Was, Warum und Wie

Aufgrund ihrer Fähigkeit, einen hohen Schub und eine genaue Positionierung bereitzustellen, sind Kugelumlaufspindeln in vielen automatisierten Montageanwendungen zu finden, die eine lineare Bewegung erfordern.

Kugelumlaufspindeln treiben Positionierungstische für die Montage von Kleinteilen an. Kugelumlaufspindeln steuern die Z-Achse bei Robotern und den Stößel bei elektromechanischen Montagepressen. Kugelumlaufspindeln sind aufgrund ihrer hohen Steifigkeit, der geringen Setzgeschwindigkeit und der hohen Verfahrgeschwindigkeit in vielen Elektronikmontagemaschinen zu finden, darunter Magazinlader, Pastendrucker, Spender sowie Bestückungs- und Einlegegeräte.

Wie Acme-Schrauben wandeln Kugelumlaufspindeln Drehbewegungen in lineare Bewegungen um. Aber im Gegensatz zu Acme-Schrauben haben Kugelumlaufspindeln ein konkaves Spiralgewinde, und Kugellager laufen zwischen Schraube und Mutter in einer umlaufenden Laufbahn. Diese Anordnung minimiert den mechanischen Verschleiß erheblich und ermöglicht es einer Kugelumlaufspindel, mehr als 90 Prozent des Motordrehmoments in Schub umzuwandeln.

Die Gewinde einer Kugelumlaufspindel können geschliffen oder gerollt sein. Kugelumlaufspindeln mit geschliffenem Gewinde sind genauer als solche mit gerolltem Gewinde, aber auch teurer. Wie Acme-Gewinde haben Kugelumlaufspindeln ein geringes Spiel oder eine relative axiale Bewegung zwischen der Schraube und der Mutter, wenn sich der Motor nicht dreht. Sowohl bei Kugelumlaufspindeln als auch bei Acme-Spindeln beginnt das Spiel typischerweise bei 0,006 Zoll. Wenn eine Acme-Schraube jedoch verschleißt, nimmt das Spiel zu. Aufgrund des verschleißarmen Betriebs kommt dies bei einem Kugelgewindetrieb nicht vor.

Ob Spiel ein Problem darstellt, hängt von der Anwendung ab. Beispielsweise drückt die Last bei einer Anwendung mit vertikaler Bewegung ständig nach unten auf die Mutter, sodass Spiel kein Problem darstellt. Eine Möglichkeit, Spiel zu vermeiden, ist die Verwendung einer vorgespannten Mutter. Vorgespannt bedeutet, dass die Schnittstelle zwischen den Kugeln und den Rillen vorgespannt ist, sodass in der Laufbahn kein Spiel vorhanden ist. Die Position der Mutter ist vollständig von der Drehposition der Welle abhängig. Durch die Vorspannung erhöht sich auch die Steifigkeit des Systems.

Die Stützlager an beiden Enden der Kugelumlaufspindel sollten nicht übersehen werden. Diese werden als einfach, fest oder kostenlos angegeben. Einfache Lagerungen wie Kugellager bieten eine gute radiale Steifigkeit, aber keine axiale Steifigkeit. Feste Lagerungen, beispielsweise Schräglagerpaare, sorgen für Steifigkeit in beide Richtungen. Ein kostenloser Support ist genau das – überhaupt kein Support.

Wie gut Sie die Kugelumlaufspindel abstützen, bestimmt, wie schnell Sie die Spindel drehen und wie stark Sie sie belasten können. Bei der Spezifizierung von Kugelumlaufspindeln sollten Ingenieure so viele Anwendungsinformationen wie möglich bereitstellen. Diese Informationen sollten die erwarteten Belastungen, Richtungen, Zykluslänge, Hübe und Lebensdauer umfassen. Auch die Umgebungsbedingungen sind wichtig, da sie Auswirkungen auf die Lagerdichtungen haben können.

Corey rät Ingenieuren, den Unterschied zwischen Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Auflösung zu kennen – und zu vermeiden, mehr Genauigkeit anzugeben, als sie wirklich benötigen. Die Erhöhung der Genauigkeit ist bei einer Schraube äußerst aufwendig. Der Unterschied zwischen einer Standardmutter und einer vorgespannten Mutter besteht in der Erhöhung der Wiederholgenauigkeit. Es wird mehr kosten, aber nicht annähernd so viel wie mehr Genauigkeit. Die Erhöhung der Auflösung ist kostengünstig und einfach.