Drehantriebe ermöglichen Drehbewegungen und sind längst Teil der modernen Automatisierungstechnik und Industrierobotik. Je nach Anforderung sind sie mit verschiedenen Antrieben ausgestattet. Ihre Vorteile für die Fabrikautomation sind neben der hohen Präzision ihre enorme Leistungsfähigkeit und Antriebsvielfalt.
Drehantriebe, früher auch Schwenkmotoren oder Drehmotoren genannt, sind Geräte, die aus einer Energiequelle eine Drehbewegung erzeugen. Der einfachste Typ dieser Antriebe nutzt eine lineare Bewegung in nur eine Richtung und bringt so eine Drehung zustande. Elektrische Drehantriebe dagegen bedienen sich einer elektrischen Energiequelle, also zum Beispiel eines Elektromotors. Am häufigsten trifft man auf die letzte Art.
Andere Antriebe verwenden die hydraulische Energie von Pneumatikrohren oder die mechanische Energie von Federn. So sind pneumatische Drehantriebe mit Druckluft betriebene Einheiten, die eine Drehbewegung über eine Welle erzeugen. Auf diese Weise regeln sie die Rotation und die Geschwindigkeit der verbundenen Geräte. Sie werden unter anderem in industriellen Anwendungen zur Förderung und Übertragung von Teilen sowie zur Positionierung und Kontrolle von Steuerventilen eingesetzt.
Hydraulische Drehantriebe dagegen übersetzen eine Linearbewegung der Kolben in eine Drehbewegung der Abtriebswelle. So erzeugen sie hohe Drehmomente durch hydraulischen Druck. Diese Komponenten werden überall eingesetzt, wo gedreht und geschwenkt, drehend beschleunigt, abgebremst und gehalten werden muss. Trotz ihrer Leistungsfähigkeit sind sie einfach zu steuern und finden sich in der Mobilhydraulik in fast jedem Anwendungsbereich. Sie kommen beispielsweise auch in Mähmaschinen zum Einsatz, sodass man auch schräge Flächen bearbeitet kann.
Verfügen elektrische Drehantriebe über einen typischen Elektromotor als Energiezufuhr, sind sie in der Lage, eine kontinuierliche Drehung zu erzeugen. Ebenfalls möglich ist eine feste Bewegung in Richtung einer bestimmten Position. In diesem Fall handelt es sich bei der Stromquelle um einen Schritt- oder Servomotor. Dieser Elektromotor legt eine feste Strecke zurück, sodass zum Beispiel eine kontinuierliche Bewegung mit einer festen Geschwindigkeit entsteht. Außerdem ist die Drehung in jede beliebige Winkelposition möglich. Dafür kommen einer oder mehrere Bezugssensoren mit einem Positionsgeber zum Einsatz.
Dem Schrittmotor ähnlich ist der sogenannte Torquemotor. Dieser bringt jedoch ein ganz bestimmtes Drehmoment hervor. Eine Ausnahme davon ist nur dann möglich, wenn ein entgegengesetztes Drehmoment zum Einsatz kommt, dass das erste ausgleicht.
In der Automatisierung von Fabriken kommen sowohl elektrische als auch hydraulische und pneumatische Drehantriebe zum Einsatz. Eine Vielzahl an Branchen macht sich die vielen Vorteile des Drehantriebs zunutze – und zwar überall dort, wo es darum geht, zu drehen und zu schwenken, exakt zu beschleunigen, abzubremsen, zu positionieren und zu halten. Die kompakten Einheiten werden also vor allem dort verwendet, wo Drehungen mit hohem Drehmoment und Drehrichtungsumkehr erforderlich sind und wo große Lasten geneigt werden müssen.
Für die verschiedenen Einsatzbereiche gibt es verschiedene Ausführungen von Drehantrieben. Diese sollten immer bestmöglich an die jeweiligen Anwendungsbedingungen angepasst werden. So kommen Drehantriebe zum Beispiel bei Durchmischungsvorgängen bestimmter Stoffe, beim Öffnen und Schließen von Ventilen, Absperrklappen oder anderen Industriearmaturen zum Einsatz.
