Warum Kugelgewindetriebe?
In den letzten Jahren hat sich der Bedarf an Mini-Kugelgewindetrieben durch Gespräche mit unseren Kunden und Rückmeldungen aus dem Markt deutlicher gezeigt. Insbesondere besteht eine steigende Nachfrage nach hochwertigen, in den USA gefertigten und ab Lager verfügbaren Kugelgewindetrieben. FUYU Linear hat diesem Bedarf mit einer Produktreihe von Kugelgewindetrieben mit Durchmessern von sechs, acht und zehn Millimetern Rechnung getragen.
FUYU Linear zielt auf Anwendungen in der Medizintechnik, der Laborautomatisierung und der Halbleiterindustrie ab. Wir sind überzeugt, dass diese Branchen ein starkes Wachstumspotenzial haben, da viele der für die Automatisierung benötigten Roboter Miniatur-Kugelgewindetriebe erfordern.
Präzision und Genauigkeit der Kugelgewindespindel
In der Branche herrscht mitunter Verwirrung bezüglich der Terminologie, wenn es um Genauigkeit und Präzision geht. Oftmals werden diese Begriffe synonym verwendet, was jedoch nicht der Fall ist. Es handelt sich um zwei unterschiedliche Begriffe, die Kugelgewindetriebe und deren Anwendung beschreiben.
Die Genauigkeit wird durch die Schraube bestimmt und gibt Aufschluss über deren Herstellungsverfahren. Wurde sie beispielsweise gewalzt oder geschliffen? Genauigkeit ist vergleichbar mit einem Treffer ins Schwarze beim Dartpfeilwerfen. Die Präzision hingegen beschreibt die Wiederholgenauigkeit der Mutter, also wie oft das System das Ziel trifft.
Kugelgewindetrieb-Ausrichtung
Ein weiterer Faktor, den Ingenieure oft vernachlässigen, ist die Ausrichtung der Kugelgewindespindel. Kugelgewindespindeln sind für optimale Leistung ausgelegt, wenn die Lasten axial wirken. Der Grund dafür ist, dass üblicherweise eine Profilschiene, ein Linearlager oder eine Führungsschiene die Last trägt, während die Kugelgewindespindel selbst die Bewegung ausführt.
Sobald das System vertikal ausgerichtet ist, wirkt die Last einheitlich nach unten. Dies hat vielfältige Auswirkungen auf die Systemkonstruktion, unter anderem auf den Verschleiß der Kugelumlaufspindel bei Bewegung und sowohl Geschwindigkeit als auch Beschleunigung. Die Auf- und Abwärtsbewegung des Geräts führt zu zusätzlichen Belastungen durch Geschwindigkeit und Verzögerung. Daraus kann eine implizite Stoßbelastung am unteren Ende resultieren, weshalb die Umkehrung der Lastrichtung für die Systemkonstruktion entscheidend ist.
Kugelgewindetrieb-Drehzahl und Beschleunigung
Die Geschwindigkeit ist ein weiterer entscheidender Faktor, der sich am besten in zwei Aspekte unterteilen lässt: die Drehzahl der Kugelumlaufmutter und die Gewindespindeldrehzahl. Die erste Komponente bezieht sich auf die Spindel selbst und beschreibt, wie schnell sie sich dreht. Die Spindellänge bestimmt oft die Grenzen der Gewindespindeldrehzahl. Je länger eine Spindel ist, desto stärker sind beispielsweise Vibrationen möglich. Vibrationen im System führen zu Korrosion und verkürzter Lebensdauer. Viele Konstrukteure wünschen sich, dass Lasten so schnell wie möglich bewegt werden, um die gewünschte Position schnellstmöglich zu erreichen. Leider gibt es bei der Spindel Einschränkungen, die berücksichtigt werden müssen.
