Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.
Ein Kugelgewindetrieb
(KGT) ist die Gesamtheit eines Wälzschraubtriebes mit Kugeln als
Wälzkörper. Er dient zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine
Längsbewegung oder umgekehrt (Definition nach DIN 69051-1).
Im Vergleich zu konventionellen Gleitgewindetrieben, oder sogenannten Wälzschraubtrieben, ergeben sich vier Vorteile:
- durch die Punktanlage der Kugeln wird die Antriebsleistung um 2/3 reduziert
- (weniger
Reibung erzeugt weniger Wärme, ca. 50 bis 90% der eingeleiteten
Antriebsleistung wird bei Gleitgewindetrieben in Wärme umgewandelt),
- geringerer Verschleiß der Laufbahnen,
- Steigerung der erreichbaren Verfahrgeschwindigkeit,
- höhere Positioniergenauigkeit.
Wirtschaftlich
betrachtet sind damit geringere Wartungskosten, geringere
Bearbeitungszeiten und niedrigere Ausschussquoten verbunden.
Inhaltsverzeichnis
[Verbergen]
- 1 Verwendung
- 2 Aufbau und Funktionsweise
- 3 Herstellung
- 4 Vergleich von Kugelgewindetrieb und Trapezgewindespindel
- 5 Weiterentwicklungen
- 6 Siehe auch
- 7 Weblinks
Verwendung [Bearbeiten]
Das Haupteinsatzgebiet sind Werkzeugmaschinen wie z. B. Drehmaschinen,
auf denen Werkstück- bzw. Werkzeugträger positioniert werden müssen.
Das zu bewegende Teil ist meistens an der Mutter befestigt und
gleichzeitig über Linearführungen gelagert. Kugelgewindetriebe haben die früher gebräuchlichen Trapezgewindespindeln
in vielen Bereichen des Maschinenbaus fast vollständig ersetzt. Neue
Bauarten erschließen zudem weitere Einsatzgebiete, in denen bisher
meist Hydrauliksysteme Verwendung fanden wie zum Beispiel bei Pressen und Spritzgießmaschinen.
Aufbau und Funktionsweise [Bearbeiten]
Ein
Motor treibt die Spindel entweder direkt oder über Getriebe und
Riementriebe an. Zwischen Spindel und Mutter bewegen
(abwälzen/abrollen) sich in Laufrillen Kugeln, die beim Drehen der
Spindel axial wandern. Der Rückführkanal in der Spindelmutter befördert
die Kugeln wieder zurück und schließt damit den Kreislauf, in dem die
Kugeln zirkulieren.
Spindelgeometrie [Bearbeiten]
Die
umlaufenden Kugeln berühren im Idealfall (d.h. spielfrei) beide Flanken
des Gewindes an je einem Punkt (gotische Laufrille). Falls Spiel
vorhanden ist, kann nachjustiert werden.
Ein kennzeichnendes Merkmal der Kugelumlaufspindel ist ihre Steigung. Sie wird im mm angegeben und bedeutet die in Millimeter gemessene, geradeaus zurückgelegte Strecke (Hub)
der Spindelmutter pro Umdrehung der Spindel. Diese Steigung ist nicht
identisch mit der Steigung derjenigen Rampe, welche sich durch Abrollen
der Laufrille zu einer schiefen Ebene ergibt. Jene Rampensteigung ist der Quotient der beiden Katheten des Steigungsdreiecks
(Hubstrecke pro Umfang), eine dimensionslose Zahl und wird üblich in
Prozent angegeben. Die Konvention, Spindelsteigungen in Millimeter
anzugeben und damit auf Umdrehung bzw. Drehzahl statt auf den Umfang zu
normieren, erleichtert die meisten Berechnungen zur Dimensionierung
einer Maschinenachse, da ab dem Antriebsmotor in der Regel Drehzahlen
und Drehmomente übermittelt werden. Die Steigung ergibt mit der
Drehzahl im Produkt bequem den Vorschub. Allerdings spielt die
Geometrie der zur Spindel aufgerollten Rampe eine wesentliche Rolle bei
der konstruktiven Optimierung der Kugelgewindetriebe.
