Hub-Dreh-Modul, Bild: Dr. Tretter

Mit dem Hub-Dreh-Modul können Konstrukteure in der Automatisierungstechnik kompakte und dynamische Lösungen realisieren. Bild: Dr. Tretter

Die neuen Hub-Dreh-Module bieten Konstrukteuren den Vorteil, dass die Spindel gemeinsam mit der Drehmomentwelle eine Einheit bildet. Damit können sie sowohl separate als auch kombinierte Bewegungsabläufe wie Positionierungs-, Linear- und Drehbewegungen mit einer einzelnen kompakten Ausführung umsetzen.

Mit den Hub-Dreh-Modulen vereint Dr. Tretter die Eigenschaften eines Kugelgewindespindelantriebs mit einer verdrehgesicherten Drehmomentwellenführung. Konstrukteure können damit zum Beispiel in der Automatisierungstechnik noch dynamischere Anwendungen realisieren. Denn Heben und Drehen sind in der Automation häufig vorkommende Bewegungen. Meist sind für jede dieser Funktionen zwei unterschiedliche Maschinenelemente im Einsatz. Dies erfordert nicht nur mehr Platz, auch die komplette Baugruppe wird deutlich schwerer.

Vier Antriebszustände, vier Bewegungsvarianten

In Japan haben vor mehr als 20 Jahren findige Entwickler damit begonnen, beide Funktionen in einem Element zu vereinen. Das Ergebnis ist ein Hub-Dreh-Modul, auch als Ball-Screw-Spline bezeichnet. Dabei handelt es sich um eine Kombination aus einem Kugelgewindetrieb und einer Drehmomentkugelbuchse: Wie beim Kugelgewindetrieb ist auf einer Hohlwelle eine Wendelnut eingeschliffen, dazu kommen mehrere Längsnuten wie bei der Drehmomentkugelbuchse. Auf dieser Welle sind zwei drehbar gelagerte Flanschmuttern angeordnet. In der Regel treibt je ein Servomotor eine dieser Flanschmuttern an. Konstrukteure können mit dieser Lösung vier Antriebszustände realisieren, die zu vier Bewegungsvarianten der Welle führen:

  • Die Kugelgewindetriebsmutter wird angetrieben, die Drehmomentkugelbuchsenmutter steht still: Die Welle macht nur eine Hubbewegung mit einer Geschwindigkeit, die aus der Drehzahl der Kugelgewindetriebsmutter und der Gewindesteigung erfolgt.
  • Beide Muttern werden gleichsinnig und mit gleicher Drehzahl angetrieben: Die Welle dreht sich mit der Mutterdrehzahl.
  • Die Kugelgewindetriebsmutter steht still, die Drehmomentkugelbuchsenmutter wird angetrieben: Die Welle bewegt sich spiralförmig mit der Drehzahl der Drehmomentkugelbuchsenmutter. Die Hubgeschwindigkeit ergibt sich aus dieser Drehzahl und der Gewindesteigung.
  • Beide Muttern werden mit unterschiedlicher Drehzahl gleichsinnig oder gegenläufig angetrieben: Die Welle kann eine beliebige spiralförmige Bewegung mit der Drehzahl der Drehmomentkugelbuchsenmutter ausführen. Über die Größe der Drehzahl der Kugelgewindetriebsmutter können Hubgeschwindigkeit und -richtung eingestellt werden.

Um diese Bewegungsprofile umzusetzen, ist bei den Hub-Dreh-Modulen nur eine Welle erforderlich. An dieser ist in der Regel ein weiteres Element befestigt, beispielsweise ein Greifer. Deshalb ist sie auch als Hohlwelle ausgeführt, um die Energiezuleitung einfach zu integrieren. Damit übernimmt die Welle beide Funktionen: Translation und Rotation. Konventionelle Lösungen benötigen dagegen mindestens zwei Elemente, haben deshalb ein wesentlich größeres Bauvolumen und müssen im Regelfall größere Massen bewegen. Die Antriebe bei den Hub-Dreh-Modulen können somit im Vergleich zu anderen Lösungen zumindest theoretisch kleiner dimensioniert werden. Zudem lassen sich Bewegungsabläufe mit einer noch höheren Positioniergenauigkeit umsetzen.