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Als Neuling in Sachen Maschinenbau hatte ich bisher keine wirklichen Berührungspunkte mit Kugelgewindespindeln. Die sind bei der DIY CNC Maschine für die Bewegungen des Portals in X-, Y- und Z-Achse verantwortlich. In meinem Plan gibt es zwei Spindeln zum Antrieb der X-Achse um die gleichmäßige Bewegung des Portals sicherzustellen.

Die Kugelgewindespindel (Ballscrew)

Die Kugelgewindespindel ist zunächst nichts anderes als eine Stange mit – Überraschung, Überraschung – einem Gewinde. 🙂

Als Bezeichnung der Spindeln findet man beispielsweise 1605, 2010, 2505.

Die Bezeichnung der Spindel setzt sich aus zwei Komponenten zusammen

  • die ersten beiden Ziffern bestimmen den Durchmesser der Spindel, z.B. 16mm
  • die zweiten beiden Ziffern spiegeln die Steigung der Spindel wieder, z.B. 05mm

Die Steigung beschreibt den Weg in mm, den sich die Spindelmutter bei einer 360 Grad Drehung der Kugelgewindespindel bewegt.

Die Befestigung der Kugelgewindespindel erfolgt über zwei Lager:

  • ein Festlager
  • ein Loslager

Der Unterschied ist bereits im Namen verankert. Im Loslager wird die Spindel eingeschoben und liegt nur gesichert mit einem Sprengring unbefestigt im Kugellager. Zwar liegt die Spindel im Festlager ebenfalls in einem Kugellager, wird jedoch durch eine Mutter vor einer Bewegung in der Längsachse gesichert.

Gewöhnlich werden die Enden der Kugelgewindespindel maschinell bearbeitet. Das Gewinde der Spindel wird auf einer Drehbank weggefräst. Die Endbearbeitung unterscheidet sich bei dem Fest- und Loslager.

Das Loslager

Beispiel Festlager
Beispiel Endbearbeitung eines Lostages

Das obige Bild zeigt ein Beispiel für die Endbearbeitung eines Loslagers. Das und die folgenden Beispiele habe ich mir von dem eBay-Händler linearmotionbearings2008 ausgeliehen.

Beim Loslager bleibt ein 10-15mm breiter „Stummel“ übrig, der in das Kugellager passt. Der Durchmesser des Stummels ist abhängig von dem Durchmesser der Spindel. Der Durchmesser einer Spindel mit 16mm Durchmesser beträgt gewöhnlich 12mm, der einem Spindeldurchmesser von 25mm bleibt nach der Endbearbeitung 15mm für das Kugellager übrig.

Bild Loslager
Beispiel Loslager

 Das Festlager

Die Endbearbeitung eines Festlagers sieht etwas anders aus. Um die Gewindespindel zwischen den Lagern zu fixieren, um eine Bewegung in der Längsachse zu verhindern, wird die Spindel beim Festlager mit einer Mutter befestigt und somit gespannt.

Beispiel Festlager
Beispiel Endbearbeitung eines Festlagers

Am Festlager wird die Spindel über das Lager hinaus geführt und ermöglicht den Anschluss eines Motors zur Bewegung der Spindel.

Die Spindelmutter (Ballnut)

Die Rotation der Kugelgewindespindel allein bewegt noch kein CNC-Portal. An dieser Stelle kommt die Spindelmutter ins Spiel. Sie bewegt sich vor und zurück über die Kugelgewindespindel. Die Spindel wird mit dem Spindelmutterblock verbunden. Mit dem Block wird die Verbindung zu der Portalseite hergestellt.

Spindelmutter
Spindelmutter