Kugelumlaufspindeln sollen bei hoher Präzision hohe Vorschübe unter sehr unterschiedlichen Lasten ermöglichen. Bei Kugellagern hat sich die Angabe der Abrollgeschwindigkeit
der Kugeln als Kriterium für das technisch Erreichbare bewährt. Die
technologische Grenze bei Kugellagern lag im Jahr 1996 bei rund 3000
m/min (180 km/h).
Kugelgewindetriebe erreichten diese
Geschwindigkeit zur gleichen Zeit bei Weitem noch nicht, weil man die
Spindelmutter nicht mit fest integriertem Kugelkäfig
konstruieren kann. Daher „klackern“ die Kugeln gegeneinander und gegen
die Rillen von Mutter und Spindel. Hauptsächlich durch diesen Effekt
rollt ein moderner Kugelgewindetrieb mit typisch unter 200 m/min ab.
Ein wichtiger begrenzender Faktor für den erreichbaren Vorschub ist
also die maximale Abrollgeschwindigkeit der Kugeln an der Laufrille. Um
möglichst viel dieses Potenzials für die Hubbewegung zu nutzen, werden
Hochgeschwindigkeitsspindeln mit großen Steigungen und kleinen
Durchmessern konstruiert. Neuere Entwicklungen sind Kugelgewindetriebe
mit Kugelkette,
die verhältnismäßig geräuscharm laufen, da der oben beschriebene Effekt
des „Klackerns“ bei diesen modernen Systemen stark reduziert werden
konnte.
Der Quotient aus Steigung und Umfang der Spindel
kennzeichnet die Form der Schraubenlinie durch Abbildung auf die
entsprechende, abgerollte Rampe. Dieser Quotient wird auch als Übersetzungsverhältnis
der Spindel bezeichnet. Ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 bedeutet
nach dieser Definition 100 % Steigung der Rampe. Die Steigung moderner
Hochgeschwindigkeitsspindeln beträgt ein Mehrfaches des jeweiligen
Spindeldurchmessers. Verhältnisse von 3:1 sind erst seit 1996
realisierbar. Die Begrenzung ergibt sich hier aus der Notwendigkeit,
einen Kompromiss mit der Anforderung mechanischer Stabilität zu finden:
die Spindel überträgt mit ihrer Laufrille die Kräfte. Zu dünne Spindeln
beginnen unter dem Einfluss der Radialkomponenten dieser Kräfte zu
schwingen. Für die Charakterisierung der Kräfteaufteilung werden
Steigungswinkel und Lastwinkel nach DIN
69051 angegeben. Zur Kompensation der störenden Schwingungen dünner
Hochgeschwindigkeitsspindeln können speziell abgestimmte, paarweise
eingesetzte Spindelmuttern konstruiert werden, die als
Schwingungsdämpfer funktionieren.
Maßnormen für Kugelgewindetriebe gibt es nur für die Anschlussmaße. Daher variieren die Abmessungen der Standardspindeln
führender Hersteller zum Teil erheblich. Meist sind zu jedem
angebotenen Spindeldurchmesser jeweils mehrere verschiedene Steigungen
verfügbar, allerdings in einem nicht allzu breiten Rahmen des
Verhältnisses Steigung zu Durchmesser.
Das Standardsortiment am Markt reicht von sogenannten Miniaturkugelgewindetrieben,
deren Spindelsteigungen im Bereich von 1 bis 16 mm bei
Spindeldurchmesser zwischen 6 und 20 mm liegen, bis hin zu
Gewindetrieben mit Steigungen von 50 mm und Durchmessern bis zu 125 mm.
