Einzel- oder Doppelmutter, Vorspannung, Steifigkeit
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Dieser Abschnitt behandelt die unterschiedlichen Mutternbauformen und deren Vorspannung. Wir erläutern hier auch die Angaben zur Steifigkeit von Kugelgewindetrieben und erklären, warum man nicht alle Angaben von Steifigkeitswerten direkt vergleichen kann.
- Einzel- oder Doppelmutter, Pitch-Shift, Teilungsversatz, Vierpunktvorspannung
- Wie viel Vorspannung ist nötig und sinnvoll?
- Die Steifigkeit
Technik-Tipp
Die Vorspannung der Mutter dient zunächst einmal der Ausschaltung von Spiel. Gleichzeitig erhöht sich durch die Vorspannung auch die Steifigkeit der Mutter. Das heißt, dass die Einfederung unter Last verringert wird.
Vorspannung kann auch notwendig sein, um bei hoher Beschleunigung ein Durchrutschen der Kugeln zu verhindern, oder um bei nicht vermeidbarer Querbelastung eine möglichst gleichmäßige Lastverteilung auf alle Kugeln zu erreichen.
Vorspannung kann auf verschiedene Arten erreicht werden. Grundsätzlich unterscheidet man die Vorspannung über zwei Kontaktpunkte der Kugeln (1x Spindelgewinde, 1x Muttergewinde) im Gegensatz zur 4-Punkt-Vorspannung, die nur bei sog. "gotischen" Gewindeprofilen möglich ist.
Steinmeyer verwendet nur gotische Profile, so dass jede Art der Vorspannung möglich ist.
FAQ - Mutternvorspannung & Steifigkeit
Was bedeutet Vorspannung bei Kugelgewindetrieben?
Vorspannung bezeichnet eine gezielte axiale Krafteinleitung zwischen Welle und Mutter eines Kugelgewindetriebs. Durch diese Vorspannkraft haben die Kugeln in beiden Bewegungsrichtungen ständig Kontakt mit den Laufbahnen. Das Umkehrspiel wird eliminiert und sorgt für deutliches stabileres Regelverhalten.
Warum wird vorgespannt?
Die Vorspannung verbessert entscheidende Leistungsmerkmale des Systems. Sie erhöht die axiale Steifigkeit des Kugelgewindetriebs erheblich und sorgt für eine höhere Wiederholgenauigkeit. Besonders bei dynamischen Anwendungen verhindert sie Spiel bei Richtungswechseln und reduziert Schwingungen im System.
Wie beeinflusst Vorspannung die Steifigkeit?
Eine höhere Vorspannung erhöht die axiale Systemsteifigkeit deutlich. Sie minimiert elastische Verformungen zwischen Mutter und Welle, was zu einer direkteren Kraftübertragung führt. Das Positionierverhalten wird dadurch präziser. Allerdings steigt das erforderliche Reibmoment proportional an.
Wie wirkt sich Vorspannung auf Reibmoment, Wärme und Wirkungsgrad aus?
Mit steigender Vorspannung nimmt der Kontakt zwischen Kugeln und Laufbahnen zu, wodurch das Reibmoment und damit die Wärmeentwicklung steigen. Der Wirkungsgrad sinkt leicht. Die optimale Einstellung ist daher ein Kompromiss zwischen maximaler Genauigkeit, hoher Energieeffizienz und langer Lebensdauer.
Wie bestimme ich die passende Vorspannung für meine Anwendung?
Die Auswahl erfolgt anhand Ihrer Betriebsbedingungen: Lastprofil, gewünschte Steifigkeit, Bewegungsgeschwindigkeit und Temperaturbereich. Das Ziel ist eine Vorspannung, die das Umkehrspiel minimiert, ohne übermäßige Reibung oder Erwärmung zu erzeugen.
Steinmeyer bietet umfassende technische Beratung, präzise Lebensdauerberechnungen und Unterstützung bei der optimalen Auslegung – für maximale Performance und lange Betriebsdauer.
Was sind die Unterschiede zwischen Einzelmutter, Doppelmutter und ETA+-Technologie?
Als Einzelmuttern werden alle Muttern mit durch Kugelübermaß hergestellter Vorspannung bezeichnet. Es entsteht ein 4-Punkt-Kontakt zwischen Kugel und Laufbahn. Sie sind kompakt und kosteneffizient, aber nur begrenzt justierbar.
Als Doppelmuttern werden alle Mutternvarianten bezeichnet, deren Vorspannungserzeugung zu einem 2-Punkt-Kontakt zwischen Kugel und Laufbahn führt. (z.B. UNILOCK-Systeme oder Pitch-Shift-Varianten) Die Vorspannung ist so präzise einstellbar und ermöglicht maximale Steifigkeit.
Die exklusive ETA+-Technologie von Steinmeyer erreicht durch eine spezielle Ausführung der Kugelgewindetriebe messbar verbesserte Leistungswerte in allen Bereichen. Dazu gehören unter anderem 50% höhere Steifigkeit (im Vergleich zu konventionellen Doppelmuttern), stark reduzierte Reibung und damit minimale Wärmeentwicklung sowie nahezu vollständige Eliminierung des Umkehrfehlers.
Wie beeinflusst Vorspannung die Lebensdauer und Tragzahl eines Kugelgewindetriebs?
Richtig ausgelegt stabilisiert die Vorspannung die Lastverteilung, vermeidet Kugelbelastungen durch Seitenlasten und schützt die Laufbahnen. Eine zu hohe Vorspannung verursacht hingegen erhöhten abrasiven Verschleiß und wirkt sich damit nachteilig auf die Lebensdauer aus.
Der Einfluss auf Tragzahl und Lebensdauer hängt dabei stark von der Balance zwischen Vorspannkraft und äußerer Last ab. Unsere Anwendungstechniker unterstützen Sie mit fundierter Beratung, präzisen Berechnungen und maßgeschneiderten Lösungen für Ihre spezifische Anwendung.