Kugelumlaufspindel & Zubehör

Was ist eine Kugelumlaufspindel/ein Kugelgewindetrieb?

Eine Kugelumlaufspindel, auch Kugelgewindetrieb oder kurz KGT genannt, bezeichnet die Gesamtbaugruppe eines Wälzschraubtriebes, bei dem Kugeln als Wälzkörper zum Einsatzkommen. Eine Kugelumlaufspindel dient der Umsetzung einer Längs- in eine Drehbewegung oder umgekehrt.

Wie funktioniert eine Kugelumlaufspindel?


Der Antrieb einer Kugelumlaufspindel erfolgt entweder direkt über einen Elektromotor oder indirekt über Getriebe und Riementriebe. Bei der Kugelumlaufspindel dienen Kugeln, die in Laufrillen zwischen Mutter und Spindel fixiert sind, zur Durchführung einer Bewegung. Die Kugeln wandern bei der Drehbewegung in axialer Richtung. Damit die Kugeln zirkulieren können, werden sie über spezielle Kanäle, die sogenannten Rückführkanäle, rückgeführt.
Wichtig für die korrekte Funktion einer Kugelumlaufspindel ist die passende Spindelgeometrie. Diese Geometrie wird durch den Hub der Spindelmutter pro Umdrehung der Spindel definiert. Dieser Hub wird als Steigung einer Kugelumlaufspindel bezeichnet und immer in Millimetern angegeben. Durch die Steigung lässt sich die Dimensionierung der Kugelumlaufspindel exakt berechnen und an den jeweiligen Einsatzzweck, beispielsweise für den Antrieb einer Werkzeugmaschinenachse, anpassen. Auch kann aus Parametern wie Steigung und Drehzahl leicht der Vorschub der Maschine ermitteln.

Kugelgewindetriebe besitzen – anders als bei Wälzlagern üblich – keinen Käfig. Durch diese Eigenheit berühren sich die einzelnen Wälzkörperm was die Geschwindigkeit begrenzt. Um das Potential der Kugelgewindetriebe bestmöglich auszunutzen, werden oftmals Hochleistungsgewindetriebe verwendet. Diese werden mit großen Steigungen und kleinen Spindeldurchmessern gefertigt.

Hochleistungsgewindetriebe zeichnen sich durch große Spielfreiheit aus. Das bedeutet, dass bei dieser Spindel beide Flanken des Gewindes von den umlaufenden Kugeln an je einem Punkt gleichzeitig berührt werden.


Wo kommen sie zum Einsatz?

Das Haupteinsatzgebiet von Kugelumlaufspindeln sind CNC-Werkzeugmaschinen wie beispielsweise Drehmaschinen oder Fräsmaschinen. Hier dienen die Spindeln zur Positionierung von Werkstück- oder Werkzeugträger. In der Regel wird der zu bewegende Teil an der Mutter der Spindel befestigt und gleichzeitig über Linearführungen, seltener Flachführungen, gelagert. Moderne Bauarten verdrängen in vielen Bereichen die bis dato eingesetzten Hydrauliksysteme – so zum Beispiel bei Pressen oder Spritzgussanlagen. Früher wurden Kugelumlaufspindeln auch in Pkw eingesetzt, heute dienen sie im Automobilbereich nur noch als Lenkgetriebe bei Lkw.

Warum werden sie verwendet?

Kugelgewindetriebe zeichnen sich durch eine hohe Genauigkeit und Spielfreiheit aus und werden immer dann eingesetzt, wenn präzise und auch dynamische Positionierungsaufgaben durchzuführen sind. Durch die Kombination aus Antriebsmotor, Linearführung und Kugelumlaufspindel entstehen Baugruppen, die auch in zwei oder drei Raumrichtungen eingesetzt werden können. Diese dreidimensionale Auslegung kommt unter anderem in Portalrobotern zum Einsatz.

Was sind die Vorteile von Kugelumlaufspindeln?

Kugelumlaufspindeln sind ideal geeignet für alle Bereiche, in denen hochpräzise lineare Bewegungen gefordert sind. Durch das Prinzip des Kugelumlaufs lässt sich eine deutlich höhere Genauigkeit erzielen als bei normalen Gewindetrieben. Die umlaufenden Kugeln in der Spindelmutter eliminieren das Spiel zwischen Mutter und Spindel nahezu vollständig. Durch den geringen Rollwiderstand sinkt der Verschleiß, was Kugelumlaufspindeln äußerst langlebig und nahezu wartungsfrei macht. Ebenfalls benötigen Kugelgewindetriebe weniger Antriebsleistung als herkömmliche Systeme.


Was sind die Unterschiede zwischen Kugelumlaufspindeln und Trapezgewindespindeln?

Auch wenn Kugelumlaufspindeln und Trapezgewindespindeln im Prinzip die gleichen Arbeiten durchführen – nämlich eine lineare Bewegung realisieren – so sind die Unterschiede zwischen beiden Systemen doch recht deutlich. Eine Kugelumlaufspindel ist nahezu spielfrei im Betrieb, während bei Trapezgewindespindeln immer ein allgemeines Spiel und Umkehrspiel zu erwarten ist. Weiterhin laufen Kugelumlaufspindeln mit geringem Reibungswiderstand, was zu wenig Verschleiß führt. Trapezgewindespindeln hingegen sind wesentlich robuster und günstiger und ermöglichen eine Selbsthemmung, was gerade beim Einsatz in der Vertikalen vorteilhaft ist.


Vorteile der Kugelumlaufspindel:


  • Nahezu spielfrei
  • Überaus wartungsarm
  • Extrem präzise
  • Geringer Reibungswiderstand


Vorteile der Trapezgewindespindel:

  • Sehr robust
  • Günstiger Anschaffungspreis
  • Selbsthemmung