Was ist Selbsthemmung bei Spindelhubgetrieben und wann ist sie wichtig?

Ein fundamentales Prinzip, das mechanische Sicherheit ohne externe Energie gewährleistet.

Selbsthemmung beschreibt die Fähigkeit eines Gewindetriebs, eine axiale Last ohne externe Bremskraft sicher zu halten – selbst bei abgeschaltetem Antrieb. Die Haltewirkung entsteht rein mechanisch durch die Reibung in den Gewindeflanken. Besonders bei Trapezgewindetrieben (TR) ist dies ein zentrales Sicherheitsmerkmal, um ein unkontrolliertes Absenken bei Stromausfall oder Systemstillstand zu verhindern. In Anwendungen mit Kugelgewindetrieben (KGT) ist wegen der sehr geringen Reibung grundsätzlich keine Selbsthemmung gegeben – hier ist eine Motorbremse erforderlich.

Wie funktioniert Selbsthemmung?

Selbsthemmung tritt auf, wenn die reibungsbedingten Haltekräfte im Gewinde größer sind als die abtreibende Kraftkomponente, die aus der Last über die schiefe Ebene der Gewindeflanke wirkt. Der entscheidende Parameter ist der Steigungswinkel der Spindel:

• Kleiner Steigungswinkel (flaches Gewinde): hohe Reibanteile → selbsthemmend.
• Großer Steigungswinkel (steiles Gewinde): die abtreibende Komponente überwindet die Reibung → nicht selbsthemmend, die Last würde zurücklaufen.

(Hinweis: Die wirksame Selbsthemmung hängt zusätzlich von Reibwert, Schmierung, Temperatur und Oberflächenzustand ab.)

Statische vs. dynamische Selbsthemmung

• Statische Selbsthemmung: Das System hält eine Last aus dem Stillstand. Eine bereits laufende Bewegung wird nicht aktiv abgebremst. Typisch bei Steigungswinkeln ~2,4° bis ~4,5° (richtwertabhängig von Reibwert & Schmierung).
• Dynamische Selbsthemmung: Das System kann eine laufende Bewegung aus sich heraus abbremsen und die Last zum Stillstand bringen. Dies ist der sicherste Fall und tritt bei sehr kleinen Steigungswinkeln (< ~2,4°) auf.

Bei Steigungswinkeln > ~4,5° ist in der Regel keine Selbsthemmung mehr gegeben. KGT sind aufgrund der Rollreibung prinzipiell nicht selbsthemmend und benötigen immer eine externe Bremse zum Last-halten.

Wann ist Selbsthemmung wichtig?

Selbsthemmung ist entscheidend, wenn ein unbeabsichtigtes Absenken Menschen, Maschine oder Produkt gefährden könnte. Typische Einsatzfälle:

• Hebebühnen, Arbeitsplattformen
• Schleusentore, Absperrvorrichtungen
• Format- und Verstelleinrichtungen, die lange halten müssen
• Sicherheitskritische Hebeanwendungen (mehrpunktig, hohe Lasten)

Beachten Sie: Vibrationen oder Stöße können die statische Selbsthemmung beeinträchtigen. In hochkritischen oder dynamisch belasteten Anwendungen ist es üblich, zusätzlich zur (möglichen) Selbsthemmung eine Motorbremse bzw. Sicherheitskomponenten (z. B. Sicherheitsfangmutter, Endschalter/Encoder) redundant vorzusehen. Die fachkundige Auslegung des Sicherheitskonzepts ist Teil der Systemplanung.

ZIMM-Praxisbezug (Systembaukasten & Auslegung)

• Spindelhubgetriebe (TR) im ZIMM Systembaukasten bieten je nach Steigung eine statische/dynamische Selbsthemmung – ideal, wenn Last-halten ohne Energiezufuhr gefordert ist.
• KGT-basierte Lösungen liefern Dynamik & Effizienz, benötigen jedoch Bremse/Sicherheitskette zum Halten.
• Für mehrpunktige Hubsysteme (z. B. H-Anordnung) kombiniert ZIMM Hubgetriebe, Kegelradgetriebe, Verbindungswellen und Kupplungen zu mechanisch synchronen Gesamtsystemen – inklusive Schutzkomponenten (z. B. Faltenbalg, Sicherheitsmuttern) und Sensorik (Endschalter/Encoder).

Best Practice: Saubere Ausrichtung, korrekte Montagereihenfolge, passende Schmierung → erhöht Lebensdauer und Sicherheitsreserve.

Kurzfazit

• Setzen Sie auf Selbsthemmung (TR), wenn sicheres Halten ohne Energie im Vordergrund steht und Bewegungen selten/langsam sind.
• Setzen Sie auf KGT + Bremse, wenn hohe Präzision, Dynamik und hohe ED gefordert sind.
• Redundanz (z. B. Motorbremse, Fangmutter, Sicherheitsendschalter) ist bei kritischen Anwendungen Stand der Technik.