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MODUL 6 VON 8

Linearantrieb: Kugelgewindetrieb, Spindelhub, Aktuator

5 Einheiten · ca. 37 Minuten gesamt · Schritt 1 von 8

Einstieg

In diesem Modul geht es um Linearantriebe: Wie ein Kugelgewindetrieb eine Drehbewegung in eine Linearbewegung umwandelt, wie seine Knicklast und kritische Drehzahl von Kerndurchmesser, Lagerabstand und Lagerungsart abhängen, wie ein Spindelhubgetriebe daraus eine komplette Hubeinheit macht – und wann stattdessen ein Linearaktuator die wirtschaftlichere Wahl ist.

Rechenaufgaben zu Antriebsmoment und Hubgeschwindigkeit, eine Übung mit dem Spindelhub-Konfigurator, Karteikarten und eine Fallstudie machen die Theorie konkret; ein Selbsttest am Ende zeigt, ob der Stoff sitzt.

Lernziele – nach diesem Modul können Sie:

  • das Antriebsmoment eines Kugelgewindetriebs sowie eines Spindelhubgetriebes berechnen;
  • Knicklast und kritische Drehzahl einer Spindel für eine gegebene Lagerung berechnen und die zulässige Betriebslast/-drehzahl bestimmen;
  • Kugelgewindetrieb und Trapezgewindespindel hinsichtlich Wirkungsgrad und Selbsthemmung unterscheiden;
  • die vier Bauarten von Linearaktuatoren unterscheiden und einer Anwendung zuordnen;
  • für eine gegebene Anwendung begründet zwischen Linearaktuator und Spindelhubgetriebe auswählen.

Lerneinheiten

Fünf kurze Lerneinheiten (6–8 Minuten) mit Lernzielen, Beispiel und Wissenscheck – eigenständige Lerninhalte dieses Moduls, unabhängig von den Ratgebern der Website gepflegt. Der Fortschritt bleibt lokal in diesem Browser gespeichert.

0 von 5 Einheiten

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Rechner-Aufgabe 1: Antriebsmoment Kugelgewindetrieb

Ein Kugelgewindetrieb überträgt eine Axialkraft F = 8.000 N bei einer Steigung Ph = 10 mm und einem Wirkungsgrad η = 0,85.

Berechnen Sie das Antriebsmoment M.

Zum Nachrechnen: Kugelgewindetrieb-Rechner (öffnet in neuem Tab)

Rechner-Aufgabe 2: Spindelhub-Auslegung

Ein Spindelhubgetriebe hat die Spindelsteigung Ph = 8 mm und die Getriebeübersetzung i = 15. Die Antriebsdrehzahl beträgt n = 900 min⁻¹.

Berechnen Sie die Hubgeschwindigkeit v.

Zum Nachrechnen: Spindelhub-Auslegung (öffnet in neuem Tab)

Auswahlübung: Baugröße finden

Der Spindelhub-Konfigurator auf der TEA-Produktseite Spindelhubelemente führt in wenigen Schritten von der Hubkraft zur Baugröße.

Aufgabe

Finden Sie im Konfigurator die Baugröße für 25 kN Hubkraft und 300 mm Hub.

Zum Spindelhub-Konfigurator (öffnet in neuem Tab)

Karteikarten: Lineartechnik-Begriffe

Acht Fachbegriffe aus dem Glossar – auf die Karte klicken (oder Enter/Leertaste drücken), um die Definition zu sehen.

Karteikarten

Antippen, um die Definition zu sehen.

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Kugelgewindetrieb
Präzisions-Linearbewegungselement mit kugelgelagerter Spindel, das Rotationsbewegung in Linearbewegung umwandelt – mit Wirkungsgraden von über 90 % deutlich effizienter als konventionelle Gleitschrauben. Quelle: Glossar „Kugelgewindetrieb"
Spindelsteigung
Die Spindelsteigung (auch Steigung oder Pitch) gibt an, wie weit sich die Spindelmutter oder der Schlitten bei einer vollständigen Umdrehung (360°) der Spindel linear bewegt – sie ist das zentrale Auslegungsparameter für Kraft, Geschwindigkeit und Präzision von Linearaktuatoren. Quelle: Glossar „Spindelsteigung"
Axialspiel
Mechanisches Spiel in axialer Richtung eines Lagers oder einer Führung – der Betrag, um den sich ein Bauteil in Richtung der Wellenachse verschieben lässt, ohne dass eine nennenswerte Kraft erforderlich ist. Quelle: Glossar „Axialspiel"
Selbsthemmung
Eigenschaft eines Getriebes oder Schraubengetriebes, bei der eine auf die Abtriebsseite wirkende Last das Getriebe nicht rückwärts antreiben kann – ein wesentliches Sicherheitsmerkmal in Hebezeug- und Stellantrieben. Quelle: Glossar „Selbsthemmung"
Linearführung
Führungssystem für geradlinige Bewegungen – erhältlich in Profilschienen-, Runden- oder Teleskopbauform und eingesetzt überall dort, wo präzise, spielarme Linearbewegungen gefordert sind. Quelle: Glossar „Linearführung"
Dynamische Tragzahl
Die dynamische Tragzahl C ist die Last, bei der eine Führungs- oder Lagerserie eine definierte nominelle Lebensdauer (typisch 100 km Laufweg) erreicht. Sie ist die Schlüsselgröße der L10-Lebensdauerberechnung: Je höher C, desto länger die Lebensdauer bei gegebener Betriebslast. Quelle: Glossar „Dynamische Tragzahl"
Lebensdauer L10
Die Lebensdauer L10 ist die nominelle Lebensdauer (in km Laufweg), die mindestens 90 % aller Führungen einer Serie ohne Materialermüdung erreichen. Sie verknüpft die dynamische Tragzahl C mit der äquivalenten Betriebslast P und ist die Standardgröße für die Lebensdauerauslegung von Linearführungen und Wälzlagern. Quelle: Glossar „Lebensdauer L10"
Spielfreiheit
Zustand ohne messbares mechanisches Spiel in einem Antriebselement oder einer Führung – die grundlegende Voraussetzung für hochpräzise Positionierung, minimale Umkehrfehler und maximale Steifigkeit. Quelle: Glossar „Spielfreiheit"

