Antriebstechnik Längere Lebensdauer für Kugelgewindetriebe

Redakteur: Beate Christmann

Kugelrollspindeln oder Kugelgewindetriebe sind in Werkzeugmaschinen hohen Belastungen ausgesetzt. Forscher der Universität Stuttgart haben eine neuartige Doppelmutter mit zusätzlichen Federelementen entwickelt, um die Lebensdauer dieser Mutter zu verlängern.

Firma zum Thema

Kugelgewindetriebe kommen häufig in Drehmaschinen zum Einsatz. Die Modifikation der Stuttgarter Wissenschaftler soll nun deren Lebensdauer verlängern.
Kugelgewindetriebe kommen häufig in Drehmaschinen zum Einsatz. Die Modifikation der Stuttgarter Wissenschaftler soll nun deren Lebensdauer verlängern.
(Bild: ©industrieblick - stock.adobe.com)

In vielen Werkzeugmaschinen, vermehrt in Drehmaschinen, kommen sogenannte Kugelrollspindeln oder Kugelgewindetriebe zum Einsatz. Im Vergleich zu konventionellen Schraubgetrieben sind bei diesen zwischen Schraube und Mutter Kugeln eingefügt, was zu weniger Reibung, einer hohen Positioniergenauigkeit und einem geringeren Verschleiß beiträgt. Die Gewindetriebe dienen der Umsetzung einer Drehbewegung in eine Längsbewegung oder umgekehrt. Während sie präzise funktionieren sollen, sind sie extrem hohen Belastungen ausgesetzt. Dabei kann eine zu große Vorspannung zu großer Reibung und damit verstärktem Verschleiß führen. Eine zu niedrige Spannung wiederum lässt das Gewinde nicht präzise genug funktionieren. Rund um Dr. Siegfried Frey wollen Wissenschaftler der Universität Stuttgart dieser Problematik nun durch den Einsatz zusätzlicher Federelemente Herr werden.

Ein Federelement bisher zu nachgiebig

Um die geforderte Genauigkeit und Steifigkeit zu sichern, wird bisher üblicherweise mittels sogenannter Doppelmuttern eine Vorspannung eingestellt. Trotz Vorspannung kann es jedoch bei großen Axialkräften zu einem Überlastzustand kommen. Um dieses zu vermeiden, werden üblicherweise hohe Vorspannwerte eingestellt, was jedoch zu mehr Reibung und dadurch zu einem höheren Verschleiß führen kann. Eine konstante Vorspannung kann durch ein Federelement zwischen den beiden Mutternhälften erreicht werden, wie es bei einigen alternativen Doppelmutternsystemen praktiziert wird. Aufgrund der hohen Nachgiebigkeit durch das Federelement lassen sich solche Systeme jedoch nicht für Anwendungen mit hoher Genauigkeit und Dynamik einsetzen.

Keine Nachteile für die Steifigkeit

Die Stuttgarter Wissenschaftler nun bringen zwischen den beiden Mutternhälften einer symmetrisch aufgebauten Doppelmutter zusätzliche Elemente – deren E-Modul geringer ist als der der Mutternmaterialien – innerhalb einer ringförmigen Nut ein. Diese befinden sich dabei im Kraftnebenschluss zwischen Mutternkörper und Befestigungsflansch und sind im Ruhezustand ohne Funktion. Bei hohen axialen Belastungen hingegen treten die vorgespannten Elemente aus dem Kraftnebenschluss aus und erzeugen eine Restvorspannkraft in der entlasteten Mutternhälfte, bevor eine völlige Entlastung eintreten kann. Dadurch kann es nicht zu übermäßigen Gleitbewegungen kommen. Durch die Anordnung der Federelemente im Kraftnebenschluss ergeben sich so gut wie keine Nachteile für die Steifigkeit des Gesamtsystems. Die Restvorspannkraft lässt sich über die Verhältnisse der E-Moduln frei wählen.

Kostengünstig die Lebensdauer steigern

Durch die Erfindung soll es nach Ansicht ihrer Entwickler einfach und kostengünstig möglich werden, Kugelgewindetriebe mit einer deutlich geringeren Vorspannkraft auszulegen, ohne dass dies einen Nachteil für die Steifigkeit und Genauigkeit des Gesamtsystems bedeutet. Die Lösung soll sich für eine breite Palette von Kugelrollspindeln eignen, besonders für Werkzeugmaschinen mit hohen Anforderungen. Je nach Anwendung und Art der Belastung lasse sich damit die Lebensdauer eines Kugelgewindetriebs um ein Vielfaches steigern, während die Genauigkeit und Steifigkeit nicht gemindert werde.

Die Patente für die Erfindung wurden in Deutschland erteilt und in verschiedenen europäischen Ländern angemeldet.

(ID:44935289)