Noch immer dominieren die Schneckengetriebe und Schneckengetriebemotoren mit ihren vergleichsweise geringen Herstellungskosten den Bereich der Kleinantriebe. Wiesen diese in der Vergangenheit noch sehr schlechte Wirkungsgrade auf, so hat sich dieser Dank aufgrund der fortschreitenden Technik verbessert.

Schneckengetriebe sind Schraubwalzgetriebe, von denen die Rotationsbewegung einer zylindrischen Welle auf ein rotierendes, um 90 Grad achsversetztes Zahnrad übertragen wird. Die modernen Schneckengetriebe erlauben eine besonders hohe Übersetzung auf engem Raum. Daher eignen sie sich hervorragend bei anspruchsvollen Platzverhältnissen.

Schneckengetriebe sind in der Lage, Achsversätze zuverlässig auszugleichen, und arbeiten dabei höchst präzise und sind äußerst leistungsstark. Das ist der Grund dass die Schneckengetriebe und Schneckengetriebemotoren, die besonders geräuscharm und unempfindlich sind, weltweit bei anspruchsvollen Anwendungen zum Einsatz wie bspw. Extrusionsmaschinen, Profilbearbeitungsmaschinen, Förderanlagen und Vereinzelungsmaschinen.

Die Komponenten und die Herstellung von Schneckengetrieben

Das Schneckengetriebe besteht neben dem Schneckengehäuse im Wesentlichen aus der Schnecke und dem Schneckenrad. Üblicherweise besteht die Schnecke aus Einsatz- oder Nitritstahl, wodurch sie eine verschleißfeste, widerstandsfähige, gehärtete Oberfläche aufweist. Es ist bei der Auslegung der Schnecke darauf zu achten, dass der Winkel der Schrägverzahnung ein mehrfaches, schraubenförmiges Winden um die Radachse erlaubt.

Üblicherweise stellt das Schneckenrad den Antrieb des Getriebes dar. Hergestellt wird das Schneckenrad zumeist aus Kupfer-Zinn-Legierungen, da dieser Werkstoff für seine guten Notlaufeigenschaften in Verbindung mit Stahl bekannt ist. Daher eignet sich dieser Werkstoff bestens für die Konstruktion von Getrieben.

Was die Konstruktion und die Fertigung angeht, so stellt vor allem die Lagerung im Getriebe eine Herausforderung dar. Aufgrund ihrer Bauweise werden Schneckengetriebe durch das Auftreten hoher axialer Kräfte charakterisiert und müssen daher mit Axiallagern gesichert werden. Aber auch die Biegebeanspruchung des Getriebes ist zu berücksichtigen. Denn diese hat zur Folge, dass das Lager der Schnecke elastisch oder winkelausgleichend dimensioniert werden muss, um eine gleichmäßige Belastung sicherzustellen.

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