Sichere Funktion im Verborgenen

In zahlreichen Branchen werden Rollengewindetriebe für Linearbewegungen eingesetzt. Rollengewindetriebe oder Gewinderollenschraubtriebe, wie diese Maschinenelemente auch genannt werden, finden ihren...

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In zahlreichen Branchen werden Rollengewindetriebe für Linearbewegungen eingesetztRollengewindetriebe oder Gewinderollenschraubtriebe, wie diese Maschinenelemente auch genannt werden, finden ihren Einsatz in recht unterschiedlichen Branchen. Am weitesten verbreitet sind sie aber im klassischen Maschinenbau. Sie gelten als Antriebselemente, wenn es darum geht Drehbewegungen in Linearbewegungen umzusetzen oder umgekehrt und sind für den Endbenutzer einer Maschine oft nicht sichtbar. Wegen ihrer besonderen Bauweise halten sie auch höheren Belastungen stand und ersetzen in nicht seltenen Fällen die normalen Kugelgewindetriebe. Die markanteste Unterscheidung zu den Kugelgewindetrieben ist die Art der Kraftübertragung. Während beim Kugelgewindetrieb durch die in der Mutter umlaufenden Kugeln die Kraftübertragung sichern, wird diese beim Rollengewindetrieb durch die in der Mutter umlaufenden Rollen erzielt.Im Wesentlichen sind Rollengewindetriebe aus nur wenigen Hauptelementen aufgebaut. Diese bestehen aus der Gewindespindel, der Mutter und der dazwischen angeordneten Planetenrollen. Die Spindel ist dabei mit einem mehrgängigen Gewinde mit einem Flankenwinkel von 90° versehen. Im Schnitt weist das Gewindeprofil die Form eines Dreieckes auf. Damit Mutter und Spindel zusammenpassen hat die Mutter ein identisches Innengewinde. Die Rollen haben ein eingängiges Gewinde, dessen Steigungswinkel dem des Mutterngewindes entspricht. Dadurch treten hier keine Relativbewegungen in axialer Richtung zwischen Mutter und Rolle auf. Eine Rückführung wie beim Kugelgewindetrieb ist deshalb nicht zwingend notwendig. Ausnahme bilden hier nur die Rollengewindetriebe, bei denen eine konstruktiv bedingte Rollenrückführung gewünscht ist.Die Rollen sind an den Flanken ballig ausgeführt und weisen an jedem Ende einen zylindrischen Zapfen und eine Verzahnung auf. Mit den Zapfen werden die Rollen in Bohrungen der Endringe (man könnte sie auch Abdeckung nennen) eingesetzt und so auf einem konstanten Abstand gehalten. Die Endringe sitzen schwimmend im Mutterngehäuse und werden durch Sprengringe axial gehalten. Die Verzahnung der Rollen greift in eine Innenverzahnung von Zahnkränzen ein, die in der Mutter befestigt sind.Gegenüber den Kugelgewindetrieben bieten die Rollengewindetriebe wesentlich höhere Tragzahlen, eine bessere Steifigkeit, höhere zulässige Drehzahlen, längere Lebensdauer, geringerer Platzbedarf, Genauigkeiten bis 6 µm auf 300 mm Steigungslänge sowie kleine Steigungen bei relativ großen Durchmessern. Identisch zeigt sich bei beiden Antriebselementen der Wirkungsgrad.Der Vorteil der höheren Tragzahlen ergibt sich aus der höheren Anzahl von Kontaktberührungspunkten der Rollen im Gegensatz zu den Kugeln des Kugelgewindetriebs. Die Steifigkeit rührt dabei von der balligen Ausführung der Rollenflanken her, die dadurch beim Kontakt zur Spindel einen größeren Durchmesser als ein vergleichbarer Durchmesser einer Kugel darstellt (Bild 2). Die so genannte Hertz'sche Flächenpressung, die beim Vorspannen entsteht, wird auf die höhere Anzahl der Kontaktpunkte zwischen Spindel und Rolle verteilt und sorgt so für eine längere Lebensdauer. Diese kann mit einer einfachen Formel überschlägig berechnet werden:DN = d0 ? nDN = Drehzahlfaktord0 = Spindelnenndurchmesser in mmn = Drehzahl der Spindel in m/minIm Vergleich bedeutet das für den Kugelgewindetrieb DN = 80 000 bis 120 000 und für den Rollentrieb DN = 140 000.Welches System von Konstrukteuren letztendlich bei einem bestimmten Anwendungsfall einzusetzen ist, muss fallweise entschieden werden. Die in der Anschaffung etwas teurer-en Rollengewindetriebe rechnen sich dann recht schnell, wenn beispielsweise kleinere Spindellagerungen, höhere Lebensdauer, höhere Tragzahlen und dadurch insgesamt kleinere Abmessungen gefragt sind.Daher sollte der Konstrukteur bei der Auswahl der Gewindetriebe genau definieren, welche Anforderungen auf die Maschine oder Anlage und damit letztlich auf den Spindeltrieb zukommen. Das Angebot der Hersteller ist vielfältig und hält für jeden Einsatzzweck die entsprechende Antriebsgröße bereit. So unterscheidet man beispielsweise auch zwischen geschliffenen und ungeschliffenen Spindeln oder auch in der Art der Herstellung der Spindelgewinde. Weitere Kriterien, denen sich der Konstrukteur unterziehen muss sind die Steigungsgrößen und die Art der Gewinde.Die Anwendungen und Einsatzbereiche sind sind recht vielfältig. Beispiel dafür sind: Werkzeugmaschinen (Gelenkstangenkinematik), Messmaschinen, Falt- und Biegemaschinen (Ersatz für Kugelgewindetriebe), Robotik, Luft- und Raumfahrt, Nuklearindustrie, Medizintechnik, Lasermaschinen, Halbleiterindustrie, Kunststoffspritzmaschinen (Ersatz für Hydraulikzylinder) und andere im Bereich des allgemeinen Maschinen und Anlagenbaues.