drylin® - Trapezgewindemutter - Technische Daten

drylin® Gewindetriebe: Messung des Wirkungsgrads

 

Klassische Formatverstellungen und Hubanwendungen werden mit dem selbsthemmenden Trapezgewinde realisiert. Schnelle Verstellungen oder Handlings nutzen die hohe Übersetzung der Steilgewinde. Alle Spindeln sind neben Stahl auch in Edelstahl erhältlich, und bieten damit in Kombination mit drylin®-Gewindemuttern aus iglidur®- Kunststoffen eine korrosionsbeständige Lösung.


Vorteile der drylin® Gewindetriebe:

wartungsfreier Trockenlauf

geräuscharm

unempfindlich gegen Staub und Schmutz

korrosionsfrei

Trapezgewinde und Steilgewinde

hohe Wirkungsgrade

Anti-Backlash-Funktion verfügbar

FDA-Zulassung verfügbar



Besondere Eigenschaften

drylin®-Gewindetriebe laufen auf unterschiedlichen Spindelmaterialien absolut wartungs- und schmiermittelfrei, da die Muttern aus iglidur®-Hochleistungspolymeren gefertigt werden. Besonders für Anwendungsbereiche mit hohem Staub- und Schmutzaufkommen (Textil-, Stein- und Holzmaschinen) und Anwendungen in denen gereinigt wird (Verpackungs- und Lebensmittelmaschinen), bieten die Gewindemuttern im Vergleich zu wartungs- und schmierungspflichtigen Muttern erhebliche Vorteile.

Radialkräfte

drylin®-Gewindemuttern sind für die Aufnahme von axialen Kräften konzipiert. Eventuell in der Anwendung auftretende Radialkräfte sollten über zusätzliche Linearführungen aufgenommen werden.

Temperatur

drylin®-Gewindemuttern, hergestellt aus den wartungsfreien iglidur®-Werkstoffen, sind grundsätzlich für den Einsatz im Temperaturbereich von –20 °C bis +90 °C (150 °C, werkstoffabhängig) geeignet. Zu beachten ist jedoch, dass sich neben einer Veränderung der Spielsituation durch Temperaturausdehnung auch eine Veränderung der maximal zugelassenen Belastung ergibt. Bei besonders niedrigen oder hohen Temperaturen und hohen Belastungen empfiehlt es sich daher, die Eignung der Gewindemuttern im Einzelfall durch praxisnahe Versuche zu überprüfen. Um den Einsatz in allen Temperaturbereichen zu ermöglichen, stehen Muttern in verschiedenen Spielklassen zur Verfügung.

Nassbereich

Für Anwendungen in feuchten Umgebungen, speziell im Nassbereich, müssen Trapezgewindemuttern aus iglidur® J oder iglidur® A180 eingesetzt werden. Diese Werkstoffe zeichnen sich durch eine sehr geringe Feuchtigkeitsaufnahme aus.
iglidur® J
iglidur® A180

Schmutz

Durch den konsequenten Einsatz der wartungsfreien iglidur®-Werkstoffe für die Mutternherstellung verfahren die drylin®-Gewindetriebe komplett trocken. Durch den bewussten Verzicht auf Schmierstoffe wird das Anhaften von weichen Partikeln wie Staub und Fasern deutlich reduziert. Im Vergleich zu konventionellen, geschmierten Werkstoffen ist eine deutliche Lebensdauererhöhung in schmutzigen Umgebungen durchaus üblich. Bei groben Verschmutzungen und harten Partikeln wie Metallspäne oder Granitstaub sollte die Spindel jedoch abgedeckt werden.

Geräusche

Generell können bei Gleitgewindetrieben Geräusche auftreten. Insbesonders bei langen Spindeln und hohen Verfahrwegen kann es zu selbsterregten Schwingungen in Gleitsystemen kommen. Gewindemuttern aus den tribologisch optimierten iglidur®- Werkstoffen neigen aufgrund ihrer guten Gleiteigenschaften deutlich weniger zu Geräuschen als konventionelle Kunststoffe oder metallische Werkstoffe wie Bronze oder Messing. Sollte es in Ihrem Gleitgewindetrieb zu Geräuschen kommen, sprechen Sie bitte mit unseren Experten.

