Spindelgetriebe – von der drehenden zur axialen Bewegung

Bild 1 Spindelgetriebe GP 22 S und GP 32 S: Die Spindeln gibt es in rostfreiem Stahl im Durchmesser 6 respektive 10 mm, als Kugelumlauf-, metrische oder Trapezspindel. Bild: maxon

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 (Bild 1) 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 Millimetern (GP 6 S bis GP 32 S). In der Umsetzung hat sich maxon motor mit grosser Sorgfalt darauf konzentriert, eine äusserst anwenderfreundliche Lösung anzubieten. Dabei sind kompakte, modularisierte Baugruppen entstanden, welche spezifische Eigenschaften aus Planetengetrieben und Spindelantrieben in perfekter Art vereinen. maxon motor hat dafür die bestehenden Planetengetriebe mit neu entwickelten Axial-/Radiallagerungen ausgestattet, welche sich durch hohe Belastbarkeit bei hohen Drehzahlen auszeichnen. In Kombination mit verschiedenen Spindeltypen zeichnen sich die Spindelgetriebe über hohe Dynamik, grosse Festigkeit und hohe Steifigkeit bei minimalem Bauraum aus.

Verschiedene Spindeltypen

Ganz auf die jeweiligen Applikationen ausgerichtet bietet maxon motor 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 (Bild 2).

Bild 2 Spindelgetriebe GP 22 S mit einstufigem Planetengetriebe. Bild: maxon

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.

Ausführungen und Kombinationsmöglichkeiten

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 maxon’s bürstenlosen und bürstenbehafteten Präzisionsmotoren ergibt sich ein extrem vielfältiger Anwendungsbereich (Bild 3).

Bild 3 Details eines Spindelantriebs (1: Spindel, direkt ins Getriebe implementiert; 2: Radiallagerung, zweifach; 3: Axiallagerung, vorgespannt; 4: Planetengetriebe 0–4-stufig; 5: maxon Motor; 6: Encoder). Bild: maxon

Und 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 hin zur Befestigungsmöglichkeit für die zu bewegende Last.