Kugelgewindetrieb | Sich drehender Linearantrieb
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Der Kugelgewindetrieb wandelt eine Drehbewegung in eine Längsbewegung. Dabei verursacht er eine geringere Reibung als andere Linearantriebe, wie zum Beispiel die Trapezgewindespindel. So bietet er einen hohen Wirkungsgrad, was wiederum eine höhere Lebensdauer mit sich bringt. Wie diese Eigenschaften im einzelnen noch übertroffen werden können, zeigen nachfolgende Neuheiten verschiedener Hersteller:
Inhalt
- Distanzelement senkt CO2-Fußabdruck um 90 %
- Präziser Kugelgewindetrieb für mehr Nachhaltigkeit
- Hub-Dreh-Modul für komplexe Handlingaufgaben
- Miniatur-Kugelgewindetriebe ohne Lieferengpass
- Archiv Kugelgewindetrieb Neuheiten 2019
- Archiv Kugelgewindetrieb Neuheiten 2018 bis 2016
- Archiv Kugelgewindetrieb Neuheiten 2014 bis 2010
Distanzelement senkt CO2-Fußabdruck um 90 %
21.06.2023 | NSK präsentiert eine Weltneuheit mit dem Distanzelement für Kugelgewindetriebe aus 100 % biobasiertem Kunststoff. Im Vergleich zu einem Distanzelement aus fossilem Kunststoff wird damit der CO2-Fußabdruck um 90 % über den gesamten Lebenszyklus gesenkt.
Die S1 Distanzelemente aus Biokunststoff stehen mit Durchmessern von 50 bis 200 mm zur Verfügung. Auf dem Weg in Richtung Kohlenstoffneutralität und gestützt auf das eigene Know-how in der Werkstofftechnologie hat NSK das bio-basierte Hochleistungspolyamid Ecopaxx von DSM ausgewählt und validiert.
Die Distanzelemente sind zwischen den einzelnen Kugeln des Kugelgewindetriebs angeordnet. Sie verhindern einen Kontakt der Kugeln zueinander und damit eine Erhöhung der Reibung, die Schäden verursachen könnte.
Bei der Entwicklung der bio-basierten Distanzelemente hat der Hersteller einen Digitalen Zwilling eingesetzt und damit das „time to market“ optimiert. Schlüsselparameter wie Verformung, Festigkeit und Abmessungen wurden erst durch Simulationen optimiert und danach an Prototypen praktisch erprobt.
Daraus resultierend profitieren Anwender nun von einer Reduzierung der CO2-Emissionen bei gleichem Leistungsniveau und Lebensdauer der Kugelgewindetriebe von NSK.
Präziser Kugelgewindetrieb für mehr Nachhaltigkeit
21.03.2023 | Je präziser ein Kugelgewindetrieb gefertigt wird, desto nachhaltiger (langlebiger) ist er.
Die Kugelgewindemutter mit ETA-Plus-Technologie von August Steinmeyer sorgt für eine optimale Übertragung der Kräfte vom Motor auf den Schlitten: Damit lässt sich der Verschleiß von Präzisions-Kugelgewindetrieben signifikant verringern und die Lebensdauer verlängern.
Der Energieverbrauch wird um bis zu 50 % reduziert. Die reduzierte Reibung, erhöhte Steifigkeit und ein höherer Wirkungsgrads machen das möglich. Die geringere Erwärmung macht eine zusätzliche Kühlung überflüssig. Zudem wirkt das ETA-Plus-Verfahren geräuschdämpfend.
Spezielle Abstreifer gewährleisten mit minimalem Schmiermitteln maximale Zuverlässigkeit. Versagt einmal die Abdeckung, verringern die Doppelabstreifer die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls vom Kugelgewindetrieb.
Auf Basis eines optimierten Gewindeschleifverfahren für die Spindeln lassen sich mikroskopische kleine Unregelmäßigkeiten auf der Laufbahnoberfläche des Spindelgewindes entfernen und die Oberflächenrauheit erheblich reduzieren.
