Angetriebene Mutter

Eine angetriebene Mutter, auch angetriebene Spindelmutter, ist eine Bauform des Gewindetriebs, bei der nicht die Spindel, sondern die Mutter in Rotation versetzt wird. Die Linearbewegung entsteht dabei auf zwei Arten: Ist das Lagergehäuse der Mutter ortsfest montiert, wird die Spindel axial verschoben und gewissermaßen aus der Mutter herausgedrückt, wie es etwa bei Pressen der Fall ist. Ist dagegen die Spindel fest eingespannt, bewegt sich die rotierende Mutter mitsamt ihrem Lagergehäuse entlang der Spindel und nimmt die daran befestigte Last mit, zum Beispiel den Fahrständer einer Werkzeugmaschine.

Aufbau und Funktionsweise

Bei langen Verfahrwegen stößt der klassische Kugelgewindetrieb mit rotierender Spindel früher an seine Grenzen, als es die reine Kraftübertragung erwarten ließe. Der limitierende Faktor ist die biegekritische Drehzahl: Ab einer bestimmten Kombination aus Spindellänge und Drehzahl beginnt die rotierende Spindel, sich aufzuschwingen. Das beeinträchtigt Positioniergenauigkeit und Lebensdauer und begrenzt die erreichbare Verfahrgeschwindigkeit. Die angetriebene Mutter kehrt dieses Prinzip um: Weil die Spindel feststeht, kann sie ihre biegekritische Drehzahl nicht erreichen. Dadurch wird die Spindellänge nicht zum begrenzenden Parameter.

Vorteile

• Ein zentraler Vorteil der angetriebenen Mutter ist der Entfall der biegekritischen Drehzahl. Die Spindel rotiert nicht, weshalb die Drehzahlobergrenze entfällt, die durch die biegekritische Drehzahl einer rotierenden Spindel vorgegeben ist. Die Biege-Eigenfrequenz muss jedoch auch bei feststehenden Spindeln berücksichtigt werden. Der Resonanzfall ist aufgrund des geringen Energieeintrags durch die angetriebene Mutter weniger kritisch.
• Zudem wird der Rund- und Planlauf durch die angetriebene Mutter optimiert. Dadurch kann das System bis zur Maximaldrehzahl betrieben werden. Der Bereich der Eigenfrequenz sollte jedoch schnell durchfahren werden, um das System nicht unnötig zu belasten.
• Auch die Massenträgheiten werden durch diese spezielle Mutter reduziert. Da die Spindel nicht in Rotation versetzt werden muss, verringern sich die Massenträgheiten im System. So wird eine einfachere und kostengünstigere Endenlagerung für die nicht rotierende Spindel ermöglicht.
• Ein weiterer Vorteil entsteht durch die Kompensation von Temperatureinflüssen. Die feststehende Spindel kann leicht vorgespannt werden, um Längenveränderungen durch Temperatureinflüsse zu kompensieren, welche durch die Verwendung einer Hohlspindel mit Kühlung weiter minimiert werden.

Grenzen und Nachteile

Ein Nachteil dieses Systems ist der Motor, welcher zusammen mit dem Tisch bewegt werden muss, was zusätzlichen Bauraum und die entsprechende Energiezuführung erfordert.

Einsatzgebiete

• CNC-Maschinen und Werkzeugmaschinen mit hoher Dynamikanforderung
• 3D-Drucker oder Handhabungssysteme
• Aktuatoren mit integriertem Linearantrieb
• Pressen
• Rohrbiegemaschinen
• Blechverarbeitung und Blechbiegemaschinen
• Clinchmaschinen
• Stanzmaschinen