Mit deutlich erhöhter Lebensdauer

Präzisions-Kugelgewindetriebe von NSK

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Eine neue Baureihe von Kugelgewindetrieben erreicht vor allem bei besonderer Beanspruchung eine zweieinhalb- bis dreimal längere Lebensdauer. Möglich wird das durch eine spezielle Textur der Oberfläche, die für eine verbesserte Ölfilmbildung sorgt. Damit zielt NSK auf anspruchsvolle Anwendungen von Linearantrieben, z. B. in Schleif- und Funkenerodiermaschinen oder in der Messtechnik.

Andreas Kropp, Application Engineering Manager Precision, NSK Deutschland GmbH, Ratingen

Inhaltsverzeichnis

1. Ursachenforschung: Wie entsteht der Verschleiß?
2. Oberflächentextur: Mikrovertiefungen statt Streifen
3. Lebensdauer um Faktor Drei erhöht
4. Muster im Einsatz, Serienproduktionsstart in Kürze

Wenn lineare Bewegungen mit hoher Präzision, Laufruhe und Positioniergenauigkeit ausgeführt werden müssen, spricht vieles für den Einsatz von Präzisions-Kugelgewindetrieben. Zu den typischen Anwendungsbereichen dieser anspruchsvollen Antriebskomponenten gehören z. B. Schleifmaschinen, (Funken-)Erodieranlagen, Hon- und Läppmaschinen, Präzisions-Scanner für medizintechnische Anwendungen und diverse Messmaschinen.

Hier kommen besondere Baureihen von Kugelgewindetrieben zum Einsatz, die sich z. B. durch hohe Laufruhe und eine exakte Oberflächenbearbeitung der Laufflächen von Spindel und Mutter auszeichnen. Ein wichtiges Konstruktionsmerkmal ist auch die sorgfältige Abdichtung gegenüber Verunreinigungen.

Entsprechende Baureihen hat die NSK Deutschland GmbH, Ratingen, seit vielen Jahren im Programm. Sie erfüllen schon sehr hohe Anforderungen an die Verschleißfestigkeit. Aber es gibt Anwendungen, in denen doch Grenzen erreicht werden und die Maschinenbauer eine noch höhere Lebensdauer wünschen.

Ursachenforschung: Wie entsteht der Verschleiß?

Für dieses Anforderungsprofil hat NSK eine Neuentwicklung angestoßen und zu Beginn dieses Projektes zunächst die Ursachen für typische Schadensbilder an der Oberfläche von Kugelgewindetrieben und somit für die Begrenzung der Lebensdauer genau untersucht.

Ein entscheidender Faktor – so das Ergebnis der Untersuchungen – ist hier neben dem Eindringen von Verunreinigungen (das durch die bereits erwähnte optimierte Abdichtung verhindert werden kann) die Mangelschmierung. Sie hat zur Folge, dass es partiell zu direktem Metall-Metall-Kontakt zwischen Spindel und Mutter und nachfolgend zu beschleunigtem Verschleiß kommt.

Entwicklungsziel für die neue Baureihe mit erhöhter Lebensdauer musste es somit sein, die Mangelschmierung möglichst auszuschließen. Stattdessen muss die verlässliche Bildung eines Ölfilms auf der gesamten Oberfläche des Gewindes sichergestellt sein.

Oberflächentextur: Mikrovertiefungen statt Streifen

Um den Lösungsweg der NSK-Entwickler zu erläutern, muss man sich den Status quo (und damit auch die Entstehungsursache für die Mangelschmierung) vor Augen führen.

Üblicherweise sind die Spindeln von Präzisions-Kugelgewindetrieben geschliffen. Ihre Oberflächentextur stellt sich deshalb unter dem Mikroskop als streifenförmig dar. Das aber bedeutet: In diesen Mikrostreifen kann – aufgrund von Zentrifugalkräften oder einfach der Schwerkraft folgend – Öl gut ablaufen. Das kann eine Ursache für punktuelle Mangelschmierung bei sehr kleinen Drehzahlen und oszillierenden Bewegungen sein. Im normalen Betrieb baut sich jedoch ein hydrodynamischer Ölfilm auf und stellt eine gute Schmierung sicher.