Dadurch ergibt sich eine verbesserte Schmierung, ein glatterer Lauf der Kugelgewindemuttern sowie eine höhere Gleichmäßigkeit des Leerlaufdrehmoments über die gesamte Spindellänge. Eine geringere Geräuschentwicklung bei hohen Drehzahlen und geringere Vibrationen sind die Folge.
Hub-Dreh-Modul für komplexe Handlingaufgaben
11.05.2022 | Die Baureihe FB von Hiwin bietet mehr Freiheitsgrade für Positionieraufgaben. Sie vereint eine Ball Spline und einen Kugelgewindetrieb auf nur einer geschliffenen Spindel. Damit ist das Hub-Dreh-Modul maximal flexibel in seinen Bewegungsarten, sei es eine lineare, dreh- oder schraubenförmige Bewegung und das bei absoluter Präzision. Durch Überlagerung von Hub- und Drehbewegung lassen sich kürzere Zykluszeiten realisieren.
Miniatur-Kugelgewindetriebe ohne Lieferengpass
14.02.2020 | Rodriguez präsentiert im Rahmen seiner Lineartechnik den Miniatur Kugelgewindetrieb. Weil es seit einiger Zeit Lieferengpässe im Bereich dieser kleinen Kugelgewindetriebe gibt, weist das Unternehmen darauf hin, dass es die kleinen Maschinenelemente schneller liefern kann als der Wettbewerb.
„Die Lieferengpässe kommen daher, weil die Anzahl der Anbieter zurückgegangen ist, während sich der Bedarf am Miniatur Kugelgewindetrieb erhöht hat“, erklärt Jörg Schulden, Produktmanager Lineartechnik bei Rodriguez. Dank der Zusammenarbeit mit einem verlässlichen Partner kann Rodriguez die begehrten Kugelgewindetriebe innerhalb von nur 6 bis 8 Wochen liefern. Das würde im Vergleich zum Wettbewerb deutlich schneller sein.
Miniatur-Kugelgewindetriebe mit Durchmessern von 4 mm bis 12 mm eignen sich mit ihren hochwertigen Laufeigenschaften zum Einsatz in der Optik, Halbleiterindustrie und im Maschinenbau. Rodriguez hat Ausführungen aus herkömmlichem Stahl und Edelstahl im Programm. Solch ein Kugelgewindetrieb kann bis Klasse C1 geschliffen werden.
Tragfähige, steife Zylinderrollenlager für Werkzeugmaschinen
Das breit aufgestellten Lineartechnik Portfolio von Rodriguez enthält neben Kugelgewindetrieb auch Elektrohubzylinder, Profilschienenführung und komplette Linearsysteme. Im Geschäftsbereich Präzisionslager bietet der Hersteller Dünnringlager, Kugeldrehverbindungen, Axial-Radial-Zylinderrollenlager uvm.
Für kundenspezifische Produkte und Systemlösungen wie für die Medizintechnik oder Werkzeugmaschinen gibt es den Bereich Value Added Products VAP. Die hochwertigen Antriebskomponenten werden auf Grundlage des Wälzlager und Lineartechnik Sortiments entwickelt. Selbstverständlich steht dafür ein umfassender Rundumservice bereit.
Der Kugelgewindetrieb in der Praxis – Anwender berichten
Wo werden Kugelgewindetriebe eingesetzt? In der Fertigungsindustrie ermöglichen sie häufig die präzisen Bewegungen in CNC-Maschinen bei der Bearbeitung von Werkstücken.
In der Medizintechnik finden sie Verwendung in Ultraschallgeräten oder Linearbewegungen bei Röntgengeräten. In der Luftfahrtindustrie kommen Kugelgewindetriebe zur Steuerung von Klappen oder Landeklappen zum Einsatz. Weitere Anwendungsbeispiele sind Robotik, Automobilindustrie oder Verpackungsmaschinen. Nachfolgend finden Sie ein paar spezifische Anwendungen:
- CT für Protonentherapie von Leo Cancer Care
- Hochgenaue Multi-Sensor-Messmaschinen
- System zur Herzunterstützung von Berlin Heart
CT für Protonentherapie von Leo Cancer Care
19.04.2021 | Leo Cancer Care setzt bei seiner neuen CT-Anwendung für die Protonentherapie auf Präzisionsbauteile von Rodriguez. In "Marie" können Patienten exakt gedreht und aufrecht positioniert werden. Die Technik basiert u. a. auf einer großen Kugeldrehverbindung, Kugelgewindetrieb und weiterer Lineartechnik des Herstellers.
Das Projekt wurde zusammen mit dem britischen Partner R.A. Rodriguez (UK) Ltd betreut und umgesetzt. Der britische Strahlenspezialist Leo Cancer Care stützt sich bei seiner Technik auf weltweite Forschungsergebnisse, die darauf hindeuten, dass sich lebenswichtige Organe in aufrechter Position aufgrund der Schwerkraft weniger bewegen.
Das erhöht die Genauigkeit der Tumor-Behandlung mittels der Partikeltherapie. Mit Marie rotiert der Patient, bei herkömmlichen Lösungen rotiert die Maschine.
Igus Linearführung als leise, wartungsfreie Alternative
„Wenn ein aufrecht stehender Patient vor einer festen Strahlenquelle gedreht wird, reduziert das die Gesamtgröße der Maschine um den Faktor 16“, erklärt Stephen Towe, CEO von Leo Cancer Care. „Das wiederum vereinfacht die Nutzung, Wartung und Instandhaltung solcher Anlagen.“
Leo Cancer Care arbeitete bei Marie eng mit R.A. Rodriguez (U.K.) Limited zusammen. Gemeinsam möchte man eine Lösung finden, mit der sich Patienten weniger als 1 mm genau positionieren lassen. Dank einer großen individuellen Kugeldrehverbindung von Rodriguez in Eschweiler lässt sich der Stuhl nicht nur exakt drehen.
Das CT System kann den Patienten auch heben, senken und ihn von vorne nach hinten von links nach rechts neigen. Das erleichtert die Abbildung und Behandlung aller für die Partikeltherapie spezifischen anatomischen Stellen in aufrechter Position.
Es kommen noch zehn weitere lineartechnische Komponenten von Rodriguez in Marie zum Einsatz: Hierzu zählen u. a. Drehverbindungen, Kugelgewindetrieb, Linearführungen, Zahnräder und Präzisionslager.
Hochgenauen Multi-Sensor-Messmaschine
08.07.2018 | Um bei den empfindlichen und hochgenauen Anlagen ruhige Laufeigenschaften und genaue Achspositionierungen zu erreichen, setzen die Spezialisten von Profitech IMT auf langlebige Kugelgewindetriebe von Dr. Tretter. Im Servicefall stellt der Zulieferer eine schnelle Verfügbarkeit dieser mechanisch hochbelasteten Bauteile sicher.
‚Miss alles, was sich messen lässt, und mach alles messbar, was sich nicht messen lässt‘: Der Spruch stammt von dem griechischen Physiker, Mathematiker und Mechaniker Archimedes.
Die Worte könnten aber genauso gut auch von Ralf Teuchert (Bild) kommen, denn Messen ist seine Leidenschaft. Er ist geschäftsführender Gesellschafter der Profitech IMT GmbH in Saarbrücken. Bei ihm und seinen 35 Mitarbeitern dreht sich im Arbeitsalltag alles um dieses Thema.
Die Profitech Industrielle Messtechnik GmbH
Die Profitech Industrielle Messtechnik GmbH in Saarbrücken gehört zu den führenden Fachunternehmen für Koordinatenmesstechnik und Multisensor-Technologie. Die Saarländer bieten herstellerübergreifende Services im Bereich der industriellen Messtechnik an und entwickeln OEM-Komponenten sowie Software für die optische und taktile Koordinatenmesstechnik.
„Wir übernehmen auftragsbezogen die optische, Multisensor- und taktile Messtechnik für kleine und mittelständische Firmen sowie große Konzerne aus Elektronikindustrie, Automobil-, Medizin- oder Raumfahrttechnik“, sagt Ralf Teuchert.
