Lebensdauer für Kugelgewindetriebe besser einschätzen

Kugelgewindetriebe bieten eine saubere und wirtschaftliche Alternative zur Hydraulik, daher setzen viele Anwender auf die Elektrifizierung ihrer Maschinen. Besonders im Schwerlastbereich wirken dabei hohe Kräfte auf den Kugelgewindetrieb und dessen Lebensdauer hängt stark mit der Belastung einzelner Kugeln zusammen. Mit vereinfachten Berechnungen nach DIN ISO 3408 oder aufwändigen Tests auf Prüfständen lässt sich diese oft nicht genau vorhersagen und es lassen sich auch keine Zusammenhänge zwischen einem Schaden – wie z. B. Ausbrüchen an Kugeln, Laufbahn oder der Mutter und der Ursache des Defekts erkennen.

Um lokale Belastungen und daraus entstehende Schäden besser nachvollziehen zu können, verwendet August Steinmeyer seit mehreren Jahren die Simulations-Software der Meshparts GmbH. Das Unternehmen entwickelt schnell rechnende, parametrische Modelle, die alle technischen Komponenten eines Kugelgewindetriebes – wie Kugeln, Mutter und Spindel – detailgetreu abbilden können. Relevante Effekte wie nichtlineare Kontaktsteifigkeit, Spiel, Vorspannung, Kontaktwinkeländerung, Anbindung an die Peripherie sowie Einfluss von Umlenkungen werden in der Berechnung mit einbezogen. »Durch die genaue Berechnung der Kugelkontaktkräfte, der Kontaktwinkel sowie der Kontaktpressungen lässt sich die Lebensdauer sehr präzise abschätzen«, erklärt Wolfgang Klöben, Entwicklungsleiter bei August Steinmeyer.

Außerdem kann der Hersteller so seine Schwerlast-Kugelgewindetriebe auf Modellbasis optimieren. Vor allem bei der Steigung, der Kugelgröße, der Anordnung der Umlenkungszüge und weiterer konstruktiver Details sind nun Anpassungen möglich, um eine bessere Lastverteilung auf der Spindel und eine Reduktion der Wälzspannung zu erreichen. Das steigert die Lebensdauer der Kugelgewindetriebe im Schwerlastbereich signifikant. „Im Endeffekt decken sich die FEM-Ergebnisse von Meshparts exakt mit unseren Erfahrungen aus der Praxis“, berichtet so Klöben weiter. »Jetzt wissen wir jedoch genau, an welcher Stelle die Probleme auftreten und wie wir gezielt gegensteuern können.«