Dimensionierung von Elektrohubzylindern mit Kugelgewindetrieb

Für viele Anwendungen im Maschinenbau und der Automation mit besonderen Anforderungen an Leistung, Präzision oder Einschaltdauer sind Elektrohubzylinder mit Kugelumlaufspindel die ideale Antriebslösung. Voraussetzung dafür ist jedoch die richtige Dimensionierung für die spezifizierten Belastungen und die erforderliche Lebensdauer.

 

Wenn diese Daten bekannt sind, kann eine genaue Lebensdauerberechnung der Kugelgewindespindeln sowie eine optimale Auslegung der übrigen Komponenten wie Motor und Getriebe durchgeführt werden.

Schritt für Schritt zur korrekten Spindeldimension

Eigenschaften
Die technischen Eigenschaften und Begriffe für Kugelgewindetriebe sind in der DIN 69051 festgelegt. Der Kugelgewindetrieb ist ein mechanisches System bestehend aus einer Kugelgewindespindel und einer Kugelgewindemutter mit endlos umlaufenden Wälzkörpern zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine Längsbewegung oder umgekehrt. Damit wird die Rotation um eine feste Achse durch eine definierte Steigung des Gewindes in eine lineare Bewegung umgewandelt.

Kugelgewindetriebaufbau

Durch die Rollbewegung der Kugeln zwischen Spindel und Mutter wird ein hoher Wirkungsgrad erreicht. Entsprechend den Anforderungen für die jeweilige Anwendung unterscheidet man zwischen Positionier- und Transportkugelgewindetrieben. Danach werden die konstruktiven Parameter wie die Vorspannung, Toleranzklasse und Wegabweichung festgelegt. Die Tragfähigkeit und die maximale Geschwindigkeit werden durch das Laufbahnprofil, die Anzahl der Kugelumläufe innerhalb der Kugelmutter, der Ausführung des Rückführsystems und die Spindelsteigung bestimmt.

 

Lebensdauerberechnung und Auswahl

Für die Auswahl des erforderlichen Kugelgewindetriebes müssen die auftretenden Belastungen und die gewünschte Lebensdauer bekannt sein oder wie folgt ermittelt werden.

Bei veränderlicher Last und Geschwindigkeit wird die äquivalente dynamische Belastung Fm aus den Einzellasten und Geschwindigkeiten mit den Zeitanteilen der einzelnen Phasen berechnet. 

äquivalente Kraft

Die nominelle Lebensdauer L10 von Kugelgewindetrieben wird wie bei Wälzlagern nach DIN ISO 281 berechnet.

lebensdauer

Die erforderliche Lebensdauer in Kilometer L10 (km) ergibt sich aus dem Hubweg pro Lastzyklus mal der Anzahl der Lastzyklen im betrachteten Zeitraum.

 
Auszug aus dem Produktkatalog

Bezeichnung Kugelgewindetrieb Nenndurch-messer Steigung Kugeldurch-messer Anzahl Umläufe Dynamische Tragzahl   Statische Tragzahl
KGT do (mm) p (mm) d (mm) z C (N)  C0 (N)
BS 25 x 10 25 6 3,97 3 17.400 30.500
BS 32 x 10 32 10 6,35 5 41.800 73.000
BS 40 x 10 40 10 6,35 5 60.000 124.000
BS 50 x 10 50 10 6,35 6 83.000 188.000
BS 63 x 10 63 10 7,14 6 112.000 313.000
BS 80 x 20 80 20 12,70 5 213.000 516.000
BS 100 x 20 100 20 12,70 4 239.000 687.000

 

Mit Hilfe des Kraft Weg Diagramms kann einfach und schnell die Vorauswahl eines geeigneten Kugelgewindetriebes getroffen werden.

lebensdauer

Für die Auswahl des Elektrohubzylinders und die genaue Berechnung für die gegebenen Anforderungen empfehlen wir folgende Vorgehensweise: 

  • Bauart für die vorhandene Einbausituation auswählen
  • Baugröße mit dem gewählten Kugelgewindetrieb festlegen
  • Überprüfung der zulässigen Spindeldrehzahl
  • Überprüfung der zulässigen Drucklast (Knickung)
  • Berechnung des Antriebsdrehmomentes und der Antriebsleistung
  • Auswahl der Motordrehzahl und der gegebenenfalls erforderlichen Getriebeuntersetzung
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