Fallstudie: Hubtisch 2 t, 500 mm Hub

Ein Kunde aus der Intralogistik plant einen Hubtisch für Paletten bis 2 t Traglast und 500 mm Hub. Damit die Plattform beim Heben nicht verkantet, wird sie an vier Ecken gleichzeitig angehoben. Der Konstrukteur hat zwei Varianten in der engeren Wahl: vier einzelne Linearaktuatoren, jeweils elektronisch über die Steuerung synchronisiert, oder vier Spindelhubgetriebe, die über Gelenkwellen von einem gemeinsamen Motor mechanisch angetrieben werden. Er fragt bei TEA an, welche Lösung technisch die passendere ist.

Leitfragen

  1. Reicht die Hubkraft eines einzelnen Linearaktuators (bis ca. 100 kN) für ein Viertel der 2-t-Last an einem von vier Hubpunkten?
  2. Welches der beiden Systeme lässt sich laut Lerneinheit mechanisch synchronisieren, welches nur elektronisch?
  3. Warum ist das für einen vierpunktig gehobenen Hubtisch relevant?
Musterlösung anzeigen

1. Ja, deutlich: Bei vier Hubpunkten trägt jede Ecke rechnerisch nur etwa ein Viertel von 2 t (rund 5 kN je Ecke) – das liegt weit innerhalb der Kapazität sowohl eines Linearaktuators (bis ca. 100 kN) als auch eines Spindelhubgetriebes. Die reine Hubkraft entscheidet den Fall also nicht.

2. Nur das Spindelhubgetriebe lässt sich laut Lerneinheit über Gelenkwellen oder Synchronriementriebe mechanisch koppeln. Linearaktuatoren sind laut Vergleichstabelle nur elektronisch synchronisierbar – das gilt dort ausdrücklich als „schwieriger".

3. Ein Hubtisch mit vier Hebepunkten muss exakt gleich hoch fahren, sonst verkantet die Plattform. Der Ratgeber nennt die mechanische Wellenkopplung ausdrücklich als robuste Lösung für „synchronisierte Mehrachsen-Hübe" wie bei Druckmaschinen und automatisierten Lagersystemen. Für diesen Anwendungsfall ist das Spindelhubgetriebe mit mechanischer Synchronisation daher die im Ratgeber begründete Wahl – auch wenn die Hubkraft allein für beide Systeme ausreichen würde.

Fachliche Grundlage ausschließlich: Linearaktuator vs. Spindelhubgetriebe (öffnet in neuem Tab)

Selbsttest

10 Fragen zu diesem Modul – sofortige Rückmeldung mit Erklärung und Quellenlink. Ab 7 von 10 Punkten gilt das Modul als abgeschlossen.

Selbsttest

10 Fragen zu diesem Modul. Sie sehen nach jeder Antwort direkt, ob sie richtig war.

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Sie geben vor jeder Antwort an, wie sicher Sie sich fühlen. Das hilft, Wissenslücken von Unsicherheit zu unterscheiden. Ohne Einfluss auf die Punktzahl.

Frage 1 von 10

Frage 1 von 10

Aus welchen drei Hauptbauteilen besteht ein Kugelgewindetrieb laut Lerneinheit?

Erklärung

Ein Kugelgewindetrieb besteht aus der Spindel (geschliffene oder gerollte Rille nach ISO 3408), der Mutter mit Kugelrückführung (Umlenkung), die die Last trägt und die Kugeln endlos an den Anfang zurückführt, und den dazwischen abrollenden Kugeln. Ein Käfig, der die Kugeln auf Abstand hält, ist bei Standardmuttern nicht üblich.

