Schwere Bauteile während der Montage, Bearbeitung oder Prüfung kontrolliert zu drehen, ist im Maschinen- und Vorrichtungsbau eine häufige Aufgabenstellung. Motoren, Getriebe, Schweißbaugruppen, Behälter oder andere schwere Komponenten müssen beispielsweise um 90°, 180° oder kontinuierlich gedreht und anschließend sicher in Position gehalten werden.
Eine geeignete Lösung ist eine motorisch angetriebene Drehvorrichtung mit Schwenkantrieb. Durch die hohe mechanische Untersetzung lassen sich große Drehmomente bei niedriger Drehgeschwindigkeit realisieren.
Je nach Anwendung kann der Schwenkantrieb mit einem 400-V-Getriebemotor , einem Servomotor, einem 24-V-Antrieb oder einem Hydraulikmotor kombiniert werden. Zusammen mit Positionsmesssystem und Steuerung entsteht daraus eine vollständige Dreh- und Positionierachse.
Typischer Aufbau einer Drehvorrichtung
Eine industrielle Drehvorrichtung besteht in der Regel aus mehreren aufeinander abgestimmten Komponenten:
- Schwenkantrieb als hoch untersetztes Drehgetriebe
- Antriebsmotor bzw. Getriebemotor
- Aufnahmeflansch oder kundenspezifische Bauteilaufnahme
- Maschinenrahmen
- optionalem Gegenlager
- Positionsmesssystem
- Frequenzumrichter oder Servoregler
- SPS bzw. Steuerung
- Sicherheits- und Bedienelementen
Bei größeren oder längeren Bauteilen wird das Werkstück häufig zwischen dem angetriebenen Schwenkantrieb und einer zweiten Lagerstelle aufgenommen.
Dieses Prinzip eignet sich beispielsweise für große Motoren, Getriebe, Maschinengehäuse, Rahmenkonstruktionen oder Schweißbaugruppen.
Ein typischer Aufbau mit Getriebemotor, Schwenkantrieb und Steuerung ist auch bei unserem 400-V-Schwenkantrieb-Komplettsystem dargestellt.
Warum eignet sich ein Schwenkantrieb für Drehvorrichtungen?
Ein Schwenkantrieb kombiniert eine belastbare Lagerung mit einer hohen mechanischen Untersetzung. Dadurch lässt sich eine kompakte Drehachse mit hohem Ausgangsdrehmoment realisieren.
High torques
Durch die starke Untersetzung können auch schwere Bauteile mit vergleichsweise kleinen Antriebsmotoren langsam gedreht werden.
Kompakter Aufbau
Lagerung und Getriebefunktion werden in einer kompakten Einheit kombiniert. Dadurch reduziert sich der konstruktive Aufwand.
Hohe Belastbarkeit
Je nach Baugröße können neben dem Drehmoment auch hohe Axial-, Radial- und Kippbelastungen aufgenommen werden.
Automatisierbar
Encoder, Absolutwertgeber, Frequenzumrichter und SPS ermöglichen definierte Positionen und automatische Bewegungsabläufe.
Eine Übersicht der möglichen elektrischen Lösungen finden Sie unter Schwenkantrieb-Systeme mit Motor und Steuerung .
Entscheidend ist die Lage des Schwerpunktes
Bei der Auslegung einer Drehvorrichtung ist die Lage des Schwerpunktes relativ zur Drehachse besonders wichtig.
Befindet sich der Schwerpunkt nahezu auf der Drehachse, muss der Antrieb hauptsächlich Reibung, Massenträgheit und Beschleunigung überwinden. Liegt der Schwerpunkt dagegen außerhalb der Drehachse, erzeugt die Gewichtskraft ein zusätzliches Drehmoment.
m = Masse [kg]
g = Erdbeschleunigung ≈ 9,81 m/s²
r = Abstand des Schwerpunktes zur Drehachse [m]
Berechnungsbeispiel: Bauteil mit 1.500 kg
Ein Bauteil besitzt eine Masse von 1.500 kg. Der Schwerpunkt befindet sich 400 mm außerhalb der Drehachse.
Allein durch die Gewichtskraft entsteht somit ein statisches Drehmoment von rund 5,9 kNm.