Spindellängen werden je nach Typ zwischen einigen Zentimetern bis hin
zu mehreren Metern angeboten. Häufig werden von den Herstellern auch
standardisierte Spindelendenbearbeitungen zur Lagerung der Spindeln und zur Verbindung mit dem Antriebsmotor angeboten.
Muttergeometrie [Bearbeiten]
Aufbau der Mutter eines Kugelgewindetriebes
Zur Geometrie der Mutter lese man den Artikel zur Kugelumlaufmutter.
Spiel und Vorspannung [Bearbeiten]
Um das Spiel zwischen Spindel
und Mutter auf nur wenige µm zu reduzieren oder vollkommen zu
eliminieren, stehen verschiedene Möglichkeiten der Vorspannung zur
Auswahl. Häufig werden zwei Gewindemuttern gegeneinander verspannt.
Weitere Methoden zur Erzeugung der Vorspannung sind:
- das
gezielte "Einfüllen" von Kugeln mit definiertem Durchmesser. Hierdurch
wird die Mutter-/ Spindelpaarung entweder fester oder loser verspannt
(man beachte: Die Kugeln sind nie größer als die Laufrille)
- in der Mitte der Mutter wird absichtlich ein Steigungsversatz (Pitch-Shift) eingearbeitet.
Beanspruchung [Bearbeiten]
Kugelgewindetriebe können je nach Spindeldurchmesser und Spindelsteigung dynamische Lasten zwischen wenigen Kilonewton (kN) bis in den dreistelligen kN-Bereich aufnehmen.
Die höhere Rollreibung durch Vorspannung erzeugt bei hohen Drehzahlen (z. B. Bewegung einer Maschine im Eilgang) viel Wärme, welche aufgrund der Längenausdehnung der Spindel die Präzision
der betroffenen Maschinenachse beeinträchtigt. Hohe axiale Kräfte sowie
schnelle Drehzahlen der Spindel üben außerdem starke Belastungen auf
Gewindegang und Kugel aus. Unter Belastung erhöht ein Reiben der Kugeln
aneinander das zur Bewegung nötige Drehmoment und verursacht Verschleiß. Übermäßiger Erwärmung kann mit hohlen Gewindespindeln, durch die eine Kühlflüssigkeit fließt, entgegengewirkt werden.
Verschleißminderung [Bearbeiten]
Durch
passende Herstellungsverfahren und Konstruktion der Bauteile kann den
verschiedenen Arten der Beanspruchung mehr oder weniger Rechnung
getragen werden.
Zwischen zwei normale, tragende Kugeln kann jeweils eine um wenige Mikrometer
kleinere Distanzkugel eingesetzt werden. Diese Distanzkugeln üben
keinen Druck auf die Gewindeflanken aus und unterliegen daher nicht dem
Zwang mitzulaufen, sondern werden von den tragenden Kugeln entgegen der
eigentlichen Drehrichtung bewegt. Dieses Verfahren zur Verringerung des
Verschleißes stellt allerdings nur einen Kompromiss dar, denn das
Fehlen tragender Kugeln vermindert die axiale Belastbarkeit des
Gesamtsystems.
Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Reibung zwischen den Kugeln bieten Kugelkäfige
aus Kunststoff, deren Realisierung jedoch sehr teuer ist, weswegen sie
meist nur bei Hochgeschwindigkeits-Kugelgewindetrieben eingesetzt
werden.
Herstellung [Bearbeiten]
Übliche Verfahren zum Einbringen der Laufrillen in die Gewindespindel sind Gewindewirbeln, Rollen und Schleifen. Sowohl die Kugel als auch die Oberfläche der Laufrille ist zumeist gehärtet, wobei die Laufrille für schnell drehende Spindeln oft beschichtet wird.
