Linearantriebe mit Rollengewinde und hoher Kraftübertragung

Kugel-, Planeten- und umgekehrte Rollengewinde

So treffen Sie die richtige Gewindeauswahl für Linearantriebe mit hoher Kraft:
normale Planetenrollengewinde, umgekehrte Rollengewinde oder Kugelgewinde.

Bei der Spezifikation von elektrischen Linearantrieben mit hohen Kräften sind mehrere Optionen der Spindeltechnik zu berücksichtigen – normale Planetenrollengewinde, umgekehrte Rollengewinde und Kugelgewinde. Im direkten Vergleich hat jede Technologie ihre jeweiligen Vor- und Nachteile.

Bei der Auswahl der besten Option ist es entscheidend, sich nach den Spezifikationen der Anwendung zu richten. Einige Unternehmen verkaufen ausschließlich Linearantriebe mit Kugelgewinde und andere ausschließlich Linearantriebe mit Rollengewinde. Vorsicht ist geboten, wenn Anbieter des Typs „Es gibt nur eine einzige Technologie“ in Erwägung gezogen werden. Jede Anwendung ist anders und beide Technologien (Rollengewinde und Kugelgewinde) haben ihren jeweiligen Einsatzbereich. Die Beurteilung der Anwendungsdetails und beider Technologien garantiert Ihnen die Optimierung von Leistung und Kosten.

Tolomatic stellt für lineare elektrische Stellantriebe mit hoher Kraft sowohl Rollengewinde als auch Kugelgewinde her. Die Online-Software für die Größenbestimmung elektrischer Antriebe von Tolomatic führt die Ingenieure durch Anwendungsspezifikationen wie Kraft, Geschwindigkeit, Verweilzeiten, Lebensdauerabschätzungen und andere Faktoren, damit sie die richtige Wahl treffen können.

Die höchste dynamische Tragzahl der drei Technologien bieten normale Planetenrollengewinde und damit auch die längste Lebensdauer. Beide Rollengewinde sind eine gute Wahl für wiederholte Belastungsanwendungen im gleichen Antriebshubbereich. Anwendungen wie Pressen, Einstecken, Nieten sind Anwendungen mit wiederholter Belastung. Rollengewinde haben eine deutlich größere Kontaktfläche, was im Vergleich zu Kugelgewindetrieben eine längere Lebensdauer und höhere Kräfte bei ansonsten gleicher Baugröße bedeutet. Allerdings erzeugt diese vergrößerte Kontaktfläche bei gleichem Arbeitsaufwand auch mehr Wärme. Da Kugelgewinde weniger Kontaktpunkte haben, sind sie etwas effizienter im Temperaturmanagement als Rollengewinde, wodurch sie in Anwendungen mit hoher Einschaltdauer und hohen Geschwindigkeiten kühler arbeiten können. Wichtig dafür, wie gut sich Schmierstoffe über die Zeit halten und ob die Lebensdauer von ausgewähltem Antrieb und Gewinde so lange wie erwartet ist, ist das Temperaturmanagement. Bei jeder in einem Antrieb eingesetzten Gewindetechnik gibt es weitere Faktoren, die deren Vor- und Nachteile bestimmen. Siehe Vergleichstabelle unten.

Vergleiche von elektrischen Schneckenzylindern,
hydraulischen und pneumatischen Zylindern

