Ein Schwenkantrieb übernimmt in Maschinen und Vorrichtungen gleichzeitig mehrere Aufgaben: Er lagert eine drehende Konstruktion, überträgt Kräfte und Momente und erzeugt eine definierte Schwenkbewegung. Damit der Antrieb zuverlässig funktioniert, muss deshalb mehr betrachtet werden als nur das gewünschte Drehmoment.

Für eine belastbare Auslegung werden Angaben zur Mechanik, zur Bewegung, zum Antrieb und zur gewünschten Steuerung benötigt. Je vollständiger diese Daten vorliegen, desto genauer lassen sich Baugröße, Übersetzung, Motorisierung und zusätzliche Komponenten bestimmen.

1. Gewünschter Schwenkwinkel

Zunächst muss feststehen, welche Bewegung ausgeführt werden soll. Typische Anforderungen sind:

• eine begrenzte Bewegung zwischen zwei Endlagen,
• feste Positionen wie 0°, 90° und 180°,
• ein Schwenkbereich von beispielsweise ±90°,
• oder eine kontinuierliche Drehbewegung über 360°.

Bei begrenzten Bewegungen können Endschalter ausreichend sein. Müssen mehrere Positionen präzise angefahren werden, ist häufig ein Absolutwertgeber oder ein Servosystem sinnvoll.

Für kontinuierliche Drehbewegungen muss zusätzlich geprüft werden, ob elektrische oder hydraulische Leitungen durch eine Drehdurchführung übertragen werden sollen.

2. Erforderliche Drehgeschwindigkeit

Die gewünschte Abtriebsdrehzahl beeinflusst die Übersetzung und die Auswahl des Motors. Dabei sollte nicht nur eine Drehzahl in Umdrehungen pro Minute angegeben werden. Für Schwenkbewegungen ist eine Zeitangabe häufig anschaulicher:

Die Vorrichtung soll innerhalb von zehn Sekunden um 180° geschwenkt werden.

Zusätzlich ist wichtig, ob die Bewegung gleichmäßig erfolgen soll oder ob kurze Beschleunigungs- und Bremsrampen benötigt werden. Hohe Beschleunigungen erhöhen das erforderliche Antriebsmoment und belasten die gesamte Konstruktion stärker.

3. Erforderliches Drehmoment

Das notwendige Drehmoment entsteht nicht allein durch das Gewicht der zu bewegenden Konstruktion. Entscheidend sind unter anderem:

• Schwerpunktabstand zur Drehachse,
• Einbaulage der Drehachse,
• Reibung in Lagern und Führungen,
• Beschleunigung und Verzögerung,
• äußere Prozesskräfte,
• Wind- oder Stoßbelastungen,
• sowie ein geeigneter Sicherheitsfaktor.

Bei einer horizontalen Drehachse kann bereits ein kleiner Abstand des Schwerpunkts ein hohes Lastmoment erzeugen. Bei einer vertikalen Drehachse ist dagegen häufig das Beschleunigungs- und Reibmoment maßgebend.

Gewicht, Schwerpunktlage und Bewegungsablauf sollten deshalb immer gemeinsam angegeben werden.

4. Axiallast, Radiallast und Kippmoment

Ein Schwenkantrieb muss nicht nur das Antriebsmoment übertragen. Die integrierte Lagerung nimmt zusätzlich Kräfte aus der angeschlossenen Konstruktion auf. Für die Auswahl sind drei Belastungsarten besonders wichtig:

• Axiallast: Kraft entlang der Drehachse,
• Radiallast: Kraft quer zur Drehachse,
• Kippmoment: Belastung aus außermittig angreifenden Kräften.

Das Kippmoment wird häufig unterschätzt. Es ergibt sich vereinfacht aus Kraft mal Abstand zur Lagermitte. Eine relativ kleine Last kann bei einem langen Hebelarm deshalb eine große Lagerbelastung verursachen.

Wenn möglich, sollte der Anfrage eine Skizze mit den auftretenden Kräften, Abständen und der Lage des Schwerpunkts beigefügt werden.

5. Einbaulage und Gegenlager

Die Drehachse kann vertikal, horizontal oder schräg angeordnet sein. Diese Einbaulage verändert sowohl die Lagerbelastung als auch das notwendige Antriebsmoment.

Bei langen Werkstücken oder Vorrichtungen ist häufig ein zusätzliches Gegenlager sinnvoll. Der Schwenkantrieb übernimmt den Antrieb auf einer Seite, während das Gegenlager die Konstruktion auf der gegenüberliegenden Seite abstützt.

Dadurch lassen sich unerwünschte Biegemomente reduzieren und die Last gezielter in den Maschinenrahmen einleiten.

6. Einschaltdauer und Anzahl der Zyklen

Ein Antrieb, der zweimal pro Stunde verstellt wird, stellt andere Anforderungen als ein System, das im Dauerbetrieb arbeitet. Benötigt werden daher Angaben zu:

• Bewegungen pro Stunde oder Schicht,
• Dauer eines vollständigen Zyklus,
• täglicher Betriebszeit,
• erwarteter Lebensdauer,
• sowie möglichen Stillstandszeiten zwischen den Bewegungen.

Diese Daten beeinflussen insbesondere Motor, Getriebe, Schmierung und thermische Auslegung. Auch die Frage, ob der Antrieb nur positioniert oder während eines Prozesses dauerhaft belastet wird, ist relevant.

