Kugelgewindetriebe

Andreas Mühlbauer,

Produktentwicklung nach Kunden-Anforderung

Das Unternehmen August Steinmeyer hat sich auf die Entwicklung und Fertigung hochgenauer Kugelgewindetriebe spezialisiert und bietet ein breites Lösungsspektrum für verschiedenste Branchen und Anwendungen.  

Für Positionier- und Vorschubaufgaben in Werkzeugmaschinen fertigt Steinmeyer Präzisions-Kugelgewindetriebe in den Größenbereichen Ø 20 bis über Ø 100 mm. © Kadmy - Fotolia.com

August Steinmeyer stellt seit mehr als 50 Jahren in Albstadt Kugelgewindetriebe her. Aufgrund langjähriger Erfahrungen, der Verarbeitung hochwertiger Materialien und modernsten Fertigungstechnologien kann das Unternehmen ein breites Produktspektrum auf höchstem Qualitätsniveau anbieten: von Schwerlast-Kugelgewindetrieben, die beispielsweise in Spritzgussmaschinen oder Pressen zum Einsatz kommen über Miniatur-Kugelgewindetriebe für die Optische Industrie bis hin zu Präzisions-Kugelgewindetrieben für den Werkzeugmaschinenbau.

„Der Werkzeug- und Sondermaschinenbau ist unsere Schlüsselbranche“, sagt Jens-Uwe Gühring, Vertriebsleiter bei Steinmeyer. „Unsere Kugelgewindetriebe kommen unter anderem in Bearbeitungszentren, Drehmaschinen, Fräsmaschinen oder Schleifmaschinen zum Einsatz.“ Zur Umsetzung von Positionier- und Vorschubaufgaben bietet das Unternehmen Präzisions-Kugelgewindetriebe in den Größenbereichen von unter 20 bis über 100 mm Durchmesser an. Sie gewährleisten eine spielfreie und dynamische Umsetzung von Dreh- in Längsbewegungen und erfüllen gleichzeitig hohe Anforderungen an Steifigkeit und Lebensdauer.

Anzeige

Um Maschinenausfälle beziehungsweise Reparatur- und Wartungskosten zu minimieren, sind die Anforderungen an die verbauten Komponenten hinsichtlich Zuverlässigkeit und Belastbarkeit besonders hoch. Darüber hinaus müssen sie je nach Applikation individuelleAnforderungen erfüllen. So geht es bei einigen Anwendungen um eine besonders hohe Qualität und Präzision, bei anderen Einsätzen um Robustheit, enge Bauräume oder die besondere Wirtschaftlichkeit der Komponenten.

Kugelgewindetriebe von Steinmeyer werden mit den neuesten Fertigungstechnologien produziert. Sie zeichnen sich durch höchste Qualität und Präzision aus. © August Steinmeyer

Positionier- und Transportkugelgewindetriebe

Steinmeyer bietet zwei verschiedene Arten von Kugelgewindetrieben für den Werkzeug- und Sondermaschinenbau an: Zum einen Positionier-Kugelgewindetriebe, die üblicherweise für Positionieraufgaben oder Applikationen mit erhöhtem Anspruch an die Laufeigenschaften, zum Beispiel in der Werkzeugmaschine eingesetzt werden. Diese werden in der Regel mit geschliffenem Spindelgewinde ausgeführt.

Zum anderen stellt das Unternehmen Transport-Kugelgewindetriebe her, die typischerweise in Handling-Achsen oder Zuführsystemen Verwendung finden und mit einem gerollten oder auch gewirbelten Spindelgewinde ausgeführt sind. Durch ihren effizienten Herstellungsprozess überzeugen sie vor allem durch ihr günstiges Preis-Leistungsverhältnis bei gleichzeitig hoher Präzision. Nach DIN werden die Toleranzklassen für Positionier-Kugelgewindetriebe mit P (1-5) bezeichnet, während die Transport-Kugelgewindetriebe die Bezeichnung T (7-10) tragen.

