07.08.2026
Elektronische Getriebe als Ersatz für Kurven- und Kurbelgetriebe im Maschinenbau
Mechanische Getriebe sind seit Jahrzehnten das Rückgrat industrieller Bewegungsprozesse – präzise, robust und bewährt. Doch steigende Anforderungen an Flexibilität, Effizienz und Digitalisierung stellen klassische Konstruktionsprinzipien zunehmend infrage. Elektronische Getriebe eröffnen hier neue Möglichkeiten: Sie verlagern Bewegungsintelligenz von der Mechanik in die Software und ermöglichen so adaptive, schnell anpassbare Maschinenkonzepte – ein entscheidender Vorteil für den modernen Maschinenbau.
Roland Gredig ist Leiter des Studiengangs Maschinenbau an der Höheren Fachschule Inovatech, Zofingen.
Bewegung ist ein zentrales Element jeder Maschine. Ob Transportieren, Fügen, Formen oder Verpacken – nahezu jeder industrielle Prozess beruht auf exakt abgestimmten Bewegungsabläufen. Früher wurden diese Bewegungen vor allem mechanisch realisiert: zuverlässig, robust und präzise.
Heute verändert sich der Maschinenbau spürbar. Steigende Anforderungen an Flexibilität, kürzere Umrüstzeiten und der zunehmende Einsatz softwarebasierter Technologien führen dazu, dass etablierte Konstruktionsprinzipien neu betrachtet werden.
Um den Wandel einzuordnen, lohnt sich zunächst der Blick auf die bewährten Grundlagen der Bewegungsführung:
Grundlagen der Bewegungsführung
Kurven- und Kurbelgetriebe zählen zu den zentralen konstruktiven Elementen im Maschinenbau, insbesondere dort, wo periodische und exakt wiederholbare Bewegungsabläufe erforderlich sind.
Sie wandeln eine gleichmässige Drehbewegung auf mechanischem Weg in genau definierte linear und bogenförmig oszillierende Bewegungen um.
- Kurvengetriebe kommen typischerweise überall dort zum Einsatz, wo komplexe Bewegungsprofile mit hoher Wiederholgenauigkeit bei höchster Geschwindigkeit benötigt werden, etwa mit Phasen von Stillstand, schneller Bewegung oder sanfter Übergänge. Beispiele sind Verpackungsmaschinen, Zuführsysteme, Etikettierer oder Montageautomaten.
- Kurbelgetriebe werden vor allem zur Umwandlung von Dreh- in Linearbewegungen eingesetzt. Beispiele sind Pressen, Stanzmaschinen, Umformanlagen. Durch ihre robuste Bauweise und hohe Kraftübertragung eignen sie sich besonders für Anwendungen mit hohen Lasten und klar definiertem regelmässigen Takt.
Beide Getriebearten sind sehr zuverlässig und genau. Einmal ausgelegt und gefertigt, liefern sie über lange Zeit identische Bewegungsabläufe, was sie zu einem bewährten Standard im Sondermaschinenbau gemacht hat.
Ihre grösste Stärke ist auch zunehmend ihre Schwäche.
Aktuelle Herausforderungen im Schweizer Maschinenbau
Der Schweizer Maschinenbau ist stark exportorientiert. Er bedient häufig kundenspezifische Nischenmärkte. Die Nachfrage nach Produktvarianten, kleineren Losgrössen und häufigen Formatwechseln steigt.
Mechanische Kurven- und Kurbelgetriebe sind jedoch auf einen definierten Bewegungsablauf optimiert und lassen sich nur mit erheblichem konstruktivem und mechanischem Aufwand an neue Anforderungen anpassen.
Hohe Lohnkosten und ein knappes Angebot an qualifizierten Fachkräften prägen den hiesigen Produktionsstandort. Gleichzeitig wächst der Druck, Entwicklungszeiten zu verkürzen und Maschinen über ihren gesamten Lebenszyklus wirtschaftlich zu betreiben. Es braucht flexible, schnell anpassbare Maschinenkonzepte.
Auch hier stossen mechanische Lösungen an Grenzen: Jede Designänderung bedeutet auch neue Bauteile, Tests, Stillstandzeiten oder erneute Inbetriebnahme.
