Kugeldrehverbindungen

Eine Kugeldrehverbindung (auch Kugeldrehkranz, Kugeldrehkranzlager, Ball Slewing Ring) verbindet zwei Baugruppen mit einer 360-Grad-Drehbewegung. Zwischen den Innen- und Außenringen laufen gehärtete Kugelreihen (ein- oder zweireihig), die Axial-, Radial- und Kippmomente übertragen.

CAMM-Kugeldrehverbindungen sind in einreihiger (1R), zweireihiger (2R) und massiver (M-Serie) Ausführung verfügbar. Zusätzlich können unsere Kugeldrehverbindungen mit Innenverzahnung, Außenverzahnung oder unverzahnt ausgeführt werden, wenn der Antrieb separat über Ritzel, Zahnkranz oder externe Konstruktion erfolgt.

Kugeldrehverbindungen werden in industriellen Anwendungen eingesetzt, in denen große oder schwere Baugruppen präzise gedreht, geschwenkt oder positioniert werden müssen.

Typische Einsatzbereiche für die Kugeldrehverbindungen sind Kranbau, Baumaschinen, Forstmaschinen, Robotik, Materialhandling, Offshore-Anlagen, Windkraft, Förderanlagen, Agrartechnik und automatisierte Fertigungssysteme.

In der Automatisierungstechnik, bei industriellen Drehtischen und in Positioniersystemen ermöglichen Kugel-Drehverbindungen eine belastbare Rotationsbewegung mit hoher Wiederholgenauigkeit. Bei Kranen, Baggern, Arbeitsbühnen und Plattformen stehen Tragfähigkeit, Momentenstabilität und Betriebssicherheit unter wechselnden Lasten im Vordergrund.

CAMM fertigt Kugeldrehverbindungen in unterschiedlichen Serien - mit Innenverzahnung (I-Serie), mit Außenverzahnung (E-Serie) oder ohne Zahnkranz (S-Serie). Damit lassen sich Konstruktionen realisieren, bei denen Antriebskonzept, Bauraum, Lastprofil und Anschlussgeometrie präzise aufeinander abgestimmt werden müssen. Unser Engineering berücksichtigt dabei nicht nur den verfügbaren Einbauraum, sondern auch Drehmoment, Kippmoment, axiale und radiale Belastung sowie die geforderte Lebensdauer.

Innenverzahnte Kugeldrehverbindungen sind besonders geeignet, wenn die Verzahnung geschützt im Bauraum liegen soll. Außenverzahnte Kugeldrehverbindungen ermöglichen den direkten Eingriff eines außenliegenden Ritzels und eignen sich für Antriebslösungen mit gut zugänglicher Kraftübertragung. Unverzahnte Kugeldrehverbindungen kommen zum Einsatz, wenn der Drehantrieb separat über externe Komponenten, Reibsysteme oder konstruktive Sonderlösungen umgesetzt wird.

Neben der Verzahnungsart wird auch nach dem Lageraufbau unterschieden. Einreihige Kugeldrehverbindungen eignen sich für kompakte Anwendungen mit ausgewogenem Lastprofil. Zweireihige Kugeldrehverbindungen erhöhen die Tragfähigkeit bei stärkeren Momenten und anspruchsvolleren Lastkollektiven. Dreireihige Kugeldrehverbindungen werden dort eingesetzt, wo besonders hohe Lasten, große Durchmesser und eine hohe Momentenstabilität gefordert sind.

Unsere Experten wählen die passende Bauform auf Basis von Einbauraum, Lastkollektiv, Drehmoment, Kippmoment, Anschlusskonstruktion und Einsatzbedingungen aus. Der verfügbare Durchmesserbereich reicht von 100 mm bis 5000 mm (größer auf Anfrage).So entstehen Kugeldrehverbindungen, die konstruktiv zur Anwendung passen und im Betrieb eine belastbare, präzise Rotationsbewegung ermöglichen.

Typische technische Parameter von Kugeldrehverbindungen sind Außendurchmesser, Innendurchmesser, Bauhöhe, Lochkreis, Befestigungsbohrungen, Zahnmodul, Zahnzahl, Kugeldurchmesser, Kugelreihe, Gewicht, Werkstoff, Laufbahnhärte, Dichtungssystem, Schmierkonzept und zulässige Belastungswerte. Für die technische Auslegung bewertet unser Engineering vor allem axiale Belastung, radiale Belastung, Kippmoment, statische Tragfähigkeit, dynamische Tragfähigkeit und die Anschlusskonstruktion der Maschine.