  ELEKTRISCHER ZYLINDER HYDRAULISCHER ZYLINDER PNEUMATISCHER ZYLINDER
Technische Daten Normales Rollengewinde umgekehrtem Rollengewinde Kugelgewinde
Tragzahl (DLR) Sehr hoch Hoch Mittel bis hoch Nicht verfügbar Nicht verfügbar
Lebensdauer des Stellantriebs Sehr hoch Hoch Mittel Mittel/schwankend Mittel/schwankend
Spitzengeschwindigkeit Hoch Hoch Hoch Sehr hoch Sehr hoch
Höchstbeschleunigung Hoch Hoch Hoch Sehr hoch Mittel
Elektronische Aufstellung Einfaches Servosystem Einfaches Servosystem Einfaches Servosystem Zusätzliche Servo-Hydraulik Zusätzliche Servo-Pneumatischer
Steifigkeit Sehr hoch Sehr hoch Mittel Sehr hoch Sehr niedrig
Stoßbelastung Hoch Hoch Mittel bis niedrig Sehr hoch Sehr hoch
Rücktrieb Mittel bis niedrig Mittel bis niedrig niedrig Sehr hoch
bei geschlossenem Ventil
Sehr hoch
bei geschlossenem Ventil
Systemeffizienz ~75 % ~75 % ~80 % ~40 %–55 % ~10–25 %
Energieverbrauch Niedrig Niedrig Niedrigster Hoch Sehr Hoch
Umweltbelastung Geringfügig Geringfügig Geringfügig Flüssigkeitsleckagen/Beseitigung Hohe Geräuschentwicklung
Extreme Temperaturen Äußerst unempfindlich Äußerst unempfindlich Äußerst unempfindlich Dichtungsfehler, schleppender Betrieb Dichtungsfehler, schleppender Betrieb
Wartung Niedrig Niedrig Niedrig Sehr hoch Hoch
Hublänge Lang 457 mm oder weniger Lang Lang Lang

 

Kugel-, Planeten- und umgekehrte Rollengewinde

So treffen Sie die richtige Gewindeauswahl für Linearantriebe mit hoher Kraft:
normale Planetenrollengewinde, umgekehrte Rollengewinde oder Kugelgewinde.

Bei der Spezifikation von elektrischen Linearantrieben mit hohen Kräften sind mehrere Optionen der Spindeltechnik zu berücksichtigen – normale Planetenrollengewinde, umgekehrte Rollengewinde und Kugelgewinde. Im direkten Vergleich hat jede Technologie ihre jeweiligen Vor- und Nachteile.

Bei der Auswahl der besten Option ist es entscheidend, sich nach den Spezifikationen der Anwendung zu richten. Einige Unternehmen verkaufen ausschließlich Linearantriebe mit Kugelgewinde und andere ausschließlich Linearantriebe mit Rollengewinde. Vorsicht ist geboten, wenn Anbieter des Typs „Es gibt nur eine einzige Technologie“ in Erwägung gezogen werden. Jede Anwendung ist anders und beide Technologien (Rollengewinde und Kugelgewinde) haben ihren jeweiligen Einsatzbereich. Die Beurteilung der Anwendungsdetails und beider Technologien garantiert Ihnen die Optimierung von Leistung und Kosten.

Tolomatic stellt für lineare elektrische Stellantriebe mit hoher Kraft sowohl Rollengewinde als auch Kugelgewinde her. Die Online-Software für die Größenbestimmung elektrischer Antriebe von Tolomatic führt die Ingenieure durch Anwendungsspezifikationen wie Kraft, Geschwindigkeit, Verweilzeiten, Lebensdauerabschätzungen und andere Faktoren, damit sie die richtige Wahl treffen können.

Die höchste dynamische Tragzahl der drei Technologien bieten normale Planetenrollengewinde und damit auch die längste Lebensdauer. Beide Rollengewinde sind eine gute Wahl für wiederholte Belastungsanwendungen im gleichen Antriebshubbereich. Anwendungen wie Pressen, Einstecken, Nieten sind Anwendungen mit wiederholter Belastung. Rollengewinde haben eine deutlich größere Kontaktfläche, was im Vergleich zu Kugelgewindetrieben eine längere Lebensdauer und höhere Kräfte bei ansonsten gleicher Baugröße bedeutet. Allerdings erzeugt diese vergrößerte Kontaktfläche bei gleichem Arbeitsaufwand auch mehr Wärme. Da Kugelgewinde weniger Kontaktpunkte haben, sind sie etwas effizienter im Temperaturmanagement als Rollengewinde, wodurch sie in Anwendungen mit hoher Einschaltdauer und hohen Geschwindigkeiten kühler arbeiten können. Wichtig dafür, wie gut sich Schmierstoffe über die Zeit halten und ob die Lebensdauer von ausgewähltem Antrieb und Gewinde so lange wie erwartet ist, ist das Temperaturmanagement. Bei jeder in einem Antrieb eingesetzten Gewindetechnik gibt es weitere Faktoren, die deren Vor- und Nachteile bestimmen. Siehe Vergleichstabelle unten.

