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DER KONSTRUKTEUR 9/2017

DER KONSTRUKTEUR 9/2017

SPECIAL TRENDS

SPECIAL TRENDS ANFORDERUNGEN UND ENTWICKLUNGEN BEI KUGELGEWINDETRIEBEN Autor: Andreas Kropp, NSK Deutschland GmbH, Ratingen Bilder: NSK Deutschland GmbH 76 DER KONSTRUKTEUR 9/2017

HOHE PRÄZISION UND GESCHWINDIGKEIT Zentrale Anwenderbranchen wie z. B. der Werkzeugmaschinenbau fordern von Linearantrieben hohe Präzision bei gleichzeitig immer höherer Verfahrgeschwindigkeit. Beide Eigenschaften sind eigentlich schlecht zu vereinbaren, weil hohe Geschwindigkeit durch Reibung Wärme ins System einbringt, die zur Verformung der Anbauteile und somit zu Maßänderungen führt. Daher kommen in Werkzeugmaschinen zunehmend temperierte Kugelgewindetriebe zum Einsatz. In der Vergangenheit wurde die Kühlflüssigkeit durch einen Hohlwellenschaft zugeführt. Als Alternative steht nun ein System zur Verfügung, bei dem die Mutter gekühlt wird. Dabei wird der Antrieb genau dort temperiert, wo die Wärme entsteht, nämlich im Mutternkörper. Das Ergebnis: Die Mutternaufnahme wird wirkungsvoll gekühlt, und es wird auch keine Temperatur in den Führungstisch eingeleitet, die zu Formänderungen führt. Diese Systeme kommen häufiger zur Anwendung, weil immer mehr Maschinenbauer hohe Präzision plus hohe Verfahrgeschwindigkeiten wünschen. HÖHERE TRAGFÄHIGKEIT UND BELASTBARKEIT Im Vergleich zu ihren Vorgängerbaureihen zeichnen sich neue Generationen von Kugelgewindetrieben durch höhere Tragfähigkeit und Belastbarkeit aus. Zum Beispiel konnte NSK die Lebensdauer der neuen Schwerlast-Kugelgewindetriebe S-HTF mehr als verdoppeln, die dynamische Tragfähigkeit wurde um den Faktor 1,3 gesteigert. Damit ist bei gleicher Baugröße eine weit höhere Lebensdauer zu erzielen, oder der Konstrukteur kann ein Downsizing vornehmen. Bei kleineren Baugrößen und kurzen Hüben verfahren die neuen Kugelgewindetriebe mit höherer Geschwindigkeit und somit kürzerer Taktrate – ohne Beeinträchtigung der Lebensdauer. Das bedeutet auch: Der Anwender kann ggf. eine kleinere Baugröße einsetzen und eine kompaktere Konstruktion realisieren. GEZIELTES SOUND ENGINEERING Die Geräuschemission ist ein immer wichtigeres Auswahlkriterium für Linearantriebe. Daher gehört es zu den Aufgaben der Entwickler, auch unter dem Aspekt der Geräuschentwicklung das Design entsprechend anzupassen. Neben der reinen Geräuschreduzierung spielt dabei auch die Verlagerung der Geräusche aus unerwünschten Frequenzbereichen heraus sowie das Vermeiden von Frequenzüberlagerungen eine Rolle. Und es gilt zu berücksichtigen, dass die Kugelgewindetriebe als Teil des Antriebssystems eine (auch frequenzbezogene) Wechselwirkung auf das Gesamtsystem ausüben. Bei verschiedenen Kombinationen von Spindeldurchmesser, Steigung, Kugeldurchmesser, Schleifgeschwindigkeit und Vorschub werden jeweils unterschiedliche Eigenfrequenzen erzeugt, die sich unter Umständen mit der Frequenz der Steuerung überdecken, sodass Probleme in der Regelung auftreten. Das kann man verhindern. NSK hat das im November 2016 auf der japanischen Werkzeugmaschinenmesse JIMTOF verdeutlicht – mit einem „Ball Screw Player“, bei dem Kugelgewindetriebe jede beliebige Melodie spielen können. ANPASSUNG AN RAUE UMGEBUNGSBEDINGUNGEN In Werkzeugmaschinen, aber auch anderen Anwendungen sind Linearantriebe oft rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Hier bewähren sich neue Dichtungskonzepte, die eine verbesserte Dichtwirkung mit geringer Reibung kombinieren. Der äußere Teil der Dichtung verhindert das Eindringen von Verschmutzungen in den Mutternkörper, der innere Teil hält den Schmierstoff im Mutternkörper zurück. Im Vergleich zu Labyrinthdichtungen erreicht dieses Konzept eine 32-fach bessere Dichtwirkung und zwei Drittel weniger Fettaustrag. Zugleich leistet die nur minimal gesteigerte Reibung bei weit besserer Dichtwirkung einen Beitrag zum energieeffizienten Einsatz des Linearantriebs und zu verminderter Wärmeentwicklung im Vergleich zu fest anliegenden Kontaktdichtungen. MINIATURISIERUNG Präzisionsscanner, Mikroskope, Geräte der Medizintechnik und Bestückungsautomaten: Das sind einige von zahlreichen Anwendungen, in denen zunehmend Miniatur-Kugelgewindetriebe mit Spindeldurchmessern bis herab zu 4 mm eingesetzt werden. Hier kommt es auf eine sehr präzise Positionierung der Mutter an. Genauigkeiten bis in den Submikronbereich sind möglich. Ebenso wichtig ist ein äußerst ruhiger Lauf – als Voraussetzung für optimale Prozesse. www.nskeurope.de DER KONSTRUKTEUR 9/2017 77

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