Der Schwenkantrieb sollte jedoch nicht exakt auf diesen Wert dimensioniert werden. Zusätzlich müssen unter anderem folgende Einflüsse berücksichtigt werden:
- Beschleunigungs- und Bremsvorgänge
- Massenträgheitsmoment
- Wirkungsgrade des Antriebsstrangs
- Reibung
- mögliche Laststöße
- Taktzahl und Einschaltdauer
- geeignete Sicherheitsreserven
Drehmoment und Kippmoment unterscheiden
Torque
Das Drehmoment wirkt um die Drehachse und muss über das Getriebe des Schwenkantriebes übertragen werden.
Es beeinflusst insbesondere die Auswahl von Schwenkantrieb, Getriebemotor, Übersetzung und Bremse.
Tipping moment
Ein Kippmoment entsteht beispielsweise dann, wenn eine schwere Last mit Abstand vor dem Flansch des Schwenkantriebes aufgenommen wird.
Entscheidend sind Gewicht, Schwerpunktabstand, Länge der Aufnahme und zusätzliche Prozesskräfte.
Wann benötigt eine Drehvorrichtung ein Gegenlager?
Kompakte Bauteile können unter bestimmten Voraussetzungen direkt am Schwenkantrieb aufgenommen werden. Bei langen oder schweren Werkstücken ist hingegen häufig eine zweite Lagerstelle sinnvoll.
Dabei befindet sich auf einer Seite der angetriebene Schwenkantrieb und auf der gegenüberliegenden Seite ein Gegenlager bzw. eine zusätzliche Drehverbindung.
- Reduzierung von Biege- und Kippmomenten
- bessere Aufnahme hoher Radialkräfte
- Entlastung des Schwenkantriebes
- stabile Führung langer Bauteile
- höhere Steifigkeit der gesamten Vorrichtung
Dieses Prinzip eignet sich beispielsweise für Motoren, Getriebe, Maschinengehäuse, Schweißkonstruktionen oder andere langgestreckte Bauteile.
Ein entsprechender Systemaufbau ist auf der Seite zum 400-V-Komplettsystem dargestellt.
Welcher Motor eignet sich für eine Drehvorrichtung?
Die Wahl des Motors hängt von Drehmoment, Geschwindigkeit, Versorgungsspannung, Positioniergenauigkeit und Automatisierungsgrad ab.
400-V-Getriebemotor
Für viele industrielle Montage-, Schweiß- und Wendevorrichtungen ist ein 400-V-Getriebemotor eine robuste und wirtschaftliche Lösung.
- Stirnradgetriebemotor
- Flachgetriebemotor
- Bevel gear motor
- Kegelstirnradgetriebemotor
In Verbindung mit einem Frequenzumrichter sind variable Drehzahlen sowie definierte Beschleunigungs- und Bremsrampen möglich.
→ 400-V-Komplettsystem ansehen24-V-Antrieb
Für kompaktere, mobile oder gleichspannungsbetriebene Anwendungen kann ein 24-V-Schwenkantrieb-System interessant sein.
- kleinere Montagevorrichtungen
- mobile Maschinen
- batteriebetriebene Systeme
- Vor-/Rück-Anwendungen
- automatisierte Bewegungsabläufe
Servoantrieb
Wenn besonders hohe Anforderungen an Dynamik, Positioniergenauigkeit oder Wiederholbarkeit bestehen, kann ein Servogetriebemotor sinnvoll sein.
- frei programmierbare Positionen
- hohe Wiederholgenauigkeit
- definierte Bewegungsprofile
- hohe Dynamik
Hydraulikantrieb
Für mobile Maschinen oder Anwendungen mit vorhandener Hydraulikversorgung können Schwenkantriebe auch mit Hydraulikmotoren kombiniert werden.
Diese Variante eignet sich insbesondere dort, wo hohe Leistungsdichte und robuste Antriebstechnik gefragt sind.
Wie wird die Drehzahl bestimmt?
Bei schweren Bauteilen werden häufig sehr niedrige Drehgeschwindigkeiten benötigt. Typische Ausgangsdrehzahlen können beispielsweise zwischen 0,1 und 2 U/min liegen.
Ein Motor mit beispielsweise 1.400 U/min benötigt daher eine hohe Gesamtuntersetzung, wenn sich die Vorrichtung lediglich mit 0,5 oder 1 U/min drehen soll.
Durch die Kombination aus Getriebemotor und Schwenkantrieb lassen sich solche Übersetzungen kompakt realisieren.