Vergleiche von elektrischen Schneckenzylindern,
hydraulischen und pneumatischen Zylindern

  ELEKTRISCHER ZYLINDER HYDRAULISCHER ZYLINDER PNEUMATISCHER ZYLINDER
Technische Daten Normales Rollengewinde umgekehrtem Rollengewinde Kugelgewinde
Tragzahl (DLR) Sehr hoch Hoch Mittel bis hoch Nicht verfügbar Nicht verfügbar
Lebensdauer des Stellantriebs Sehr hoch Hoch Mittel Mittel/schwankend Mittel/schwankend
Spitzengeschwindigkeit Hoch Hoch Hoch Sehr hoch Sehr hoch
Höchstbeschleunigung Hoch Hoch Hoch Sehr hoch Mittel
Elektronische Aufstellung Einfaches Servosystem Einfaches Servosystem Einfaches Servosystem Zusätzliche Servo-Hydraulik Zusätzliche Servo-Pneumatischer
Steifigkeit Sehr hoch Sehr hoch Mittel Sehr hoch Sehr niedrig
Stoßbelastung Hoch Hoch Mittel bis niedrig Sehr hoch Sehr hoch
Rücktrieb Mittel bis niedrig Mittel bis niedrig niedrig Sehr hoch
bei geschlossenem Ventil
Sehr hoch
bei geschlossenem Ventil
Systemeffizienz ~75 % ~75 % ~80 % ~40 %–55 % ~10–25 %
Energieverbrauch Niedrig Niedrig Niedrigster Hoch Sehr Hoch
Umweltbelastung Geringfügig Geringfügig Geringfügig Flüssigkeitsleckagen/Beseitigung Hohe Geräuschentwicklung
Extreme Temperaturen Äußerst unempfindlich Äußerst unempfindlich Äußerst unempfindlich Dichtungsfehler, schleppender Betrieb Dichtungsfehler, schleppender Betrieb
Wartung Niedrig Niedrig Niedrig Sehr hoch Hoch
Hublänge Lang 457 mm oder weniger Lang Lang Lang

 

Planetenrollengewinde von Tolomatic

Linearantriebe
mit (normalem) Planetenrollengewinde

Rollengewinde (auch Planetenrollengewinde genannt) haben dreieckige, präzisionsgeschliffene Gewinde, die zu mehreren präzisionsgeschliffenen Gewinderollen in der Mutter passen. Durch diese Rollenelemente erfolgt eine äußerst effektive Kraftübertragung. Die Bauteile des Rollengewindes sind feingängig, sodass mehr Kontaktpunkte und ein größerer Kontaktradius entstehen. Dies hat eine geringere Belastung pro Kontaktpunkt zum Ergebnis.

Tolomatic Rollengewinde/Mutter-Diagramm

Rollengewinde können sehr hohe Kräfte übertragen, da die Rollen starken Kontakt mit den Schraubgewinden haben. Sie können höhere Kraft liefern, bei hohen Geschwindigkeiten betrieben werden, sind langlebig und erfordern geringen Wartungsaufwand. 

Der Einsatz von Planetenrollengewinden ermöglicht es den Ingenieuren, elektrische Antriebe in Anwendungen zu spezifizieren, in denen vorher ausschließlich hydraulische Zylinder eingesetzt wurden.