Prüfung von Gewindetrieben

drylin®-Gewindetriebe werden konform zur DIN 103 gefertigt. Die Prüfung erfolgt anhand genormter Gewindelehrdorne nach der Produktion. Für Gewindegrößen, die nicht in der Regeltabelle aufgeführt sind, wird die DIN 103 auf die entsprechende Größe umgerechnet. Bei der Auswahl sind die hygroskopischen bzw. thermischen Eigenschaften des Materials zu beachten. Es kann zu Maßänderungen durch Feuchtigkeit und/oder Hitze am Einsatzort kommen. Aus diesen Gründen kann eine generelle DIN-Konformität nicht gewährleistet werden.

Spiel

Gleitgewindetriebe benötigen funktionsbedingt ein Grundspiel. Neben dem durch Fertigungstoleranzen verursachten Spiel des Gewindetriebes sind auch anwendungsspezifische Parameter zu beachten. Das in der Anwendung zu berücksichtigende Mindestspiel muss neben thermischen und hygrokoskopischen Umwelteinflüssen auch die in der Anwendung entstehende Reibungswärme berücksichtigen. Die Verwendung von Gleitgewindetrieben für Präzisionsantriebe ist daher nicht ohne Funktionstests zu empfehlen. Als wirkungsvolle Massnahme gegen unerwünschtes Spiel hat sich in der Praxis ein Vorspannen bewährt. Neben den Lösungen aus dem Standardprogramm beraten Sie unsere Experten gerne in Bezug auf weitere Massnahmen.

Wirkungsgrade

Der Wirkungsgrad beschreibt das Verhältnis von abgegebener zu zugeführter Leistung. drylin®-Gewindemuttern zeichnen sich durch geringe Reibwerte und damit hohe Wirkungsgrade aus. Bei eingängigen Trapezgewindemuttern werden im Trockenlauf Wirkungsgrade zwischen 20 und 48 % erreicht. Bei Steilgewindemuttern werden im Trockenlauf Wirkungsgrade zwischen 50 und 80 % erreicht. Auch wenn die drylin®-Gewindemuttern für den absoluten Trockenlauf entwickelt wurden, kann eine Schmierung helfen den Wirkungsgrad zusätzlich zu erhöhen.

Selbsthemmung

Eingängige Trapezgewindetriebe sind selbsthemmend. Das bedeutet, dass aufgrund des Flankenwinkels und der Gleitreibung eine Bewegung von Mutter oder Spindel ohne äußere Krafteinflüsse nicht erfolgt. Sobald die Haftreibung überschritten ist, sind die Körper nicht mehr selbsthemmend. Mehrgängige Trapezgewindetriebe haben eine „Rest-Hemmung“, Steilgewindetriebe haben keine Selbsthemmung.

Anti-Backlash-Gewindemuttern

Backlash bezeichnet das Umkehrspiel, das in einem Gewindetrieb durch das Axialspiel hervorgerufen wird. Durch eine radiale Vorspannung mittels eines Federelastomers werden Vibrationen und selbsterregte Schwingungen (häufig Ursache von Geräuschen, besonders bei langen Spindeln und hohen Drehzahlen) deutlich reduziert.

Zero-Backlash-Gewindemuttern

Gewindetriebe mit Steilgewinde für schnelle Verstellungen kleiner Lasten. Das Zero-Backlash-Prinzip sorgt für lebenslang minimales Umkehrspiel. Optimal für präzise Positionierund Zustellbewegungen in der Medizin-, Labor- und Printtechnik sowie weiten Feldern der Bio-Science. Bei hohen Lasten, Schmutzaufkommen oder extremen Außeneinflüssen sollten Steilgewindemuttern ohne Zero- Backlash-Funktion bzw. Trapezgewinde eingesetzt werden.

Y = Verschleiß [Gew.-%]

A = POM
B = PA
C = J
D = W300

Abb. 01: Verschleißtest auf gerollter Trapezgewindespindel

 

Y = Verschleiß [mg/km]

A = J
B = W300
C = J350
D = A180
E = POM

Abb. 02: Verschleißtest auf C15-Spindel [mg/km] Hub 140 mm, 50 N, Spindel C15 gerollt, 450 U/min

 

Y = Verschleiss [mg/km]

A = J
B = W300
C = J350
D = A180

Abb. 03: Verschleißtest auf VA-Spindel [mg/km] Hub 140 mm, 50 N, VA-Spindel gerollt, 450 U/min

 

Anti-Backlash-Spindelmuttern im Kleberauftragssystem einer Kantenleimmaschine (Holzindustrie). Sie sorgen für höchste Präzision der spielfreien Verstelleinheit.

