So sieht ein kosteneffizientes Flugzeugrumpf-Verbausystem aus

Hubgetriebe halten bei einem komplexen Verbausystem die Kosten klein

Philipp Schmalzhaf

von Philipp Schmalzhaf, Vertriebsleiter

Flugzeugrumpf

Multi Aircraft Type Shoring System (MATSS)

Als ein großer nordamerikanischer Flugzeughersteller eine neue Lösung für ein Flugzeugrumpf-Verbausystem benötigte, wandte sich Support Air an HMS Engineering und Drive Lines Technologies, um erfahrene Unterstützung und Kenntnisse in allen Bereichen der mechanischen Hebung und Fertigung zu erhalten.

Das Multi Aircraft Type Shoring System (MATSS) ist ein modulares Flugzeugrumpf-Verbausystem, das von der britischen Support Air entwickelt und geliefert wird. Das neue System kann bei einer Reihe von Flugzeugtypen ähnlicher Größe an allen Punkten einer Flugzeugrumpf-Verbaustation verwendet werden, wobei eine Standard-Basiseinheit in Kombination mit einer Vielzahl von austauschbaren, für das Verbausystem spezifischen Wiegenträgerprofilen und Höhenverlängerungseinheiten verwendet wird.

Rumpfsystem

Dieses modulare und flexible Verbausystem bietet eine kosteneffizientere Lösung als andere Systeme mit einfacherer Handhabung und geringerer Lagerfläche.

Hadrian Spooner von HMS Engineering, Hereford, ist ein bekannter und sehr erfahrener Lösungsfinder. Seine langjährige Erfahrung in der Entwicklung schneller Lösungen machte ihn zur ersten Wahl, wenn es um technische Expertise und Kreativität für BBCs Top Gear, Scrap Heap Challenge und viele andere Fernsehsendungen ging. Für dieses Projekt entwarf sein Mannschaft einen modularen Hubrahmen mit einer anhebenden Stützstruktur, der für verschiedene Höhen von Flugzeugen geeignet ist und dem System Mehrzweckfunktionalität und Flexibilität verleiht.

Spindelhubgetriebe Anwendungsfall

In Zusammenarbeit mit den technischen Ingenieuren von Drive Lines, die über langjährige Branchenerfahrung in Zugangs- und Unterstützungsanwendungen für die Luft- und Raumfahrt verfügen, wurde eine schnelle Hubvorrichtung mit Spindelhubelementen entwickelt. Auf dieser Grundlage konnte HMS Engineering ein Konzept erarbeiten, das die ausgewählten Komponenten von Drive Lines verwendet, um eine motorbetriebene und manuelle Lösung zu ermöglichen, die auf kleinstem Raum bis zu 5000 kg heben kann.

Ein Paar Grob MJ4 "Travelling Nut" Spindelhubgetriebe wurden geschickt in die Hubrohre des Tragrahmens eingebaut. Ein Zentralmotor wurde mit einem zuverlässigen, drehmomentstarken Nidec Graessner PowerGear-Kegelradgetriebe gekoppelt, das den Antrieb über Präzisionswellen und -kupplungen von R+W auf beide Heber verteilt.

Diese mechanisch synchronisierte Hublösung ist eine bewährte Konstruktion für die Luft- und Raumfahrt und das Heben schwerer Lasten, wo eine kontrollierte und präzise Bewegung einer schweren Last erforderlich ist, wobei die selbsthemmende inhärente Sicherheit der Spindelhubgetriebe eine zuverlässige, kriechfreie Bewegung und Unterstützung bietet.

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Grob MJ4 Spindelhubgetriebe

Der Schwerlasthubrahmen des MATSS nutzt die kombinierten Lager- und U-Stahlprofile der Antriebslinien, um einen sicher geführten Hub von 1000 mm zu gewährleisten, und leicht in die Fertigung zu integrieren.

