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Lineartechnik Miniatur-Kugelgewindetriebe für die Medizintechnik

| Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Wolfgang Klöblen / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Miniatur-Kugelgewindetriebe kommen u.a. in der Medizintechnik zum Einsatz. Qualitätsmerkmale sind deren Lauf, Positioniergenauigkeit und Lebensdauer. August Steinmeyer hat einen Prüfstand entwickelt, um diese nicht direkt messbaren Eigenschaften beurteilen zu können. Wie diese Messung funktioniert, lesen Sie hier.

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Für seine Miniatur-Kugelgewindetriebe kombiniert Steinmeyer Albstadt gerollte oder geschliffene Spindeln in verschiedenen Längen und Genauigkeitsklassen mit den Varianten vier unterschiedlicher Mutterbauformen.
Für seine Miniatur-Kugelgewindetriebe kombiniert Steinmeyer Albstadt gerollte oder geschliffene Spindeln in verschiedenen Längen und Genauigkeitsklassen mit den Varianten vier unterschiedlicher Mutterbauformen.
(Bild: Steinmeyer)

Kleinste Kugelgewindetriebe haben Spindeldurchmesser von 3 mm. Sie kommen beispielsweise in der Medizintechnik in Beatmungsgeräten und Dosiereinheiten zum Einsatz. Neben hohen Genauigkeiten und einer großen Laufruhe spielen hier vor allem 100-prozentige Verlässlichkeit und Sicherheit eine entscheidende Rolle, denn im Zweifelsfall hängen Leben von der einwandfreien Funktionsfähigkeit der Miniatur-Kugelgewindetriebe ab.

Gerollt oder geschliffen

Die Spindeln der Kugelgewindetriebe verfügen wahlweise über gerollte oder geschliffene Gewinde. Die gerollten Ausführungen entsprechen in der Regel den Genauigkeitsklassen T5 bis T10 und eignen sich damit für Standardansprüche. Bei besonders hohen Präzisionsanforderungen (Genauigkeitsklassen P1 bis P5) finden geschliffene Varianten Verwendung. Zudem wirkt sich auch die Spindelsteigung auf die Genauigkeit aus: Je kleiner die Steigung, desto besser die theoretisch erreichbare Auflösung und damit die Präzision. Üblicherweise betragen die Steigungen von Miniatur-Kugel- gewindetrieben 1 mm bis 2 mm.

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Abhängig von Einbausituation und Anschlusskonstruktion werden die Spindeln mit unterschiedlichen Muttern kombiniert. Die August Steinmeyer GmbH & Co. KG entwickelt und fertigt Miniatur-Kugelgewindetriebe für den High-end-Bereich und bietet unter anderem sechs verschiedene Mutter-Varianten an, die auf den drei grundsätzlichen Bauformen Anschlussgewindemutter, Flanschmutter mit Abstreifern und Zylindermutter basieren. Dabei benötigen die Zylindermuttern mit 4-Punkt-Kontakt und Einzelgangumlenkung ohne Abstreifer den geringsten Bauraum. Die Anschlussgewindemutter ist baugleich mit der Zylindermutter, verfügt aber zusätzlich über ein Gewinde und ist dadurch besonders einfach zu montieren. Eine Unterform der Anschlussgewindemutter ist die federvorgespannte Doppelmutter mit Anschlussgewinde mit 2-Punkt-Kontakt und Einzelgangumlenkung. Die gängigste Muttern-Form ist die Flanschmutter mit 4-Punkt-Kontakt und Abstreifern.

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Optislite-Technologie – Spindeloberflächen verbessern

Mit der von Steinmeyer Albstadt entwickelten Optislite-Technologie kann das Unternehmen die Spindeloberfläche seiner Miniatur-Kugelgewindetriebe verbessern. Das Verfahren beseitigt mikroskopisch kleine Unregelmäßigkeiten auf der Laufbahnoberfläche des Spindelgewindes und reduziert auf diese Weise die Oberflächenrauheit Rz der Spindel im Vergleich zu Standardspindeln um 60 %.

Prüfstand zur Qualitätsbestimmung

Wichtige Beurteilungskriterien für die Qualität eines Kugelgewindetriebs – egal ob es sich um Schwerlast- oder Miniatur-Ausführungen handelt – sind Laufeigenschaften, Positioniergenauigkeit und Lebensdauer sowie Geräuschentwicklung, Vibrationen, Einlaufverhalten und Energieeffizienz.

Vieles lässt sich konkret bestimmen, doch Laufeigenschaften, Zuverlässigkeit und Lebensdauer sind nicht direkt messbar. Steinmeyer entwickelte daher eigens einen Prüfstand für die Qualitätsbestimmung von Miniatur-Kugelgewindetrieben. Bei der Messung der fertig montierten Baugruppe aus Spindel und Mutter wird die Mutter über eine Aufnahme in einem Schlitten verdrehgesichert und die Spindel über eine Spannzange angetrieben. Die genaue Position des Schlittens wird gemessen. Durch den Bezug auf Position und Winkellage lässt sich die Steigung bestimmen. Die Messung kann im Vor- und Rückhub erfolgen und beide Kurven überlagert dargestellt werden. Hysterese und Umkehrspiel lassen dann auf die Vorspannung, Laufeigenschaften und damit auch auf das Erreichen einer guten Lebensdauer schließen. Ein hochwertiger Miniatur-Kugelgewindetrieb weist bei einer Umdrehung einen maximalen Fehler von ca. 0,5 µm – dies entspricht in etwa der Wellenlänge von sichtbarem Licht.

Diese Messung ist jedoch kein Standardverfahren. August Steinmeyer nutzt den Prüfstand bislang ausschließlich im Kundenauftrag vor allem aus der optischen Industrie sowie bei der (Weiter-)Entwicklung neuer Miniatur-Kugelgewindetrieb-Modelle. (sh)

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* Dipl.-Ing. (FH) Wolfgang Klöblen ist Entwicklungsleiter bei der August Steinmeyer GmbH & Co. KG in Albstadt.

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