Effiziente und schmierfreie Linearbewegung – auch unter widrigen Bedingungen

Bild 1 Eine Alternative zuKugelgewinde- und Zahnriementrieben: „dryspin“-Steilgewindetriebe aus dem igus-Konstruktionsbaukasten. Bild: igus

Gewindetriebe von igus kommen überall dort zum Einsatz wo Effizienz, Präzision, Schmiermittelfreiheit und eine schnelle Linearbewegung gefordert sind. Sei es in Kettenbearbeitungsmaschinen in der Holzindustrie, in herausfahrbaren Trittstufen in Zügen und S-Bahnen, oder in Stellantrieben von Ventilen und Armaturen in der Chemie- und Verfahrenstechnik. Für diese unterschiedlichen Einsatzszenarien kann sich der Konstrukteur bei igus zwischen verschiedenen Antriebssystemen und -technologien entscheiden. Zur Wahl stehen neben Kugel- gewindetrieben auch Trapez- und Steilgewindetriebe aus dem „drylin“-Programm von igus.

Schmiermittelfrei – gut bei Hygiene-Anwendungen und Verschmutzung

Der Vorteil der Trapez und Steilgewindetriebe von igus besteht darin, dass sie ohne Schmiermittel auskommen. Die gerollte Spindel wird aus Stahl, Edelstahl oder aus hartanodisiertem Aluminium gefertigt. Die Mutter besteht aus einem „iglidur“-Hochleistungspolymer, in das Festschmierstoffe dauerhaft inkorporiert sind. Somit kann auf externe Schmierstoffe wie Öle und Fette verzichtet werden. Das bedeutet: Diese Lösung ist ideal für beide Extreme auf der „Reinheitsskala“. Für hy-gienesensible Anwendungen z. B. in der Lebensmittelindustrie und in der Medizintechnik sind die trocken laufenden Gewindetriebe besonders gut geeignet, da sie keine Schmierstoffe in die Umgebung abgeben. Und auch in extrem verschmutzten Bereichen arbeiten sie zuverlässig, weil trockener Schmutz und Staub nicht an Schmierstoffen kleben bleibt. Die Bewegung wird also unter diesen Bedingungen nicht beeinträchtigt. Korrosionsfreiheit und chemische Beständigkeit der eingesetzten Werkstoffe eröffnen weitere Optionen für den Einsatz dieser Linearantriebe.

Patentierte Weiterentwicklung mit besonderer Geometrie

Aus dem Grundkonzept der drylin- Linearantriebe heraus hat sich in- zwischen ein breites Programm der Gewindetechnik entwickelt, zu dem Trapez- und Steilgewindespindeln in unterschiedlichen Ausführungen und Werkstoffen gehören. Im Vergleich zur bewährten drylin-Gewindetechnik zeichnet sich die patentierte dryspin- Steilgewinde-Technologie durch eine veränderte Gewindegeometrie aus, die exakt auf die igus-Werkstoffe und auf die Anwendungsbereiche der Spindeln abgestimmt wurde.

Bild 2 Zum dryspin-Programm gehören auch Varianten mit Vorspannung. Bild: igus

Der Flankenwinkel der dryspin-Spindeln ist flacher als der von Standard-Steilgewindespindeln. Das hat zur Folge, dass die eingeleitete Kraft effizienter in eine translatorische Bewegung umgesetzt wird. Zudem wird durch eine abgerundete Zahnflankengeometrie die Kontaktfläche zwischen der Gewindemutter und der Spindel reduziert. Deshalb verfahren dryspin-Gewindemuttern vibrationsfrei und nahezu geräuschlos. Ein drittes Merkmal der eigens entwickelten dryspin-Geometrie ist die Asymmetrie: Die Zähne der (Kunststoff-)Mutter sind um den Faktor 1,3 breiter als die des Metallspindelgewindes. Deshalb ist der Anteil des tribologisch optimierten Polymers höher. Dieses konstruktive Detail trägt ebenfalls zu höherem Wirkungsgrad und ruhigerem Lauf bei. Es bewirkt, dass weniger Antriebskraft für die Bewegung benötigt wird. Vor allem aber erhöht es die Lebensdauer, die bis zu fünfmal höher ist als die von Standardsteilgewinden. Die dryspin-Gewindespindeln werden in zahlreichen Baugrößen und Varianten angeboten. Bei den Muttern kann sich der Anwender neben dem Steilgewinde auch für andere Gewindeformen (metrisch, Trapez, ACME), Bauformen (zylindrisch, mit Flansch, mit Schlüsselfläche) und unterschiedlichem Axialspiel entscheiden. Bei den Gewinden stehen Links- und Rechtsgewinde aus hartanodisiertem Aluminium und Edelstahl (V2A) sowie Varianten mit kombiniertem Links-Rechts-Lauf zur Auswahl.

