Spindelgetriebe: Kompakt und modularisiert - KEM

Die Autorin: Carsten Horn, Produktmanager und Prokurist, Maxon Motor, Sexau

Linearbewegungen sind in vielen Anwendungen Kernstück und Knackpunkt zugleich. Einerseits müssen für deren Umsetzung eine Vielzahl von Faktoren berücksichtigt werden, andererseits braucht es dazu unterschiedliche Bauteile und Komponenten, welche in der Regel erst angepasst und aufeinander abgestimmt werden müssen. In der Realität ist es oft so, dass sich der Anwender erst vertieft mit der Materie auseinandersetzen muss, um für jede neue Situation und jede einzelne Axialbewegung die optimale Lösung zu finden. Der damit verbundene Aufwand ist beträchtlich und kann zur problembehafteten Realität werden. Aus diesem Grunde setzt Maxon einen Fokus auf einbau- und gebrauchsfertige Komplettlösungen aus einer Hand. Gewissermaßen Plug-and-Play in der Antriebstechnik.

Mit den Maxon-Spindelgetrieben steht eine ganze Familie von Standardantrieben zur Verfügung, welche ein breites Spektrum von linearen Bewegungen abdecken. Das Spektrum reicht von einem Durchmesser von 6 bis 32 mm (GP 6 S bis GP 32 S). In der Umsetzung hat sich der Anbieter mit großer Sorgfalt darauf konzentriert, eine äußerst anwenderfreundliche Lösung anzubieten. Dabei sind kompakte, modularisierte Baugruppen entstanden, welche spezifische Eigenschaften aus Planetengetrieben und Spindelantrieben vereinen. Maxon Motor hat dafür die bestehenden Planetengetriebe mit neu entwickelten Axial-/Radiallagerungen ausgestattet, welche bei hohen Drehzahlen hoch belastbar sind. In Kombination mit verschiedenen Spindeltypen zeichnen sich die Spindelgetriebe über hohe Dynamik, große Festigkeit und hohe Steifigkeit bei minimalem Bauraum aus.

Ganz auf die jeweiligen Applikationen ausgerichtet, bietet der Schweizer Hersteller standardmäßig für den Durchmesserbereich von 2 bis 16 mm metrische Gewinde- sowie Kugelumlaufspindeln an. Für die GP-32-S-Baureihe ist zusätzlich eine Ausführung mit Trapezspindel erhältlich. Je nach Bedarf lassen sich die unterschiedlichen Eigenschaften für die jeweilige Anwendung optimal nutzen. So können Kugelumlaufspindeln speziell dort eingesetzt werden, wo hohe Tragfähigkeit und hoher Wirkungsgrad gefordert sind. Metrische Spindeln hingegen sind selbsthemmend und sehr kostengünstig, Trapezspindeln verfügen zusätzlich über eine hohe Tragfähigkeit.

Grundsätzlich lässt sich die Auslegung von Kugelumlaufspindeln auf zwei maßgebliche Parameter beschränken; die maximale Spindeldrehzahl – welche wiederum proportional zur Steigung die maximale Vorschubgeschwindigkeit wiedergibt – sowie die maximale Axialkraft (auch Vorschubkraft genannt). Beide Parameter stehen in funktionellem Zusammenhang mit der Spindellänge. Mittels Abstützung am freien Spindelende ist ein praktisch konstant gleichbleibendes Verhalten des Antriebssystems am Drehzahl- und Lastlimit möglich.

Ein Praxisbeispiel: Das Spindelgetriebe GP 22 S mit Kugelumlaufspindel ist für Spindeldrehzahlen von bis zu 8000 min-1 ausgelegt. Die maximale Axialkraft beträgt 550 N (bei v = 0.6 mm/s), die maximale Vorschubgeschwindigkeit liegt bei 150 mm/s (bei F=77 N). Für das Spindelgetriebe GP 32 S liegen die Spindeldrehzahl bei 8000 min-1, die maximale Axialkraft bei 2700 N und die maximale Vorschubgeschwindigkeit bei 186 mm/s.

Aus der Getriebebaureihe von Maxon lassen sich maßgeschneiderte Lösungen zusammenstellen – im Baukastensystem. So sind beispielsweise bei der Spindellänge Abstufungen in 5-mm-Inkrementen bis zur jeweilig verfügbaren Maximallänge möglich. Oder: anstelle einer Einschraubmutter kann eine Zylindermutter, eine Flanschmutter oder eine Kugelumlaufmutter mit hoher Güteklasse eingebaut werden. Der optional erhältliche rechteckige Montageflansch ermöglicht eine weitere Art der Befestigung. Ebenso sind die Spindeln zur zusätzlichen Abstützung an ihrem freien Ende mit vorbereitetem Lagersitz erhältlich.

Durch die Kombination mit Maxons bürstenlosen und bürstenbehafteten Präzisionsmotoren ergibt sich ein vielfältiger Anwendungsbereich. In Kombination mit dem intelligenten Kompaktantrieb MCD EPOS P60 W, welcher über eine betriebsbereit konfigurierte Kombination von Motor, Getriebe und Steuerung verfügt, ist nochmals eine Vereinfachung möglich. Damit erhält der Kunde ein komplettes, einsatzbereites mechatronisches System – alles drin und dran; beim Anschlusskabel angefangen bis zur Befestigungsmöglichkeit für die zu bewegende Last. I

Maxon Motor AG Markus Schwab Head of Product Management Tel.: +41 41 662 4261 markus.schwab@maxonmotor.com info@maxonmotor.de www.maxonmotor.com

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Mit den Spindelgetrieben GP 8 S und GP 16 S erweitert Maxon Motor das Programm und führt gleichzeitig die Keramikspindel auf dem Markt ein. Das GP 16 S überträgt mit der metrischen M6-Keramikspindel im Kurzzeitbetrieb bis zu 315N. Diese Axialkräfte werden über Axial-Kugellager in der Getriebe-Abgangsstufe abgefangen. Die Vielzahl an Untersetzungsmöglichkeiten im integrierten Planetengetriebe ermöglicht den Einsatz in hoch dynamischen Anwendungen wie Fokussiersystemen oder Ventil- und Klappeneinstellungen.

Die 8-mm-Spindelgetriebe GP 8 S stehen standardmäßig mit metrischer Stahlspindel oder Keramikspindel zur Verfügung. Die M3-x-0.5-mm-Spindel ist für Vorschubkräfte bis 32 N im Kurzzeitbetrieb ausgelegt. Als Axiallagerung dienen zwei vorgespannte Radialkugellager. Aufgrund der sehr kompakten Bauform erreicht das Spindelgetriebe GP 8 S ein sehr hohes Kraft-Volumen-Verhältnis, welches in Kollimatoren, Dosier- pumpen und vielen weiteren Anwendungen gefragt ist.

Maxon-Gewindespindeln aus Hochleistungskeramik Zirkondioxid (ZrO2) bieten gegenüber herkömmlichen Spindeln aus Stahl oder teuren Kugelumlaufspindeln zahlreiche Vorteile, die in der Anwendung entscheidend sein können. So hat die Keramikspindel nahezu keinen Slip-Stick-Effekt und läuft demzufolge ruckfrei an. Durch die hervorragenden Gleiteigenschaften und die hohe Verschleißfestigkeit der Keramikspindel lassen sich hohe Drehzahlen realisieren. Dies ermöglicht hoch dynamische, präzise Bewegungen. Die Lebensdauer der Keramikspindel liegt im Vergleich zur Stahlspindel um Faktoren höher; Voraussetzung ist die Wahl der passenden Mutter.