Quelle: Kugelgewindetrieb: Auswahl und Auslegung →
Frage 2 von 10

Welche Formel berechnet das Antriebsmoment M eines Kugelgewindetriebs aus Axialkraft F, Steigung Ph und Wirkungsgrad η?

Erklärung

M = F · Ph / (2000 · π · η) – dieselbe Formel, die auch der Kugelgewindetrieb-Rechner verwendet (F in N, Ph in mm, η als Dezimalwert).

Quelle: Kugelgewindetrieb-Rechner →
Frage 3 von 10

Von welcher Potenz des Kerndurchmessers d_r hängt das Flächenträgheitsmoment I einer Spindel ab?

Erklärung

I = π · d_r⁴ / 64 – das Flächenträgheitsmoment wächst mit der vierten Potenz des Kerndurchmessers. Das macht den Kerndurchmesser zum wirksamsten Hebel gegen Knicken und Biegeresonanz.

Quelle: Kugelgewindetrieb: Auswahl und Auslegung →
Frage 4 von 10

Die Betriebsdrehzahl einer Kugelgewindespindel soll höchstens wie viel Prozent der kritischen Drehzahl n_krit betragen?

Erklärung

n_zul = 0,8 · n_krit – als zulässige Betriebsdrehzahl gelten 80 % der kritischen (Biegeresonanz-)Drehzahl.

Quelle: Kugelgewindetrieb: Auswahl und Auslegung →
Frage 5 von 10

Welche Wirkungsgrad-Spanne ist für eine Trapezspindel (DIN 103) in einem Spindelhubgetriebe typisch?

Erklärung

Trapezspindeln erreichen 0,30–0,50 Wirkungsgrad (Gleitreibung) – deutlich weniger als Kugelgewindespindeln mit 0,90–0,98, dafür sind sie bei kleinem Steigungswinkel selbsthemmend.

Quelle: Spindelhubgetriebe richtig auslegen →
Frage 6 von 10

Was unterscheidet die „stehende Spindel" von der „rotierenden Spindel" (Laufmutterausführung) bei einem Spindelhubgetriebe?

Erklärung

Bei der stehenden (nicht rotierenden) Spindel sitzt die Spindelmutter als Schneckenrad im Getriebe; die gegen Verdrehen gesicherte Spindel fährt axial aus. Bei der rotierenden Spindel dreht die axial festgelegte Spindel, und eine Laufmutter wandert an ihr entlang – die Einbauhöhe bleibt konstant. Die Nennhubkraft hängt von Spindel und Getriebegröße ab; bei Druckbelastung kann aber die Knicklast der Spindel die zulässige Hubkraft begrenzen, und die hängt über freie Spindellänge und Lagerung auch von der Bauform ab.

Quelle: Spindelhubgetriebe richtig auslegen →
Frage 7 von 10

Welche Linearaktuator-Bauart eignet sich für Hübe von 500 bis 3.000 mm?

Erklärung

Die offene Spindel ist für lange Hübe (500–3.000 mm) ausgelegt; die Schubstange wird ab etwa 500 mm unwirtschaftlich, die Teleskop-Variante zielt auf extreme Kompaktheit bei mittlerem Hub.

Quelle: Linearaktuatoren: Bauarten im Überblick →
Frage 8 von 10

Welche Aussagen sind richtig? (Mehrfachauswahl)

Erklärung

Spindelhubgetriebe koppeln mechanisch über Wellen/Riemen (A) und sind ab ca. 150 kN wirtschaftlicher (C). Tatsächlich erreichen Spindelhubgetriebe die höheren Hubkräfte, nicht Linearaktuatoren (B falsch), und Kugelgewindespindeln sind wegen ihres hohen Wirkungsgrads gerade nicht selbsthemmend (D falsch).

Quelle: Linearaktuator vs. Spindelhubgetriebe →
Frage 9 von 10

Ein Kugelgewindetrieb überträgt F = 5.000 N bei Ph = 5 mm und η = 0,92. Wie groß ist das Antriebsmoment M in Nm?

Nm
Erklärung

M = F · Ph / (2000 · π · η) = 5.000 · 5 / (2000 · π · 0,92) ≈ 4,32 Nm.

Quelle: Kugelgewindetrieb-Rechner →
Frage 10 von 10

Ein Spindelhubgetriebe hat n = 1.500 min⁻¹, Ph = 4 mm und i = 25. Wie groß ist die Hubgeschwindigkeit v in mm/s?

mm/s
Erklärung

v = n · Ph / (i · 60) = 1.500 · 4 / (25 · 60) = 4,0 mm/s.

Quelle: Spindelhub-Auslegung →

Vertiefung (optional)

Die vier tragenden Ratgeber-Artikel dieses Moduls, falls Sie tiefer einsteigen möchten. Für die Lerneinheiten und den Selbsttest dieses Moduls ist das Lesen nicht erforderlich.

Curriculum v0.1 (Beta) · Stand 17.09.2026 · Inhalte sorgfältig erstellt und geprüft – finale Abnahme folgt

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