 

Formatverstellung in der Papierindustrie mit Anti- Backlash-Gewindemutter

 
Montage von Gewindemuttern

drylin®-Gewindemuttern sind gegen Verdrehen und axiales Auswandern zu sichern.

Gewindemuttern mit Flansch

Für die Befestigungsschrauben der Flanschgewindemuttern gilt ein maximales Anzugsmoment von 2,5 Nm. Wir empfehlen die Befestigungsschrauben über ein drittes Medium (z.B. flüssige Schraubensicherung) zu sichern. Bei höheren Anzugsmomenten empfiehlt sich der Einsatz metallischer Einpresshülsen.

Montage Zero-Backlash Gewindemuttern

1. Tragmutter
2. Stellring mit Torsionsfeder
3. Reibscheibe
4. Axialelement

 

Stellring mit Torsionsfeder 2. ca. zur Hälfte auf die Tragmutter 1. drehen und Federschenkel in Bohrung arretieren.

 

Reibscheibe 3. und Axialelement 4. bündig an dem Stellring positionieren. Darauf achten, dass sich der Stellring nicht verdreht.

 

Der Stellring kann nun losgelassen werden, sodass sich die Mutter auf der Spindel vorspannt.

Zylindrische Gewindemuttern

Der Außendurchmesser der zylindrischen Gewindemuttern ist mit h9 toleriert. Für die Sicherung empfehlen wir daher einen Formschluss, z.B. die Anbringung von Schlüsselflächen. Bei niedrigen Krafteinwirkungen hat sich in der Praxis auch die Verschraubung bewährt. Das Einkleben von Gewindemuttern ist prinzipiell nicht zu empfehlen. Sollte dennoch die Befestigung der Gewindemuttern durch Kleben vorgesehen werden, so sind in jedem Falle geeignete Versuche erforderlich.






 




Stellring bis zum Ende auf die Tragmutter drehen, um die Torsionsfeder zu spannen.

 

Tragmutter 1. und Axialelement 4. zusammendrücken und die Spindel durch die Mutter drehen. Stellring dabei auf Vorspannung halten.

 
Spindelauswahl

Die Einsatzfähigkeit und das Laufverhalten des Systems hängen auch entscheidend von den Spindeln als Gegenlaufpartner ab. Grundsätzlich empfehlen wir den Bezug von Mutter und Spindel als System aus einer Hand. Spindeln werden mit DIN 103 konformen Lehrringen geprüft. Grundsätzlich können in Kombination mit drylin®-Gewindetrieben, Spindeln aus Stahl, Edelstahl oder hartanodisiertem Aluminium verwendet werden. Neben rechts- und linksgängigen Varianten sind auch "geteilte" Spindeln (Rechts- und Linksgewinde auf einer Spindel) erhältlich.

 
Sonderspindeln

Nutzen Sie auch unseren Bearbeitungsservice - wir fertigen einbaufertige Spindeln nach Ihren Wünschen an. Bitte senden Sie uns eine Zeichnung zu. Wir unterbreiten Ihnen kurzfristig ein Angebot.

Sondermuttern

Nutzen Sie auch unseren Bearbeitungsservice - wir fertigen Gewindemuttern nach Ihren Wünschen an. Bitte senden Sie uns eine Zeichnung zu. Wir unterbreiten Ihnen kurzfristig ein Angebot.

Beispiele von Sondermuttern

 



Werkstoffauswahl

drylin®-Gewindemuttern werden standardmässig in 4 Werkstoffen angeboten:

iglidur® J
Dieser Werkstoff zeichnet sich durch beste Reibwerte mit den meisten Gegenlaufpartnern und einer niedrigen Feuchtigkeitsaufnahme aus

iglidur® W300
Dieser Werkstoff zeichnet sich durch hohe statische Festigkeiten aus

iglidur® A180
Dieser Werkstoff entspricht den Anforderungen der FOOD AND DRUG ADMINISTRATION (FDA) und kann daher im direkten Kontakt mit Lebens- und Arzneimitteln eingesetzt werden.

iglidur® J350
Dieser Werkstoff zeichnet sich durch seine hohe Temperaturbeständigkeit aus. Der Einsatz von Gewindemuttern aus iglidur J350 ist bis 150 Grad möglich.

