Die anspruchsvollen Antriebselemente

In Drehmomentkugelbuchsen läuft die Kugel in eingeschliffenen Nuten. „Bei der Übertragung erfüllen diese Elemente die Funktion einer Vielkeilwelle“, erklärt Thomas Kontner, technischer Berater bei Dr. Tretter. Das Besondere sei, dass durch das Wälzelement Kugel kein Stick-Slip-Effekt auftrete. Die Translationsbewegung und der Reversierbetrieb erfolgen zudem ruckfrei. Damit sind diese Maschinenelemente deutlich belastbarer als herkömmliche Rundführungen. „Das liegt an der Geometrie der berührenden Körper“, beschreibt Kontner. „Denn die konvex geformte Kreisbogenlaufrille schmiegt sich an die ebenfalls konvexe Kugel eng an.“ Diese Schmiegung vergrößert die Kontaktfläche, und so bildet sich bei Belastung eine Pressungsellipse aus. Gleichzeitig reduziert sich die Hertzsche Pressung – das ist die größte Spannung, die in der Mitte der Berührungsflächen zweier elastischer Körper herrscht.
Bei der Kugelbuchse hingegen ist die Situation eine andere:. Die Kugel läuft auf einer konkav geformten Welle. Das mindert die Kontaktfläche erheblich, die Hertzsche Pressung zwischen Kugel und Welle steigt bei Belastung deutlich. „In der Theorie heißt das: Während die Kugel in diesem Fall mit der Belastung eins beaufschlagt werden kann, ist die mögliche Belastung einer Kugel der gleichen Größe bei einer Drehmomentkugelbuchse um das 13-fache höher. Das kommt daher, weil diese bei entsprechender Schmiegung in der Nut läuft“, erklärt Kontner. Damit ist nicht nur die dynamische Tragzahl deutlich höher sondern auch die Lebensdauer. Denn diese hängt in der dritten Potenz von der Belastung ab. Das ergibt eine Steigerung um den Faktor 2200.

„Ingenieure haben damit den Vorteil, mit diesen Maschinenelementen weitaus kompaktere Konstruktionen realisieren zu können“, sagt Kontner. Das wirkt sich insbesondere auf die Drehmomentabstützung aus. Denn Kugelbuchsen benötigen dafür zwei Rundführungen. Bei den Drehmomentkugelbuchsen übernehmen das die Kugeln, die in den Nuten laufen. Über die Kugelgröße kann sie spielfrei eingestellt werden, und über eine entsprechende Vorspannung lässt sich die Steifigkeit erhöhen. „Das ist ein weiterer großer Vorteil im Vergleich zu normalen Kugelbuchsen“, weiß Kontner. Denn die höhere Steifigkeit der Führung wirkt sich besonders auf die Genauigkeit aus.
Und im Vergleich zu Profilschienenführungen? Beide Systeme können als Kugelumlaufführungen betrachtet werden und haben ähnliche Schmiegungsverhältnisse. Damit können sie vergleichbare Lasten aufnehmen. Der Unterschied liegt dagegen vielmehr in der Geometrie: Weil sich die Drehmomentkugelbuchsen als tragende Konstruktionselemente eignen, lassen sie sich einfach an die Umgebungskonstruktion anbinden. Profilschienenführungen benötigen hingegen einen entsprechenden Unterbau. Das erfordert deutlich mehr Platz.