Inhalt
1. Kugelgewindemuttern: Formen und Merkmale
Kugelgewindetriebe bestehen aus einer Spindel (Schraube) und einer Kugelmutter (Nuss). Je nach Bauform der Mutter lassen sich unterschiedliche Schwerpunkte setzen: kompakte Bauweise, hohe Steifigkeit, einfache Montage, sehr hohe Drehzahlen oder besonders leiser Lauf. Die Muttergeometrie beeinflusst unter anderem, wie sie gelagert und befestigt wird, wie gut Kräfte aufgenommen werden können und in welchen Maschinenkonzepten sie sich am besten integrieren lässt.
Im Folgenden werden die drei unterschiedlichen Muttergeometrien bzw. Muttertypen näher erläutert.
1.1. Einzelflanschmutter
Eine Einzelflanschmutter ist eine Kugelgewindemutter mit nur einem Flansch. Man kann sich das vorstellen wie einen dicken Zylinder mit „Teller“ an einer Seite:
- Zylinder: hier laufen Spindelgewinde und Kugeln
- Flansch („Teller“): dieser wird an eine Grundplatte, einen Schlitten oder ein Maschinenteil geschraubt
Der Flansch hat meist mehrere Durchgangsbohrungen oder Gewindebohrungen für Schrauben. Über diesen Flansch wird die Mutter fest mit der Maschine verbunden, die Spindel dreht sich oder fährt hin und her – und die Mutter überträgt die Bewegung in eine lineare Bewegung des Schlittens. In der Mutter befinden sich Kugeln, die zwischen Spindelgewinde und Mutterlaufbahn abrollen. Sind die Kugeln ans Ende ihres Gewindegangs angekommen, werden sie über ein Umlenksystem (je nach Typ anders) wieder zurückgeführt und laufen im Kreis.
Gründe für eine Einzelflanschmutter
Wann ist eine Einzelflanschmutter für mich die richtige Wahl?
Sie können sich zur Auswahl grob folgende Fragen stellen:
✓ Ja, Einzelflanschmutter ist ein sehr guter Kandidat.
✘ Nein, ich will beidseitig lagern oder sehr steif vorspannen → eher Richtung Doppelflanschmutter schauen.
✓ Ja, Einzelflanschmutter passt gut, weil der Flansch nur auf einer Seite „aufträgt“.
✘ Nein, ich habe rundum wenig Platz → dann könnte eine Zylindermutter im Gehäuse besser geeignet sein.
✓ Ja, Einzelflanschmutter reicht meist völlig aus.
✘ Nein, sehr hohe Kräfte, hohe Steifigkeit, Vorspannung nötig → ggf. Doppelflanschmutter oder spezielle Schwerlastvarianten.
✓ Ja, Einzelflanschmutter ist oft die erste, wirtschaftlichste Wahl.
1.2 Doppelflanschmutter
Eine Doppelflanschmutter ist eine „zweireihige“ Kugelgewindemutter mit gemeinsamer Flanschebene. Stellen Sie sich wieder den Zylinder mit Flansch vor – wie bei der Einzelflanschmutter, nur mit einem längeren Mutterkörper. Durch die größere Länge stehen mehr Kugeln in Kontakt, was Tragzahl und Steifigkeit erhöht.
- Langer Zylinder: hier laufen Gewinde und Kugeln
- der Flansch: dienen zur Befestigung und Abstützung
Die Mutter kann über ihren Flansch und die zylindrische Anlagefläche beidseitig verschraubt, abgestützt oder vorgespannt werden. Das macht sie besonders steif und geeignet für höhere Anforderungen.
Die innere Funktion ist die gleiche wie bei der Einzelflanschmutter. Der Unterschied liegt in der mechanischen Anbindung: Durch den längeren Mutterkörper mit Flansch können höhere Kräfte aufgenommen und steifer in das Maschinengestell oder in Lagerböcke eingeleitet werden. Die Mutter lässt sich zum Beispiel zwischen zwei Auflageflächen einspannen oder mit Schrauben vorgespannt montieren. Dadurch entsteht eine sehr steife, nahezu spielfreie Lagerung der Mutter im System.
Gründe für eine Doppelflanschmutter
Wann ist eine Doppelflanschmutter für mich die richtige Wahl?
Sie können sich zur Auswahl grob folgende Fragen stellen:
✓ Ja, Achse soll sich unter Last möglichst wenig verformen → Doppelflanschmutter bevorzugen.