Für eine erste Vorauswahl kann außerdem der ATH Schwenkantrieb-Konfigurator genutzt werden.
Positionierung auf 0°, 90° und 180°
Viele Drehvorrichtungen sollen nicht kontinuierlich rotieren, sondern definierte Arbeitspositionen anfahren.
Für einfache Endlagen können Endschalter ausreichen. Werden mehrere oder frei definierbare Positionen benötigt, bietet sich ein Positionsmesssystem an.
- Inkrementalencoder
- Singleturn-Absolutwertgeber
- Multiturn-Absolutwertgeber
Ein Absolute encoder ermöglicht eine eindeutige Positionsrückmeldung und eignet sich insbesondere für automatisierte Positionieraufgaben.
Frequenzumrichter und SPS
Bei automatisierten 400-V-Drehvorrichtungen werden Frequenzumrichter und SPS häufig miteinander kombiniert. Beide Komponenten übernehmen unterschiedliche Aufgaben.
Frequenzumrichter
- Speed control
- Beschleunigungsrampe
- Bremsrampe
- Drehrichtung
- Motorüberwachung
SPS / Steuerung
- Positionen anfahren
- Endschalter überwachen
- Positionsgeber auswerten
- Automatikabläufe steuern
- Freigaben überwachen
- Status and error messages
Damit lässt sich aus einem einfachen Drehantrieb eine vollständige automatisierte Positionierachse entwickeln.
Sicheres Halten der Last
Besonders bei schweren und außermittigen Lasten muss auch betrachtet werden, was im Stillstand oder bei abgeschaltetem Motor passiert.
Je nach Anwendung können deshalb zusätzliche Maßnahmen erforderlich sein:
- Motorhaltebremse
- zusätzliche mechanische Bremse
- mechanische Verriegelung
- Positionsüberwachung
- geeignete Sicherheitssteuerung
Beim zuvor berechneten 1.500-kg-Bauteil wirkt beispielsweise auch im Stillstand ein statisches Moment von rund 5,9 kNm auf die Drehachse.
Welche Angaben werden für die Auslegung benötigt?
Für eine erste technische Auslegung sollten möglichst folgende Informationen vorliegen:
- Gewicht des Bauteils
- Gewicht der Bauteilaufnahme
- Abmessungen des Bauteils
- Lage des Schwerpunktes
- Abstand des Schwerpunktes zur Drehachse
- horizontale oder vertikale Drehachse
- gewünschter Drehwinkel
- gewünschte Drehzahl
- Anzahl der Drehzyklen und Einschaltdauer
- gewünschte Positioniergenauigkeit
- vorhandene Versorgungsspannung
- zusätzliche Prozesskräfte
- Einbausituation
- gewünschte Steuerungsfunktionen
Beispiel für eine komplette Drehvorrichtung
| Bauteilgewicht | 1.500 kg |
| Drehbereich | ±180° |
| initial speed | 0,5–1 U/min |
| Drive | 400-V-Getriebemotor |
| Drehgetriebe | Slewing drive |
| Lagerung | Schwenkantrieb + Gegenlager |
| Speed control | Frequenzumrichter |
| Positionsmessung | Absolute encoder |
| Control | SPS |
| Betriebsarten | Hand / Automatik |
| Positionen | 0° / 90° / 180° |
ATH Technik – Schwenkantrieb, Motor und Steuerung als System
ATH Technik liefert Schwenkantriebe sowohl als Einzelkomponente als auch als Bestandteil kundenspezifisch ausgelegter Antriebssysteme.
Je nach Anwendung können unter anderem folgende Komponenten kombiniert werden:
- Slewing drive
- 24-V-Antrieb
- 400-V-Getriebemotor
- servo gearmotor
- Hydraulic motor
- Absolute encoder
- Frequenzumrichter
- SPS-Steuerung
- Bedienbox
- Holding brake
- Gegenlagerung
- kundenspezifische Schnittstellen
Sie planen eine Dreh- oder Wendevorrichtung?
Senden Sie uns Bauteilgewicht, Schwerpunktlage, gewünschte Drehzahl, Drehwinkel und – sofern vorhanden – eine Skizze oder Zeichnung der Anwendung.
Auf dieser Grundlage können Schwenkantrieb, Motorisierung, Übersetzung, Positionsmessung und Steuerung passend zum Lastfall ausgelegt werden.
