Hubgetriebe und Prinz Charles - was beide miteinander zu tun haben

Wie mit Hubgetrieben von GROB der Himmel über Australien ausgespäht wird

Philipp Schmalzhaf

von Philipp Schmalzhaf, Vertriebsleiter

4.08.2022

Hubgetriebe MC 200

Mit Grob Hubgetrieben wird der Himmel über Australien ausgespäht

Hubgetriebe in Australien: Als am 16. Oktober 1974 auf dem Siding Spring Berg in Australien auf der dortigen Sternwarte das anglo-australische Spiegelteleskop AAT von Prinz Charles feierlich in Betrieb genommen wurde, war die Grob GmbH Antriebstechnik noch ein kleiner Handwerksbetrieb. Niemand ahnte damals, wie es später zu dieser Verbindung kommen sollte.

Das damals installierte Spiegelteleskop war eines der ersten Teleskope in der südlichen Hemisphäre, und mit einem Spiegeldurchmesser von 3,9 Metern damals das größte in Australien.

Was machen Spiegelteleskope? Sie werden in Sternwarten zur beobachtenden Astronomie eingesetzt. Wissenschaftler beobachten damit Himmelskörper mittels der von ihnen ausgehenden Strahlung. Damit Spiegelteleskope genaue Aufnahmen weit entfernter Himmelsregionen erzielen können, müssen sie exakt auf die betrachtete Himmelsregion ausgerichtet sein. Um den 16,2 Tonnen schweren Teleskopspiegel präzise zu bewegen, vor allem bei Wartungsarbeiten, bedarf es eines ausgeklügelten mechanischen Systems.

Die "Grob Hubgetriebe Lösung" für die australische Sternwarte

Als 2012 das komplette System überarbeitet wurde, entschied sich der beauftragte Dienstleister, die PM Design Group für ein System der Firma Grob GmbH Antriebstechnik. Der Grund: Das neue System sollte lange halten, nahezu verschleißfrei sein und sehr präzise zu Positionieren sein. Es musste nicht lange gesucht werden, denn die Lösung von GROB passte ideal.

Schließlich wurden drei Hubgetriebe BJ5 mit jeweils einer maximalen Hublast von 500.000 N eingebaut. Der Lieferumfang von Grob sieht so aus: Ein Antriebsmotor mit einer Antriebsleistung von 15.000 W (von SEW Eurodrive) treibt über zwei Verteilergetriebe und drei Gelenkwellen drei Hubgetriebe der Baugröße BJ5 mit einer maximalen Hubbelastung von 500.000 je Hubgetriebe an.

Besonderheit dieser Lösung: Die Hubgetriebe sind mit Kugelgewindespindeln ausgestattet. Das bedeutet:

  1. Es kann präziser positioniert werden.
  2. Der Verschleiß ist geringer.
  3. Die Spindeln halten länger.

Die Hubgeschwindigkeit beträgt 0,52 m/min.

Hubgetriebe, die sich in Australien bewährt haben, funktionieren auch in Chile bestens

Die logische Konsequenz: Weil sich dieses System seither bestens bewährt hat und die Australier nur lobende Worte über diese Antriebslösung fanden, entschied sich jetzt ein weiteres Observatorium für die bewährte "Grob-Lösung". Das Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) in Chile bestellte bei Grob GmbH Antriebstechnik für das Blanco Teleskop mit einem Durchmesser von 4 Metern eine ähnliche Lösung wie die beschriebene Lösung an der Sternwarte in Australien.

Die Lösung für Chile: Die bisher eingebauten Hubgetriebe (nicht von Grob geliefert) waren für eine Hublast von je 227.000 N ausgelegt. Aufgrund des hohen Verschleißes empfahl Grob größere Hubgetriebe mit einer maximalen Hublast von 500.000 N. Jetzt liefert Grob GmbH Antriebstechnik 3 Hubgetriebe BJ5 mit jeweils 500.000 N Hublast, einen Elektromotor mit 15.000 W Leistung, 2 Verteilergetriebe und drei Gelenkwellen. Die Hubgeschwindigkeit beträgt 0,5 m/min.

Hubgetriebe: Es geht um hohe Lebensdauer und höhere Positioniergenauigkeit

Die Sternwarte in Chile hatte in der Vergangenheit die Erfahrung gemacht, dass hoher Verschleiß an den eingebauten Hubgetrieben auftrat. Die Empfehlung von Grob deshalb: Ausführung der Hubgetriebe mit einer Kugelgewindespindel - anstelle einer üblichen Trapezgewindespindel. Hier bewegen sich zwischen der Spindel und der Mutter Kugeln. Statt Gleitreibung tritt jetzt Rollreibung auf. Das bedeutet:

  1. Höherer Wirkungsgrad.
  2. Weniger Antriebsleistung wird benötigt
  3. Sinkende Investitionskosten.

Die Hubgetriebe von Grob

Mit den Hubgetrieben aus dem Hause Grob können maximale Belastungen von 2.500 N bis 2.000.000 N realisiert werden. Im vorliegenden Fall sind es drei Getriebe BJ5 mit je einer Hublast von 500.000 N.

Üblicherweise sind die Hubgetriebe mit Trapezgewindespindeln ausgeführt. Bei dieser Installation werden Kugelgewindespindeln eingesetzt. Die eingesetzten Getriebe sind in Grundausführung ausgeführt. In diesem Fall ist es eine besondere Form der Grundausführung: Es ist ein "kletterndes" Hubgetriebe. Die Kugelgewindespindel ist in der Anlage fest verbaut. Sobald der Antriebsmotor gestartet wird, "klettert" das Hubgetriebe samt der Last an der Spindel entlang hoch bzw. herunter.

Hubgetriebe klettert

Hubgetriebe klettert

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Sie werden staunen. Hubgetriebe sind wahre Alleskönner für Aufgabenstellungen in der linearen Antriebstechnik. Wir decken einen riesigen Belastungsbereich von 0,5 kN bis 2.000 kN ab. Für mehr Details klicken Sie hier.

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Häufig gestellte Fragen zum Hubgetriebe

30 Jahre.

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.

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 & Classic: 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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