✘ Nein, normale Steifigkeit reicht → Einzelflanschmutter kann ausreichen.
✓ Ja, Doppelflanschmutter ideal, z.B. zwischen zwei Lagerplatten oder in einem Gehäuseblock.
✘ Nein, einseitige Befestigung genügt → Einzelflanschmutter.
✓ Ja, Doppelflanschmutter (ggf. in Kombination mit vorgespannten Systemen oder Schwerlastreihen).
✘ Nein, Einzelflanschmutter oder Zylindermutter.
✓ Ja, meist eine Doppelflanschmutter mit geeigneter Schnittstelle zum Motor.
✘ Nein, klassische, nicht-angetriebene Flanschmuttern genügen.
1.3 Zylindermutter
Eine Zylindermutter ist eine Kugelgewindemutter ohne Flansche – einfach ein „Zylinder“. Die Zylindermutter wird direkt in einer Bohrung, Hülse oder einem Gehäuse geführt. Sie ist besonders kompakt und eignet sich für enge Bauräume. Die innere Funktion ist identisch zu Flanschmuttern, allerdings wird sie typischerweise über die Passung gehalten, nicht über Schrauben auf Flanschen.
Gründe für eine Zylindermutter
Wann ist eine Zylindermutter für mich die richtige Wahl?
Sie können sich zur Auswahl grob folgende Fragen stellen:
✓ Ja, Zylindermutter ideal.
✘ Nein, Flanschmuttern möglich.
✘ Nein, Zylindermutter ausreichend.
✓ Ja, Doppelflanschmutter überlegen.
✘ Nein, Zylindermutter ist ausreichend.
✓ Ja, Flanschmutter (doppelseitig) überlegen.
✓ Ja, Zylindermutter ist gut dafür geeignet.
✘ Nein, in diesem Fall sind Einzelflansch- oder Doppelflanschmuttern besser.
2. Umlenk- und Zirkulationssysteme
Umlenk- und Zirkulationssysteme sorgen dafür, dass die Kugeln in einem Kugelgewindetrieb ständig im Kreis laufen können, statt vorne einfach „aus der Mutter herauszufallen“. Die Kugeln übertragen die Last zwischen Spindel und Mutter und müssen nach einem Durchlauf durch die Gewindegänge wieder zurück an den Anfang geführt werden – genau das übernimmt die Umlenkung.
Je nach Bauart passieren zwei Dinge unterschiedlich:
- Wo die Kugeln zurückgeführt werden (innen in der Mutter, über Endkappen, über äußere Rohre…)
- Wie die Laufbahn ausgelegt ist (für kompakte Bauform, hohe Geschwindigkeit, Schwerlast, lange Hübe usw.)
Darum gibt es verschiedene Umlenk- und Zirkulationssysteme. Manche sind besonders kompakt und passen in engen Bauraum. Andere sind auf hohe Verfahrgeschwindigkeiten und Laufruhe optimiert. Wieder andere sind für sehr hohe Kräfte und Schwerlastanwendungen ausgelegt.
Was bei der Konstruktion zu beachten ist:
Beim Wellenende der Kugelumlaufspindel muss mindestens ein vollständiger Gewindegang vorhanden sein. Der Durchmesser der Welle an diesem Ende sollte kleiner als der Kerndurchmesser der Laufbahn sein, damit die Kugelmutter problemlos montiert werden kann. Wenn besondere Anforderungen bestehen, kann nach der Montage von Spindel und Mutter an diesem Ende des Gewindes zusätzlich eine Wellenhülse angebracht werden.
2.1 Interne Umlenkung
Bei der internen Umlenkung (Baubezeichnungen: FEIG, FDIG, DEIG, DDIG) laufen die Kugeln im Inneren der Mutter im Kreis. Die Umlenkelemente liegen in der Mutterkontur und bauen meist nicht groß nach außen auf. Im Inneren der Mutter sitzt eine Lenkplatte. Diese sorgt dafür, dass die Kugeln aus dem Gewindegang herausgeführt, umgelenkt und wieder in einen anderen Gewindegang zurückgeführt werden.
Struktur der Internen Umlenkung
Typische Merkmale
Anpassbar
Die Interne Umlenkung gewährleistet einen stabilen und zuverlässigen Betrieb, bei langsamen, schnellen und häufigen Pendelbewegungen über kurze Distanzen.
