Kugelgewindetrieb oder Hydraulik?

In vielen Branchen gelten Hydrauliksysteme noch immer als Nonplusultra, vor allem wenn hohe Kräfte im Spiel sind. Doch es gibt starke Konkurrenz – und zwar in Form von elektromechanischen Zylindern mit Kugelgewindetrieben. Ein Kugelgewindetrieb (KGT), auch Kugelumlaufspindel, ist ein Schraubgetriebe, bei dem eingefügte Kugeln die Kraft zwischen Schraube und Mutter übertragen. Die elektromechanischen Antriebselemente kombinieren hervorragende Performance, beste Energieeffizienz, platzsparende Bauweise sowie einfache Handhabung und erobern immer mehr Anwendungsfelder. Ob Heben, Senken, Drücken, Ziehen, Schwenken, Klemmen oder Positionieren: Kugelgewindetriebe sind längst auf dem Vormarsch.

Kugelgewindetriebe sind auf dem Vormarsch

„Bei hohen Lasten und großen Kräften waren Hydrauliklösungen lange Zeit die unangefochtenen Platzhirsche. Doch der Markt verändert sich. Inzwischen halten in immer mehr Applikationen Kugelgewindetriebe Einzug – und das aus gutem Grund. Kugelgewindetriebe sind energieeffi­zienter, präziser, kompakter, wartungsärmer sowie umweltfreundlicher und können Hydraulik in vielen Anwendungen ersetzen“, so Andreas Kaiser, Senior Sales Manager DACH/NL bei der Rollon GmbH, und ergänzt: „Zwar ist die Investition anfangs etwas höher, doch dank der reduzierten Kosten im laufenden Betrieb amortisiert sich diese schnell. Über den Lebenszyklus gerechnet profitieren Anwender von signifikanten Kosteneinsparungen.“

Hydrauliksysteme haben Nachteile

Hydrauliksysteme gewährleisten eine hohe Kraftübertragung, haben aber auch gravierende Nachteile. Dazu gehören unter anderem eine schlechte Energieeffizienz (der Nutzungsgrad liegt bei nur 44 %), Empfindlichkeit gegenüber hohen Temperaturen und Energieverluste durch Wärme.

Die Wartung ist aufgrund der vielen Komponenten komplex und oft nicht planbar. Zudem besteht Leckagegefahr und damit ein erhöhtes Risiko für Energieverluste und Umweltverschmutzung. Auch sind die Anforderungen an die Reinheit des Hydrauliköls hoch und die Viskosität des Öls verändert sich aufgrund von Alter und Umgebungstemperatur.

Effizienz, Flexibilität und Umweltfreundlichkeit

Mit einem Umstieg auf Kugelgewindetriebe können Anwender all diese Probleme ad acta legen. Kugelgewindetriebe punkten mit einer höheren Energieeffizienz (80 % der Eingangsleistung), einer präziseren Steuerung von Geschwindigkeit und Positionierung, höheren Geschwindigkeiten, einem reduzierten Wartungsaufwand, einer geringeren Lärmentwicklung, einer platzsparenden Bauweise durch geringere Anzahl an Bauteilen sowie einer erhöhten Betriebszeit und Einschaltdauer.

Auch kann die Lebensdauer berechnet werden, eine Gefahr für Leckage ist nicht vorhanden, die Systemkomplexität ist geringer und die Integration in elektronische Steuerungen ist einfacher. Dank der besseren Skalierbarkeit und Flexibilität ist zudem eine genaue Anpassung an applikationsspezifische Anforderungen möglich. Alles in allem sind Kugelgewindetriebe eine echte Alternative und in vielen Anwendungen ökonomisch, ökologisch sowie technologisch die bessere Wahl.

Spezialisten für Hochleistungs-Kugelgewindetriebe

Als einer der weltweit führenden Anbieter von linearer Antriebstechnik kennt Rollon die Anforderungen der Kunden genau und realisiert effektive, zuverlässige Lösungen für eine Vielzahl an Anwendungen in der industriellen Automatisierung. Die Unternehmensgruppe bündelt ein einzigartiges Entwicklungs-, Fertigungs- und Anwendungs-Know-how unter einem Dach und hat mit Shuton-Ipiranga einen ausgewiesenen Spezialisten für Kugelgewindetriebe an Bord. Die Hochleistungs-Kugelgewindetriebe stehen für kontinuierliche Innovation, maximale Performance sowie absolute Zuverlässigkeit und werden rund um den Globus in Bereichen wie Werkzeugmaschinen, Spritzgießtechnik, Pressen, Automatisierung, Hebezeugen, Halbleitern, Elevationsgeräten usw. eingesetzt. „Wie auch immer die Antriebsaufgabe aussieht: Wir haben für jede Anwendung den passenden Kugelgewindetrieb, sei es ein Standardprodukt oder eine kundenindividuelle Entwicklung“, macht Andreas Kaiser deutlich und ergänzt: „Wir nutzen in der Fertigung sowohl das wirtschaftliche Rollverfahren, etwa für einfachere Transport-Applikationen, als auch das sehr präzise, flexible und belastbare Wirbelverfahren und werden so allen Anforderungen gerecht.“

Kundenspezifische Lösungen für Schwerlastanwendungen

Anwendungen mit mittleren bis hohen Lasten gehören zu den Kernkompetenzen. Die gewirbelten Schwerlast-Kugelgewindetriebe bieten eine hohe Tragfähigkeit bei sehr kompakter Bauweise und sind mit Durchmessern von 40 bis 160 mm sowie Spindellängen bis 15 m (auf Anfrage auch länger) verfügbar. Eine besondere Stärke liegt in kundenspezifischen Lösungen. „Wir können nahezu alle Parameter individuell anpassen – seien es Spindeldurchmesser, Steigung, Drehrichtung, Hublänge, Tragfähigkeit, Bauform, Ausführung der Mutter, Rückführsystem für die Kugeln, Schmierung et cetera. Auch Spielfreiheit ist möglich. Das Ergebnis sind Lösungen, die exakt auf die jeweilige Applikation zugeschnitten sind“, betont Andreas Kaiser.