Gewindemuttern aus vier Werkstoffen

Bei der Entscheidung für die „richtige“ dryspin-Gewindemutter profitiert der Konstrukteur davon, dass die Muttern 1 : 1 aus dem drylin-Programm verwendet werden können. Sie stehen in vier Werkstoffen aus dem Sortiment der iglidur-Hochleistungspolymere zur Verfügung. Der thermoplastische Werkstoff bildet die stabile Matrix als Basis. Darin sind in der Regel Verstärkungsfasern zur Erhöhung der Druckfestigkeit eingebettet. Hinzu kommen Festschmierstoffe, die sich millionenfach in winzigen Kammern befinden. Sie schmieren jeweils ihre unmittel- bare Umgebung auf der Oberfläche, sobald sich Lager oder Welle in Bewegung setzen. Standardwerkstoff ist iglidur J, der bei allen Geschwindigkeiten einen hohen Wirkungsgrad gewährleistet. Bei höheren Temperaturen (bis 150 °C) empfiehlt sich iglidur J350. iglidur R ist die beste Wahl für preissensible Anwendungen. Und mit iglidur A180 steht auch ein FDA-konformer Werkstoff für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie zur Verfügung.

Optionen: mit Vorspannung und ohne Umkehrspiel

Zum Baukasten des dryspin-Programms gehören ebenfalls Gewindemuttern mit Radialvorspannung, die spielarm verfahren. Die Vorspannung wird einfach über O-Ringe gewährleistet, die am Schaft der Mutter angebracht sind und die Anpressdruck auf die Spindel erzeugen. Auf diese Weise wird nochmals die Laufruhe gesteigert. Eine weitere Variante sind die dryspin- „Zero backlash“-Gewindemuttern mit minimalem Umkehrspiel. Eine integrierte Feder bewirkt hier eine Vorspannung in axialer Richtung und, im Ergebnis, eine deutliche Reduzierung des Umkehrspiels. Diese Baureihe kommt zum Einsatz, wenn hohe Positioniergenauigkeit gewünscht oder benötigt wird. Über die zahlreichen Katalogvarianten hinaus bietet igus auch die Anpassung der Steilgewindetriebe an kundenspezifische Anforderungen an. Das gilt zum Beispiel für die individuelle Zapfenbearbeitung mit engen Toleranzen sowie für individuelle, per Spritzguss hergestellte Mutter-bauformen. Für Prototypen oder Kleinserien ausgefallener Sonderkonstruktionen bietet igus außerdem an, Teile aus iglidur-Materialien im 3D-Druckservice per FDM- oder SLS-Verfahren herzustellen und das innerhalb weniger Tage.

Einfache Auswahl und Konfiguration

Je größer das Programm, desto schwerer fällt die Auswahl. Mit dem „Gewinde-Finder“ auf der igus-Homepage kann der Konstrukteur in wenigen Schritten die geeignete Abmessung des benötigten Gewindetriebs finden und alle relevanten Daten wie Dreh- moment, Lebensdauer etc. ermitteln.

Bild 4 Dem Konstrukteur wird die Auswahl durch Online-Tools (Gewinde-Finder und Konfigurator) erleichtert. Bild: igus

Die Suchkriterien sind vielfältig, auch Alternativen lassen sich anzeigen und vergleichen. Bei Auswahl des gewünschten Produktes reicht ein Tastendruck, und der Preis sowie die Lieferzeit werden angezeigt und die CAD-Daten übermittelt. Ebenso einfach ist der igus-Konfigurator für Gewindetriebe. Auf der Basis der gewünschten Abmessungen ermittelt er ebenfalls online die passenden Gewindemuttern und -spindeln. Dieses Antriebssystem kann dann abgefragt und bei Bedarf auch direkt bestellt werden. Selbst die dazugehörige Montageanleitung ist online abrufbar.