Das motorisierte Hubsystem ermöglicht es, den oberen Teil des Stützrahmens in Position zu heben, aber kurz vor dem Flugzeugrumpf zu stoppen. Am hinteren Ende des Drehstrommotors befindet sich eine Handkurbel, um den Ständer manuell so zu positionieren, dass er das volle Gewicht des Flugzeugs trägt. Um den Benutzer zu schützen, schaltet eine durchdachte Sicherheitsabdeckung die Stromzufuhr zum Motor ab, wenn das Antriebsende für die Kurbelbefestigung freigelegt ist.

Die modulare Konstruktion des MATSS ermöglicht die Montage verschiedener Wiege- und Höhenverlängerungseinheiten an einem Hubrahmen für mehrere Flugzeuge.

Support Air und HMS Engineering waren mit dem Betrieb und der Leistung des Hubsystems zufrieden und konnten den leisen Betrieb und den reibungslosen, kontrollierten Hub beobachten, der bei ihren Kunden gut ankam.

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Getriebemotor

Daniel Coughlin, Direktor von Support Air Ltd, war mit dem fertigen Produkt sehr zufrieden:

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Die Entwicklung einer Lösung, die für eine Reihe von Flugzeugtypen geeignet ist, bedeutet, dass die Kosten, Installationszeit und der Lagerbedarf erheblich reduziert werden, was bei Wartungs- und Reparaturarbeiten an Flugzeugen ein großer Vorteil ist. Um die von unserem Kunden geforderten Standards zu erfüllen, musste die Lösung höchste Präzision und Zuverlässigkeit bieten, mit erheblicher Hub- und Manövrierkraft bei kompakter Grundfläche. Das Drive Lines-Team empfahl die besten Komponenten und führte diese Anforderungen zusammen, um ein Endprodukt zu schaffen, das eine Reihe komplexer Anforderungen effektiv erfüllt. Die Lösung bietet einen sanften, kontrollierten Hub und einen leisen Betrieb, was von unserem Kunden gut aufgenommen wurde.

Daniel Coughlin

Direktor von Support Air Ltd

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Spindelhubgetriebe und Motor in der Mitte

Häufig gestellte Fragen zu Hubgetrieben

Drehgeber können am Motor oder an der Schneckenwelle sitzen für eine permanente Überwachung.

Geht es nur um die Endlagen, können Endschalter die gewünschten Endlagen abfragen

In Hubzylindern verwenden wir auch oft Potentiometer, die dann einen gewissen Widerstandswert zurückspielen, den die Steuerung auslesen kann.

  1. Standardgetriebe mit Standardtrapezgewindespindel erreichen zwischen 25-35%.
  2. Erhöht man die Steigung, rutscht das Gewinde leichter und erhöht damit den Wirkungsgrad
  3. Auch die Kombination mit Kugelgewinde kann einen Wirkungsgrad von bis zu 50% herstellen
  4. Beste Kombination: Kegelradhubgetriebe mit Kugelgewinde, damit erreichen wir über 80%

Grundausführung: Die Spindel macht die Axialbewegung selbst.

Laufmutterausführung: Die Spindel steht immer im Raum, dreht sich aber. Auf der Spindel läuft dann die Mutter hoch und runter.

Wie Hubgetriebe funktionieren und wo sie angewendet werden chevron_right

Höherer Wirkungsgrad, höhere Geschwindigkeiten, genaue theoretische Berechnung der Lebensdauer

  1. Die Verwechslung kommt manchmal nur zustande, weil in beiden Fällen ein zusätzliches Element hinten auf der Spindel sitzt.
  2. Die Ausdrehsicherung ist lediglich ein Ring auf dem Gewinde, der ein Herausfallen der Spindel verhindert
  3. Die Verdrehsicherung verhindert zusätzlich das Verdrehen der Spindel

Kundenseitig: der Kunde führt die Last, damit kann sie sich nicht mehr verdrehen. Wird die Spindel dann an der Last befestigt, kann auch die sich nicht mehr verdrehen

