Zustandsüberwachung von Kugelgewindetrieben spart Kosten

Mit einem eigens durch August Steinmeyer entwickelten Prüfstand lässt sich auf einfache Weise die Qualität des Kugelgewindetriebes überprüfen. – Bild: Steinmeyer

Vor allem in der Serienproduktion entstehen durch unerwartete Ausfälle von Kugelgewindetrieben schnell hohe Kosten. Als eines der häufigsten Ausfallkriterien gilt der Verlust der Vorspannung und damit das Auftreten von Spiel zwischen Spindel und Mutter aufgrund von adhäsivem bzw. abrasivem Verschleiß der Laufbahnen und Kugeln.

Um dem vorzubeugen, startete Steinmeyer bereits vor Jahren ein Entwicklungsprojekt zur permanenten Überwachung des Zustands des Kugelgewindetriebes. Eine wesentliche Kenngröße für die Qualität eines Kugelgewindetriebs stellt die Vorspannung der Mutter auf der Spindelwelle dar: Sie ist eine notwendige Voraussetzung für die Leistungsfähigkeit des Kugelgewindetriebs. “Ohne die Vorspannung schwingt die Achse auf und es werden weder eine ausreichende Positioniergenauigkeit noch gute Oberflächen bei der Bearbeitung erreicht”, erklärte Wolfgang Klöblen, Entwicklungsleiter bei Steinmeyer.

Die von Steinmeyer entwickelte Technik der Zustandsüberwachung eines Kugelgewindetriebs zielt darauf ab, die Vorspannung der Mutter auf der Spindelwelle durchgehend kontrollieren zu können. “Dies eröffnet die Möglichkeit, einen geplanten Austausch in Ruhe vorzubereiten und durchzuführen. Gleichzeitig lassen sich damit Kosten aufgrund von Stillstandzeiten, Ersatzteilbeschaffung und Monteureinsätzen minimieren”, erläutert Klöblen die Vorteile.

Steinmeyer fertigte spezielle Spindelwellen, bei denen das Spindelgewinde in drei unterschiedlichen Tiefen eingebracht wurde. Anschließend wurde das Leerlauf-Drehmoment der Mutter zur Erfassung der Vorspannung gemessen. Es ergaben sich dabei drei deutlich abgegrenzte Stufen. Die Erkenntnisse aus diesen Vergleichsmessungen waren eindeutig und reproduzierbar: “Die Auswertung des Sensorsignals korreliert eindeutig mit den Vorspannungsstufen aus der Messung des Leerlauf-Drehmoments”, fasst Entwicklungsleiter Klöblen zusammen.

Erfolgreiche Zusammenarbeit mit ifm electronic

Die Auswerteelektronik von ifm wandelt und analysiert das Messsignal und kommuniziert mit der Steuerung. – Bild: ifm electronic

Aus diesen Erkenntnissen entwickelten die Steinmeyer-Ingenieure gemeinsam mit dem Sensorik-Spezialisten ifm electronic ein entsprechendes Technologiekonzept. Dabei überwachen Sensoren von ifm im Kugelgewindetrieb von Steinmeyer die Vorspannung und Temperatur direkt an der Wälzkontaktzone. Somit erfassen sie die aktuell wirkende Kraft, mit der die Kugel in der Laufbahn anliegt. Änderungen der Vorspannung im Betrieb sind bis nahezu in den spielbehafteten Bereich messbar.

Die Auswerteelektronik von ifm wandelt und analysiert dieses Messsignal und kommuniziert mit der Steuerung. “Mit dieser Lösung ist die Messung sogar von überlagerten oder außergewöhnlichen Betriebskräften, beispielsweise bei einer Überlastfahrt oder einem Crash, problemlos möglich”, sagt Klöblen. Eine Historienaufzeichnung ermöglicht es, Rückschlüsse auf eine Überlastung der Maschine zu ziehen. Und schließlich hilft das Zustandsüberwachungssystem, die Schmierung auf die speziellen Erfordernisse durch anwendungsspezifische Belastungskollektive zu optimieren.

Mit dem Zustandsüberwachungssystem von Steinmeyer lässt sich in der Praxis dank der Planbarkeit von Serviceeinsätzen eine hohe Kostenersparnis erreichen – besonders in der Serienfertigung. nh