Was ist ein Kugelgewindetrieb?
Ein Kugelgewindetrieb (englisch: Ball Screw) ist ein mechanisches Bauteil, das aus einer Gewindespindel (Welle) mit spiralförmiger Nut (oder Spitze), einer Schraubenmutter und einer Kugel besteht. Der Begriff Kugelumlaufspindel wird häufig auch als synonym verwendet.
Bezeichnet einen Mechanismus zur Umwandlung einer linearen Bewegung in eine Drehbewegung oder umgekehrt. Durch die Abrollbewegung der Kugel zwischen der Gewindespindel (Welle) und der Spindelmutter entsteht eine hocheffiziente Vorschubspindel.
In diesem Fall ist mit Schraube nicht eine Schraube zur Befestigung von Teilen gemeint, sondern eine andere Art der Verwendung des Gewindeteils.
Anwendungen von Kugelgewindetrieben
Kugelgewindetriebe werden in einer Vielzahl von Situationen eingesetzt, vor allem in Werkzeugmaschinen, Maschinen zur Halbleiterherstellung und Industrierobotern.
So werden Kugelgewindetriebe beispielsweise in numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, den so genannten NC-Maschinen (Numerically Controlled Machining), eingesetzt, um den Vorschubmechanismus zu konfigurieren und eine präzise Positioniergenauigkeit zu erreichen. Sie werden auch seit langem in Lenkgetrieben verwendet, die die Vorderräder über ein Lenkrad bewegen. Heute werden sie auch in verschiedenen Bereichen des Maschinenbaus eingesetzt, z. B. in der Lebensmittelindustrie, in der Medizintechnik und in der Druckindustrie, aber auch in Fahrzeugen wie Autos, Zügen und Flugzeugen.
Funktionsweise des Kugelgewindetriebs
Bei einem Kugelgewindetrieb wird eine Gewindespindel (Welle) mit schraubenförmigen Rillen (oder Bergen) als Kugelgewindetrieb bezeichnet. Wenn diese gedreht wird, greifen die Kugeln in die Spindel ein und die Gewindemutter, in der sich die Kugeln befinden, bewegt sich von einer Seite zur anderen (oder auf und ab). Die Gewindemutter kann dann mit dem zu bewegenden Teil oder Bauteil montiert werden, um die gewünschte Bewegung zu erreichen.
Der Kugelgewindetrieb ist ein mechanisches Bauteil, das nur eine axiale Belastung aufnimmt und eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umwandelt, wodurch sich das gewünschte Bauteil linear in axialer Richtung bewegt, wobei die axiale Belastung über die Gewindemutter auf die Gewindespindel übertragen wird. Andere Lasten (vertikale Lasten, Momentlasten usw.) müssen von der Führungsschiene aufgenommen werden.
Ein typischer linearer Bewegungsmechanismus mit einem Kugelgewindetrieb besteht also aus einem Kugelgewindetrieb + Führungsschiene + Antriebsquelle (Motor).
Kugelgewindetriebe nutzen die Tribologie (Reibungstechnik), die es ermöglicht, Kugeln zwischen Spindelwelle und Gewindemutter zu platzieren und leicht abrollen zu lassen. Da die Kugeln ununterbrochen zirkulieren müssen, sind neben Spindel, Gewindemutter und Kugeln weitere Zirkulationselemente erforderlich. Zu den Umwälzmethoden gehören:
- Typ Rücklaufrohr
- Typ Endabweiser
- Endkappen-Typ
- Typ Koma
- Typ Rücklaufplatte
Die Anwendungen sind nach Größe und Präzision unterteilt, wobei kleine Durchmesser hauptsächlich im Präzisionsbereich verwendet werden, während größere Größen hauptsächlich in Werkzeugmaschinen und Transportmaschinen eingesetzt werden.