Hochgeschwindigkeits-Kugelgewindetriebe mit gekühlter Mutter

Gerade bei schnell laufenden Linearantrieben von Werkzeugmaschinen ist Wärmeentwicklung unvermeidlich. Hier bietet sich der Einsatz von Kugelgewindeantrieben mit gekühlter Mutter an, die NSK auf der EMO ausgestellt hat. Sie schaffen eine wichtige Voraussetzung für Bearbeitungsverfahren mit hoher Maßhaltigkeit – ohne temperaturbedingte Dimensionsänderungen.

Den Anstoß für die Entwicklung von Kugelgewindetrieben mit gekühlter Mutter gaben NSK-Kunden aus dem Werkzeug- und Kunststoffmaschinenbau. Sie müssen immer höhere Präzisionsanforderungen erfüllen, damit die Maschinen z.B. Flugzeugkomponenten mit extrem hoher Maßhaltigkeit oder Kunststoffbauteile wie Handy-Gehäuse mit äußerst dünnen Wandstärken fertigen können.

Eine gleichbleibende Temperatur in der Maschine bzw. im Werkzeug zählt zu den Voraussetzungen für diese Präzision, denn Temperaturunterschiede können zu Verformungen der Maschine und damit zu Maßänderungen des erzeugten Produktes oder zu sonstigen Qualitätseinbußen führen. Üblicherweise kommen in solchen Fällen Hohlwellenspindeln zum Einsatz, durch die Kühlmedium geleitet wird. Nochmals exakter ist die Temperaturführung, wenn die Mutter selbst gekühlt wird.

Hier sind allerdings konstruktive Herausforderungen zu meistern, und dies ist NSK gelungen. So konnte das Problem gelöst werden, dass die durch die Kühlung hervorgerufene Kontraktion des Werkstoffs die Vorspannung der Mutter beeinflusst, gelöst werden. Nach umfassenden Versuchen haben die NSK-Entwickler ein zur Vorspannung passendes Kühlsystem entwickelt, so dass sich das Vorspannungsniveau durch die Kühlung nicht verändert.

Im Vergleich zu den gekühlten Hohlwellenspindeln weisen die neuen Kugelgewindetriebe mit gekühlter Mutter eine mindestens ebenso gute, in vielen Fällen sogar deutlich bessere Kühlleistung auf. Vor allem bei Hochgeschwindigkeits-Anwendungen mit kurzen Hüben ist die Kühlwirkung signifikant besser.

Damit eignet sich diese Art der Kühlung u.a. besonders für Maschinen, die vergleichsweise kleine Bewegungen mit hoher Geschwindigkeit und kurzer Taktzeit ausführen. Dies triff z.B. für viele Werkzeugmaschinen zu, die Automobilkomponenten bearbeiten, sowie für Spritzgießmaschinen, die Kunststoffteile mit hohen Anforderungen an die Maßhaltigkeit fertigen und dabei hoch dynamische Zyklen fahren.

Die Kugelgewindetriebe mit gekühlter Mutter können in vielen Fällen 1:1 gegen vorhandene Baureihen mit gekühlter Spindel ausgetauscht werden. Neben den technischen Vorzügen bieten sie auch wirtschaftliche Vorteile: Sie lassen sich kostengünstig fertigen, weil es deutlich einfacher ist, eine Bohrung in eine Mutter einzubringen als eine Spindel in Hohlwellen-Ausführung zu fertigen. Dieser Vorteil kommt dem Anwender zugute, der auch davon profitiert, dass sich die Kühlung ganz einfach in vorhandene Kühlsysteme integrieren lässt.

Der gekühlte Mutternkörper kann in den Schaftdurchmessern 40, 45, 50 und 63 mm geliefert werden. In Abhängigkeit vom Spindelschaft sind Steigungsvarianten mit 16, 20, 25 und 30 mm verfügbar.