Tolomatic stellt normale Rollengewinde für seine Antriebe her. Diese Gewinde werden vor dem Präzisionsschleifen einsatzgehärtet (oberflächengehärtet), was zu einer sehr tiefen Einsatzhärte und einer hohen dynamischen Tragzahl (DLR*) führt.

Tolomatic bietet eine Reihe von elektrischen Linearantrieben mit hoher Kraft, alle mit langlebigen normalen Planetenrollengewinde:

ServoWeld-Antriebe zum Widerstandspunktschweißen

  • Effizienz bei hoher Kraft
  • Verschieden Ausführungen
  • Erstklassige Leistung
Elektrische RSA-HT Stellantriebe mit hoher Kraft von Tolomatic

Elektrische RSA-HT stangengeführte Stellantriebe mit hoher Leistung

  • 4 Baugrößen
  • Hublängen von 457 bis 1524 mm (18 bis 60 Zoll)
  • Maximale Schubkraft von bis 58.001 N (13.039 lbf)
RSX Stangengeführter Extremkraft-Stellantrieb von Tolomatic

RSX Stangengeführter Extremkraft-Stellantrieb

  • RSX-096 eignet sich für 133,5 kN (30.000 lbf) 
IMA Servo-Antriebe von Tolomatic

 IMA integrierter Servomotorantrieb 

  • Auswahl von Kugel- und Rollengewinden
  • Kräfte bis 30,6 kN (6875 lbs)
  • Ausführung mit integriertem Servomotor

IMA Linearantrieb in Lebensmittelqualität

  • Auswahl von Kugel- und Rollengewinden
  • Lebensmittelechte weiße Epoxidfarbe
  • Kräfte bis 30,6 kN (6875 lbf)
Hygienische, elektrische ERD stangengeführte Stellantriebe

Hygienische, elektrische ERD Stellantriebe

  • Genehmigt für USDA und 3A
  • Clean-in-place (CIP-Reinigungsverfahren)
  • Schubkraftkapazitäten von bis zu 35 kN (7868 lbf)

Ausführung mit umgekehrten Rollengewinde

Linearantriebe mit umgekehrtem Rollengewinde

Ein umgekehrtes Rollengewinde funktioniert ähnlich wie ein normales Rollengewinde, nur dass die Funktionen von Mutter und Gewinde umgekehrt sind. Die Rollen bewegen sich innerhalb der Mutter.

Für die meisten umgekehrten Rollengewinde, die in Linearbetrieben zum Einsatz kommen, werden andere Verfahren als das Schleifen verwendet, um kostengünstige Gewinde in der Mutter zu erstellen. Die Einhärtung erfolgt nach Zerspanung der Mutter und hat ein wesentlich geringere Einsatzhärtungstiefe zum Ergebnis sowie weichere Gewinde als die von normalen Rollengewinden. Das führt zu einer bedeutend geringeren DLR (kürzere Lebensdauer)* und größeren Schwierigkeiten bei der Aufrechterhaltung der Schmierung.

Normale Planetenrollengewinde im Vergleich zu
Umgekehrtem Rollengewinde

TECHNISCHE DATEN NORMAL UMGEKEHRT
Herstellungsmethode präzisionsgeschliffen gemischt
Einsatzhärtungstiefe ~1,0 mm (~100x mehr) ~0,01 mm
Gewinde-DLR Größe 3 53,6 kN (12.050 lbf) ~25,8 kN (5800 lbf)
Größe 4 73,3 kN (16.479 lbf) ~36,9 kN (8300 lbf)
Schmierung KEINE Entfernung oder
Demontage erforderlich
Vorderseite des Antriebs
muss entfernt und demontiert werden

 

Die oben angegebene Tabelle zeigt integrierte Servoantriebe in normaler und umgekehrter Ausführung. Die hier gelisteten DLRs wurden von einem Produkt gleicher Größe gewählt.