7. Gewünschte Motorisierung

Je nach Anwendung kann ein Schwenkantrieb mit unterschiedlichen Motoren kombiniert werden.

24-V-Antrieb

24-V-Gleichstrom- oder BLDC-Motoren eignen sich für kompakte Systeme, mobile Anwendungen und kleinere Automatisierungsaufgaben. Sie lassen sich vergleichsweise einfach in Niederspannungssysteme integrieren.

400-V-Getriebemotor

Stirnrad-, Flach- oder Winkelgetriebemotoren sind eine robuste Lösung für industrielle Vorrichtungen. Sie können mit Frequenzumrichter, Haltebremse und Geber ausgestattet und auf die benötigte Geschwindigkeit abgestimmt werden.

servo gearmotor

Servoantriebe kommen zum Einsatz, wenn eine hohe Positioniergenauigkeit, dynamische Bewegungen oder häufig wechselnde Bewegungsprofile gefordert sind. Motor, Regler, Geber und Steuerung müssen dabei als Gesamtsystem ausgelegt werden.

Hydraulic motor

Hydraulische Antriebe bieten eine hohe Leistungsdichte und eignen sich besonders für mobile Maschinen oder Anlagen mit vorhandener Hydraulikversorgung. Für definierte Positionen werden ein geeignetes Ventilkonzept und eine Positionsrückmeldung benötigt.

8. Positionierung und Steuerung

Die passende Positionsrückmeldung hängt von der jeweiligen Aufgabe ab. Zwei Endschalter können für eine einfache Bewegung zwischen festen Endlagen genügen.

Sollen mehrere Winkel angefahren, Positionen gespeichert oder die Drehrichtung flexibel verändert werden, ist ein Absolutwertgeber häufig die geeignetere Lösung.

Bei der Anfrage sollte deshalb angegeben werden:

• welche Positionen angefahren werden sollen,
• welche Positioniergenauigkeit erforderlich ist,
• ob die Geschwindigkeit einstellbar sein soll,
• ob Hand- und Automatikbetrieb benötigt werden,
• und welche Schnittstellen zur übergeordneten Maschine vorhanden sind.

ATH Technik kann den Schwenkantrieb auf Wunsch zusammen mit Motor, Geber, Haltebremse und kundenspezifischer Steuerung auslegen.

9. Umgebungsbedingungen und Sicherheit

Staub, Feuchtigkeit, Temperatur, Außenbetrieb und aggressive Medien beeinflussen die Ausführung des Systems. Auch die erforderliche Schutzart der elektrischen Komponenten sollte frühzeitig festgelegt werden.

Eine mögliche Selbsthemmung der Schneckenverzahnung darf nicht pauschal als Sicherheitsfunktion betrachtet werden. Wenn eine Position auch bei Energieausfall sicher gehalten werden muss, können eine Haltebremse, ein hydraulisches Sperrventil oder eine zusätzliche mechanische Sicherung erforderlich sein.

Die notwendige Lösung hängt von der Anwendung und der Gefährdungsbeurteilung der Gesamtmaschine ab.

Checkliste für Ihre Anfrage

Für eine erste Auslegung reichen häufig folgende Angaben:

1. Skizze oder Beschreibung der Anwendung
2. Schwenkwinkel und gewünschte Positionen
3. Bewegungszeit oder Abtriebsdrehzahl
4. Gewicht und Schwerpunktabstand
5. Axial load, radial load and overturning moment
6. Einbaulage der Drehachse
7. Zyklenzahl und tägliche Betriebsdauer
8. vorhandene Energieversorgung
9. Anforderungen an Steuerung, Geber und Halten der Position

Sind noch nicht alle Werte bekannt, kann die Auslegung schrittweise anhand der vorhandenen Konstruktionsdaten erfolgen.

Schwenkantrieb als vollständiges System auslegen

Die Auswahl eines Schwenkantriebs sollte die Lagerung, die Verzahnung, den Motor und die Steuerung gemeinsam berücksichtigen. Dadurch lassen sich überdimensionierte Komponenten ebenso vermeiden wie zu geringe Sicherheitsreserven.

ATH Technik liefert Schwenkantriebe und abgestimmte Systemlösungen mit Elektro- oder Hydraulikmotor, Positionsmessung, Haltebremse und Steuerung.

Für eine konkrete Auslegung können Sie uns Ihre Lastdaten und eine Skizze über die Kontaktseite zusenden.

Häufige Fragen zur Auslegung von Schwenkantrieben

Welche Angabe ist für die Auswahl besonders wichtig?

Neben dem gewünschten Drehmoment sind das Kippmoment, die Einbaulage und der Schwerpunktabstand besonders wichtig. Erst aus dem Zusammenspiel dieser Werte lässt sich eine geeignete Baugröße bestimmen.

Kann ein Schwenkantrieb eine Last dauerhaft halten?

Das hängt von der Übersetzung, der Belastungsrichtung und dem Betriebszustand ab. Muss eine Position sicher gehalten werden, sollte eine geeignete Halte- oder Sicherheitseinrichtung vorgesehen werden.

Welche Daten werden für eine erste Anfrage benötigt?

Eine Anwendungsskizze, Gewicht, Hebelarme, Schwenkwinkel, Bewegungszeit, Einbaulage und gewünschte Motorisierung ermöglichen in vielen Fällen bereits eine erste technische Auswahl.