Vergleich von Kugelgewindetrieb und Trapezgewindespindel [Bearbeiten]
- Der Kugelgewindetrieb kann gegenüber der Trapezgewindespindel mit wesentlich geringerem Spiel eingestellt werden ("spielfrei"), weist daher einen entscheidend kleineren Losefehler auf und ist als Antriebskomponente daher präziser.
- Zugleich wirkt beim Kugelgewindetrieb eine deutlich kleinere Reibung,
obwohl für Führungen allgemein Reibung und Spiel reziproke
Eigenschaften darstellen. Über Energieverbrauch und
Verschleißkalkulation resultieren beim Einsatz des Kugelgewindetriebs
für die meisten Konstruktionen daher relevante Einsparungen. - Der
zweite Nutzen aus der geringen Reibung der Kugelumlaufspindel ist die
massiv reduzierte Wärmeentwicklung gegenüber der Trapezgewindespindel
beim Abarbeiten vergleichbarer Aufgaben. Dies erhöht die Präzision
einer entsprechend ausgestatteten Maschinenachse. - Schließlich vermittelt die geringe Reibung der Kugelumlaufspindel eine Leichtgängigkeit mit ganz geringem Losbrechmoment und daraus resultierend sehr geringem Stick-Slip-Effekt. Auch dies verbessert unmittelbar die Präzision und die absolute Genauigkeit einer Maschinenachse.
- Die
Effekte erlauben in ihrer Summe, dass der Kugelgewindetrieb seiner
Maschinenachse bei heutigen Stand der Technik (2007) sehr hohe Vorschübe
bis 200 m/min vermitteln kann. Dies reduziert Fertigungszeiten und
Produktionskosten, eröffnet aber zudem auch den Weg zu neuen
Technologien der Materialbearbeitung.
Weiterentwicklungen [Bearbeiten]
Adaptronischer Kugelgewindetrieb [Bearbeiten]
Bei
modernen, adaptronischen Kugelgewindetrieben variieren zwischen den
Muttern eingebaute Aktorelemente die Vorspannung und wirken so der
Wärmeentwicklung entgegen und vermindern Schwingungen.
Weiterhin dämpfen keramische Elemente im Trieb bei hoher dynamischer Belastung die Stöße und tragen damit zur Positioniergenauigkeit bei.
Rollengewindetriebe [Bearbeiten]
Eine Weiterentwicklung der Kugelgewindetriebe sind sogenannte Rollengewindetriebe, die als Rollengewindetriebe mit Rollenrückführung oder als Planetenrollengewindetriebe ausgeführt sein können.
Kugel- oder Rollengewindetriebe ihrerseits wiederum sind Komponenten sogenannter Aktoren, die in der Antriebstechnik weit verbreitet sind.
Siehe auch [Bearbeiten]
歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、複合式再研磨機、PCD地板專用企口鑽石組合刀具、粉末造粒成型機、主機版專用頂級電桿、PCD V-Cut刀、捨棄式圓鋸片組、粉末成型機、主機版專用頂級電感、’汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具、銑刀與切斷複合再研磨機、銑刀與鑽頭複合再研磨機、銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！
BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com
skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office
No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com
/ FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North
Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao
City,Chiayi Hsien,Taiwan
Welcome to BW
tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting
tools. We focus on what you need and endeavor to research the best
cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve
wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic,
machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would
like to solve every problem from you. Please feel free to contact us,
its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’POWDER FORMING MACHINE’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、Staple Cutter’PCD diamond cutter specialized in grooving floors’V-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert’ PCD Diamond Tool’ Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.
ようこそＢｅｗｉｓｅ Ｉｎｃ.の世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな
情報を受け取って頂き、もっと各産業に競争力プラス展開。
弊社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、
豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。
弊社は各領域に供給できる内容は：
（３）鎢鋼エンド・ミル設計
（４）航空エンド・ミル設計
（５）超高硬度エンド・ミル
（７）医療用品エンド・ミル設計
弊社の製品の供給調達機能は：
（４）オートメーション整備調達
弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メー�
