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antriebstechnik 5/2022

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antriebstechnik 5/2022

LINEARETECHNIK TITEL

LINEARETECHNIK TITEL Viele namhafte Hersteller von Spritzgießmaschinen setzen in den Schließachsen Schwerlast-Kugelgewindetriebe von NSK ein. Dabei kommt die HTF-Serie zum Einsatz, die NSK speziell für diese und ähnliche Anwendungen entwickelt und 1996 erstmals vorgestellt hat. Inzwischen ist aus der Basisbaureihe eine ganze Modellpalette u. a. für Hochgeschwindigkeits-Anwendungen (HTF-SRD), für hohe Beanspruchungen (HTF-SRC) und für sehr hohe Schließkräfte (HTF-SRE) entstanden Zum Programm gehört auch die Serie S-HTF, die sich im Vergleich zur Basis-Serie HTF durch nochmals höhere dynamische Tragfähigkeit und eine längere Lebensdauer auszeichnet. Mit diesem Programm hat NSK den Trend zu vollelektrischen Spritzgießmaschinen vorangetrieben. Sie verbrauchen nicht nur weniger Energie als Maschinen mit hydraulischem Antrieb, sondern ermöglichen auch hoch dynamische und dabei sehr präzise Bewegungsabläufe der Schließ- und Spritzeinheiten. Mit diesem Eigenschaftsprofil eignen sie sich ebenso für andere anspruchsvolle Anwendungsfälle, etwa in Servopressen und in Biege- und Stanzanlagen. Zum Beispiel nutzt der italienische Pressenhersteller Euromac bei der elektromechanischen Variante der neuen XT-Stanzanlagen die Kugelgewindetriebe der HTF SRD-Serie. Sie werden aus dem von NSK entwickelten Werkstoff „Tough Steel“ gefertigt, der für hohe Beanspruchungen ausgelegt wurde. Das trifft auch auf die XT-Stanzanlagen zu: Bei ihnen führt eine Beschleunigung von 90 m/s2 und ein Hub von teilweise unter 10 mm dazu, dass die Antriebsachse konstanten Stoßbelastungen ausgesetzt ist. Außerdem nutzen diese Kugelgewindetriebe ein innovatives Umlenksystem, um Geschwindigkeiten von bis zu 3 m/s zu erreichen. Aus Sicht des Maschinenanwenders ermöglicht das kürzere Zykluszeiten und höhere Produktivität: ein Vorteil, der u. a. bei Kunststoff-Spritzgießmaschinen von hoher Bedeutung ist. Darüber hinaus reduziert das optimierte Kugelumlaufsystem dieser Hochlast-Kugelgewindetriebe die Geräuschentwicklung im Vergleich zu herkömmlichen Systemen um die Hälfte. ERDBEBENSCHUTZ MIT KUGELGEWINDETRIEBEN Ein ebenso innovativer wie ungewöhnlicher Einsatzbereich von Schwerlast-Kugelgewindetrieben findet sich in erdbebengefährdeten Regionen, wo Hochbauten durch schwingungsdämpfende Konstruktionselemente geschützt werden müssen. Traditionell kommen hier Masse-Feder-Dämpfungen oder Hydrauliksysteme zum Einsatz, die dynamische Druck- und Zugkräfte aufnehmen. Eine einfachere und platzsparende Alternative sind Schwingungstilger mit Schwerlast-Kugelgewindetrieben. Angestoßen wurde die Entwicklung in Japan, wo die Erdbebengefahr hoch ist. Inzwischen haben mehrere Anbieter von Systemlösungen für den Erdbebenschutz dieses Konzept auf der Basis von NSK-Kugelgewindetrieben umgesetzt. Dabei wird ein Schwerlast-Kugelgewindetrieb mit einem rotierenden Gegengewicht an der Mutter zu einer Baueinheit verbunden und zwischen zwei tragenden Elementen des Gebäudes installiert. Wenn kurzfristig eine hohe dynamische Last auftritt und dabei ein tragendes Element in Bewegung versetzt, führt das zu einer Linearbewegung des Kugelgewindetriebs, die in eine rotative Bewegung des Dämpfungsgewichtes umgesetzt wird. Bei der Drehrichtungsänderung überlagern sich die Schwingungen mit entgegengesetzter Amplitude. Das Ergebnis: Die Schockbelastung wird wirkungsvoll gedämpft, wobei sowohl dynamische Druckkräfte als auch Zugkräfte aufgenommen werden können. Im Vergleich zu den bislang eingesetzten Masse-Feder-Systemen und hydraulischen Dämpfern bieten Kugelgewindetriebe- Systeme hier u. a. den Vorteil, dass sie sehr wenig Bauraum und Ressourcen beanspruchen: Eine Schwingungsdämpfung mit Kugelgewindetrieb und rotierendem Gegengewicht, die insgesamt 02 03 rund zwei Tonnen wiegt, erreicht eine Dämpfungswirkung, für die man bei einem Masse-Feder-System 2.000 bis 3.000 Tonnen Gewicht benötigen würde. Die kompakten Einheiten können sowohl bei Neubauten als auch bei der seismischen Ertüchtigung bestehender Bauwerke eingesetzt werden. INNOVATIVE ENERGIEERZEUGUNG Ein neues Einsatzfeld der Schwerlast-Kugelgewindetriebe von NSK ist die Gewinnung von Energie aus der Wellenbewegung des Meeresspiegels. Das schwedische Startup-Unternehmen Ocean Harvesting hat eine Technologie entwickelt, die das Potenzial hat, diese gewaltige Ressource zu nutzen. Das Grundprinzip des Systems mit der Bezeichnung „Infinity Wave Energy Converter“ (WEC): Auf dem Meeresgrund werden über Fundamente Bojen befestigt, die sich mit dem Wellengang anheben und absenken. Diese Bewegung wird von einem hydraulischen Federspeichersystem – einem Hydraulikzylinder, der mit einem Gasspeicher verbunden ist – und zwei Schwerlast-Ku- 14 antriebstechnik 2022/05 www.antriebstechnik.de

TITEL LINEARTECHNIK 01 01 Die vollelektrische Variante der neuen Abkantpressen- Generation von Euromac erreicht hohe Leistungen und präzise Abkantergebnisse – auch dank des Direktantriebs mit einem Hochlast-Kugelgewindetrieb 02 Zu den Konstruktionsmerkmalen der HTF SRD-Kugelgewindetriebe gehört ein innovatives Umlenksystem, das sehr hohe Geschwindigkeiten erlaubt 04 03 Die hoch dynamischen Schwerlast-Kugelgewindetriebe der Serie HTF-SRE wurden ursprünglich für die Spritzeinheiten von Kunststoff-Spritzgießmaschinen entwickelt 04 Zwei Kugelgewindetriebe und ein damit verbundenes Hydrauliksystem setzen beim Ocean Harvesting WEC die Auf- und Ab-Bewegung der Boje in die Rotationsbewegung um, die den Generator antreibt gelgewindetrieben von NSK aufgenommen. Die Muttern der triebe sind direkt mit dem Zylinder verbunden. Sie wandeln die lineare Auf- Kugelgewindeund Ab-Bewegung in eine rotative Bewegung (der Kugelgewindetriebswelle) um. Diese Bewegung treibt einen Generator an, der elektrischen Strom erzeugt. Die Federkraft des Zylinders wirkt mit einer nahezu konstanten Kraft von 1 MN auf die Boje. Die beiden Kugelgewindetriebe bringen in Kombination mit den Generatoren bidirektional eine Kraft von weiteren +/- 1 MN auf. Insgesamt wird somit eine kontinuierlich steuerbare Kraft von 0 bis 2 MN durch das „Power take-off“-Modul in jedem WEC bereitgestellt. Auf diese Weise wird eine hohe Leistungsdichte erreicht, was für eine entsprechend hohe Energieausbeute sorgt. In der Praxis werden zahlreiche solcher Kraftwerke einen Park bilden. KRAFTERZEUGUNG UND DÄMPFUNG Vergleichstests von Ocean Harvesting u. a. mit Winden- und Zahnstangenantrieben zeigten, dass Kugelgewindetriebe hier das am besten geeignete Antriebssystem sind. Bis dieses ebenso elegante wie nachhaltige Konzept in die Praxis umgesetzt werden konnte, mussten viele Detaillösungen entwickelt werden – zum Beispiel die optimale Ausrichtung des Bojenkörpers in jeder einzelnen Welle. Diese so genannte Phasenkontrolle ist essentiell für eine effektive Energiegewinnung. Das System erzeugt Energie, indem die durch die Kugelgewindetriebe aufgebrachten Kräfte der Bewegung entgegenwirken und damit die Funktion eines Dämpfungssystems übernehmen. VOM MASSSTABMODELL ZUM PROTOTYPEN Die Entscheidung für NSK als Zulieferer und Entwicklungspartner fiel letztlich aufgrund der sehr langen Lebensdauer der HTF-Serie. Michael Sidenmark, CEO der Ocean Harvesting Technologies AB: „In unserem Lastenheft haben wir 100 Millionen Lastzyklen in zwanzig Jahren gefordert.“ Ein weiterer Grund für die Zusammenarbeit, so Sidenmark, ist die gute Unterstützung durch die Antriebsspezialisten von NSK. Zurzeit testet Ocean Harvesting einen Prototypen des „Infinity WEC“ im Maßstab 1:10. Wenn die Tests zufriedenstellend verlaufen, soll im Jahr 2023 ein Prototyp im Maßstab 1:3 erprobt werden. Dann erst folgt ein WEC-Wellenkraftwerk in voller Größe. Bis dahin muss und wird NSK auch noch Entwicklungsarbeit leisten und einen HTF Schwerlast-Kugelgewindetrieb in der von Ocean Harvesting benötigten Baugröße konstruieren und fertigen. Fotos: NSK, Euromac, HTF, Ocean Harvesting www.NSKeurope.de DIE IDEE „Anwendungen für Kugelgewinde triebe gibt sehr viele und immer wieder neue. Mit 3m/s besonders schnell und mit 90m/s2 auch stark beschleunigt sind NSKs HTF SRD- Kugelgewindetriebe in den Pressen des italienischen Herstellers Euromac. Um die Wirkungen von Erdbeben zu beschränken, sind in Japan bereits Schwingungstilger mit Schwerlast-Kugelgewindetrieben auf der Basis von NSK-Produkten im Einsatz. Diese Systemlösungen kommen mit einem Tausendstel des Gewichts aus als die bisher häufig verwendeten Masse-Feder-Systeme. Auch in Wellenkraftwerken kommen Gewindetriebe zum Einsatz – sie wandeln die horizontale Bewegung der Wellen in eine rotative um und treiben so die Generatoren an.“ Andreas Kropp, Application Engineering Manager Precision Erik Schramm, Application Engineer www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2022/05 15

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