Seine Mitarbeiter warten und kalibrieren zudem herstellerübergreifend die 3D-Koordinatenmessgeräte der internationalen Kunden. Dazu stehen den Spezialisten in Saarbrücken ein zertifiziertes und akkreditiertes Prüf- und Kalibrierlabor sowie weitere Labore in Deutschland und Indien zur Verfügung.
„Neben unseren eigenen Messgeräten haben wir auch unterschiedliche Messgeräte namenhafter Anbieter im Programm. Außerdem entwickeln und fertigen wir für die Multisensor-Messtechnologie gemeinsam mit und für Partnerunternehmen OEM-Systemkomponenten im High-End-Bereich“, beschreibt Teuchert. Dazu gehört die Mahr-Gruppe mit Sitz in Göttingen – ein weltweit führender Hersteller von Längenmesstechnik, Form- und Oberflächenmessgeräten.
„Seit Jahren beraten und betreuen wir Mahr-Kunden weltweit“, berichtet Teuchert. „Und seit 2016 stellen wir basierend auf dem Multisensor-Konzept des Marktführers die modular aufgebauten 3D-Koordinaten-Messmaschinen der Baureihe AIM (Advanced Industrial Multisensor) her.“
Das System eignet sich unter anderem für hochgenaue Bauteile aus der Elektronik- und Stanztechnik oder aus der Feinstmechanik.
In Saarbrücken fertigt Profitech die Hardware für die Elektronik und Sensorik und montiert hier auch die kompletten Anlagen. Für die Fertigung der einzelnen Maschinenkomponenten arbeitet der Spezialist mit verschiedenen versierten Produktionsbetrieben zusammen. Dazu kommt ein Netz ausgewählter Zulieferer.
Lineareinheit mit Spindelführung als Standard und Sonderlösung
„Für jede Anlage verbauen wir die Komponenten mit dem besten Preis-Leistungs-Verhältnis", sagt Teuchert. „Wir erwarten aber nicht nur Top-Produkte, sondern auch Liefertreue und eine hervorragende Beratung.“ Im besten Fall unterstützen die Zulieferer Profitech bei der Produktentwicklung mit ihrem Know-how.
Zu diesen Partnern gehört Dr. Tretter aus dem schwäbischen Rechberghausen. Als Antriebs- und Führungseinheiten für die verschiedenen Achsen liefert der Hersteller und Importeur geschliffene Kugelgewindetriebe mit bearbeiteten Enden.
Schwingungsfreie und präzise Führungssysteme
Der Kugelgewindetrieb wandelt eine Dreh- in eine Linearbewegung um. Er besteht aus einer Spindel, einer Mutter mit Kugelrückführsystem und Kugeln als Wälzelemente.
„Im Gegensatz zu gerollten Spindeln sind die geschliffenen vorgespannt und damit spielfrei oder mit einem sehr geringen Spiel ausgeführt“, beschreibt Manuel Lauppe, Technischer Verkauf bei Dr. Tretter. Die Kugeln wälzen sich im Zwei-Punkt-Kontakt in den Laufbahnen der Spindel und der Mutter ab.
„Die Vorspannung bewirkt ein günstiges Federungsverhalten“, sagt Lauppe. Damit sind die unter Belastung auftretenden Verformungen zwischen Kugel und Laufbahn geringer als bei nicht vorgespannten Muttern.
„Die Präzision und Langzeitstabilität dieser im Betrieb mechanisch belasteten Baugruppen spielt bei unserer Gesamtauslegung der Messmaschinen und bei ihrem Zusammenspiel mit Sensorik und Controller eine entscheidende Rolle“, beschreibt Thomas Hohmann, verantwortlicher Serviceleiter bei Profitech.
In der Vergangenheit wurden Kugelgewindetriebe gerollt unterschiedlicher Hersteller verbaut. Darunter befanden sich Komponenten, die nicht der erforderlichen Qualität entsprachen und sich deutlich schneller verformten.
Dadurch kam es zu Schwingungen in der Maschine, die sich negativ auf das Gleichlaufverhalten und damit auf die Positioniergenauigkeit der Achsen auswirken konnten. „Die genauen und langlebigen Kugelgewindetriebe der Schwaben ermöglichen dagegen eine harmonische Abstimmung zwischen Antriebsrad- und Führungseinheiten in Verbindung mit einem ausgewogenen Echtzeit-Regelverhalten. Dies garantiert ruhigere Laufeigenschaften bei präziser Achspositionierung und hoher Verfahrgeschwindigkeit“, erklärt Hohmann.
