Kugelgewindetriebe

Was ist eine Kugelumlaufspindel?

Der Begriff Kugelgewindetrieb (auch Kugelumlaufspindel) beschreibt in der Industrie ein Bauelement, das zu den Bewegungsschrauben gehört. Dabei handelt es sich um ein Schraubgetriebe, wie es an der CNC-Werkzeugmaschine beispielsweise bei der Leitspindelführung verwendet wird. Der Kugelgewindetrieb besteht aus einer Kugelgewindespindel, einer Kugelgewinde-Mutter sowie einem Kugelrücklauf. Ziel der Einheit ist es, die Drehbewegung eines Motors, meist eines Synchron-Linearmotors, möglichst reibungsarm und effizient in eine lineare Längsbewegung zu transformieren. Wenn Sie einen Kugelgewindetrieb kaufen, achten Sie besonders auf Laufruhe, Energieeffizienz, Vibrationen und das Einlaufverhalten.

Wie funktionieren Kugelgewindetriebe?

Beim Kugelgewindetrieb entsteht beim linearen Vorschub eine Rollreibung durch die Kugelführung, keine Gleitreibung. Innerhalb der Mutter sind die Gewinde wie Laufbahnen für Kugellager geformt und mit Kugeln gefüllt. Der Gewindestab überträgt mittels der Kugeln die Kraft zwischen Schraube und Mutter. Spezielle Bohrungen an den Enden der Mutter bilden das Kugelrückführsystem. Mit einem sehr hohen Wirkungsgrad kann so die Rotationsbewegung des Motors in eine lineare Bewegung umgewandelt werden.

Wie werden Kugelumlaufspindeln gefertigt?

Damit Ihnen je nach Einsatzgebiet ein reibungsloser und vor allem möglichst präziser Bewegungsablauf gelingt, gibt es unterschiedliche Verfahren, wie Kugelumlaufspindeln (auch Kugelrollspindel) hergestellt werden. Diese Verfahren bieten individuelle Vorteile in Sachen Präzision und Kosten gegenüber anderen Varianten. Hier ein kleiner Überblick:

Gerollte, gewirbelte oder geschliffene Kugelgewinde

• Gerollte Kugelgewindespindel: Etabliert im Bereich der Lineartechnik mit enorm hohem Wirkungsgrad und hoher Energieeffizienz. Ein Rundstahl wird zwischen zwei Werkzeuge gespannt, die das Gewinde einwalzen. Für die meisten Anwendungen ist die Präzision hoch genug.
• Gewirbelte Kugelgewindespindel: Die Kugellaufbahnen werden in das gehärtete und geschliffene Spindelmaterial gewirbelt. Das Wirbeln erzeugt eine sehr hohe Qualität der Gewinde gegenüber anderen Fertigungsverfahren, und das zu einem sehr guten Preis-Leistungs-Verhältnis.
• Geschliffene Kugelgewindespindel: Für die höchste Genauigkeit sind geschliffene Kugelgewindespindeln besser geeignet als gerollte. Das Schleifverfahren ist aber deutlich kostenintensiver, die maximale Länge der Spindel kürzer.

Welche Muttern werden in Kugelgewindetrieben genutzt?

Ein elementarer Bestandteil des Kugelgewindetriebs ist die Mutter mit den Kugeln darin. Es gibt sie beispielsweise mit unterschiedlicher Kugelumlenkung und ebenso mit variablen Vorspannmethoden. 

• Flanschmutter: Die Flanschmutter ist die häufigste Mutter bei Kugelgewindetrieben. Über einen Flansch sind sie einfach montierbar und benötigen wenig Platz. Über einen Nippel am Flansch findet auch die Schmierung statt. Sie eignen sich je nach Art der Fertigung für Transport- und Positionierungsaufgaben.
• Zylindrische Mutter: Ebenfalls für enge Platzverhältnisse eignet sich die zylindrische Mutter, die für einfache Transportaufgaben eingesetzt wird. Die zylindrische Mutter wird geklemmt und durch eine Passfeder gesichert. Über eine umlaufende Rille erfolgt die Schmierung.
• Sicherheitsmutter: Die Sicherheitsmutter besteht aus einer Kugelgewinde- und einer Sicherheitseinheit. Sie funktioniert wie eine Kugelgewindemutter, kann aber nicht bei Verschleiß und Kugelbruch nicht durchbrechen, weil eine Sicherheitseinheit das Axialspiel bei Beschädigungen kontrolliert.

Welche Vorteile haben Kugelgewindetriebe?

Kugelgewindetriebe bestechen durch ihren mechanischen Wirkungsgrad. Dazu zählt die geringe Reibung, mit der die Kugelrollspindel die Rotation des Motors überträgt. Diese hat einen verminderten Verschleiß und damit eine verlängerte Lebensdauer zur Folge. Hinzu kommen weitere Vorzüge wie eine reduzierte Wärmebildung durch Reibungswiderstand. Somit ist ein geringerer Energieaufwand notwendig. Ebenso verhindert der Kugelgewindetrieb den unerwünschten Haftgleiteffekt (Stick-Slip-Effekt), der den Verschleiß erhöht und zu Materialermüdung führen kann. Ein weiterer großer Vorteil ist die Spielfreiheit bei Bewegungsumkehr.

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