Externe Motor-Schrauben-Integration, nicht-manuelle Motor-Schrauben-Integration und manuelle Motor-Schrauben-Integration

Kugel- und Gewindespindelbaugruppen werden häufig von einem Motor angetrieben, der über eine Kupplung in Reihe mit der Spindelwelle geschaltet ist. Diese Montageanordnung ist zwar einfach und wartungsfreundlich, jedoch kann die zusätzliche, nicht starre mechanische Komponente (die Kupplung) zu Verdrehungen, Spiel und Hysterese führen – allesamt Faktoren, die die Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit beeinträchtigen. Die Kupplung verlängert zudem die Baugruppe, verringert ihre Steifigkeit und erhöht die Trägheit des Systems. Eine Möglichkeit, diese potenziellen Probleme zu vermeiden, besteht darin, auf die externe Kupplung zu verzichten und die Spindel direkt in den Motor zu integrieren.

Integrierte Motor- und Spindelbaugruppen sind in verschiedenen Konfigurationen und Ausführungen erhältlich. Der Motor kann entweder ein Servo- oder ein Schrittmotor sein, und die Spindel kann eine Kugelgewindespindel oder eine Trapezgewindespindel sein, wobei die gängigsten Konfigurationen eine Trapezgewindespindel mit einem Schrittmotor oder eine Kugelgewindespindel mit einem Servomotor kombinieren.

Externe Motor-Schrauben-Integration

Eine der gängigsten integrierten Bauweisen verwendet einen Motor mit Hohlwelle, in den die Gewindespindel direkt integriert ist. Die Spindel ist so bearbeitet, dass ein Ende in die Hohlbohrung des Motors passt und das bearbeitete Ende entweder dauerhaft durch Schweißen oder Kleben mit der Motorbohrung verbunden oder mit einem Befestigungselement gesichert wird. Die Verbindung der Spindelwelle mit der Motorbohrung mittels eines Befestigungselements ermöglicht die Demontage der Komponenten für Wartungsarbeiten und den Austausch einzelner Komponenten (anstatt der gesamten Baugruppe). Allerdings kann diese Methode mit der Zeit zu Präzisions- und Stabilitätsverlusten führen.

Unabhängig von der gewählten Verbindungsmethode zwischen Spindelwelle und Motor wird diese Art der Motor-Spindel-Integration üblicherweise als „externe“ Bauweise bezeichnet, da die Kugel- oder Gewindespindelmutter außerhalb des Motors liegt. Wie bei einer herkömmlichen Spindelmotor-Anordnung bewirkt die Rotation des Motors die Drehung der Spindel, wodurch die Mutter (und die Last) entlang der Spindelwelle vorgeschoben wird.

Obwohl Anwendungen mit kurzen Hüben und geringen Lasten manchmal ohne zusätzliche Unterstützung für die Schraube (im Wesentlichen eine fest-frei-Anordnung) oder ohne Linearführungen funktionieren können, benötigen die meisten Anwendungen eine Unterstützung für das gegenüberliegende Ende der Schraube und den Einsatz von Linearführungen, um radiale Belastungen der Schraube zu vermeiden.

Integration von nicht-manipuliertem Motor und Schraube

Bei der nicht-geführten Integrationsmethode ist die Kugel oder die Gewindespindelmutter in den Motor integriert (oder an der Motorvorderseite montiert) und bewegt sich nicht entlang der Spindel. Stattdessen wird die Spindel an der Drehung gehindert (typischerweise durch die angeschlossene Last), und wenn sich Motor und Mutter drehen, bewegt sich die Spindel linear hin und her „durch“ die Motor-Mutter-Kombination. In dieser Konfiguration bietet die nicht-geführte Konstruktion ein besseres Verhältnis von Hub zu Gesamtlänge, vorausgesetzt, die Konstruktion lässt genügend Platz, damit die Spindel über die Rückseite des Motors hinausragt.

Alternativ dazu, wenn die Spindel fixiert ist und sich nicht bewegt, entspricht die Anordnung im Wesentlichen einer angetriebenen Mutter. Hierbei bewirkt die Rotation des Motors eine Hin- und Herbewegung der Motor-Mutter-Einheit entlang der feststehenden Spindel. Wie bei einer herkömmlichen angetriebenen Mutter ermöglicht diese Konfiguration höhere Verfahrgeschwindigkeiten, da das Spindelschwingen nahezu vollständig eliminiert wird. Zudem können mehrere Motor-Mutter-Kombinationen auf derselben Spindelwelle montiert und unabhängig voneinander angetrieben werden.

unverlierbare Motor-Schrauben-Integration

Eine Variante der oben beschriebenen Motor-Spindel-Kombination ist die Ausführung mit feststehender Mutter. Wie bei der Ausführung ohne feststehende Mutter ist diese direkt in den Motor integriert. Allerdings ist eine Keilwelle an der Spindel befestigt, die ein Verdrehen der Spindel verhindert und so beim Drehen des Motors eine lineare Bewegung erzeugt.

Bei dieser Konstruktion fährt die Spindel von einem Ende der Baugruppe aus und wieder ein und wird nicht abgestützt. Die geführte Konstruktion ist im Wesentlichen eine kompaktere Version des Schubstangenantriebs und eignet sich daher optimal für Druck- oder Schiebeanwendungen, bei denen die Last geführt wird und keine Radialkraft auf die Spindel wirkt.