Getriebeseitig (Produkt hat selbst Verdrehsicherung): wir verwenden entweder eine Nut komplett durch die Spindel und als Gegenstück eine Passfeder. Alternativ kann hinten auf der Spindel auch ein 4kant-Block geschraubt werden und das Schutzrohr wird als 4kant-Rohr ausgeführt

Ein Spindelhubgetriebe ist die Kombination einer Spindel (Schraube) mit einer Mutter (Schneckenrad oder Laufmutter), welches durch ein Schneckengetriebe eine Drehbewegung in eine Linearbewegung umwandelt.

Die Angabe "20% ED pro Stunde" ist immer in Verbindung mit einer gewissen Leistungsaufnahme am Getriebe zu sehen. Wird also der zulässige Leistungswert unterschritten, entsteht weniger Wärme und das Getriebe braucht weniger Zeit zum abkühlen. Damit erreicht man mehr als 20% ED.

Ja, Spindelhubgetriebe können komplett in Edelstahl hergestellt werden und mit lebensmittelechtem Fett nach H1 Zulassung ausgestattet werden.

Das Gehäuse ist Aluminium Druckguss oder Grauguss, die Spindel, das Schutzrohr und die Schneckenwelle ist aus Stahl, Schneckenrad oder Laufmutter sind aus einer Bronzelegierung. Darüber hinaus gibt es viele Varianten

Ja, durch Motorglocken können flexibel Motoren oder Getriebemotoren angebaut werden. Sie entscheiden, ob Sie den Motor selbst besorgen oder GROB sich darum kümmert.

Ja. Ein Hubgetriebe kann mit jedem Drehantrieb betrieben werden, egal ob elektrisch, mechanisch oder manuell.

Bei Druckbelastung ist üblicherweise die Knickung der limitierende Faktor. Bei Zugbelastung ist es entweder die Rohmaterialverfügbarkeit (Stangen handelsüblich bis 6m verfügbar) oder die Biegekritische Drehzahl (Bei Laufmutterausführung). Müssen größere Hübe realisiert werden, kann auch die Spindel mehrteilig ausgeführt werden.

In Anwendungen mit hoher Sicherheitsvorgabe sind unter Umständen zwei unabhängig voneinander wirkende Haltemechanismen vorgeschrieben. Das kann dynamische Selbsthemmung + Motorbremse oder eben eine unabhängig voneinander schaltbare Doppelbremse am Drehstrommotor sein

Ja. Übliche Spannungsarten sind 24 VDC / 230 VAC / 400 VAC. Weitere Spannungen im Gleich- und Wechselstrombereich sind auf Anfrage verfügbar.

Ein Drehstrommotor dreht abhängig der Netzfrequenz. Je höher diese ist, desto schneller dreht der Motor. Bemessungsdrehzahl bei 50 Hz sind für 2-polige Motoren 3000 U/min; 4-polig 1500 U/min; 6-polig 1000 U/min; 8-polig 750 U/min

Schmierfett der NLGI Klasse 1 oder 2, geeignet für hochbelastete Gleit- und Wälzlagerung. Auf die Mischbarkeit mit dem vorhandenen Schmierstoff muss geachtet werden. Hierbei ist maßgeblich, ob das Fett auf mineralischer oder synthetischer Basis hergestellt wird.

Das hängt vom Betriebszyklus und den Betriebsbedingungen ab. In der Regel alle 500 Doppelhübe.

Schmiermittelmenge ist abhängig von Baugröße und Hubgetriebetyp. Daten dazu finden Sie in unserem Gesamtkatalog. Hier beispielhaft für unsere kubischen Spindelhubgetriebe:

Gesamtkatalog 2023 (grob-antriebstechnik.de)

0 - MAX mm. Abstufungen können im Millimeterbereich getroffen werden.