Lebensdauer

drylin®-Gewindemuttern werden aus tribologisch optimierten Werkstoffen gefertigt. Bereits in der Entwicklungsphase der drylin®-Gewindetriebe liegt der Schwerpunkt auf Reibungsoptimierung mit dem Ziel möglichst niedrige Verschleissraten und gute Reibwerte zu erreichen. Um möglichst präzise Aussagen zur Lebensdauer bzw. Verschleissfestigkeit tätigen zu können werden auf den Gewindeprüfständen im igus®-Testlabor in Köln pro Jahr mehrere hundert Versuche aufgebaut . Gerne prüfen unsere Experten auch Ihre Anwendung.

Prüfstand zur Lebensdauerermittlung im igus®-Labor

 


iglidur®-Material Flächenpressung
iglidur® J 4 MPa
iglidur® W300 5 MPa
iglidur® A180 3,5 MPa
iglidur® J350 2 MPa
Tabelle 01: Zulässige dauerhafte Flächenpressung in den Gewindegängen

Berechnung: Trapezgewinde

Die Tragfähigkeit von Trapezgewindemuttern aus Hochleistungspolymeren ist abhängig von der Flächenpressung, der Gleitgeschwindigkeit und der daraus resultierenden Temperatur. Das Temperaturverhalten wird zudem durch die Einschaltdauer sowie das gewählte Spindelmaterial und seiner spezifischen Wärmeleitfähigkeit beeinflusst.

iglidur®-Material rotierend
langzeitig
iglidur® J 1,5
iglidur® W300 1,0
iglidur® A180 0,8
iglidur® J350 1,3
Tabelle 02: Gleitgeschwindigkeiten der iglidur®- Werkstoffe in m/s

Max. zulässiger pv-Wert
Mit dem pv-Wert und den in den Abmessungstabellen angegebenen Flächentraganteilen lässt sich die zulässige Gleitgeschwindigkeit und daraus die Vorschubgeschwindigkeit für jede Gewindegröße ermitteln.

Einschaltdauer ED pv-Wertmax.[MPaxm/s]
100 % 0,08
50 % 0,2
10 % 0,4
Tabelle 03: Richtwerte bei Verwendung von drylin®-Kunststoffmuttern ohne Schmierung (bei Hub 500 mm). Bei sehr kurzen oder langen Hüben ist mit einem Korrektursfaktor zu rechnen.

Erforderlicher Flächentraganteil:
Ae = Faxial / pzul [mm2]

Wahl der gewünschten Gewindegröße und Ermittlung der tatsächlichen Flächenpressung:
preal = Faxial / Ae real [MPa]

pv-Wert:
pv = preal x v

Gleitgeschwindigkeit:
v = n x d1 x π/ 60.000[m/s]

Drehzahl:
n = v x 1.000 x 60 / π x d1 [1/min]

Vorschubgeschwindigkeit:
s = n x P / 60.000 [m/s]

Antriebsmoment:
Mta= Faxial x p / 2000 x π x η
Mte= Faxial x p x η/ 2000 x π

Abb. 05: Formelsammlung Gewindetriebe

Faxial Axialkraft
Pzul max. zul. Flächenpressung 5 N/mm2
preal tatsächlich auftretende Flächenpressung
bei gewählter Baugröße
Ae real Flächentraganteil der gewählten
Trapezgewindemutter
P Steigung
d1 Flankendurchmesser
Mta Antriebsmoment [Nm] bei Umsetzung einer Dreh-
in eine Längsbewegung
Mte Antriebsmoment [Nm] bei Umsetzung einer Längs-
in eine Drehbewegung
v Gleitgeschwindigkeit [m/s]
s Vorschub [m/s]
n Drehzahl [min-1]
η Wirkungsgrad

Y = Drehzahl [U/min]
X = Last [N]
Abb. 06: Maximale dynamische Last bei Gewindetrieben mit 10% ESD

A = TR8x1,5 | B = TR10x2 | C = TR12x3
D = TR16x4 | E = TR18x4 | F = TR20x4
G = TR24x5 | H = TR30x6 | I = TR40x7
J = TR50x8

 

Y = Drehzahl [U/min]
X = Last [N]
Abb. 07: Maximale dynamische Last bei Gewindetrieben mit 100 % ESD

A = TR8x1,5 | B = TR10x2 | C = TR12x3
D = TR16x4 | E = TR18x4 | F = TR20x4
G = TR24x5 | H = TR30x6 | I = TR40x7
J = TR50x8

 

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