Der zweite Teil der kritischen Drehzahl bezieht sich auf die Mutter. Hier bezeichnet die kritische Drehzahl, wie schnell sich die Mutter innerhalb der Grenzen des Rücklaufsystems drehen kann, und spiegelt die Rotationsgeschwindigkeit der internen Kugellager wider. Miniatur-Gewindespindeln von FUYU Linear zeichnen sich durch einen besonders leichtgängigen und leisen internen Rücklauf aus, der höhere Mutterdrehzahlen ermöglicht.
Kugelgewindetrieb-Betriebszyklen
Der Betriebszyklus allein ist nicht übermäßig kritisch. Er spielt meist eher eine Rolle bei der Betrachtung der Spindellebensdauer, die sich bei der Analyse des Bewegungsprofils äußerst komplex gestalten kann. Ein Bewegungsprofil ähnelt typischerweise einer trapezförmigen Bewegung mit anfänglicher Beschleunigung, anschließender konstanter Bewegung und schließlich Verzögerung. Obwohl all diese Aspekte sehr wichtig sind, wird die Beschleunigung häufig vernachlässigt. Tatsächlich ist es äußerst schwierig, in Referenzmaterialien Grenzwerte für die Beschleunigung von Kugelgewindetrieben zu finden, weshalb diese oft auf die Standardbeschleunigung von 1,5 g begrenzt werden. Dieser Wert dient eher als Richtwert, da die tatsächlichen Maximalgeschwindigkeiten, Beschleunigungen und Verzögerungen stark anwendungsabhängig sind und oft experimentell ermittelt werden müssen.
Ein großer Vorteil von Kugelgewindetrieben ist ihre definierte Lebensdauer. Internationale Normen legen fest, wie die Lebensdauer eines Kugelgewindetriebs definiert wird. Im metrischen System wird sie üblicherweise anhand einer Million Umdrehungen gemessen. Dies entspricht der L10-Lebensdauer, die statistisch gesehen 90 % aller Kugelgewindetriebe erreichen. In der Praxis können sie deutlich höhere Werte erreichen, aber es gibt nun einen festgelegten Mindestwert.
Kugelgewindetrieb
Bei Miniatur-Kugelgewindetrieben spielen verschiedene Faktoren eine Rolle für den Verfahrweg. Bei kurzen Verfahrwegen von ein bis zwei Millimetern treten Probleme auf, da die Kugeln nicht vollständig in der Mutter zirkulieren. Die Bestimmung der Lebensdauer des Kugelgewindetriebs unter diesen Bedingungen sowie die Konstruktion und Funktion des Rücklaufsystems sind entscheidend für dessen Leistungsfähigkeit. Beispielsweise benötigt eine Flüssigkeitspumpe einen extrem kurzen Verfahrweg von 10 bis 100 Millimetern. Auf dem letzten Millimeter des Verfahrwegs wirken die größten Kräfte, was die Lebensdauer des Kugelgewindetriebs beeinträchtigen kann.
Auch Anwendungen mit langen Verfahrwegen können Probleme verursachen. Beispielsweise spielen bei einer Kugelumlaufspindel mit sechs Millimetern Durchmesser und einem Verfahrweg von einem Meter die kritische Drehzahl und die Vermeidung von Durchhang eine wichtige Rolle. Zwischen den extrem kurzen und langen Verfahrwegen liegt der optimale Bereich von 100 bis 200 Millimetern, in dem diese Spindeln idealerweise optimal funktionieren.
Kugelgewindetrieb-Belastungskapazitäten
Kugelgewindetriebe sind für eine 100%ige axiale Belastung ausgelegt. Bei korrekter Ausführung erreicht der Kugelgewindetrieb seine L10-Lebensdauer. Häufig kommt es bei Kugelgewindetrieben zu Verformungen von Gewindespindel und Mutter aufgrund einer nicht korrekt ausgerichteten Last. Radial- oder Momentenbelastungen können die L10-Lebensdauer erheblich beeinträchtigen und die Tragfähigkeit um über 90 % reduzieren. Daher ist es unerlässlich, die in einem Katalog enthaltenen Berechnungen zu beachten, die eine parallele Stützkonstruktion innerhalb bestimmter Parameter empfehlen.
Veröffentlichungsdatum: 23. Oktober 2023