Fettschmierung im Getriebe: bis 1500 U/min; > 1500 U/min bis 3000 U/min Fließfett oder Ölschmierung

Sie können mechanische, magnetische oder induktive Endschalterlösungen anbauen. Eine Vorbereitung für eigene Sensoren ist ebenfalls möglich. Bitte beachten Sie, dass es nicht möglich ist an Spindelhubgetrieben in Laufmutterausführung Endlagenabschaltung zu implementieren.

Dazu gibt es eine ausführliche Übersicht zu Beginn jedes Hubgetriebe-Kapitels in unserem Katalog. Hier beispielhaft kubische Hubgetriebe:

Gesamtkatalog 2023 (grob-antriebstechnik.de)

Für fettgeschmierte Hubgetriebe kann die Einbaulage beliebig gewählt werden. Bei ölgeschmierten Hubgetrieben muss die Ausrichtung der Entlüftung beachtet werden.

Die Nennbelastungsangabe des Herstellers sollte nicht überschritten werden. Dennoch bieten Hubgetriebe Sicherheitsfaktoren von 1,5 bis 2,5 auf die Nennbelastung.

Kurzzeitig möglich jedoch hat diese eine überdurchschnittliche Verringerung der Lebensdauer zur Folge.

Ja, für Hubgetriebe mit Kugel- oder Rollengewindetriebe kann eine Lebensdauer berechnet werden. Bei Trapezgewindetrieben ist keine Lebensdauerberechnung möglich. Mehr zu den Berechnungen finden Sie hier.

Die benötigte Leistung hängt von der Last und Hubgeschwindigkeit ab. Für den Antrieb wird eine 30% Reserve zur benötigten Leistung empfohlen. Das Hubgetriebe sollte innerhalb der maximal angegebenen Parameter betrieben werden. Diese sind abhängig von Ausführung und Größe. Beispielhaft finden Sie hier die Leistungsgrenzen zu kubischen Hubgetrieben: Gesamtkatalog 2023 (grob-antriebstechnik.de)

Das Sicherheitsmaß kann vergrößert, aber auch reduziert werden. Bei einer Reduktion ist bei dem Betrieb der Anlage darauf zu achten, dass eine Blockfahrt in jedem Fall ausgeschlossen ist.

Kugelgewindespindeln machen Sinn wenn:

  1. Die Leistungsaufnahme zu groß ist in Kombination mit Trapezgewindespindeln
  2. Eine höhere Hubgeschwindigkeit gewünscht ist
  3. Eine höhere Genauigkeit gewünscht ist

Das Axialspiel einer Trapezgewindespindel liegt im Regelfall zwischen 0,1 bis 0,3 mm. Wenn das Axialspiel 1/4 des Trapezprofils erreicht hat, wird ein Austausch der Trapezgewindemutter empfohlen.

Auch wenn Seitenkräfte die Lebensdauer von Spindelhubgetrieben stark reduzieren gibt es in gewissen Grenzen die Möglichkeit Seitenkräfte aufzunehmen. Eine entsprechende Grundlage dazu finden Sie hier: Gesamtkatalog 2023 (grob-antriebstechnik.de)

Die stehende Spindel macht eine Relativbewegung durch das drehende Schneckenrad, die drehende Spindel erzeugt für die Laumutter eine Relativbewegung. Vor- und Nachteile ergeben sich aus den Platzverhältnissen Ihrer Hubanlage.

Ja, jede Baugröße (unabhängig von Hubgetriebe-Typ) liefert 2x Untersetzungsstufen (->Normal und Langsam). Die Ausnahme bilden Kegelradhubgetriebe. Hier sind die Übersetzungen 1:1, 2:1 und 3:1 möglich.

Die Spindelverlängerung definiert ein Maß, welches im eingefahrenen Zustand eine gewisse Mehrlänge gegenüber dem Standard liefert. Beispiel: Sie brauchen effektiv nur eine Hubbewegung von 100mm, aber zwischen dem Hubbeginn und dem Getriebe sind 400mm zu überbrücken. Dann verlängern wir die Spindel um 400mm und ausgefahren erreichen Sie dann 500mm gesamt.

