Planetenwälzgewindetriebes PWG - Bild: Schaeffler

Aufbau des Planetenwälzgewindetriebes PWG: Spindel und Planeten sind spanlos hergestellt. - Bild: Schaeffler

Der sogenannte Planetenwälzgewindetrieb PWG ergänzt aufgrund seiner technischen Eigenschaften die Kugelgewindetriebe KGT und Rollengewindetriebe RGT des Unternehmens. Durch seine hohe Leistungsdichte kann der PWG sogar hydraulische Antriebe substituieren. Damit komplettiert der Antriebstechnikspezialist sein Produktprogramm an Gewindetrieben und bietet hinsichtlich Geschwindigkeit, Genauigkeit und Tragfähigkeit die jeweils geeignete Lösung für die Anwendung. Der Planetenwälzgewindetrieb ebnet dabei den Weg zum Smart Aktor: elektromechanische Linearaktoren mit höchster Effizienz auf kleinstem Bauraum. Am Markt haben sich unter den Gewindetrieben der Kugelgewindetrieb und der Rollengewindetrieb etabliert.

Kugelgewinde- und Rollengewindetrieb

Zu den Stärken des Kugelgewindetriebes zählen die hohe Dynamik aufgrund der großen Spindelsteigungen, der reibungsarme Lauf sowie die hohe Positionier- und Wiederholgenauigkeit. Kleine Steigungen sind jedoch aus geometrischen Gründen nicht realisierbar. Der Rollengewindetrieb bietet im Vergleich eine höhere Tragfähigkeit bei Spindelsteigungen ab zirka zehn Millimetern und eine hohe Positioniergenauigkeit.

PWG bietet bei kleinen Spindelsteigungen höhere Kräfte

Das fehlende dritte Glied ist eine Bauform, die noch höhere Kräfte bei kleinen Spindelsteigungen unter fünf Millimeter bietet. Hierfür hat Schaeffler den sogenannten Planetenwälzgewindetrieb PWG entwickelt: Auf der Gewindespindel wälzen sich Planeten mit ­parallel angeordneten, v-förmigen Rillen ab. Die Rotation der Planeten beziehungsweise deren Antrieb wird über die Spindelmutter sichergestellt.

Hierzu ist die zweigeteilte Mutter an den Enden ebenso mit Rillen versehen, in die die Enden der Planeten eingreifen. Durch die sehr hohe Anzahl an Wälzkontakten erreicht der PWG im Vergleich zu den beiden anderen Varianten die höchste Tragfähigkeit und Steifigkeit. Die gute interne Lastverteilung und die optimierte Schmiegung zwischen den Spindelgewindeflanken und den balligen Flanken der Planetenrillen sorgt für geringe Reibung. Mit entsprechend gewählten Durchmessern der Planetenrillen lassen sich kleinste Gesamtsteigungen von 0,75 bis zu fünf Millimeter realisieren.

Eine Besonderheit stellt auch das Herstellungsverfahren dar: Spindel und Planeten sind spanlos hergestellt, wodurch eine gute Verdichtung des Materiales im Zusammenspiel mit einem sehr guten Faserverlauf, höchste Festigkeiten und damit nochmals eine um 15 Prozent höhere Tragzahl gegenüber herkömmlicher Technologie erzielt werden. Dieses Herstellungsverfahren reduziert zudem die Kosten auf ein vergleichbares Niveau spanlos hergestellter Kugelrollspindeln. Mit einer Distanzscheibe zwischen den Spindelmutterhälften sind spielfrei vorgespannte Einheiten sehr leicht realisierbar.

Planetenwälzgewindetrieb - Bild: Schaeffler
Im Durchmesserbereich von fünf bis 25 Millimeter erreicht der Planetenwälzgewindetrieb PWG die höchste Leistungsdichte. - Bild: Schaeffler

Bauraum reduzieren, Leistungsdichte erhöhen, Kosten sparen

Der PWG schließt die Lücke zwischen RGT und KGT bei Spindeldurchmessern von fünf bis zirka 30 Millimetern hinsichtlich sehr hoher Tragfähigkeit und kleinstmöglichen Gesamtsteigungen. Beispielsweise erzeugt der PWG bei einer Gesamtsteigung von 0,75 Millimetern aus nur 40 Newtonzentimetern beeindruckende 2200 Newton Axialkraft. Folglich sind auch mit kleinen Motoren sehr große Axialkräfte realisierbar.

Mit dem Planetenwälzgewindetrieb lassen sich nun also nicht nur elektromotorische Aktoren mit hoher Leistungsdichte, langer Lebensdauer und geringem Wartungsaufwand entwickeln, sondern auch kostengünstige Motoren einsetzen. Die Integration des elektrischen Antriebes ist denkbar einfach über eine Passfederverbindung am Außendurchmesser der Spindelmutter möglich.

Technik im Detail

Planetenwälzgewindetriebe PWG

Bei den Planetenwälzgewindetrieben erfolgt die Kraftübertragung über die Flanken der Rollen, Spindel und Mutter. Durch die große Anzahl an Kontaktstellen ergibt sich eine sehr hohe axiale Tragfähigkeit. Aufgrund sehr kleiner Steigungen lassen sich mit kleinen Antrieben (ohne Getriebe) hohe axiale Betriebskräfte erzeugen.

Planetenwälzgewindetriebe PWG bestehen aus Gewindespindel und einer Zylindermutter oder einer Flanschmutter. Zylindermutter und Flanschmutter unterscheiden sich nur durch die Art ihrer Befestigung am Schlitten. In der Mutter sind Planeten achsparallel angeordnet. Die Planeten wälzen auf der Gewindespindel und der Mutter gleichmäßig ab. Ausgelegt ist das Planetenwälzgewindetrieb für Temperaturen von minus zehn bis plus 80 Grad Ceslius.

Erste Projekt

Anwendungsgebiete und erste Projekte finden sich in der Solartechnik zur Spiegelnachführung, in der Windenergie zur Azimutverstellung, im Maschinenbau als Vorschubeinheit für die Blechumformung, in Abkantbänken, in Schließzylindern von Kunststoffspritzmaschinen, in Niet- und Schneidzangen und in Klebstoffdosierpistolen. In Serie ist der PWG bei Kupplungsaktoren in der Automobilindustrie.