Inhalt
Hubgetriebe
Grundlagen
1. Was ist ein Hubgetriebe?
Ein Hubgetriebe, auch genannt Spindelhubgetriebe, ist eine mechanische Vorrichtung, die rotierende Bewegung in lineare Bewegung umwandelt. Es wird oft in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, um Dinge anzuheben, zu senken oder horizontal zu verschieben.
Die Kernelemente eines Spindelhubgetriebes sind üblicherweise eine Spindel aus Stahl (einem langen Stab mit einem Gewinde) und eine Mutter aus Bronze, Gusseisen oder Kunststoff (einem passenden Gewindeabschnitt). Wenn die Spindel gedreht wird, bewegt sich die Mutter entlang der Spindel. Umgekehrt kann auch die Mutter gedreht werden und die Spindel fährt aus und ein. Es resultiert also eine lineare Bewegung, die zum Anheben oder Senken von Lasten oder zur Bewegung von Objekten verwendet werden kann.
2. Unterschied: Klassisch vs. Kubisch
Die klassischen Spindelhubgetriebe und die kubischen Spindelhubgetriebe sind grundsätzlich ausgestattet mit einem Schneckengetriebe. Sie unterscheiden sich folgendermaßen:
Spindelhubgetriebe klassisch
Bei einem klassischen Spindelhubgetriebe ist das Gehäuse eine dem Schneckengetriebe nachempfundene Geometrie. Die Funktion entspricht generell dem System linearer Antriebstechnik – unterscheidet sich aber von den anderen Getriebeformen mit seiner angegossenen Gehäuse-Fuß-Platte.
Spindelhubgetriebe kubisch
Bei einem kubischen Spindelhubgetriebe befindet sich das Schneckengetriebe in einem würfelförmigen Gehäuse. Dieser Aufbau ermöglicht eine flexible Anpassung an unterschiedliche Anbauten wie Motorträgerglocken, Befestigungsfüße oder sonstigen zusätzlichen Befestigungspositionen am Würfelgehäuse.
Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Arten von Spindelhubgetrieben liegt in der Gehäuseform. Man könnte hier von einer reinen Philosophiefrage sprechen. Dennoch ergeben sich durch die Ausführungen in spezifischen Anwendungen entsprechende Vor- bzw. Nachteile. Die Wahl hängt von den Anforderungen Ihrer Anwendung ab.
Wichtig für Konstrukteure zu wissen: Durch die angegossene Befestigungsplatte besteht in der klassischen Bauform die Möglichkeit, Befestigungsschrauben von oben in Ihre Konstruktion einzubringen. Hingegen erlaubt die kubische Form standardmäßig die Befestigung nur von unten. Mithilfe von Befestigungsleisten kann jedoch die Befestigungsbohrung nach außen verlegt werden, sodass aufgrund ihrer würfelförmigen Gestaltung, sich deutlich mehr Anbaumöglichkeiten eröffnen. Im Bereich der Lebensmitteltechnik besticht die Würfelform durch ihre glatte und leicht zu reinigende Oberfläche. Ein Sandgussgehäuse ohne Konturierung ist eine gute Möglichkeit Schmutzablagerung zu vermeiden.
Im Bereich der Hubgetriebe gibt es grundsätzlich zwei verschiedene Bauweisen. Sie werden „Grundausführung“ und „Laufmutterausführung" genannt.
Hubgetriebe beim Ausfahren
3. Unterschied: Grundausführung vs. Laufmutterausführung
Grundausführung
(auch "Ausführung mit translatorischer Spindel" genannt)
Bei einer Grundausführung ist die "Mutter" das Schneckenrad des Getriebes und befindet sich im Getriebegehäuse. Durch eine Drehbewegung des Schneckenrads wird die Spindel nach oben bzw. unten „gefördert“. Wichtig dabei ist die Spindel gegen Verdrehen zu sichern, da sich die Spindel sonst im Schneckenrad mitdrehen würde und keine Axialbewegung durchführt.
Laufmutterausführung
(auch "Ausführung mit drehender Spindel" genannt)
a
Bei einer Laufmutterausführung führt die Mutter die Axialbewegung aus, während die Spindel eine Drehbewegung ausführt. Spindel und Schneckenrad sind über eine Passfeder formschlüssig verbunden und es wird zwischen diesen Teilen keine Axialbewegung ausgeführt.