Zeichnung und Machbarkeitsprüfung

Bei der Produktentwicklung erörtern die Spezialisten von Steinmeyer gemeinsam mit dem Kunden, welche Kriterien für die jeweilige Anwendung erfüllt werden müssen. Das Unternehmen liefert Kugelgewindetriebe für den Maschinenbau überwiegend mit Spindelwelle nach Kundenzeichnung. Diese wird benötigt, um ein detailliertes Angebot zu erstellen. Für eine Preis- und Lieferzeitauskunft reicht in der Regel auch eine Skizze aus. „Wir benötigen eine Zeichnung oder Skizze, damit wir die Machbarbarkeit der jeweiligen Anfrage prüfen können“, erklärt Gühring. „Wir sehen uns die geometrischen Daten und Belastbarkeitsangaben für die Applikation an und prüfen anhand der Zeichnung, ob sie den allgemein gültigen Normen entspricht, ob sie fertigungstechnisch umsetzbar ist oder gegebenenfalls noch Optimierungsbedarf, beispielsweise durch eine andere Muttervorspannung oder verbesserte Abdichtung, bei der Auslegung besteht, um Kosten und Aufwand zu sparen.“

Für die Zusammensetzung der Kugelgewindetriebe verfügt Steinmeyer über ein komplettes Baukastensystem mit Komponenten, die nach Bedarf kombiniert werden können. Dazu zählen verschiedene Mutterntypen für Präzisions-Kugelgewindetriebe mit Spindel-Nenndurchmessern von 16 bis 125 mm in den Toleranzklassen P1 bis P5 mit Anschlussmaßen nach DIN 69051 beziehungsweise ISO 3408. Der Kunde kann bei allen Größen verschiedene Belastbarkeiten durch unterschiedliche Tragzahlen aufgrund der unterschiedlichen Anzahl der Umläufe wählen.

Die Auswahl von Mutter, Kugeldurchmesser, Umlenkung, Abstreifer und Schmierung liegt in der Verantwortung des Herstellers, wobei vor allem individuelle Anforderungen bezüglich Qualität, Lebensdauer, Belastbarkeit und Zuverlässigkeit erfüllt werden müssen. „Bei Faktoren wie Steigung, Nenndurchmesser, Spindellänge, Lagerung, Einbaulage und Zapfenausführung richten wir uns nach Kundenvorgaben“, berichtet Gühring. „Um eine möglichst hohe Qualität unserer Kugelgewindetriebe zu gewährleisten, prüfen wir außerdem die Mutternsteifigkeit und erforderlichen Tragzahlen.“

Verschiedene Muttern für verschiedene Ansprüche

Für Präzisions-Kugelgewindetriebe bietet Steinmeyer Kugelgewinde-Muttern als Einzelmutter mit 4-Punkt-Kontakt, Doppelmutter mit 2-Punkt-Kontakt oder in ETA+-Ausführung an.

Einzelmutter mit 4-Punkt-Kontakt

Einzelmuttern sind einteilige Muttern, die keinerlei Steigungssprung oder Versatz ihres Innengewindes haben. Sie werden ausschließlich über Kugelübermaß vorgespannt. Durch die vier Kontaktpunkte wird auch die Kugelkinematik beeinflusst, sodass die Einzelmutter mit Vorspannung immer einen etwas schlechteren Wirkungsgrad hat, als eine Mutter mit Zweipunktkontakt. Einzelmuttern reagieren auch etwas stärker auf Fertigungstoleranzen, so dass sehr lange Spindeln normalerweise nicht mit vorgespannten Einzelmuttern ausgestattet werden. Von Vorteil sind Kompaktheit, Wirtschaftlichkeit und dass bei Kraftspitzen keine Kugeln entlastet werden. Einzelmuttern kommen vor allem bei Anwendungen mit kleinem Bauraum und weniger hohem Qualitätsanspruch zum Einsatz wie beispielsweise einfachen Zuführachsen.

