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Überbestimmung vermeiden Wie Winkelfehler und Achsversätze der Präzision schaden

| Redakteur: Ute Drescher

Bei Gewindetrieben haben Achsversatz- und Winkelfehler großen Einfluss auf die Lebensdauer. Lagetoleranzen müssen mit hoher Präzision ausgelegt und gefertigt werden.

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Winkelfehler von ±5° und Achsversätze in X und Y von 15 % des Spindelnenndurchmessers können von dem neuen Adapter-System aufgenommen werden.
Winkelfehler von ±5° und Achsversätze in X und Y von 15 % des Spindelnenndurchmessers können von dem neuen Adapter-System aufgenommen werden.
(Bild: Neff Gewindetriebe)

Generell ist es immer ein Problem bei der Montage von mehreren Bauteilen, dass die Addition von Toleranzen zu Überbestimmungen in den Lagerungen führt. Weil sich die Abstände zwischen den Lagerstellen ändern, wirkt sich eine geometrische Überbestimmung, hervorgerufen durch Lagefehler bei Anwendungen der Lineartechnik, oft stark negativ aus.

Bei Bewegungsgewinden im Allgemeinen und bei Kugelgewindetrieben aufgrund der hohen Präzision im Besonderen haben Achsversatz- und Winkelfehler einen großen Einfluss auf die Lebensdauer des Gewindetriebs. Dementsprechend sind Lagetoleranzen wie Rechtwinkligkeiten der Anschraubflächen, die Koaxialität von Fest- und Loslagereinheiten zusätzlich zur Gewindemutternzentrierung mit hoher Präzision auszulegen und zu fertigen.

Bei fast allen Systemen mit Gewindetrieben sind, um Querkräfte aufzunehmen, zusätzlich Linearführungen oder Führungsbuchsen verbaut. Diese Führungen bergen Fallen für Fluchtungsfehler jeglicher Art. Daraus ergeben sich vor allem bei Baugruppen größerer Dimensionen nachhaltige Fertigungsprobleme, weil aufgrund der Größe der Bauteile eine spanende Bearbeitung der Lagerstellen nicht mehr möglich ist oder aber die einzelnen Bauteile erst vor Ort montiert werden können. Diese Situation findet sich häufig im Stahl- und Anlagenbau. Können die Toleranzen nicht eingehalten werden, kommt es zu einem hohen Anstieg der Flächenpressung im Gewinde. Weil der Kraftverlauf nicht mehr gleichmäßig auf die Gewindemutter wirkt, steigen die Kräfte auf das Gewinde punktuell stark an, was den Verschleiß in diesen Zonen beschleunigt und die Lebensdauer des Gewindetriebes verringert. Die benötigten Antriebsdrehmomente und die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors steigen deutlich an.

Probleme im Automobil-Werk

Im vorliegenden Fall wurde das Problem an einer Anlage im VW-Werk in Wolfsburg deutlich. Aluminim-Gußblöcke werden zerteilt. Der eingesetzte Kugelgewindetrieb von der Dimension KGT-4040 mit einem Nenn-Ø von 40 mm und einer Steigung von ebenfalls 40 mm bei einer Länge von ca. 3,5 m ist weit hinter der prognostizierten Lebenserwartung zurückgeblieben. Grund dafür waren Koaxialfehler zwischen Fest- und Loslagerstellen und dem Aufnahmegehäuse der Kugelgewinde-Flanschmutter. Die bis dato auf dem Markt befindlichen Ausgleichselemente können in Form von sphärischen Auflagen zwar in jede Richtung schwenken und damit Winkelfehler ausgleichen, erfüllen aber nicht gleichzeitig die Aufgabe, einen möglichen Achsversatz von der Muttern-Adaption zur Spindelachse aufzunehmen. Dabei haben gerade Achsversätze in der Lineartechnik fatale Auswirkungen. Denn je näher sich eine zentrierte Spindelmutter auf eine Lagerstelle der Gewindespindel zubewegt, desto mehr steigen bei Parallelitätsfehlern die Kräfte in der Gewindemutter und in der jeweiligen Lagerstelle exponentiell an. Die Herausforderung bestand darin, einen passenden Adapter für Gewindemuttern zu entwickeln, der Winkelfehler und Achsversätze zu einem gewissen Grad ausgleichen kann. Also ein Bauelement, das alle vier Freiheitsgrade einer Ebene an der Gewindemutter ausgleicht. Dabei soll der Adapter möglichst kompakt und auf die Tragzahlen der Gewindemuttern abgestimmt und außerdem mit vorhandenen standardisierten Lagerböcken kombinierbar sein.

Die Herausforderung bestand darin, einen passenden Adapter für Gewindemuttern zu entwickeln, der Winkelfehler und Achsversätze zu einem gewissen Grad ausgleichen kann.
Die Herausforderung bestand darin, einen passenden Adapter für Gewindemuttern zu entwickeln, der Winkelfehler und Achsversätze zu einem gewissen Grad ausgleichen kann.
(Bild: Neff Gewindetriebe)

Winkelfehler gelöst

Neff stellt mit dem Kreuzkardan-Adapter KKA eine Lösung vor: Winkelfehler von ±5° und Achsversätze in X und Y von 15 % des Spindelnenndurchmessers können von dem neuen Adapter-System aufgenommen werden. Dies bedeutet bei einer 32er Spindel einen zulässigen Achsversatz von ±2,4 mm. Aufgrund der integrierten Gleitlager bei der Ausführung mit Kugelgewindemuttern ist der kreuzkardanische Adapter sehr drehsteif. Durch Addition der Toleranzen in den Lagerstellen des Kreuzkardan-Adapters erhöht sich das Axialspiel im Standard auf 0,05 mm.

Lieferbar sind die Kreuz-Kardanadapter in den Baugrößen 16 bis 80. Die Anschlussmaße sind auf die Maße der Kugelgewindemuttern der KGF-D und KGF-N Baureihe derselben Baugrößen abgestimmt. Auch Trapezgewinde-Flanschmuttern der EFM-Reihe sind verwendbar. Bei Neff ist es auch beim Kreuzkardan-Adapter so, dass die vorgestellte Baureihe den Standard beschreibt. Darüber hinaus können die kreuzkardanischen Adapter speziell für kundenspezifische Anwendungen geliefert werden.

Einer der Vorteile des Kreuzkardan-Adapters ist die Erhöhung der Lebensdauer von Gewindetrieben und Spindelhubgetrieben. Der Ausgleichsadapter spart sekundär durch geringere Antriebsdrehmomente auch Energie, und der Aufwand für Konstruktion und Montage reduzieren sich, wenn der Anwender auf eigene Konstruktionsansätze zum Lageausgleich verzichten kann. (br)

Hannover Messe 2017: Halle 4, Stand E34

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