Kleiner Außendurchmesser
Der Außendurchmesser der Mutter ist klein, was für Kugelumlaufspindelpaare mit kleinen Gewindesteigungen geeignet ist. Der DN-Grenzwert beträgt 70000.
Optimierte Laufruhe
Durch die gezielte Führung der Kugeln in der Lenkplatte werden Stoßpunkte reduziert und Richtungswechsel sanft ausgeführt.
Interne Umlenkung: Baugrößen
2.2 Endkappen Zirkulation
Bei der Endkappen-Zirkulation (Baubezeichnungen: FEEG, FDEG, DEEG, FEEH) werden die Kugeln am Ende der Laufbahn der Mutter über Endkappen umgelenkt. Die Kugeln rollen durch das Kugelgewinde zwischen Spindel und Mutter. Am Ende der Mutter treffen die Kugeln auf eine Endkappe – ein Bauteil an der Stirnseite der Mutter mit speziellen Kanälen. Dort führt ein sanft gestalteter Rückführkanal die Kugeln um das Gewinde herum. Anschließend gelangen sie wieder an den Anfang des nächsten Gewindegangs. Dadurch entsteht ein geschlossener Kugelkreislauf, ohne dass die Kugeln aus der Mutter herausfallen.
Bildlich kann man sich das vorstellen wie eine Mini-U-Bahn, die in der Endstation in einen Tunnel geleitet wird, um auf der anderen Seite wieder in die Spur zurückzukehren.
Struktur der Endkappen Zirkulation
Typische Merkmale
Geräuscharm
Durch die sanfte, strömungsgünstige Rückführkonstruktion werden Aufprallgeräusche der Stahlkugeln deutlich reduziert.
Hohe Geschwindigkeit
Die präzise Gestaltung der Endkappen und das robuste Umlenkmaterial ermöglichen sehr hohe Drehzahlen bei DN-Werten von bis zu 180.000.
Kompakt und leicht
Durch die Bauweise mit Endkappen kann die Gesamtform der Mutter gegenüber klassischen Umlenkformen um 18-30% kompakter ausfallen.
Endkappen Zirkulation: Baugrößen
2.3 Einzelflanschmutter mit hoher Steigung
Diese Umlenkart (Baubezeichnung: FEEU) nutzt ein- und mehrgängige Gewindelaufbahnen mit sehr großer Gewindesteigung. Somit legt die Mutter bei einer Umdrehung der Spindel eine besonders große axiale Strecke zurück. Typisch bei dieser Umlenkform ist eine Steigung, die etwa dem 1- bis 2-fachen des Spindeldurchmessers entspricht. Dadurch entsteht ein System, das auf hohe Verfahrgeschwindigkeiten ausgelegt ist.
Die Kugeln zirkulieren dabei wie bei einer normalen Einzelflanschmutter über das interne Umlenksystem zurück in die Laufbahn – der Unterschied liegt also nicht in der Art der Umlenkung, sondern in der Geometrie der Laufbahn und der Steigung.
FEEU-Baugröße
Typische Merkmale
Verfahrgeschwindigkeit
Durch die große Steigung pro Umdrehung kann die Achse bei gleicher Drehzahl wesentlich schneller verfahren.
Wäremreduzierend
Weil die Mutter pro Umdrehung einen viel größeren Weg zurücklegt, braucht die Spindel weniger Drehzahl für dieselbe Vorschubgeschwindigkeit. Der DN-Grenzwert beträgt 100.000.
Große Steigungen
Klassische Kugelgewindetriebe schaffen solche großen Steigungen konstruktiv kaum. Diese Mutterform ist speziell dafür ausgelegt, inkl. entsprechend gestalteter Gewindelaufbahnen und Umlenkgeometrien.
2.3 Rohrzirkulation
Bei der Rohrzirkulation (Baubezeichnungen: FEZG, FDZG, FEVG, FDVG) werden die Kugeln außerhalb der Mutter über ein gebogenes Rohr zurückgeführt. Die Kugeln laufen im Gewindegang zwischen Spindel und Mutter. Am Ende der tragenden Laufbahn verlassen sie die Nut und gelangen in ein umlaufendes Rückführrohr. Dieses Rohr führt die Kugeln außen am Mutterkörper entlang. Am anderen Ende werden sie wieder in den Gewindegang eingeleitet. Das Rückführrohr sitzt meist seitlich oder oben auf der Mutter – gut erkennbar als charakteristische, gebogene „Schleife“. Der DN-Grenzwert beträgt hierbei 100.000.
