Hubgetriebe im Satellitenpark - wofür ist das denn gut?

Warum es hierbei auf jeden Millimeter ankommt erfahren Sie jetzt

Philipp Schmalzhaf

von Philipp Schmalzhaf, Vertriebsleiter

16.02.2023

Hubgetriebe im Satellitenpark

Hubgetriebe im Satellitenpark – wofür soll das denn gut sein?

Hubgetriebe im Satellitenpark. Unglaublich, oder? Ja, so könnte man tatsächlich denken, wenn man diese Geschichte zum ersten Mal hört. Wie fing eigentlich alles an? Eines Tages klingelte das Telefon bei Philipp Schmalzhaf, unserem Vertriebsleiter. Am anderen Ende, Mario Liebscher von unserem Vertriebspartner Max Lamb GmbH Co. KG. Mario Liebscher: „Wir haben hier ein Riesenprojekt, direkt vor unserer Haustür. Ein riesiger Satellitenpark. Über 30 Jahre alt. Die Höhenverstellung der Parabolspiegel mit einem Linearantrieb ist defekt und wir brauchen einen Ersatz. Der Originalhersteller kann nicht mehr liefern. Könnt ihr sowas machen?“

„Ja, können wir“, war die spontane Antwort von Philipp Schmalzhaf, „wir haben in unserer langen Firmengeschichte schon etliche, sehr exotische Anwendungen realisiert. In der Tat haben wir schon Hubgetriebe Antriebe für Parabolspiegel geliefert. Wie z.B. diesen hier in Australien sowie in Mexiko. Und jetzt also ein ganzer Satellitenpark mitten in Deutschland. Das klingt sehr spannend. Reden wir über die Details. Wann können wir das Ganze direkt vor Ort besichtigen?“.

Hubgetriebe im Satellitenpark: Was war die Herausforderung bei dieser speziellen Anwendung?

Wenige Tage später waren wir vor Ort. Fühlten uns wie Zwerge, als wir die riesigen Satellitenschüsseln sahen. Gigantisch.

"𝗕𝗶𝗻 𝗼𝗯𝗲𝗻 𝗵𝗶𝗻𝘁𝗲𝗿 𝗱𝗲𝗺 𝗣𝗮𝗿𝗮𝗯𝗼𝗹𝘀𝗽𝗶𝗲𝗴𝗲𝗹 𝗴𝗲𝘀𝘁𝗮𝗻𝗱𝗲𝗻. 𝗨𝗻𝗳𝗮𝘀𝘀𝗯𝗮𝗿 𝘄𝗶𝗲 𝗿𝗶𝗲𝘀𝗶𝗴 𝗱𝗮𝘀 𝗮𝗹𝗹𝗲𝘀 𝗶𝘀𝘁. 𝗛𝗮𝗯𝗲𝗻 𝗱𝗼𝗿𝘁 𝗱𝗮𝘀 𝗮𝗹𝘁𝗲 𝗚𝗲𝘁𝗿𝗶𝗲𝗯𝗲 𝗮𝘂𝘀𝗴𝗲𝗺𝗲𝘀𝘀𝗲𝗻 𝘂𝗻𝗱 𝗱𝗮𝘀 𝗮𝗸𝘁𝘂𝗲𝗹𝗹𝗲 𝗲𝗻𝘁𝘀𝗽𝗿𝗲𝗰𝗵𝗲𝗻𝗱 𝗱𝗲𝗿 𝗔𝗻𝗯𝗶𝗻𝗱𝘂𝗻𝗴𝘀𝗽𝘂𝗻𝗸𝘁𝗲 𝗻𝗮𝗰𝗵𝗴𝗲𝗯𝗮𝘂𝘁. 𝗧𝗼𝗹𝗹𝗲 𝗭𝘂𝘀𝗮𝗺𝗺𝗲𝗻𝗮𝗿𝗯𝗲𝗶𝘁." Originalzitat unseres Vertriebsleiters, Philipp Schmalzhaf

Von Anfang an waren diese Anforderungen von Kundenseite klar:

  1. Der neue Antrieb muss exakt in die bestehende Konstruktion passen.
  2. Die Heizstäbe müssen genau dimensioniert sein, sonst wird das Öl verdampfen und das Getriebe frisst.
  3. Der letzte Antrieb hat über 30 Jahre gehalten. Diese Lebensdauer wollen wir jetzt auch erreichen.
  4. Versagt in der Kette zwischen Kopf und Getriebe auch nur ein Teil, kracht der ganze Schirm nach vorne. Um das zu verhindern, haben wir zusätzlich Federpakete eingebaut, um in diesem Fall die Fallenergie aufzunehmen.

Eine Menge Herausforderungen, aber lösbar. Doch in diesem Fall existierten keine Zeichnungen mehr. Nichts. Und das bedeutet: Wir müssen vor Ort alles sehr genau ausmessen. Wir haben alles detailliert ausgemessen und dokumentiert. Zurück in Sinsheim machten sich unsere Konstrukteure an die Arbeit. Für sie eine Riesenherausforderung: Einen Antrieb für die Verstellung eines Parabolspiegels zu konstruieren, der exakt in die bestehende Anlage vor Ort passt. Aber wie heißt es so schön: Wir wachsen mit den Herausforderungen.