Zu den relevanten Betriebsdaten gehören Betriebstemperatur, Drehgeschwindigkeit, lineare Umfangsgeschwindigkeit, Einschaltdauer, Lastwechsel, Umgebungseinflüsse und Schmierintervalle. Typische Richtwerte können beispielsweise bei -20 °C bis +60 °C, einer Drehgeschwindigkeit von ≤ 1 U/min und einer linearen Umfangsgeschwindigkeit von ≤ 2 m/s liegen. Die Nachschmierung erfolgt je nach Belastung und Umgebung häufig in Intervallen von 100 bis 300 Bh; eine Zentralschmierung ist bei geeigneter Konstruktion möglich.

Je nach Baugröße und Anwendung können Kugeldrehverbindungen aus 42CrMo4, C45 oder 50Mn eingesetzt werden. Bei Feuchtigkeit, Außenaufstellung, Offshore-Einsatz oder stark belasteten Industrieumgebungen prüfen unsere Experten zusätzlich Korrosionsschutz, Dichtungsausführung, Schmierstoffbeständigkeit und gegebenenfalls korrosionsbeständige Werkstoffe oder Edelstahl-Lösungen. So werden Kugeldrehverbindungen nicht nur nach Abmessung ausgewählt, sondern passend zu Lastprofil, Lebensdauer, Wartungszugang und realen Einsatzbedingungen dimensioniert.

Die Montage von Kugeldrehverbindungen erfordert steife, saubere, ebene und zueinander parallele Anschlussflächen, damit Innenring und Außenring spannungsfrei aufliegen. Bereits geringe Abweichungen in der Ebenheit können zu ungleichmäßiger Lastverteilung, erhöhtem Laufwiderstand, Geräuschentwicklung, Dichtungsschäden oder verkürzter Lebensdauer führen. Als technischer Richtwert kann beispielsweise eine Ebenheitsabweichung von ＜0,25 mm bei Ø 2.000 mm angesetzt werden, sofern die konkrete Auslegung dies bestätigt.

Vor dem Einbau prüfen unsere Techniker Montageflächen, Zentrierungen, Bohrbilder, Auflagebereiche und die Lage der Schmierstellen. Die Kugeldrehverbindung darf beim Verschrauben nicht durch Verzug der Anschlusskonstruktion verspannt werden. Besonders bei Kugeldrehverbindungen für Drehtische, Arbeitsbühnen, Krane, Bagger oder Baumaschinen ist die steife Anbindung wichtig, weil Kippmoment, axiale Belastung und radiale Belastung sicher in die Tragstruktur eingeleitet werden müssen.

Für die Befestigung werden in der Regel hochfeste Schrauben mit Festigkeitsklasse ≥ 10.9, definierte Anziehdrehmomente und ein gleichmäßiger Anzug in Kreuzfolge verwendet. Eine geeignete Schraubensicherung nach DIN 25201 sowie ein ausreichender Gewindeeingriff von ≥ 1,5 × d unterstützen die dauerhafte Verbindungssicherheit.

Die Wartung von Kugeldrehverbindungen umfasst die regelmäßige Kontrolle von Schmierstellen, Dichtungen, Befestigungsschrauben, Laufverhalten, Geräuschentwicklung und möglichem Lagerspiel. Vor dem Nachschmieren sollten Schmiernippel und angrenzende Bereiche gründlich gereinigt werden, damit keine Partikel in die Laufbahn gelangen. Anschließend wird die Kugeldrehverbindung langsam gedreht, bis sich der Schmierstoff gleichmäßig verteilt und altes Fett an den Dichtbereichen austritt.

Die Schmierintervalle richten sich nach Belastung, Drehbewegung, Umgebungstemperatur, Feuchtigkeit, Staubbelastung und Betriebsdauer.
Bei Kugeldrehverbindungen für Baumaschinen, Offshore-Anlagen, Fördertechnik oder Windenergieanlagen sind kürzere Prüf- und Schmierintervalle sinnvoll, weil Schmutz, Vibrationen und wechselnde Lasten den Verschleiß beschleunigen können.