Darstellung der Rohrzirkulation des Rohrumlaufs
Typische Merkmale
Flexibel kombinierbar
Die Rohrzirkulation kann leicht an verschiedene Spindeldurchmesser, Steigungen und Anzahl der Kugelreihen angepasst werden.
Große Anwendungsbreite
Da die Rückführung außen liegt, können auch komplexe oder großvolumige Mutterkörper realisiert werden – ohne die Umlenkung im Inneren einzuschränken.
Gewindegänge
Beide Enden der Gewindelaufbahn der Spindel können als „unvollständige Zähne“ ausgeführt sein. Das bedeutet: Die Spindel muss nicht zwingend einen vollständigen Gewindegang besitzen, da die Umlenkung das Ende ohnehin überbrückt.
Rohrzirkulation: Baugrößen
2.4 Schwerlastprogramm
Im Schwerlastprogramm (Baubezeichnung: FEKS) führt ein Umlenkelement die Kugeln aus dem Gewinde heraus, wenn diese am Ende eines Gewindeganges angekommen sind. Im Gegensatz zur klassischen Rohrzirkulation, ist das Rückführrohr nicht außen an der Mutter angebracht, sondern in der Mutter integriert. Die Kanäle sitzen hierbei in der Mutter und werden nicht außen aufgesetzt.
Obwohl es ein Schwerlastsystem ist, ermöglicht die glatte Umlenkgeometrie hohe Drehzahlen bis beeindruckende 150.000 DN.
Laufbahn-Darstellung der Teilkugel der Normal- und Hochgeschwindigkeits-Serie FEKS der Hochleistungs-Kugelumlaufspindel
Typische Merkmale
Maximierte Tragkraft
Durch eine optimierte Laufbahnform, einen ideal ausgelegten Kontaktwinkel und kugeldurchmesserangepasste Steigungen erreicht das Schwerlastprogramm besonders hohe Tragzahlen.
Hohe Geschwindigkeit
Die optimierte Kugelrückführung des FEKS-Hochleistungssystems ermöglicht Geschwindigkeiten bis 150.000 DN, bei gleichzeitig deutlich reduziertem Laufgeräusch.
Lange Lebensdauer
Die Spindeln bestehen aus hochwertigen Importstählen, deren Gewinde vollständig induktionsgehärtet werden. Die Muttern aus aufgekohltem Spezialstahl erhalten durch Vakuumaufkohlung eine gleichmäßig harte Laufbahn.
FEKS-Baugröße
2.5 Angetriebene Flanschmutter
Bei der angetriebenen Flanschmutter (Baubezeichnungen: FEIR, FDIR) dreht sich die Spindel nicht, nur die Mutter wird linear bewegt. Die Mutter ist selbst mit einem Antrieb (z.B Elektromotor order Getriebe) verbunden. Dabei bleibt die Spindel in axialer Richtung fixiert und kann sich nur drehen, wenn sie von der Mutter mitgenommen wird.
Durch das Antreiben der Mutter statt der Spindel wird die Bewegung der Kugeln umgesetzt, ohne dass die Spindel selbst schnell drehen muss. Dadurch kann eine Hochgeschwindigkeitsübertragung realisiert werden, auch bei extralangen Spindeln.
FDIR-Baugröße
Typische Merkmale
Hochgeschwindigkeitsübertragung
Anwendungen mit langen Hüben können realisiert werden, ohne dass die Grenzdrehzahl der Spindel erreicht wird.
Antrieb mehrerer Muttern
Auf derselben Spindel können mehrere Muttern gleichzeitig installiert werden. Jede Mutter kann von einem eigenen Motor angetrieben werden.
Einfache Spindelkonstruktion
Die Spindel muss nicht selbst drehbar gelagert werden → keine Stützlager notwendig. Das Spindelende ist einfacher zu gestalten: mindestens ein Ende mit vollständigem Gewindegang, ggf. Wellenhülse nach Montage.
3. Gesamtüberblick
Abschließend lässt sich festhalten, dass die Wahl der richtigen Umlenkart entscheidend für Leistung, Präzision und Lebensdauer einer Kugelgewindemutter ist. Je nach Anforderung, kommen unterschiedliche Lösungen zum Einsatz. Im Folgenden ein kleiner Überblick:
- Interne Umlenkung: Standardlösung, platzsparend, für mittlere Lasten und Geschwindigkeiten.