Allen war klar: Wir müssen sehr präzise sein, denn jede Millimeter Abweichung im Hubgetriebe führt zu einer extremen Abweichung im All. Da stellt sich natürlich die Frage:

Exotisches Hubgetriebe: Wie lange haben wir daran konstruiert?

Nun, ein Hubgetriebe mit etlichen Sicherheitsanforderungen und einigen Zukaufteilen zu konstruieren geht nicht über Nacht. Insgesamt arbeiteten die Konstrukteure 4 Wochen an diesem einzigartigen Projekt. Die anschließende Fertigung des Hubgetriebes noch einmal 2 Wochen. Also runde 6 Wochen vom Auftragseingang bis zur Auslieferung des ersten Antriebs. Ist das lange? Nein. Angesichts der riesigen Dimension waren wir schnell.

Übrigens, eine Übersicht über unsere Produktpalette bei Hubgetrieben finden Sie hier.

Hubgetriebe MC 200

Reden wir über die technischen Details von diesem Hubgetriebe

Sie haben schon gemerkt, dieser Hubgetriebe Antrieb ist kein Antrieb von der Stange. Angesichts der Umgebungsbedingungen und des Gewichts der Satellitenschüssel mussten wir uns einige Besonderheiten einfallen lassen.

  1. Wir haben extra Einschraubheizkörper eingebaut, um das Fett im Winter gegen Einfrieren zu schützen.
  2. Wichtig bei der Verstellung ist die äußerst präzise Einstellung, weil jede kleinste Abweichung am Antrieb enorm viel Unterschied im All macht.
  3. Wir haben extra ein Federpaket für die ein- und ausgefahrene Position vorgesehen, damit der Satellitenschirm „weich“ aufgefangen wird, falls der Antrieb ausfallen sollte.
  4. Die Lackierung ist speziell für den Außenbereich gemacht.
  5. Das Umlenkgetriebe am Hauptgetriebe adaptiert den Servomotor und hat nicht nur eine Steckwelle für den manuellen Betrieb (abgesichert über eine schaltbare Klappe), sondern auch eine angebaute elektronische Bremse von Mayr.
  6. Gegenüberliegend ist der Stromag-Endschalter, der die Endlagenabschaltung übernimmt.

Was noch interessant ist: Zur Montage unseres Antriebs musste extra ein Kran organisiert werden, der unser Hubgetriebe in diese luftige Höhe transportiert hat.

Montage Hubgetriebe mit Kran

Montage des Hubgetriebes mithilfe eines Krans

Weitere technische Daten über dieses einzigartige Projekt sind:

Elevationsantrieb

max. stat. Belastung:

  1. Zug: 1119kN
  2. Druck: 641kN
  3. max. dyn. Belastung: Zug: 847kN
  4. max. Hubgeschwindigkeit: 12,5mm/sec.

Getriebeübersetzungen:

  1. Schneckengetriebe: 1:20
  2. Kegelradgetriebe: 1:2

Hub

  1. max. Hub zwischen Endschaltern: 4205-4305mm
  2. max. Hub zwischen Festanschlägen: 4319mm

Tragzahl:

  1. max. stat. Tragzahl Spindel: 3270kN
  2. max. dyn. Tragzahl Spindel: 1120kN

Hubspindel:

  1. Hubspindel:       SRFWZ99x20 (Rollengewindetrieb)
  2. Kopf:    KGK - Kugelgelenkkopf

Schmierung:

  1. Schneckengetriebe: CLP ISO-VG 220
  2. Spindel/Mutter: Klüber syn GE 46 1200
  3. (Erstbefettung): Klüber syn PEG 46-121
  4. Verteilergetriebe: Alphasyn GS 22

Sonderausführungen:

  1. Rollengewindetrieb
  2. Umlenkgetriebe 2:1
  3. Bremse von Lenze
  4. Faltenbalg mit Adapter
  5. Anschraubkonsolen zur Aufhängung an vorhandenes Gebäude
  6. Druckfederpaket als Ausdrehsicherung
  7. Stromag-Endschalter ohne Abdeckung
  8. Einschraub- Heizkörper

Fazit: Was hat uns dieses einzigartige Hubgetriebe Projekt gebracht? Und wie profitieren unsere Kunden davon?

Zunächst einmal sehr viel Erfahrung. Und die Bestätigung, dass wir außergewöhnliche Anwendungen realisieren können. Und der Lohn: Es gibt Anschlussaufträge, weil noch mehr Getriebe ausgetauscht werden müssen.

Für unsere Kunden ist das ein gutes Signal. Wir können beides: Standard-Hubgetriebe und speziell entwickelte Lösungen in der linearen Antriebstechnik. Hinzu kommen kurze Reaktionszeiten und vor allem kurze Lieferzeiten, weil wir uns aus unserem gut ausgebauten Rohmateriallager bedienen können.

Häufig gestellte Fragen zum Hubgetriebe

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

  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

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
  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%

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.

Die Verwechslung kommt manchmal nur zustande, weil in beiden Fällen ein zusätzliches Element hinten auf der Spindel sitzt.

  1. Die Ausdrehsicherung ist lediglich ein Ring auf dem Gewinde, der ein Herausfallen der Spindel verhindert
  2. 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:

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.

Mit 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.

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.

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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