Mit der fortschreitenden Digitalisierung steigen auch im Maschinenbau die Anforderungen an Vernetzbarkeit (IIoT= Industrial Internet of Things), Transparenz und Datenverfügbarkeit. Moderne Maschinen sollen in übergeordnete Systeme integriert, schnell umkonfiguriert und digital in Betrieb genommen werden können.
Starre mechanische Lösungen passen schlecht in modulare Maschinenkonzepte. Ihre Bewegungsabläufe sind hardwareseitig festgelegt und kaum adaptiv.
Hier setzen elektronische Getriebe an: Sie greifen das bekannte Funktionsprinzip mechanischer Getriebe auf und bilden es softwarebasiert in der Antriebs- und Steuerungstechnik ab.
Was sind elektronische Getriebe?
Elektronische Getriebe verbinden Mechanik, Elektronik und Informatik. Die Kopplung zwischen den Antrieben ist nicht mehr mechanisch, sondern über digitale Bewegungsprofile (Software) realisiert und synchronisiert.
Anstelle von Zahnrädern, Kurvenscheiben oder Koppel- und Pleuelstangen übernehmen Servoachsen, Regler und Motion-Controller die Aufgabe, Bewegungen synchron und reproduzierbar zu erzeugen.
Grundprinzip
Das Prinzip eines elektronischen Getriebes besteht darin, dass eine oder mehrere Achsen einer sogenannten Masterachse folgen (entspricht der Haupt- oder Königswelle bei mechanischen Kurven- und Kurbelgetrieben). Übersetzungsverhältnisse, Phasenlagen und Bewegungsprofile werden dabei mathematisch und softwareseitig eingestellt. Anpassungen lassen sich somit durch Parameteranpassungen oder neue Profile realisieren – ganz ohne mechanische Modifikationen.
In vielen Anwendungen wird dieses Konzept durch elektronische Kurvenscheiben (Electronic Cams) erweitert. Dabei wird der Zusammenhang zwischen Master- und Slavebewegung über frei definierbare Kurvenfunktionen beschrieben.
Zentrale Komponenten
Ein elektronisches Getriebe besteht typischerweise aus folgenden Elementen:
- Servomotoren mit hochauflösenden Encodersystemen
- Servo-Antriebsregler mit integrierter Bewegungsregelung
- Motion Controller oder SPS mit Motion-Funktionalität
- Echtzeitfähige Kommunikationssysteme (z. B. EtherCAT)
Das Zusammenspiel dieser Komponenten ermöglicht eine hochpräzise, dynamische und synchrone Bewegung mehrerer Achsen.
Vorteile
Bei elektronischen Getrieben ist die Art der Bewegung vollständig softwarebestimmt. Damit lassen sich Bewegungsprofile im laufenden Betrieb anpassen, skalieren oder austauschen. Elektronische Getriebe sind somit kein reines Ersatzbauteil, sondern eröffnen einen grundlegend anderen Ansatz zur Realisierung von Bewegungsabläufen im Maschinenbau.
Von elektronischen zu adaptiven Getrieben
Die Schweizer Maschinenindustrie setzt auf die Kombination der beiden Welten.
- Mechanische Lösungen dominieren dort, wo hohe Kräfte, Robustheit, Synchronität bei extrem hohen Geschwindigkeiten und Wartungsfreundlichkeit wichtig sind.
- Elektronische Getriebe kommen zum Einsatz, wo Flexibilität, Präzision, Energieeffizienz und Datenintegration zählen. Oft bilden mechanische Komponenten die Basis, während elektronische Systeme Regelung und Intelligenz liefern.
Je besser leistungsfähige Motion Controller, hochauflösende Encodersysteme und echtzeitfähige Kommunikationsnetze verfügbar sind, desto mehr verlagert sich die Art der Bewegung von der Mechanik in die Software.
Für den Maschinenbau in der Schweiz ergeben sich folgende Chancen:
- Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit trotz hoher Lohnkosten durch flexible, schnell anpassbare Maschinenkonzepte
- Unterstützung modularer Baukastensysteme, wie sie im Sondermaschinenbau und bei kundenspezifischen Anlagen zunehmend gefragt sind
- Kürzere Inbetriebnahmezeiten durch Simulation und virtuelle Inbetriebnahme
- Verbesserte Wartbarkeit, da mechanische Komponenten reduziert und Funktionen softwareseitig angepasst werden können
- In Zukunft ermöglichen adaptive Bewegungen, Bewegungsprofile automatisch an Prozessdaten oder Materialeigenschaften anzupassen.