- Endkappen-Zirkulation: Einfacher Aufbau, geeignet für moderate Lasten und kompakte Einbauverhältnisse.
- Einzelflanschmutter mit hoher Steigung: Hohe Vorschubgeschwindigkeit bei geringer Last.
- Rohrzirkulation: Hohe Präzision und Laufruhe, ideal für empfindliche Anwendungen.
- Schwerlastprogramm: Maximale Tragkraft, auch bei großen Lasten zuverlässig.
- Angetriebene Flanschmutter: Kombination aus Positioniergenauigkeit und direkter Kraftübertragung, z.B. bei automatisierten Anlagen.
Häufig gestellte Fragen zu Hochpräzisions-KGTs
Diese Art Kugelgewindespindeln sind mit reduziertem Axialspiel und hoher Maßhaltigkeit gefertigt. Dadurch können Sie in Bearbeitungszentren oder sonstigen Anlagen mit hoher Genauigkeit eingesetzt werden
Ja. Es gibt Miniaturkugelgewinde und kompakte Bauformen mit kleinem Außendurchmesser und verkürzter Mutter – ideal für beengte Bauräume.
Hochpräzisions-Kugelgewindespindeln haben engere Toleranzen, weniger Spiel und höhere Steifigkeit. Sie eignen sich für exakte Positionieraufgaben – Standardspindeln eher für einfache Vorschub- und Transportbewegungen.
C7 bis C1 sind gängig. C3–C1 für Positionieren, C7–C5 für Transport. Maßgeblich sind Ihre Anforderungen an Spindellänge, Spiel, Wiederholgenauigkeit und Belastung.
Positionierungstypen sind vorgespannt (spielarm), Transporttypen haben Spiel und sind einfacher – aber für genaue Bewegungen ungeeignet. Hohe Präzision spiegelt sich außerdem im Anschaffungspreis wieder.
Ja, es gibt Einzel-, Doppel- und Sondermuttern. Austausch ist bei Normteilen meist problemlos, bei Sonderformen bedingt möglich.
Meist über Schmierbohrungen für Öl oder Fett. Eine regelmäßige Schmierung ist wichtig für Lebensdauer und Laufruhe.
Vorspannung eliminiert Spiel, erhöht Steifigkeit und Präzision. Wichtig bei Positionieraufgaben, weniger relevant beim Transport.
Gerollt: kaltverformt, günstig, mittlere Präzision.
Geschliffen: spanend geschliffen und damit höchstpräzise.
Gewirbelt: spanabhebend geformt, schneller als die geschliffene Version und präziser als die gerollte Variante.
Schwerlasttypen haben robuste Laufbahnen und große Kugeln. Hochgeschwindigkeits-Typen nutzen größere Steigungen und spezielle Umlenkungen.
Wellen-Ø von 4–300 mm, Steigungen von 1–80 mm, Längen bis 12.000 mm (einteilig), bis 22.000 mm (mehrteilig verbunden).
Bei Spindeln: induktionsgehärteter Spezialstahl. Bei Muttern: vakuum-aufgekohlter Stahl. Sichert Lebensdauer und Belastbarkeit.
Die Lebensdauer kann theoretisch errechnet werden. Grundlage dafür ist die Lebensdauerberechnung für Kugellager. Sie wird beeinflusst von der Drehzahl, der Tragzahl und der Axialkraft.
DN = Durchmesser × Drehzahl. Mit dieser Formel kann die maximale Mutterdrehzahl errechnet werden.
Verschiedene Umlenkungen (intern, extern), Flanschformen, Mehrfachmuttern, kompakte Ausführungen und Sondergewinde.
Seitenkräfte sind absolut zu vermeiden. Es darf keine Überbestimmung durch die Spindellagerung entstehen. (De-)Montage der Mutter immer mit Hülse, ansonsten fallen die Kugeln aus der Mutter.
Reichen Sie jetzt eine unverbindliche Anfrage ein!
Brauchen Sie Hilfe bei der Auswahl eines Kugelgewindetriebs? Dann übermitteln Sie jetzt Ihre Parameter um schnellstmöglich ein Angebot zu bekommen.
Wie sind Ihre Erfahrungen zu diesem Thema?
Hinterlassen Sie gerne einen Kommentar