Planetenrollengewindetrieb

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Planetenrollengewindetrieb

Planetenrollengewindetriebe[1] sind Gewindetriebe in der Antriebstechnik, bei denen geschliffene Planetengewinderollen, in eine Umlaufmutter zwischen zwei Lochkränzen gefasst, um eine spezielle Rollengewindespindel rotieren, wodurch sich eine axiale Relativbewegung zwischen Mutter und Spindel ergibt. In der typischen Anwendung, z. B. beim Verfahren des Schlittens einer Werkzeugmaschine, rotiert die Gewindespindel, während die Mutter in Umfangsrichtung feststeht und linear verschoben wird. Dieses System gibt es ebenfalls als invertierte Version, bei der sich Planetengewinderollen und Lochkränze axial gemeinsam mit der Schubstange bewegen. Diese Bauart lässt sich mit einem Hohlwellenmotor zu einem kompakten Aktuator mit glatter Schubstange kombinieren, der in seiner äußeren Erscheinung einem Pneumatikzylinder ähnelt.

Funktionsweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Detailanimation

Der Name Planetenrollengewindetrieb leitet sich von der Art der Rotation der Rollen um die Spindel ab, die wie Planeten um ein Zentralgestirn kreisen. Dabei werden Spindel-, Rollen- und Mutterdurchmesser so gewählt, dass die Umfangsgeschwindigkeiten von Spindel und Rollen übereinstimmen. Die Synchronisation übernimmt ein in die Mutter integrierter Ring mit einer Innenverzahnung, der die Rollen antreibt. Da sich die Wälzkörper im Unterschied zum Kugelgewindetrieb oder dem Rollengewindetrieb mit Rollenrückführung nicht relativ zur Mutter bewegen, ist kein Rückführmechanismus notwendig. Dies ermöglicht höhere Drehzahlen als beispielsweise mit Kugelumlaufspindeln möglich wären.

Die hohen Tragzahlen der Rollengewindetriebe ergeben sich aus der großen Anzahl tragender Kontaktflächen. Ein typischer Rollengewindetrieb weist rund 10 Rollen auf, von denen jede über 15 bis 25 Gewindegänge verfügt. Somit ergeben sich 100–200 Kontaktpunkte. Um mit einem Kugelgewindetrieb die gleiche Tragzahl zu erreichen, wären entweder eine große Anzahl oder sehr große Kugeln notwendig. Eine Gewinderolle erfüllt somit die Funktion einer großen Zahl von übereinander liegenden Kugeln auf deutlich geringerem Raum.

Ein weiterer Vorteil des Rollengewindetriebs ist die Möglichkeit, sehr kleine Gewindesteigungen zu realisieren. Bei Kugelgewindetrieben muss die Steigung mindestens größer als der Kugeldurchmesser sein, da sich deren Laufbahnen sonst überschneiden. Beim Rollengewindetrieb entfällt diese Einschränkung. Allerdings nimmt bei großen Steigungen der Gleitanteil bei der Rollenbewegung zu, wodurch der Wirkungsgrad sinkt.

Daher sind diese lineartechnischen Antriebe insbesondere für hohe Lasten und mittlere Geschwindigkeiten geeignet.

Lebensdauer[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Berechnung der Lebensdauer () eines Rollengewindetriebs erfolgt wie bei Wälzlagern und Kugelgewindetrieben über die dynamische Tragzahl . Da ohnehin nur Axialkräfte () zulässig sind, entfallen Radial- und Axialbeiwert. Für die charakteristische Ermüdungslebensdauer des Planetenrollengewindetriebs gilt:

Wie bei Wälzlagern handelt es sich hierbei um die Lebensdauer, die mit einer Wahrscheinlichkeit von 90 % erreicht oder übertroffen wird. Die Lebensdauer von Planetenrollengewindetrieben ist typischerweise höher als die von Kugelgewindetrieben.

Anwendungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Insbesondere in Kombination mit Servomotoren und der entsprechenden Regelungstechnik ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Grundsätzlich ist zum Beispiel ein Ersatz von Hydraulik- und Pneumatikzylindern möglich. Hierbei kann aufgrund des besseren Wirkungsgrads oftmals eine Energieeinsparung erzielt werden. Im Vergleich zur Hydraulik entfällt auch die Hydraulikflüssigkeit und die damit verbundenen Umwelt- und Sicherheitsprobleme. Auch die Positions- und Geschwindigkeitsregelung ist aufgrund der hohen Steifigkeit des Gesamtsystems in der Regel deutlich einfacher als bei hydraulischen oder pneumatischen Antriebssystemen. Typische Anwendungen sind Bewegungssimulatoren, Pressen, Roboterschweißzangen, Dosieranlagen, Montagestände und Ventilantriebe. Dabei werden üblicherweise Kräfte bis ca. 200–300 kN und Geschwindigkeiten bis etwa 1,5 m/s benötigt.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Quellen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Manfred Weck. Werkzeugmaschinen 2 - Konstruktion und Berechnung, Springer DE, 2006, ISBN 978-3-540-30438-8, S. 479