Miniatur-Kugelgewindetriebe
Klein aber oho
Miniatur-Kugelgewindetriebe finden sich unter anderem in der Halbleiter-, Medizin- und Messtechnik. Wichtige Beurteilungskriterien für ihre Qualität sind Laufeigenschaften, Positioniergenauigkeit und Lebensdauer. Die Firma August Steinmeyer entwickelte eigens einen Prüfstand zur Bestimmung dieser nicht direkt messbaren Qualitätsmerkmale.
 Zwei geschliffene Miniatur-Kugelgewindetriebe bilden die Antriebe der Verschiebeachsen zur Verstellung zweier Optiken in einem Optiksteller für die Halbleiter-Industrie.
Zwei geschliffene Miniatur-Kugelgewindetriebe bilden die Antriebe der Verschiebeachsen zur Verstellung zweier Optiken in einem Optiksteller für die Halbleiter-Industrie. Bild: Steinmeyer Mechatronik GmbH

Kugelgewindetriebe sind das zentrale Element in Linearantrieben für den allgemeinen Maschinen- und Apparatebau. Ihre Qualität ist entscheidend für die Positioniergenauigkeit und Zuverlässigkeit der Antriebe. Die kleinsten Kugelgewindetriebe sind Miniatur-Kugelgewindetriebe mit Spindeldurchmessern von lediglich 3 bis 16mm. Sie kommen beispielsweise in der Halbleitertechnik in Achsen, die zur Inspektion von Wafern genutzt werden, oder in der Medizintechnik in Beatmungsgeräten und Dosiereinheiten sowie in der Messtechnik zur Positionierung von Sensoren in Vorschubachsen zum Einsatz. Doch auch in Roboter- und Handlingsystemen oder in der Luft- und Raumfahrt sind sie ein entscheidendes Antriebselement.

 Miniatur-Kugelgewindetriebe von August Steinmeyer werden unter anderem in Reinraumanwendungen eingesetzt.
Miniatur-Kugelgewindetriebe von August Steinmeyer werden unter anderem in Reinraumanwendungen eingesetzt. Bild: Steinmeyer Mechatronik GmbH

Jede Anwendung stellt andere Ansprüche

Je nach Einsatzgebiet müssen sie dabei anderen Anforderungen gerecht werden. So stehen bei der Handhabungstechnik hohe Geschwindigkeiten und Beschleunigungen und damit hohe Spindelsteigungen im Vordergrund. Die Positioniergenauigkeit ist bei dieser Art der Anwendung in der Regel von untergeordneter Bedeutung.

Anders bei Einsätzen im Bereich Messtechnik: hier ist Präzision alles. In der Medizintechnik hängen im Zweifelsfall Leben von der einwandfreien Funktionsfähigkeit der Miniatur-Kugelgewindetriebe ab. Daher spielen hier neben hohen Genauigkeiten und einer großen Laufruhe vor allem 100-prozentige Verlässlichkeit und Sicherheit eine entscheidende Rolle. Anwendungen im Reinraum oder in der Luft- und Raumfahrt benötigen zudem spezielle Materialien. So müssen Spindeln und Muttern aus rostfreien und abriebarmen Stählen gefertigt und Schmierstoffe sowie Abstreifer speziell auf die jeweilige Anwendung abgestimmt werden, um die Funktion des Kugelgewindetriebs sicher, zuverlässig und dauerhaft zu gewährleisten. Bei Einsätzen im Vakuum dürfen z.B. keine Kunststoffe verwendet werden. Dagegen sind spezielle Umlenkungen aus Stahl gefordert.

 Für seine Miniatur-Kugelgewindetriebe kombiniert Steinmeyer Albstadt gerollte oder geschliffene Spindeln in verschiedenen Längen und Genauigkeitsklassen mit den Varianten der vier unterschiedlichen Mutterbauformen: Anschlussgewindemutter, federvorgespannte Anschlussgewindemutter, Flanschmutter mit Abstreifern und Zylindermutter.
Für seine Miniatur-Kugelgewindetriebe kombiniert Steinmeyer Albstadt gerollte oder geschliffene Spindeln in verschiedenen Längen und Genauigkeitsklassen mit den Varianten der vier unterschiedlichen Mutterbauformen: Anschlussgewindemutter, federvorgespannte Anschlussgewindemutter, Flanschmutter mit Abstreifern und Zylindermutter.Bild: August Steinmeyer GmbH & Co. KG

Spindeln – gerollt oder geschliffen

Die Spindeln der Kugelgewindetriebe verfügen wahlweise über gerollte oder geschliffene Gewinde. Die gerollten Ausführungen entsprechen in der Regel den Genauigkeitsklassen T5 bis T10 und eignen sich damit für Standardansprüche. Bei besonders hohen Präzisionsanforderungen (Genauigkeitsklassen P1 bis P5) finden geschliffene Varianten Verwendung.

Zudem wirkt sich auch die Spindelsteigung auf die Genauigkeit aus: Je kleiner die Steigung, desto besser die theoretisch erreichbare Auflösung und damit die Präzision. Üblicherweise betragen die Steigungen von Miniatur-Kugelgewindetrieben 1 bis 2mm.

 Auf einem eigens entwickelten Prüfstand misst August Steinmeyer Laufeigenschaften und Lebensdauer von Miniatur-Kugelgewindetrieben.
Auf einem eigens entwickelten Prüfstand misst August Steinmeyer Laufeigenschaften und Lebensdauer von Miniatur-Kugelgewindetrieben. Bild: August Steinmeyer GmbH & Co. KG

Auf die Mutter kommt es an

Abhängig von Einbausituation und Anschlusskonstruktion werden die Spindeln mit unterschiedlichen Muttern kombiniert. August Steinmeyer mit Sitz in Albstadt ist Spezialist für die Entwicklung und Fertigung der präzisen und langlebigen Antriebselemente. Das Unternehmen fertigt vor allem Miniatur-Kugelgewindetriebe für den High-end-Bereich und bietet u.a. sechs verschiedene Mutter-Varianten an, die auf den drei grundsätzlichen Bauformen Anschlussgewindemutter, Flanschmutter und Zylindermutter basieren.

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