Präzision, Steigung, Drehmoment, Form- und Lage

Die Steigungsgenauigkeit beschreibt, wie exakt der reale Hub pro Umdrehung der Gewindespindel dem Nennwert der Steigung entspricht. Fertigungsbedingte Abweichungen summieren sich über die gesamte Verfahrlänge zur kumulierten Steigungsabweichung und beeinflussen damit die Positioniergenauigkeit des Systems entlang des gesamten Verfahrwegs. 

Die Positioniergenauigkeit bezeichnet die maximale Abweichung zwischen Soll-Position und tatsächlich erreichter Ist-Position. Die Wiederholgenauigkeit (Repeatability) hingegen misst, wie präzise eine Position bei wiederholten Anfahrten aus derselben Richtung reproduziert werden kann. Ein System kann eine hervorragende Wiederholgenauigkeit aufweisen, selbst wenn eine konstante systematische Abweichung (Offset) zur Sollposition besteht – durch Kalibrierung oder Software-Kompensation lässt sich diese jedoch korrigieren. 

Die Vorspannung (Preload) reduziert oder eliminiert das Umkehrspiel (Backlash) vollständig und erhöht die axiale Steifigkeit des Kugelgewindetriebs erheblich. Dies verbessert die Regelbarkeit, die Wiederholgenauigkeit und die Dynamik des Antriebssystems. Gleichzeitig kann eine höhere Vorspannung das Reibmoment und die Eigenerwärmung leicht erhöhen. Die optimale Vorspannung ist daher ein gezielter Kompromiss aus Steifigkeit, Reibung, Laufruhe und Lebensdauer – abgestimmt auf die spezifischen Anforderungen der Anwendung. 

Die Systemgenauigkeit wird neben der Fertigungsgenauigkeit der Komponenten von zahlreichen weiteren Faktoren beeinflusst: 

• Montagegenauigkeit und präzise Ausrichtung (Alignment) 
• Lagervorspannung und Lagerqualität 
• Schmierung (Typ, Viskosität, Temperaturabhängigkeit) 
• Temperaturdrift und thermische Längenänderung 
• Antriebsregelung (Backlash-Kompensation, Reibungskompensation) 
• Messauflösung des Feedback-Systems (Encoder, Messsysteme) 

In der Praxis sind thermische Längenänderungen von Gewindewelle und Mutter häufig der dominierende Faktor für Positionsfehler – eine thermisch stabile Konstruktion und eventuell auch aktive Temperaturkompensation sind daher entscheidend für höchste Genauigkeit. 

Formtoleranzen (z.B. Rundheit, Geradheit der Gewindewelle) und Lagetoleranzen (z.B. Parallelität, Rechtwinkligkeit, Konzentrizität von Anlauf- und Lagerflächen) definieren die geometrische Qualität von Gewindewelle, Mutter und Lagerung – beispielsweise nach DIN ISO 3408. 

Abweichungen von der idealen Geometrie erhöhen die Reibung, erzeugen Kippmomente und wirken sich negativ auf Genauigkeit, Laufruhe, Verschleiß und Lebensdauer aus. 

Entscheidend ist die anwendungsgerechte Auslegung: Form- und Lagetoleranzen sollten auf die spezifischen Systemanforderungen abgestimmt sein. Qualität definiert sich durch die zuverlässige Einhaltung der festgelegten Toleranzen. 

Erwärmung von Gewindewelle, Mutter oder der umgebenden Maschinenstruktur führt zu thermischer Längung und verändert zudem das Reibmoment im System. Ohne aktive Kompensation driftet die Position kontinuierlich ab – insbesondere bei langen Verfahrwegen und hohen Drehzahlen. 

Wirksame Maßnahmen zur Temperaturbeherrschung: 

• Thermisch stabile Konstruktion mit symmetrischem Aufbau 
• Kontrollierte und temperaturstabile Schmierung 
• Einlaufphasen vor Präzisionsbetrieb 
• Aktives Temperaturmanagement (Kühlung, Heizung) 
• Software-basierte Temperaturkompensation 
• Einsatz temperaturstabiler Materialien 

Die Gesamtgenauigkeit eines linearen Positioniersystems hängt vom präzisen Zusammenspiel aus mechanischen Komponenten (Kugelgewindetrieb, Führungen, Lagerung) und elektronischer Regelung ab. Moderne Antriebssysteme tragen wesentlich zur Präzision bei: 

• Hochauflösende Encoder ermöglichen feine Positionserfassung (typisch 0,1 µm und besser) 
• Spielfreie mechanische Kopplung zwischen Motor und Gewindewelle eliminiert Totgang 
• Optimal parametrierte Regler (PID, Kaskadenregelung) sorgen für schnelles und stabiles Einschwingverhalten 
• Backlash-Kompensation gleicht mechanisches Umkehrspiel aus 
• Reibungsmodelle und Feedforward-Regelung reduzieren geschwindigkeitsabhängige Positionierfehler 
• Hochdynamische Servomotoren ermöglichen schnelle Beschleunigung bei gleichzeitig präziser Positionierung 

Das Ergebnis: minimierte Positionierfehler, optimierte Bahngenauigkeit bei Konturfahrten und maximale Dynamik bei gleichzeitig höchster Wiederholgenauigkeit.