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Rollengewindetriebe Berechnung der Eigenschaften vereinfachen

Autor / Redakteur: Christian Brecher, Marcel Fey und Maria Hildebrand / Stefanie Michel

Für Rollengewindetriebe ist keine Berechnungs- und Auslegungssoftware erhältlich, deshalb ist ihre Auslegung entsprechend aufwendig. Ein Forschungsvorhaben will das nun ändern und eine Software entwickeln, anhand derer die Geometrie dieser Gewindetriebe ausgelegt werden kann.

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Bild 1: Seit Anfang der 1950er-Jahre sind Rollengewindetriebe bekannt, Berechnungs- und Auslegungssoftware ist aber nicht erhältlich.
Bild 1: Seit Anfang der 1950er-Jahre sind Rollengewindetriebe bekannt, Berechnungs- und Auslegungssoftware ist aber nicht erhältlich.
(Bild: SKF)

Rollengewindetriebe (RGT) setzen eine Drehbewegung in eine Axialbewegung um, wobei die Bewegungswandlung ähnlich wie bei einem Kugelgewindetrieb durch Gewindesteigung erfolgt. RGT bestehen im Wesentlichen aus den Elementen Spindel, Mutter und Planeten, welche rillen- oder gewindeprofiliert sind (Bild 2). Die Planeten sind im gleichen Abstand voneinander in einem Planetenträger drehbar gelagert und stehen gleichzeitig mit der Profilierung der Spindel sowie der Mutter im Eingriff, womit sie unter anderem der Reduktion der Reibung dienen.

Durch das Zusammenspiel der Profilierungen kommt es beim rotatorischen Antrieb der Spindel oder der Mutter zu einer axialen Vorschubbewegung. Der Verfahrweg der Mutter relativ zur Spindel pro Antriebsumdrehung wird hierbei als Gesamtsteigung des RGT bezeichnet. Im Vergleich zum Kugelgewindetrieb können mit Planetenrollengewinden (PRG) geringere Gesamtsteigungen sowie eine höhere Tragfähigkeit und Steifigkeit realisiert werden. Aus diesen Gründen werden Rollengewindetriebe überwiegend in Schwerlastanwendungen eingesetzt, in denen sie häufig hydraulische Lösungen substituieren [1] [2].

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Software zur Berechnung des Rollengewindetriebs

Obwohl die ersten Ausführungen der Rollengewindetriebe bereits seit Anfang der 1950er-Jahre bekannt sind, wurden bis heute nur ausgewählte Themenbereiche wissenschaftlich untersucht. Berechnungs- und Auslegungssoftware, wie sie aus dem Bereich der Lager oder Getriebe bekannt ist, ist nicht erhältlich. Im Rahmen des DFG-Vorhabens (Kennziffer BR 2905/54-1), welches aktuell am Werkzeugmaschinenlabor (WZL) durchgeführt wird, wird aufbauend auf den bereits bekannten Arbeiten die analytische Betrachtung des gesamten Rollengewindetriebs erweitert und in eine Berechnungssoftware überführt. Die Software kann entweder zur rechnerischen Überprüfung bereits vorhandener PRG im Hinblick auf beispielsweise Kontaktpunktbelastungen oder zur Auslegung einer neuen RGT-Geometrie mit definierten Zielparametern genutzt werden.

Ausgangspunkt für die Auslegung der Geometrie bildet die Auswahl der Bauart des RGT. Man unterscheidet drei grundsätzliche Bauarten mit unterschiedlichen Eigenschaften:

  • Planeten-Rollengewindetrieb (PRGT) mit der Variation Teleskopaktuator (TA),
  • Rollengewindetrieb mit Rollenrückführung (RGTmR) oder
  • Planeten-Wälzgewindespindel (PWG).

Nach der Auswahl der Bauart kann mit dem Berechnungsprogramm die Makrogeometrie, die die Anzahl der Gewindegänge und/oder Durchmesserverhältnisse der Elemente sowie Gewindeteilungen beinhaltet, variiert werden. Daraus ergeben sich die idealen Wälzkreise, Innen- und Außendurchmesser, ideale Gesamtsteigung sowie die maximale Planetenanzahl, womit der RGT grob vordefiniert wird.

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