Auf der Basis dieser Erkenntnis entwickelte NSK eine neue Oberflächenbehandlung für die Gewinde der Kugelgewindetriebe. Grundüberlegung war dabei das Ziel, ein Ablaufen des Schmierstoffs zu verhindern und gleichmäßig über die Fläche einen konstanten „Ölvorrat“ sicherzustellen.

Erreicht wird dieses Ziel durch eine Oberflächenbearbeitung, die statt Mikrostreifen eine flächige Textur mit Mikrovertiefungen erzeugt. In diesen Vertiefungen, die regelmäßig auf der gesamten Laufbahn des Kugelgewindetriebs verteilt sind, können sich kleinste Ölvorrate absetzen. Damit wird punktuelle Mangelschmierung ebenso dauerhaft wie wirkungsvoll verhindert. Die Mutter bewegt sich somit konstant auf einem Ölfilm.

Lebensdauer um Faktor Drei erhöht

Nach der Basisentwicklung wurden Kugelgewindetriebe mit der neuen Oberflächenstruktur intensiven Tests unterzogen. Vergleichstests mit konventionellen Kugelgewindetrieben zeigen, dass vor allem bei geringen Geschwindigkeiten ein gleichmäßigeres, nahezu unverändertes Drehmoment erreicht wird.

Damit wird der Nachweis geführt, dass die neue Technologie der Oberflächenbearbeitung sehr schnell, bei geringen Geschwindigkeiten anspricht, weil sich der Ölfilm schnell aufbaut. Der Verschleiß der Kugelgewindetriebe wird dadurch deutlich reduziert – insbesondere bei langsamen und kurzen Hüben, wie sie z. B. bei der Werkzeugbearbeitung typisch sind.

Die positive Konsequenz aus Sicht des Anwenders: Im Vergleich zu Standard-Kugelgewindetrieben von NSK erhöht sich die Lebensdauer um den Faktor Drei. Darüber hinaus reduziert die neue Oberflächentextur nachweislich auch Break-away- und Stick-Slip-Effekte – auch hier wieder ganz besonders wichtig bei kleinem Hub und langsamen Bewegungen sowie bei mikrometergenauer Steuerung.

Muster im Einsatz, Serienproduktionsstart in Kürze

Damit steht den Anwendern von Präzisions-Kugelgewindetrieben jetzt eine Baureihe zur Verfügung, die sich durch eine deutlich höhere Lebensdauer auszeichnet und folglich geringeren Serviceaufwand erfordert. Außerdem wird ein dauerhaft hochwertiger Bearbeitungsprozess sichergestellt. Das gilt für hochpräzise Schleif-, Fräs- oder Erodiervorgänge ebenso wie für sehr exakte Laserbearbeitung oder – bei Messmaschinen – für Messungen mit sehr hoher Auflösung.

NSK hat die neue Baureihe auf der EMO 2019 erstmals vorgestellt. Aktuell sind erste Muster bei den Anwendern im Einsatz. Im kommenden Jahr wird die Serienproduktion aufgenommen. Dann werden die Kugelgewindetriebe mit neuer Oberflächentextur in Steigungen von 10 bis 50 zur Verfügung stehen – in Genauigkeiten von C5 und besser. bec

Detaillierte Informationen zu den Kugelgewindetrieben mit spezieller Oberflächentextur:
hier.pro/9ZXKR

Kontakt zu NSK
NSK Deutschland GmbH
Harkortstraße 15
40880 Ratingen
Tel.: 02102 481–0
Fax: 02102 481–2290
E-Mail: info-de@nsk.com
Website: www.nskeurope.de
Geschäftsführer: Dr. Ulrich Nass, Masatada Fumoto, Issei Murata, Klauspeter Noack


Ein vorhandener Ölfilm verringert den Verschleiß, das erhöht die Lebensdauer der Kugelgewindetriebe bei gleichen Abmaßen.

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