Fürs Spindelende bietet das Standardprogramm die Möglichkeiten von Gewindeende, Gelenkkopf, Kugelgelenkkopf, Flanschplatte, Lagerflanschplatte, Zapfen. Entsprechende Maße finden Sie unter Gesamtkatalog 2023 (grob-antriebstechnik.de)

Ja, der entsprechende Schutz kann durch Lackierung oder rostfreie Materialien erreicht werden.

  1. Elektronische Brücke: Wird jedes Hubelement der Anlage mit einem Motor angetrieben, dann kann über Drehgeber eine elektronische Brücke hergestellt werden.
  2. Mechanische Verbindungselemente: Ausfallsicher und günstiger sind Verbindungswellen und Verteilergetriebe, die alle Hubelemente einer Anlage miteinander verbinden können.

Ja, die Funktion "Heben" und "Bewegen" kann durch jedes mechanische Hubelement ausgeführt werden.

Diese Ausführung verwendet zum Spindelschutz ein zusätzliches Rohr, welches auf der laufenden Mutter sitzt. Schubrohrausführung beschreibt damit einen Hubzylinder, der auf Basis eines Spindelhubgetriebes modifiziert wurde.

Folgende Punkte erfordern zwingend eine Ölausführung:

  1. Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich mit Gas. Es wird ein ATEX-Fragebogen zwingend vorgeschrieben.
  2. Eingangsdrehzahl an der Schneckenwelle von 1500 1/min bis 3000 1/min.

Bei der Laufmutterausführung ändern sich lediglich die Mutter-Anschlussmaße. Bei der Grundausführung mit Kugelgewindespindel kann es vorkommen, dass der Lagerdeckel erhöht ausgeführt wird um die Kugelgewindemutter im Getriebe unterzubringen.

  1. Kubisch & Klassisch: lediglich äußerliche Unterschiede. Philosophiefrage, was einem besser gefällt. Leistungsdaten nahezu identisch
  2. HMC: im Standard bis 3000 1/min am Eingang, mit Ölfüllung und Kühlrippen - explizit höhere dynamische Belastbarkeit
  3. KH: explizit hohe Dynamik, Belastbarkeit sinkt auf max. 90kN

Ja, der Einsatz rostfreier Materialien ist ein übliches Vorgehen für Umgebungen mit aggressiven Medien.

Die SFM läuft im Standardfall lastfrei mit der Tragmutter mit. Bricht die tragende Mutter, fängt die SFM die Last auf. Es kann dann noch ein Hub zur Stilllegung der Anlage durchgeführt werden. Die SFM wird außerdem auch als Referenzmutter zur Verschleißmessung genutzt.

Die Spindel kann durch Faltenbalg oder Spiralfeder geschützt werden.

Sie verhindert eine Drehbewegung der Spindel. Würde eine translatorische Spindel eine Drehbewegung durchführen, wäre keine lineare Bewegung mehr möglich.

Je dicker die Spindel, desto aufwändiger die Verdrehsicherung über Nut und Passfeder. Faustformel: bis 40er Spindel mach VS per Nut und Passfeder Sinn, ab 55er Spindel besser auf VS mit Vierkantrohr und Vierkantblock setzen.

Eine Ausdrehsicherung AS verhindert das versehentliche herausfallen der Hubspindel bei Grundausführung. Sie ist nicht als mechanischer Endanschlag gedacht!

Ja, Spindelhubgetriebe und MINI Zylinder können in einem bestimmten Rahmen auch für ATEX Zonen verwendet werden.

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Philipp Schmalzhaf

Philipp Schmalzhaf, Vertriebsleiter

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Was ist ein Hubgetriebe?

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Grundlagen Hubgetriebe