Thomson Linear Motion Optmized
Kugelgewindetriebe - Vorgespannte Mutter
Konstruktion und Theorie
Eine Mutter wird vorgespannt, um das Axialspiel zu beseitigen. Zur Vorspannung dienen zwei unterschiedliche Methoden:
- Vierpunkt-Kontakt
- Zweipunkt-Kontakt
Vierpunkt-Kontakt
Das Vorspannen einer Mutter mittels Vierpunkt-Kontakt erfolgt durch die Konfiguration der Mutter mit überdimensionierten Lagerkugeln. Das Ergebnis:- Die Kugeln nehmen die Last in beide Richtungen auf.
- Kleinere Mutter. (dieselbe Tragzahl wie eine nicht-vorgespannte Mutter)
- Geringerer Wirkungsgrad durch Rutschen auf der nicht-belasteten Kugelseite.
- Die Vorspannung hält verschleißbedingt durch Rutschen der Kugeln eher kürzer.
- Ist nur auf glatteren Spindeln möglich (höherer Präzisionsgrad).
- Die Muttern sind nicht austauschbar, da die Kugelgröße bei der Montage genau ausgewählt wurde.
Vierpunkt-Kontakt
Vierpunkt-Kontakt
Zweipunkt-Kontakt
Das Vorspannen einer Mutter mittels Zweipunkt-Kontakt erfolgt durch die Konfiguration mit „Doppelmutter“. Die eine Hälfte der Mutter nimmt die Last in eine Richtung auf, die andere Hälfte in die entgegengesetzte Richtung. Das Ergebnis:
- Höherer Wirkungsgrad, das die Kugeln auf zwei Punkten rollen (kein Rutschen).
- Die Vorspannung hält länger als beim Vierpunkt-Kontakt.
- Vorgespannte Muttern sind austauschbar. Vorgespannte Muttern mit verstellbaren Doppelmuttern können einzeln gekauft werden und müssen nicht im Werk auf die Schraube abgestimmt werden.
- Möglichkeit der Vorspannung auf Spindeln geringerer Präzision. Auf Spindeln mit geringerer Präzision sitzt bei der Doppelmutter eine Feder zwischen den beiden Mutternhälften. Daraus entsteht eine gewisse Flexibilität für den Betrieb auf solchen Spindeln. Allerdings ist die Federkraft die begrenzende Größe für die Last ohne Axialspiel.
- Eine längere Mutter für dieselbe Tragzahl. Für dieselbe Tragzahl wie eine entsprechende nicht-vorgespannte oder vorgespannte Vierpunktkontakt-Mutter benötigt die Mutter die doppelte Anzahl an Kugelumläufen.
Zweipunkt-Kontakt
Zweipunkt-Kontakt
Unterschiedliche Arten vorgespannter Muttern
Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten der Vorspannung, die meisten davon lassen sich jedoch in drei Kategorien unterteilen.
- Überdimensionierte Kugeln (Vierpunkt-Kontakt)
- Doppelmutter (Zweipunkt-Kontakt)
- Steigungsversatz (Zweipunkt-Kontakt)
Jede Lösung hat ihre Vor- und Nachteile:
- Überdimensionierte Kugeln – Verwendung spezieller Lagerkugeln zur Beseitigung des axialen Spiels und Erzeugung einer Vorspannung. Diese Art der Vorspannung bewahrt die volle Tragzahl und benötigt am wenigsten Platz. Sie erfordert jedoch eine passende Spindel mit hoher Steigungsgenauigkeit und eignet sich üblicherweise für bis zu 5 % Vorspannung.
- Doppelmutter – verwendet zwei kombinierte Muttern, deren Konfiguration das Axialspiel beseitigt. Diese Variante kann mit Ausgleichsfedern gespannt und eingestellt werden, um Verschleiß und Tragzahl zu kompensieren. Die Nachteile sind höhere Kosten und Platzbedarf im Vergleich zu den überdimensionierten Kugeln.
- Steigungsversatz – diese Vorspannung wird üblicherweise bei gewirbelten oder geschliffenen Spindeln genutzt. Das Ergebnis sind eine hohe Steifigkeit der Mutter und eine höhere Vorspannung (ca. 10 %). Diese Lösung benötigt nur eine Mutter, reduziert aber die dynamische Tragzahl des Systems, da nur jeweils die Hälfte der Lagerkugeln gleichzeitig belastet sind.
Vorgespannte Muttern
Vorgespannte Muttern
Beispiel einer verstellbaren Doppelmutter
Beispiel einer verstellbaren Doppelmutter
Minimales Axialspiel
Eine Alternative zur Vorspannung ist die Auswahl der Lagerkugelgröße, um das Spiel auf ein Minimum zu reduzieren, ohne jedoch eine Vorspannung wie bei überdimensionierten Kugeln zu erzeugen. Die Vorteile eines minimierten Spiels sind weniger Widerstand im System und eine erhöhte Laufruhe.