Im Servicefall schnell verfügbar
Mit den Produkten von Dr. Tretter sei Profitech bestens aufgestellt. Aber noch etwas zeichnet den Zulieferer aus: die Verfügbarkeit. „Wegen der hohen Standzeiten der Komponenten sind Präventivmaßnahmen in der Regel zwölf Monate im Voraus planbar. Fällt die Maschine jedoch aus, weil Serviceintervalle vernachlässigt wurden, kommt es auf eine schnelle und unmittelbare Reaktion an", sagt Hohmann. Dr. Tretter fertigt für Profitech nicht selten Sonderabmessungen über Nacht.
Wie man mit Kugelrollen den Materialfluss effizienter macht
Bei den AIM-Multisensor-Messgeräten setzen die Spezialisten deshalb auf die logistischen und qualitativen Leistungen ihres Zulieferers. „Dies erlaubt uns, gegenüber unseren Kunden Garantien in Bezug auf Qualität und Verfügbarkeit abzugeben“, sagt Teuchert. Die Messtechniker vermeiden damit Produkt- und Gewährleistungsrisiken. Für einen mittelständischen Hersteller mit globaler Ausrichtung, der sich dazu noch einer harten Konkurrenz stellen muss, ist das wettbewerbsentscheidend.
System zur Herzunterstützung von Berlin Heart
24.06.2016 | Ein menschliches Herz arbeitet im 24/7-Betrieb und darf nicht ausfallen. Deshalb stellt die Berlin Heart allerhöchste Qualitätsanforderungen an ihre Herzunterstützungssysteme. In den mobilen Versionen der „Excor“-Serie wird das externe Kunstherz von einem Miniatur-Kugelgewindetriebe von NSK angetrieben. Hubvolumen und Taktfrequenz bilden in Excor exakt die Arbeitsweise des menschlichen Herzens des Patienten nach.
Technisches Allgemeinwissen
Was ist und wie funktioniert ein Kugelgewindetrieb?
Ein Kugelgewindetrieb ist ein mechanischer Linearantrieb, der einer Drehbewegung in eine Längsbewegung bzw. lineare Bewegung umwandelt. Bei dem Schraubgetriebe, auch Kugelumlaufspindel genannt, übertragen Kugeln die Kraft zwischen der Gewindespindel und der Mutter. Dabei entsteht aufgrund der vorherrschenden Rollreibung ein günstiger Reibungskoeffizient, der für einen hohen Wirkungsgrad sorgt und auch die Wärmeentwicklung fällt gering aus.
Es gibt einige Ausführungen von Kugelgewindetrieben wie mit angetriebener Mutter, angetriebener Spindel, gekühlter Mutter uvm. Befestigt und ausgerichtet werden Kugelgewindetriebe zum Beispiel über einen Flansch.
In der DIN 103 sind die Abmessungen für Kugelumlaufspindeln sowie Standards für Gewindeprofile, Abmessungen und Toleranzen definiert. Die DIN 69051 bezieht sich auf die Anforderungen an den Stahl, die Wärmebehandlung und die Oberflächenbeschaffenheit von Kugelgewindetrieben. Die Norm legt Standards für verschiedene Eigenschaften des Materials fest, einschließlich Härte, Zugfestigkeit, Schlagfestigkeit und Ermüdungsverhalten.
Kugelgewindetriebe vs. Trapezgewindetriebe
Kugelgewindetriebe eignen sich für dynamische Positionieraufgaben im Dauerbetrieb, hingegen werden Trapezgewindetriebe für langsame Transportaufgaben und Spannungsaufgaben eingesetzt. auch bei Anwendungen mit kurzer Einschaltdauer wird die Trapezgewindespindel bevorzugt.
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Angela Struck ist freie Journalistin und Geschäftsführerin der Presse Service Büro GbR in Ried.
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