Externe Motor-Schrauben-Integration, Nicht-Captive-Motor-Schrauben-Integration und Captive-Motor-Schrauben-Integration

Kugelumlaufspindeln werden häufig von einem Motor angetrieben, der über eine Kupplung mit der Spindelwelle verbunden ist. Diese Montageanordnung ist zwar einfach und wartungsfreundlich, doch kann die Hinzufügung einer nicht starren mechanischen Komponente (der Kupplung) zu Verwindungen, Spiel und Hysterese führen – was die Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit beeinträchtigt. Die Kupplung verlängert zudem das System, verringert die Steifigkeit und erhöht die Trägheit. Eine Möglichkeit, diese potenziellen Probleme zu vermeiden, besteht darin, die externe Kupplung zu entfernen 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 Kugelumlaufspindel oder eine Leitspindel sein. Die gängigsten Konfigurationen kombinieren jedoch eine Leitspindel mit einem Schrittmotor oder eine Kugelumlaufspindel mit einem Servomotor.

Externe Motor-Schrauben-Integration

Eine der beliebtesten integrierten Konstruktionen verwendet einen Motor mit Hohlwelle und integriert die Leitspindel direkt in den Motor. Die Spindel ist so bearbeitet, dass ein Ende mit der Hohlbohrung des Motors harmoniert. Das bearbeitete Ende ist entweder durch Schweißen oder Kleben dauerhaft mit der Motorbohrung verbunden oder mit einem Befestigungselement befestigt. Die Verbindung der Spindelwelle mit der Motorbohrung über ein Befestigungselement ermöglicht die Demontage der Komponenten zu Wartungszwecken und den Austausch einzelner Komponenten (anstatt die gesamte Baugruppe auszutauschen). Allerdings kann diese Methode mit der Zeit zu einem Verlust der Ausrichtung und Steifigkeit führen.

Unabhängig davon, welche Methode zur Verbindung der Spindelwelle mit dem Motor verwendet wird, wird diese Art der Motor-Spindel-Integration üblicherweise als „externe“ Konstruktion bezeichnet, da die Kugel- oder Leitspindelmutter außerhalb des Motors verbleibt. Wie bei einer herkömmlichen Spindel-Motor-Anordnung dreht sich die Spindel durch die Motordrehung, wodurch die Mutter (und die Last) entlang der Spindelwelle vorgeschoben wird.

Obwohl Anwendungen mit kurzen Hüben und geringen Lasten manchmal ohne zusätzliche Unterstützung der Spindel (im Wesentlichen eine feststehende, freie Anordnung) oder ohne Linearführungen auskommen, erfordern die meisten Anwendungen eine Unterstützung des gegenüberliegenden Spindelendes und den Einsatz von Linearführungen, um radiale Belastungen der Spindel zu vermeiden.

Nicht-gefangene Motor-Schrauben-Integration

Bei der nicht-gefangenen Integrationsmethode ist die Kugel- oder Leitspindelmutter in den Motor integriert (oder an dessen Vorderseite montiert) und bewegt sich nicht entlang der Spindel. Stattdessen wird die Spindel am Drehen gehindert (typischerweise durch die angebrachte Last). Dreht sich Motor und Mutter, bewegt sich die Spindel linear hin und her durch die Motor-Mutter-Kombination. In dieser Konfiguration bietet die nicht-gefangene Konstruktion ein besseres Verhältnis von Hub zu Gesamtlänge, sofern die Konstruktion Platz lässt, damit die Spindel über die Rückseite des Motors hinausragen kann.

Alternativ kann die Spindel fixiert werden, sodass sie sich nicht bewegt. Die Baugruppe wird so zu einer angetriebenen Mutter, bei der die Motordrehung die Motor-Mutter-Baugruppe entlang der feststehenden Spindel hin und her bewegt. Wie bei einer herkömmlichen angetriebenen Mutter ermöglicht diese Konfiguration höhere Verfahrgeschwindigkeiten, da das Pendeln der Spindel nahezu vollständig eliminiert wird. Außerdem können mehrere Motor-Mutter-Kombinationen auf derselben Spindelwelle montiert und unabhängig voneinander angetrieben werden.

Unverlierbare Motor-Schrauben-Integration

Eine Variante der oben beschriebenen Motor-Schrauben-Kombination ist die Captive-Ausführung. Wie bei der Non-Captive-Ausführung ist die Mutter direkt in den Motor integriert, jedoch ist an der Schraube eine Keilwelle befestigt, die ein Drehen der Schraube verhindert und beim Drehen des Motors eine lineare Bewegung erzeugt.

Bei dieser Konstruktion wird die Spindel von einem Ende der Baugruppe aus ein- und ausgefahren und ist nicht abgestützt. Die Captive-Konstruktion ist im Wesentlichen eine kompaktere Version des Schubstangenantriebs und eignet sich daher am besten für Druck- oder Pressanwendungen, bei denen die Last geführt wird und keine radiale Kraft auf die Spindel wirkt.