4. Axial- vs. Drehbewegung
5. Wann sollte ich eine Grundausführung wählen?
Eine Grundausführung macht dann Sinn, wenn einerseits genug Platz für die Lagerung der Spindel hinter dem Gehäuse zur Verfügung steht und andererseits der Platz vor dem Gehäuse nach dem Rückhub benötigt wird. Die Spindel „steht nicht mehr im Weg“ für etwaige Bauteile, die dann gefördert werden.
6. Wann sollte ich eine Laufmutterausführung wählen?
Die Laufmutterausführung ermöglicht eine hohe Variabilität der Laufmuttergeometrie, da diese nicht im Gehäuse untergebracht werden muss. Das Schneckengetriebe ist dann nur noch verantwortlich für die Festlagerung und die Drehbewegung, während im Bereich außerhalb des Gehäuses auch größere Spindeln verwendet, werden können. Außerdem wird kein Platz hinter dem Gehäuse benötigt, was vor allem bei Anwendungen auf einem Hallenboden sinnvoll sein kann.
7. Wann sind Spindelhubgetriebe eine gute Wahl?
Spindelhubgetriebe spielen ihre Vorteile in der sicheren Verstellung von Lasten aus. Durch die integrierten Untersetzungsstufen ermöglichen sie den Einsatz von Standard-Drehstrommotoren. Auch beim Thema Gesamtenergiebilanz erreichen Spindelhubgetriebe gute Werte, da keine Energie während dem Stillstand verbraucht wird.
8. Wann sind Spindelhubgetriebe eine schlechte Wahl?
Hohe Geschwindigkeiten und hohe Einschaltdauern (also die Zeit pro Stunde in der die Hubgetriebe verstellen) sind nicht oder nur mit hohem Aufwand erreichbar. Lediglich die Kegelradhubgetriebe eignen sich für hohe Geschwindigkeiten über 50 mm/s, verlieren dann aber häufig den Vorteil der Selbsthemmung.
9. So sieht ein Spindelhubgetriebe von innen aus
GROB Antriebstechnik GmbH
10. Vor- und Nachteile
Nachteile
✘ Geschwindigkeitsbegrenzung: In vielen Fällen sind Hubgetriebe langsamer als andere Bewegungssysteme, was in Anwendungen mit hoher Geschwindigkeit problematisch sein kann.
✘ Komplexität: Die Konstruktion und Installation von Hubgetrieben kann komplex sein und erfordert oft spezielle Kenntnisse.
✘ Wartungsbedarf: Hubgetriebe erfordern regelmäßige Wartung, um eine optimale Leistung und Lebensdauer sicherzustellen.
✘ Kosten: Hochwertige Hubgetriebe können teuer sein, insbesondere wenn sie maßgeschneidert sind.
Vorteile
✔ Präzise Bewegungskontrolle: Hubgetriebe ermöglichen eine präzise Steuerung der linearen Bewegung, was in Anwendungen, bei denen Genauigkeit wichtig ist, von entscheidender Bedeutung ist.
✔ Hohe Lasttragfähigkeit: Hubgetriebe sind in der Lage, schwere Lasten zu heben oder zu bewegen, was sie ideal für Anwendungen mit hohen Belastungen macht.
✔ Energieeffizienz: Sie können die Energieübertragung effizient gestalten, was Energieeinsparungen und geringere Betriebskosten ermöglicht.
✔ Vielseitigkeit: Es gibt verschiedene Arten von Hubgetrieben, wie Spindelhubgetriebe, Schneckengetriebe und Schnellhubgetriebe, die sich für verschiedene Anwendungen eignen.
✔ Lange Lebensdauer: Gut gewartete Hubgetriebe können eine lange Lebensdauer haben und sind daher kosteneffizient.
Häufig gestellte Fragen zu Hubgetrieben
Ein Spindelhubgetriebe ist die Kombination einer Spindel (Schraube) mit einer Mutter (Schneckenrad oder Laufmutter), welches durch ein Schneckengetriebe eine Drehbewegung in eine Linearbewegung umwandelt.
Wie Hubgetriebe funktionieren und wo sie angewendet werden chevron_rightGrundausführung: 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_rightMit Blockfahrt wird die Ausführung des Hubs gegen einen festen Anschlag beschrieben. Dabei wird das hebende Element durch das feste Gegenstück „blockiert“.