Dreh- beziehungsweise Schwenkantriebe sind in der Regel äußerst langlebig. Um eine lange Haltbarkeit sicherzustellen, sollte die Art des Schwenkantriebs jedoch optimal auf das jeweilige Vorhaben abgestimmt sein. Denn: Je nach Bauraumanforderungen und den Anforderungen an das Drehmoment werden unterschiedliche Antriebsprinzipien umgesetzt.
Am häufigsten kommen die beiden folgenden zum Einsatz:
Mit einem Steilgewindeantrieb lassen sich Zwischendrehwinkel aller Größen realisieren, anfahren und halten. Gegenüber anderen Antriebsarten bringen sie den Vorteil mit sich, dass sie hinsichtlich ihrer Außenmaße am flexibelsten gestaltbar sind. Auf diese Weise kann man auch eingeschränkten Bauraumanforderungen gerecht werden. Darüber hinaus lassen sich mit ihnen dank Optionen wie der Winkelverstellung, der Dämpfung und dem Anbringen von Sensortechnik verschiedene Anforderungen an Drehbewegungen mit hohen Drehmomenten erfüllen.
Die Konstruktion basiert auf einem mehrgängigen, gegenläufigen Steilgewinde. Dabei überträgt sich die lineare Bewegung des Kolbens über das Gewinde in eine summierte Drehung. Das bedeutet: Je länger der Linearweg des Kolbens ist, desto größer wird die Drehbewegung.
Es handelt sich also um ein sehr einfaches Antriebsprinzip. Trotzdem ist bei der Fertigung der Antriebe besondere Präzision gefragt, um die Drehantriebe nicht nur funktionstüchtig, sondern auch zuverlässig und langlebig zu machen.
Zum Einsatz kommen Drehantriebe nach dem Steilgewindeprinzip unter anderem in Bau- und Werkzeugmaschinen (zum Beispiel in Hub-Arbeitsbühnen oder in Tunnelvortriebsmaschinen) sowie im Fahrzeugbau (zum Beispiel in Müllentsorgungsfahrzeugen, Seiten- und Heckladern).
Sogenannte Zahnstangenritzelantriebe genügen auch den höchsten Ansprüchen an das Drehmoment. Sie ermöglichen große Schwenkbereiche in axialer Richtung, auch bei begrenztem Bauraum.
Genau wie beim Steilgewindeprinzip sind die zusätzlichen Optionen vielfältig. Für die Übertragung zweier gleich großer Drehmomente benötigt ein Zahnstangenritzelantrieb im Vergleich zu einem Drehflügelmotor sehr viel größere Abmessungen. Der mit einem Ritzel ausgestattete Antriebszapfen ist quer zu einem Ritzel Zahnstangenkolben angeordnet, über den die Erzeugung und Übertragung laufen. Je nach Konstruktion werden die durch diese Verzahnung entstehenden und auf den Kolbenrücken wirkenden Querkräfte hydraulisch ausgeglichen.
Als besonders geeignet erweist sich der Zahnstangenritzelantrieb für hohe Drehmomente. Antriebe, die nach diesem Prinzip funktionieren, werden beispielsweise in Zementwerken, in der Stahl- und Reifenindustrie, in Kraftwerken und in der Schiffsruderverstellung verwendet.
Schwenkzylinder lassen sich besonders einfach und hochpräzise bedienen und steuern. Trotz ihrer hohen Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit benötigen sie nur einen geringen Einbauraum. Dadurch dass es sich um in sich geschlossene Systeme handelt, ist das Innere des Drehantriebs jederzeit vor äußeren Einflüssen wie Schmutz, Staub und Feuchtigkeit geschützt.
Im Vergleich zu anderen Antriebsarten schneiden vor allem elektrische Drehantriebe gut ab. Konstruktionsbedingt sind sie – beispielsweise im Vergleich zu pneumatischen Stellantrieben – keinen Hubbegrenzungen unterworfen.
Die Vorteile von Drehantrieben im Überblick:
Drehantriebe erzielen eine hohe Zuverlässigkeit, wenn es um den Einsatz in Branchen wie dem Maschinen- und Fahrzeugbau oder die Baumaschinen-Technik geht. Auch in Kraftwerken, im On- und Offshore-Bereich und bei der Herstellung von Industrieersatzteilen werden sie regelmäßig eingesetzt.