Doppelmutter mit 2-Punkt-Kontakt

Die zweiteilige Doppelmutter wird bei Steinmeyer nicht mit dem sonst üblichen Zwischenring vorgespannt, sondern über die patentierte Unilock-Verbindung. Häufig eingesetzt wird diese Ausführung zum Beispiel in Schleifmaschinen.Sie ist dadurch praktisch so kompakt und steif wie eine einteilige Mutter. Darüber hinaus sichert die Unilock-Verbindung auch eine stabile Verbindung der beiden Mutternhälften und macht die Doppelmutter sehr robust. Die Verbindung der beiden Mutternhälften ist auch flüssigkeitsdicht, sodass kein Schmiermittel verloren geht. Von Vorteil sind zudem der gute Wirkungsgrad und die hohe Steifigkeit durch den Zweipunktkontakt, die vergleichsweise einfachere Fertigung gerade bei sehr langen Muttern bzw. bei großem Steigungswinkel und die leichte, stufenlose Einstellbarkeit der Vorspannung ohne Kugelwechsel. Gegenüber der Einzelmutter ist die Bauform allerdings größer und die Kosten liegen etwas höher.

Die Königsklasse ETA+

Wenn eine besonders hohe Qualität und Zuverlässigkeit gefragt ist, empfiehlt Steinmeyer die ETA+-Muttertechnik. Diese Mutterausführung wurde bereits vor mehreren Jahren von Steinmeyer entwickelt und ist auch heute noch einzigartig. Sie zeichnet sich durch einen deutlich verbesserten Wirkungsgrad, eine verringerte Reibung und Geräuschentwicklung sowie eine erhöhte Steifigkeit aus. Ein ETA+-Kugelgewindetrieb erreicht so eine deutlich bessere Dynamik gegenüber konventionellen Doppelmuttern und auch die Positioniergenauigkeit einer Vorschubachse kann gesteigert werden. Somit trägt die ETA+-Technik zu einer wesentlichen längeren Lebensdauer eines Kugelgewindetriebs bei. Häufig eingesetzt wird diese Ausführung unter anderem in hochdynamischen Bearbeitungszentren.

Mutternvorspannung

Kugelgewindetrieb-Muttern werden vorgespannt, um vor allem höhere Positioniergenauigkeiten, eine bessere Steifigkeit und größere Verfahrgeschwindigkeiten bei Vorschubachsen zu erreichen. Nur so sind bei Werkzeugmaschinen Bearbeitungen möglich, die die erforderlichen Genauigkeiten, Spantiefen usw. bei minimalen Nebenzeiten (beispielsweise für HSC-Bearbeitung) erreichen. Die Vorspannungsart variiert je nach Anwendung. Möglich sind Vorspannungen über Kugelübermaß, Unilock-Verbindung, Federvorspannung, Steigungsversatz und Teilungsversatz in Kombination mit Kugelübermaß.

Steinmeyer fertigt drei verschiedene Umlenkungsarten. Bei vielen Größen ist die Umlenkung nicht wählbar, da sie durch konstruktive Gegebenheiten festgelegt wird. Bei bestimmten Größen kann die Art der Umlenkung je nach Anwendung bestimmt werden. Für kleinere Steigungen, beispielsweise in Positionierachsen, wird das System der internen Kugelrückführungen empfohlen, so können auch bei oszillierender Bewegung beste Laufeigenschaften erreicht werden. Verschleiß und Variation des Reibmoments werden deutlich reduziert. Bei großen Steigungen empfiehlt Steinmeyer die externe Umlenkung der Kugeln – das heißt, die Rückführung der Kugeln über die gesamte Mutternlänge: Damit werden höchste Verfahrgeschwindigkeiten bei minimaler Erwärmung erreicht. Die speziell für jede Größe individuell ausgelegten Umlenkstücke leiten die Kugeln stoßfrei in den Rückführkanal. Deren Geometrie wird exakt zur Reibungsminimierung ausgelegt.

