Kugelgewindetriebe

Andreas Mühlbauer,

Gekühlte Mutter verbesert Präzision von Werkzeugmaschinen

Kammerer Gewindetechnik stellt auf der EMO Kugelgewindetriebe mit gekühlter Mutter für den Einsatz in Werkzeugmaschinen vor. Die gekühlte Mutter erlaubt eine einfachere Kühlung des Kugelgewindetriebs. Dies verbessert Genauigkeit und Lebensdauer der Kugelgewindetriebe und ermöglicht höhere Geschwindigkeiten und Präzision.

Die gekühlte Mutter erlaubt höhere Präzision und höhere Produktivität von Werkzeugmaschinen. © Kammerer

Um eine reduzierte Temperaturentwicklung im Betrieb zu erzielen, hat Kammerer seine Kugelgewindetriebe mit angetriebener Mutter weiterentwickelt. Die Werkstoffauswahl der Bauteile wurde mit Hinblick auf die thermischen Eigenschaften optimiert. Die Kühlung der Achsen und Maschine ist variabel regelbar. Die federverspannte Reckung der Kugelgewindetriebe und die Kühlbohrung in Spindel und Mutter minimieren die Verlagerung der Achsen. Die lineare Verschiebung kompensiert ein direktes Wegmesssystem.

„Die partielle Erwärmung bestimmter Spindelbereiche, die aus reversierenden Bewegungen in bestimmten Teilbereichen resultiert, lässt sich nur durch eine Temperaturregelung erreichen“, erklärt Reinhard Besenbeck, Technischer Leiter und Produktmanager Kugelgewindetriebe bei Kammerer in Hornberg im Schwarzwald.

„Bei einer Temperaturdifferenz von zum Beispiel 5 °C und einer angenommenen Umlenklänge von 100 mm ergibt sich eine Verspannung zwischen Mutter und Spindel von 5,5 µm. Dabei steigt die Vorspannung und somit die Temperatur in ungewünschte Bereiche. Das alles führt zu Lebensdauerverlusten, Schwingungen und Vorspannungsauflösung im Kugelkontaktbereich. Um die Energiekosten vorteilhaft zu beeinflussen, sollte eine mittlere Temperatur bestimmt und eingestellt werden, bei der nur das Minimum an Energie benötigt wird – dies muss nicht zwingend 21 °C sein. Der spiralförmige Kühlkanal am Muttergehäuse-Umfang leitet die entstehende Wärme aus dem Bereich der Lagerung und des Kugelkontakts ab. Denn die Hauptwärmequellen sind Belastung, Drehzahl und Vorspannung. Gleiches gilt für die vier verbauten Axial- und Radiallager, die auf das kompakte Muttergehäuse wirken. Die neue Konstruktion verbessert Genauigkeit und Lebensdauer des Kugelgewindetriebes nachhaltig.“

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Neben geringer Hitzebildung zeichnen sich die Kugelgewindetriebe durch geringe Geräuschentwicklung aus. Das von Kammerer entwickelte Hartschälverfahren bei der Fertigung bewirkt eine nachweislich verringerte Geräuschbildung im Einsatz. Das Antriebskonzept der angetriebenen gekühlten Mutter ermöglicht hohe Lineargeschwindigkeiten bei langem Nutzhub der Kugelgewindetriebe. In Verbindung mit einer großen Steigung lassen sich Geschwindigkeiten von über 120 min-1 erreichen, unter idealen Voraussetzungen sind Drehzahlen bis 4000 min-1 möglich. Deshalb werden bei langen Verfahrwegen die Taktzeiten positiv beeinflusst. Das vorgespannte Spindelsystem bewirkt eine höhere Gesamtsteifigkeit des Antriebsstrangs. Die biegekritische Drehzahl ist nicht begrenzt. Beschleunigungen der Spindeln von bis zu 30 m/s² sind möglich. Dabei kann der Einsatz von Hybridlagern und Keramikkugeln bestehende Drehzahlgrenzwerte noch erhöhen.

Kugelgewindetriebe mit gekühlter Mutter sind in Baugrößen von 16 bis 160 mm Durchmesser mit unterschiedlichen Steigungen erhältlich. Neben Werkzeugmaschinen wie zum Beispiel Portalfräsmaschinen oder Räummaschinen umfassen die Einsatzgebiete Kunststoffspritzgießmaschinen, Hebe- und Montageeinrichtungen für Flugzeuge und Schienenfahrzeuge, und andere Lift- und Hubeinrichtungen.

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