Das antreibende Element, üblicherweise ein Drehstrommotor, stoppt nicht automatisch, sondern muss ein Signal zur Abschaltung bekommen. Dieses Signal kann über Endlagenschalter, Drehgeber, Potentiometer oder sonstige wegüberwachende Bauteile generiert werden.
Mechanische Antriebe reagieren sehr empfindlich auf eine Bewegung gegen feste Anschläge. Abhängig von der Kraft des Motors führt eine Blockfahrt in den häufigsten Fällen zu einer Beschädigung des Spindel-Mutter-Systems.
- Kubisch & Klassisch: lediglich äußerliche Unterschiede. Philosophiefrage, was einem besser gefällt. Leistungsdaten nahezu identisch
- HMC: im Standard bis 3000 1/min am Eingang, mit Ölfüllung und Kühlrippen - explizit höhere dynamische Belastbarkeit
- KH: explizit hohe Dynamik, Belastbarkeit sinkt auf max. 90kN
Die Verwechslung kommt manchmal nur zustande, weil in beiden Fällen ein zusätzliches Element hinten auf der Spindel sitzt.
- Die Ausdrehsicherung ist lediglich ein Ring auf dem Gewinde, der ein Herausfallen der Spindel verhindert
- 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, oder alternativ kann hinten auf der Spindel auch ein 4kant-Block geschraubt werden und das Schutzrohr wird als 4kant-Rohr ausgeführt
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:
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:
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.
- Standardgetriebe mit Standardtrapezgewindespindel erreichen zwischen 25-35%.
- Erhöht man die Steigung, rutscht das Gewinde leichter und erhöht damit den Wirkungsgrad
- Auch die Kombination mit Kugelgewinde kann einen Wirkungsgrad von bis zu 50% herstellen
- Beste Kombination: Kegelradhubgetriebe mit Kugelgewinde, damit erreichen wir über 80%
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:
- Die Leistungsaufnahme zu groß ist in Kombination mit Trapezgewindespindeln
- Eine höhere Hubgeschwindigkeit gewünscht ist
- 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)
Gewindetriebe: Trapezgewinde vs. Kugelgewinde - GROB GmbH chevron_rightDie 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.
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.
Ja, der entsprechende Schutz kann durch Lackierung oder rostfreie Materialien erreicht werden.
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:
Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich mit Gas. Es wird ein ATEX-Fragebogen zwingend vorgeschrieben.
Eingangsdrehzahl an der Schneckenwelle von 1500 1/min bis 3000 1/min.
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 macht eine Verdrehsicherung per Nut und Passfeder Sinn, ab 55er Spindel besser auf Verdrehsicherung mit Vierkantrohr und Vierkantblock setzen.
Was ist eine Verdrehsicherung? Einfach erklärt - GROB GmbH
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Fürs Spindelende bietet das Standardprogramm die Möglichkeiten von Gewindeende, Gelenkkopf, Kugelgelenkkopf, Flanschplatte, Lagerflanschplatte, Zapfen. Entsprechende Maße finden Sie unter Gesamtkatalog 2023 (grob-antriebstechnik.de)
Eine Ausdrehsicherung AS verhindert das versehentliche herausfallen der Hubspindel bei Grundausführung. Sie ist nicht als mechanischer Endanschlag gedacht!
- Elektronische Brücke: Wird jedes Hubelement der Anlage mit einem Motor angetrieben, dann kann über Drehgeber eine elektronische Brücke hergestellt werden.
- Mechanische Verbindungselemente: Ausfallsicher und günstiger sind Verbindungswellen und Verteilergetriebe, die alle Hubelemente einer Anlage miteinander verbinden können.
Ja, der Einsatz rostfreier Materialien ist ein übliches Vorgehen für Umgebungen mit aggressiven Medien.
Ja, Spindelhubgetriebe und MINI Zylinder können in einem bestimmten Rahmen auch für ATEX Zonen verwendet werden.
Betriebsanleitung ATEX Fragebogen - GROB Antriebstechnik chevron_rightBei 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.
Ja, Gewindespindeln können auch in Edelstahl ausgestattet werden.
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Auslegungen von Spindelhubgetrieben
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