Schmierung und Abstreifer

Für Werkzeugmaschinen empfiehlt Steinmeyer Doppelabstreifer, die grobe Schmutzpartikel zuverlässig entfernen und Stäube am Eindringen in die Mutter hindern. © August Steinmeyer

Bei Steinmeyer werden die Kugelgewindetriebe bereits ab Werk vorgeschmiert. Dafür werden Mineralöle oder Wälzlager-Schmierfette mit verschleißmindernden Zusätzen verwendet. Zur Berechnung der Schmierung wird der Verschmutzungsgrad durch die Umgebungsmedien – vom Reinraum bis hin zur Keramikbearbeitung – definiert und die Dynamik der Anwendung sowie die Art des Abstreifers miteinbezogen. Beispielsweise erfordern hochdynamische Antriebe mehr Öl mit geringerer Viskosität, Standardanwendungen eher weniger, dafür zähflüssigeres Öl. Bei der Verwendung von Doppelabstreifern reduziert sich die Ölmenge auf etwa die Hälfte des angegebenen Wertes. Für Werkzeugmaschinen empfiehlt der Hersteller Sonderabstreifer beziehungsweise sogenannte Doppelabstreifer, die sowohl grobe Schmutzpartikel wie Späne zuverlässig entfernen als auch Stäube am Eindringen in die Mutter hindern.

Anhand von Daten zu Belastungen, Drehzahlen, Bearbeitungskräften und Verfahrgeschwindigkeiten einer Maschine, kann die Lebensdauerberechnung für einen Kugelgewindetrieb erfolgen. Die in der ISO3408 beschriebene Berechnung der Lebensdauer eines Kugelgewindetriebes basiert auf der Annahme, dass Materialermüdung das ausschlaggebende Kriterium ist. Diese Berechnung ist strenggenommen jedoch nur ein Teil der Lebensdauer. Denn bei vielen Kugelgewindetrieben ist der Verschleiß wesentlich relevanter als die Materialermüdung. Deshalb muss sowohl die Vorspannung als permanente Last – vor allem bei hohen Eilganganteilen – als auch äußere Einflüsse wie Schmierung, Verschmutzung, Temperaturbereich, einzuhaltende Einbautoleranzen und Laufgenauigkeit berücksichtigt werden. Die ursprüngliche Theorie wurde deshalb basierend auf den Vorgaben der DIN 69051 / ISO3408 erweitert.

„Wir empfehlen, beim Einbau von Kugelgewindetrieben bestimmte Lagetoleranzen einzuhalten“, sagt Gühring. Die Parallelität zwischen Führung und Kugelgewindetriebachse sowie die Rechtwinkligkeit bei der Mutternbefestigung gewährleisten, dass die Antriebseinheit nicht verspannt und eine längere Lebensdauer erreicht wird. Fluchtungsfehler können zu vorzeitigem Ausfall des Kugelgewindetriebes führen. Nach der Montage ist sicherzustellen, dass sich der Kugelgewindetrieb je nach Vorspannung in allen Positionen leichtgängig bewegen lässt. Befindet sich die Mutter am äußersten Punkt der Spindel beziehungsweise möglichst nahe am Lager, können eventuelle Verspannungen am besten festgestellt werden.

Service wird großgeschrieben

Steinmeyer ist für seine qualitativ hochwertigen Produkte sowie einen exzellenten Service bekannt. Industriebetriebe und Maschinenbauer aus aller Welt vertrauen auf die Produkte des Herstellers mit dem Siegel "Made in Germany". „Wir gehen individuell auf die Wünsche unserer Kunden ein und legen großen Wert auf eine umfassende und persönliche Beratung. Außerdem sind wir immer für unsere Kunden da, am Telefon oder auch vor Ort durch unsere Außendienstmitarbeiter“, so Gühring abschließend. „Unsere Kugelgewindetriebe zeichnen sich nicht nur durch höchste Präzision und beste Qualität aus, sie werden auch ständig weiterentwickelt – damit sind wir einzigartig am Markt.“

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige