Lagerabstützung für Kugelgewindespindeln der BF-Serie

I. Kernpositionierung und Benennung

Position: Ballspindel-Stützseite (Schwimmende Seite) Standard-Stützlager-Gehäusebaugruppe. Wird am Ende der Spindel eingesetzt, wo axiale thermische Spannungen ausgeglichen werden müssen.

Interpretation der Bezeichnung:

• B: Steht für „Lagergehäuse“.
• F: Steht für „Frei“ oder „Schwimmend“. Dies ist der funktionale Kern – er ermöglicht es der Spindelwelle, sich in axialer Richtung minimal frei auszudehnen und zusammenzuziehen.

Kernfunktionen:

• Trägt hauptsächlich radiale Lasten: Stützt das Gewicht der Spindelwelle, widersteht möglichen radialen Kräften und gewährleistet die Konzentrizität der Spindeldrehung.
• Ermöglicht axiales Freilaufen: Das interne Lagerdesign ermöglicht es der Gewindespindel, axial zu gleiten, wodurch thermische Ausdehnung infolge von Temperaturerhöhungen aufgenommen wird. Dadurch wird ein Durchbiegen, Verklemmen oder Genauigkeitsverlust der Spindel durch thermische Spannungen verhindert.
• Bietet radiale Positionierung: Hält die Drehmittellage der Gewindespindel aufrecht.

II. Kerbaufbau und Komponenten

Eine standardmäßige BF-Lagerstützeinheit ist ein hochintegriertes Modul, das typischerweise folgende Teile umfasst:

Lagergehäuse: Ähnlich wie bei der BK-Einheit mit einem präzisionsgefertigten Montageflansch und Zentrierdorn.

Radiallager:

• Am gebräuchlichsten: Rillenkugellager. Es trägt effektiv radiale Lasten und bietet gleichzeitig einen gewissen axialen Spielraum (Spiel).
• Andere Formen: Einige Modelle verwenden möglicherweise einfache Buchsen (Bronzehülsen) oder Nadelrollenlager mit Käfig, aber Rillenkugellager sind aufgrund ihres geringen Reibungswiderstands und ihrer hohen Drehzahltauglichkeit am weitesten verbreitet.

Versiegelungssystem:
Verfügt über innere und äußere Dichtungen, um das Eindringen von Fremdkörpern von außen und das Austreten von Schmierfett im Inneren wirksam zu verhindern.

Schmiernippel: Zur periodischen Nachschmierung.

Achsgrenzstruktur (Schlüsselkonstruktion):

• Im Gegensatz zur BK-Einheit, die die Gewindespindel „verriegelt“, ist die Passung zwischen dem Innenring des BF-Lagers und der Gewindespindel üblicherweise eine Spielpassung oder leichte Übermaßpassung.
• Der Außenring des Lagers ist in dem Gehäuse untergebracht, wobei ein Ende axial fixiert ist und am anderen Ende ein axiales Spiel verbleibt. Dadurch erhält das gesamte Lager einen geringen axialen Spielraum innerhalb des Gehäuses, wodurch die Spindel „schwimmen“ kann.

III. Kerneigenschaften und Vorteile

• Schlüssel zur Entlastung von thermischen Spannungen: Dies ist der Hauptgrund für die Existenz der BF-Einheit. Kugelgewindetriebe erzeugen während des Hochgeschwindigkeits- oder Dauerbetriebs Reibungswärme, wodurch sich die Gewindespindel thermisch ausdehnt. Wären beide Enden fest (doppelt BK), würde sich die Spindel wie eine „gestützte“ Stahlschiene verbiegen, was zu Genauigkeitsverlust, ungewöhnlichem Verschleiß oder sogar Blockierung führen könnte. Das BF-Ende löst dieses Problem elegant, indem es eine axiale Spielmöglichkeit zulässt.
• Gewährleistung der Betriebssicherheit und Genauigkeit des Systems: Durch die Beseitigung von thermischen Spannungen stellt die BF-Einheit sicher, dass die Spindel über den gesamten Temperaturbereich gerade bleibt, wodurch langfristig die Übertragungsgenauigkeit erhalten bleibt und katastrophale Ausfälle verhindert werden.
• Standardisierung und einfache Handhabung: Wie auch die BK-Einheit bietet die BF-Einheit eine betriebsfertige, standardisierte Lösung, wodurch der Anwender keine eigene Schwimmhalterung konstruieren muss, was Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit sicherstellt.
• Gute radiale Unterstützung: Trotz axialer Spielermöglichkeit bleiben Steifigkeit und Präzision der radialen Abstützung hoch, wodurch Radialschwingungen (Peitscheneffekt) der Spindel wirksam unterdrückt werden.
• Einfache Wartung: Durch das integrierte Dichtungs- und Schmierkonzept verlängern sich die Wartungsintervalle und die Wartung wird vereinfacht.

IV. Systemabstimmung mit BK-Festlager (Wiederholung der Goldenen Regel)

Dies ist eine zwingende Kombinationsvorgabe:

Antriebsseite / Bezugseite: BK (Festlager).

• Funktion: Nimmt alle bidirektionalen axialen Kräfte auf und liefert die axiale Positionsbezugsstellung.
• Spindelverbindung: In der Regel direkt über eine Kupplung mit dem Servo-/Schrittmotor verbunden.

Nicht-Antriebsseite / Gegenseite: BF (Loslager).

• Funktion: Stellt radiale Unterstützung bereit und ermöglicht axiale Wärmedehnungsausgleichung.
• Schraubverbindung: Dieses Ende der Spindel ist frei oder wird nur mit leichten Rückmeldewerkzeugen wie Drehgebern verbunden.

Design-Eisenregel: Eine sich kontinuierlich drehende Kugelgewindespindel muss und kann nur die Lagerungsart [ein Ende fest (BK), ein Ende frei (BF)] verwenden. Dies ist ein Grundsatz in allen präzisen mechanischen Konstruktionen.

V. Typische Anwendungsbereiche

Die Anwendungsszenarien für BF-Lagereinheiten sind identisch mit denen für BK-Einheiten, da wo immer ein BK verwendet wird, notwendigerweise auch ein BF zum Einsatz kommt. Sie ist in allen Geräten vorhanden, die Präzisions-Kugelgewindetriebe verwenden:

• Alle Arten von CNC-Werkzeugmaschinen.
• Industrieroboter und lineare Module.
• Halbleiterfertigungs- und Prüfgeräte.
• Präzise automatisierte Produktionslinien.
• Medizinische Geräte und wissenschaftliche Instrumente.

VI. Auswahl- und Anwendungsrichtlinien

• Paarweise Auswahl: Die BF-Einheit muss zusammen mit einer BK-Einheit derselben Baureihe und gleichen Wellendurchmessers ausgewählt werden (z. B. BK12 in Kombination mit BF12).
• Einbauposition: Muss am Schraubenende montiert werden, das am weitesten vom Motor entfernt liegt. Falls die Schraube mittig angetrieben wird (seltener Fall), sollten beide Enden als BF-Schwimmenden ausgeführt sein; solche Fälle erfordern jedoch eine Sonderkonstruktion.
• Axiale Bindungen vermeiden: Während der Montage sicherstellen, dass keine zusätzlichen axialen Bindungen auf die Spindelwelle am Ende der BF-Einheit wirken. Falls beispielsweise an diesem Ende ein Drehgeber angebracht ist, muss eine flexible Kupplung verwendet werden, und deren Halterung darf die axiale Beweglichkeit der Spindelwelle nicht einschränken.
• Korrekte Montage: Ähnlich wie bei der Montage von BK sicherstellen, dass die Ebenheit der BF-Montagefläche sowie deren Parallelität zur BK-Montagefläche gegeben ist, um eine korrekte Ausrichtung der Spindelachse zu gewährleisten.
• Instandhaltung: Regelmäßig Fett über die Fettnippel nachfüllen und den Zustand der Dichtung prüfen.

Wenn das feste Ende des BK die „Anker“- und „Grundpfeiler“-Funktion des Systems übernimmt, dann ist das verschiebbare Ende des BF der „Dämpfer“ und „Sicherheitsventil“ des Systems. In geschickter und passiver Weise begegnet es der zentralen Herausforderung des Wärmemanagements in Präzisionsmaschinen. Das Design der BF-Einheit verkörpert die ingenieurtechnische Weisheit, Härte mit Weichheit zu überwinden – durch begrenzte, kontrollierte Freiheitsgrade wird die größere Steifigkeit, Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Gesamtsystems sichergestellt. Die richtige Auswahl und Anwendung der BF-Lagerung ist eine weitere entscheidende Voraussetzung, um einen langfristig stabilen und präzisen Betrieb eines Kugelgewindetriebsystems zu gewährleisten.