Zusätzlich sollten Schraubverbindungen regelmäßig auf festen Sitz geprüft und bei Bedarf nach Herstellervorgabe nachgezogen werden. Dichtungen sind auf Risse, Verformungen oder Undichtigkeiten zu kontrollieren und bei Beschädigung zu ersetzen. Der eingesetzte Schmierstoff muss zur Belastung, Temperatur und Umgebung passen; maßgeblich sind die jeweiligen Herstellerangaben, etwa bei Hochtemperaturfetten bis +230 °C.

Die Tragfähigkeit einer Kugeldrehverbindung ergibt sich aus axialen, radialen und kippenden Kräften. Dabei reicht es nicht aus, nur die maximale Einzellast zu betrachten. Relevant sind auch Lastrichtung, Lastwechsel, Drehbewegung, Schwerpunktlage der angebauten Baugruppe, Einschaltdauer und die Steifigkeit der Anschlusskonstruktion.

Unser Engineering bewertet für die Auslegung unter anderem statische Tragfähigkeit, dynamische Tragfähigkeit, Laufbahnpressung, Schraubenbelastung, Zahnkräfte und Strukturverformung. Bei verzahnten Ausführungen von Kugeldrehverbindungen fließen zusätzlich Innenverzahnung oder Außenverzahnung, Zahnmodul, Drehmomentübertragung und mögliche Kraftspitzen im Zahnkranz in die Berechnung ein.

CAMM nutzt FEA-Simulation und spezifische Werkstoffkennwerte, um Belastung, Zahnkräfte und Strukturverformung exakt zu bestimmen. So wird die Kugeldrehverbindung nicht nur nach Baugröße ausgewählt, sondern passend zu Lastprofil, Kippmoment, Betriebsdauer und realer Einbausituation dimensioniert.

Kugeldrehverbindungen sind je nach Serie mit Innenverzahnung, mit Außenverzahnung oder ohne Verzahnung (glatte Ringe für externen Antrieb) erhältlich.

Bei innenverzahnten Kugeldrehverbindungen liegt der Zahnkranz geschützt im Inneren der Lagerbaugruppe. Diese Bauform ist vorteilhaft, wenn der äußere Bauraum frei bleiben soll oder die Verzahnung weniger stark Staub, Schmutz und mechanischen Einflüssen ausgesetzt sein darf.

Außenverzahnte Kugeldrehverbindungen ermöglichen den direkten Eingriff eines außenliegenden Ritzels. Dadurch lassen sich Antrieb, Wartung und Zugänglichkeit häufig einfacher umsetzen. Je nach Serie können Verzahnungen beispielsweise mit Zahnmodul 4 bis 10 ausgeführt werden. Für die technische Auswahl bewertet unser Engineering unter anderem Zahnzahl, Lochkreis, Masse, Drehmomentübertragung, Zahnkräfte und die Einbindung in die Anschlusskonstruktion.

Alle Tabellen enthalten Zahnzahl, Lochkreise und Massen.

Unverzahnte Kugeldrehverbindungen werden eingesetzt, wenn die Drehbewegung über externe Antriebe, Reibsysteme, separate Zahnkränze oder konstruktive Sonderlösungen erzeugt wird.

Je nach Lastprofil und Präzisionsanforderung kommen Vierpunkt-Kugeldrehverbindungen, Doppel-Vierpunkt-Kugeldrehverbindungen, einreihige, zweireihige oder dreireihige Kugeldrehverbindungen infrage.

Werkstoff, Wärmebehandlung und Oberflächenausführung haben direkten Einfluss auf Tragfähigkeit, Verschleißverhalten und Lebensdauer einer Kugeldrehverbindung. Für hohe Belastungen werden häufig vergütbare oder härtbare Stähle eingesetzt, etwa Kugeldrehverbindungen aus 42CrMo4, C45 oder 50Mn. Wichtig ist, dass Laufbahn, Kugelreihe und Anschlussbereiche auf die geforderte statische und dynamische Tragfähigkeit abgestimmt sind.

Bei Feuchtigkeit, Außenaufstellung, aggressiver Atmosphäre oder Offshore-Einsatz sind Kugeldrehverbindungen mit Korrosionsschutz erforderlich. Je nach Anwendung kommen Beschichtungen, angepasste Dichtungssysteme, korrosionsbeständige Oberflächen oder Edelstahl-Komponenten infrage. Dadurch lassen sich Laufbahnschäden, erhöhtes Reibmoment und vorzeitiger Verschleiß deutlich reduzieren.