Durch die umgekehrte Bauweise für einen Stellantrieb ist er möglicherweise etwas kompakter als ein Stellantrieb mit einem normalen Rollengewinde, dies geht jedoch mit einer geringeren dynamischen Tragzahl (geringere Lebensdauer) einher. Deswegen bietet Tolomatic nur Stellantriebe mit normalen Planetenrollengewinden an, um die Lebensdauer zu maximieren.

Kugelgewinde von Rockford

Linearantriebe mit Kugelgewinde

Kugelgewinde verdanken ihren Namen den Kugelumlaufführungen, die zwischen die bogenförmigen Schraubgewinde und die entsprechenden Gewinde in der Mutter passen. Die Kugellager übertragen Kraft und Relativbewegung effizient bei einem oder mehreren Umläufen in der Mutter.

Spindelantriebe mit Kugelgewinde haben höhere Schubkräfte, längere Laufzeiten und höhere Wirkungsgrade als solche mit Trapezgewinde, können aber nicht mit der Leistung von Antrieben mit Rollengewinden mithalten. Spindelantriebe mit Kugelgewinde können einen Rücktrieb haben und geräuschvoll sein. Sie eignen sich optimal für Anwendungen, die hohe Arbeitszyklen erfordern, mäßig hohen Schub sowie mäßige Geschwindigkeiten. Sie sind in der Regel günstig, weshalb Sie in vielen Anwendungen gerne eingesetzt werden.

Beim Vergleich von Rollengewinden mit Kugelgewinden ähnlicher Größe und Steigung weisen die Kugellager eines Kugelgewindes weniger Berührungspunkte auf als Rollengewinde, wie in der folgenden Abbildung veranschaulicht.

Tolomatic Kugel/Mutter-Diagramm

Dies und eine Bauweise, bei der die Möglichkeit besteht, dass sich die Lager untereinander berühren, begrenzt die DLR des Gewindes, was zu geringeren Kräften und einer kürzeren Lebensdauer führt.

TECHNISCHE DATEN ROLLENGEWINDE KUGELGEWINDE
Dynamische Tragzahl Sehr hoch Mittel
Lebensdauer von Gewinden Sehr lang, um ein Vielfaches höher als Kugelgewinde mäßig
Stoßbelastung Sehr hoch mäßig
relativ erforderlicher Platz Geringfügig mäßig
Wartung Keine bis minimal Geringfügig

 

Für die meisten Anwendungen mit hoher Geschwindigkeit, wiederholten Zyklen und langer Lebensdauer empfiehlt Tolomatic einen Linearantrieb mit Rollengewinde. Wenn die Kraft allerdings geringer ist und in der Anwendung hohe kontinuierliche Geschwindigkeiten zum Einsatz kommen, empfiehlt Tolomatic möglicherweise einen Antrieb mit Kugelgewinde.

Was ist die dynamische Tragzahl (Dynamic Load Rating, DLR)?

Tolomatic für Linearantriebe für hohe Kraft mit Rollengewinde

Die Wahl, mit Tolomatic für Linearantriebe mit hoher Kraft zu arbeiten, bedeutet, die Besonderheiten der Anwendung zu verstehen und die richtige Technologie für die Aufgabe zu wählen. Tolomatic verfolgt keinen „Einzeltechnologie“-Ansatz zur Lösung von Kundenanforderungen und bietet die branchenweit beste Größenbestimmung und Auswahl, Anwendungsberatung, Qualität, Preisgestaltung, Lieferzeit (15 Tage) und den besten Kundendienst (kostenlose, schnelle Beurteilung) für Linearantriebe mit Rollengewinden und Kugelgewinden für Anwendungen mit hohen Kräften.

Beginnen Sie jetzt mit unserem Leitfaden für die Antriebstechnik, Welches Gewinde? Die richtige Technologie auswählen. Oder laden Sie unser E-Book herunter: Elektrische Linearantriebe: Was ein Maschinenkonstrukteur wissen muss. Für intelligente, hilfreiche Beratung zur Auswahl von Linearantrieben kontaktieren Sie uns oder Ihren regionalen Tolomatic-Händler.