Spiel-Ausgleich

Spiel ist das unerwünschte Lose oder die Lücke zwischen sich berührenden Teilen, am häufigsten zwischen einem Zahnrad und seinem Gegenrad oder in einem Gewinde und seiner Mutter. Wenn ein Zahnrad die Richtung wechselt oder eine Spindel ihre Richtung ändert, muss dieses Spiel zunächst geschlossen werden, bevor der getriebene Teil reagiert. Das Ergebnis ist eine Verzögerung, ein Ruck oder ein Bewegungsverlust, der die Genauigkeit bei Positionierung, Messung und Regelung zerstört. Antibacklash-Konstruktionen eliminieren diese Lücke durch Federn, Doppelkomponenten oder Vorspannung, um die sich berührenden Flächen in ständigem Kontakt zu halten.

Der am weitesten verbreitete Antibacklash-Mechanismus für Zahnräder ist das geteilte Zahnrad oder das federbelastete Doppelzahnradpaar. Anstelle eines Zahnrads werden zwei etwas kleinere Zahnräder nebeneinander auf derselben Welle angebracht und durch eine Wellenfeder oder Druckfeder getrennt, die sie auseinander drückt. Jedes Zahnrad kämmt mit einem feststehendem Ritzel; die Feder drückt sie so weit auseinander, bis beide Zähne fest gegen die Ritzelzähne anliegen und kein Spiel verbleibt. Diese Konstruktion funktioniert gut bei moderaten Lasten und ist verbreitet in Werkzeugmaschinen, Robotik und Präzisions-Untersetzern.

Bei Spindeln und Kugelgewindespindeln wird Antibacklash durch Vorspannmuttern mit Federn oder exzentrischen Stellern erreicht, die die Kugeln oder Gewinde in beiden Richtungen gegen die Spindel drücken. Belleville-Scheiben oder Wellenfedern bieten die konstante Kraft. Eine typische Vorspannung könnte 1 bis 5 Pfund Axialkraft hinzufügen, genug um Verschleiß und Rundlauf auszugleichen, ohne übermäßige Reibung oder Wärmeerzeugung zu verursachen.

Wo Spiel am meisten zählt

Antibacklash-Konstruktion ist zwingend erforderlich in jeder Anwendung, bei der sich kleine Positionsfehler addieren oder wo wechselnde Lasten auftreten: Werkzeugmaschinen-Spindeln, NC-Indexiertische, Teleskophalterungen, Radarantennen und Präzisions-Messbühnen. In offenen Systemen ohne Rückmeldung wird das Spiel selbst zur Genauigkeitsgrenze. Selbst mit Encodern und Servosteuerung erzeugt Spiel Stick-Slip-Reibung und begrenzt die Bandbreite.

Der Preis für Antibacklash-Konstruktion ist erhöhte Komplexität, etwas höhere Kosten und potenzielle Überhitzung, wenn die Vorspannung zu hoch ist oder die Feder unter thermischen Zyklen entspannt. Die Wartung ist auch kritischer, da die Federkraft selbst degradieren kann oder der Vorspannsteller sich lockern kann. Richtige Konstruktion erfordert Kenntnisse des Betriebsbereichs, der erwarteten Verschleißrate und des thermischen Ausdehnungsverhaltens der beteiligten Materialien.