„Die Flexibilität in den Profilen führt außerdem dazu, dass unsere Kugelgewindetriebe trotz ihrer geringen Abmessungen auch mit sehr hohen Lasten mühelos zurechtkommen. So können wir beispielsweise durch ein größeres Profil bei gleicher Baugröße höhere Traglasten erreichen. Das ist besonders bei limitiertem Bauraum von Vorteil.“ Unterschiedliche Beschichtungen sorgen für den optimalen Schutz, beispielsweise bei rauen Umgebungsbedingungen oder in hygienesensiblen Bereichen wie der Lebensmittelindustrie.

Elektromechanische Systeme sind branchenübergreifend gefragt

Kugelgewindetriebe können Hydraulikzylinder in vielen Anwendungen und Prozessen ersetzen, bei denen Präzision, Energieeffizienz und eine saubere Arbeitsumgebung entscheidend sind. Dank der exakten Steuerung von Geschwindigkeit und Position sowie der hohen Geschwindigkeiten in Kombination mit sanften Bewegungen gewährleisten sie schnelle, präzise und wiederholbare Bewegungen. Montageaufgaben oder Materialhandhabung lassen sich so zuverlässig durchführen. Da Kugelgewindegetriebe elektrisch angetrieben werden, sind sie leichter in digitale Steuerungssysteme integrierbar als Hydraulikzylinder, die zusätzliche Ventile und Regler benötigen würden.

Anwendungsfelder sind unter anderem Kunststoffspritzgießmaschinen (öffnen/schließen der Werkzeughälften, klemmen, spannen), Umformtechnik (pressen, walzen, biegen), Prüfstände und Messsysteme – beispielsweise für die Automobilindustrie –, CNC- und Werkzeugmaschinen sowie die Förder- und Hebetechnik. Bei hohen Anforderungen an die Sicherheit kann eine Sicherheitsmutter eingesetzt werden.

Dabei handelt es sich um selbstsichernde Muttern, die ein selbstständiges Lösen der Kugelumlaufmutter verhindern. Auch in der Flüssigventiltechnik ist Sicherheit ein zentrales Thema. Kugelgewindetriebe mit Federvorspannung sorgen dafür, dass im Falle eines Stromausfalls kein Durchfluss mehr entsteht.

Konstrukteure von Simulatoren – beispielsweise für die Pilotenausbildung, Formel-1-Teams oder Freizeitparks – setzen ebenfalls vermehrt auf Kugelgewinde­triebe statt Hydraulik. Charakteristisch ist in dieser Anwendung die unterschiedliche Lastverteilung.

Von Medizintechnik bis Stahlwasserbau

In der Medizintechnik kommen vor allem die hohe Positionier- und Wiederholgenauigkeit sowie der geräuscharme Betrieb der Kugelgewindetriebe zum Tragen. Das gewährleistet eine präzise Steuerung von Bewegungen und Kräften, etwa in chirurgischen Robotern, Krankenbetten, OP-Tischen, Reha-Geräten oder Diagnosegeräten. Außerdem vermeiden Kugelgewindetriebe das Risiko von Öl- oder Fluidleckagen, die bei Hydrauliksystemen auftreten könnten und in einem medizinischen Umfeld problematisch wären. Ein sehr interessantes Anwendungsfeld für Schwerlast-Kugelgewindetriebe ist der Stahlwasserbau mit seinen hohen mechanischen Belastungen und herausfordernden Anforderungen in Bezug auf Witterung und Umwelt. Anwendungen wie Schleusentore, Stauklappen und Fähranleger profitieren dabei unter anderem von der hohen Effizienz, der Unempfindlichkeit gegenüber Hitze und Kälte sowie dem Verzicht auf Öl. Durch die platzsparende Bauweise der Kugelgewindetriebe kann die Konstruktion außerdem kompakter ausfallen. Das spart Ressourcen.

Lösungskompetenz, Applikations-Know-how und Erfahrung

Ob Automationstechnik, Intralogistik, Medizintechnik oder Stahlwasserbau: Kugelgewindetriebe gewährleisten eine effiziente Kraftübertragung bei hoher Positionier- und Wiederholgenauigkeit, hoher Tragfähigkeit und kompakter Bauweise. In Kombination mit der höheren Energieeffizienz, der hervorragenden Steifigkeit, der berechenbaren Lebensdauer und der enormen Anpassungsfähigkeit ergibt es sich eine sehr leistungsstarke, zuverlässige, wirtschaftliche und umweltfreundliche Lösung.

„Wir sind uns dessen selbstverständlich bewusst: natürlich lassen sich nicht alle hydraulischen Anwendungen durch Kugelgewindetriebe ersetzen. So wird sich in Land-, Forst- und Baumaschinen sicherlich auch zukünftig die bewährte Hydraulik finden. Doch in vielen anderen Applikationen kann ein Umstieg auf Kugelgewindetriebe sinnvoll sein. Wir bei Rollon und Shuton-Ipiranga haben das erforderliche Technologie- und Applikations-Know-how sowie die notwendige Erfahrung und unterstützen den gesamten Prozess – von der Beratung über das Engineering bis zur optimalen Lösung“, so Andreas Kaiser.

Quelle: Rollon GmbH