Doppelschneckengetriebe | Zweigängig, stufenlos einstellbares Zahnflankenspiel

Produktübersicht

Bei jedem Standard-Schneckengetriebe entsteht mit zunehmendem Verschleiß der Zahnflanken Spiel. Das abgenutzte Material ist abgetragen – der Achsabstand lässt sich nicht verringern, und die einzige Möglichkeit, den Spalt zwischen Schneckengewindeflanke und Zahnradfläche bei einem Standardgetriebe zu schließen, besteht darin, sowohl die Schnecke als auch das Schneckenrad auszutauschen. Dies ist teuer und zeitaufwändig, aber für die meisten Industrieantriebe akzeptabel, da die Spielvorgabe nicht kritisch ist. Bei Präzisionspositionierantrieben – CNC-Rundtischen, Fräsmaschinen-Vorschubsystemen, Messmaschinenachsen – sind selbst 0,05 mm Winkelspiel zu viel. 0,05 mm Spiel am Teilkreis des Schneckenrads mit 100 mm Durchmesser entsprechen einem Positionsfehler von ca. 3,4 Bogenminuten, genug, um sichtbare Oberflächenunebenheiten an einem bearbeiteten Werkstück zu verursachen. Korea Ever-Power Worm Gear Co., Ltd. fertigt Duplex-Schneckengetriebe – auch Doppelgewinde-Schneckengetriebe genannt –, die dieses Problem lösen, indem die Zahndicke der Schnecke entlang ihrer Länge kontinuierlich variiert. Dadurch stellt die axiale Verschiebung der Schnecke das ursprüngliche Spiel wieder her, ohne dass Komponenten ausgetauscht werden müssen. Duplex-Schneckengetriebe Das Set ist die richtige Lösung, wenn die bidirektionale Positioniergenauigkeit über die gesamte Lebensdauer des Antriebs aufrechterhalten werden muss.

Wie das Doppelleitungsprinzip funktioniert – Der technische Mechanismus

Eine Duplex-Schnecke wird mit leicht unterschiedlichen Steigungswinkeln an der linken und rechten Flanke jedes Gewindes gefertigt. Der Unterschied ist gering, aber präzise kontrolliert – typischerweise einige Zehntel Millimeter Unterschied in der axialen Steigung zwischen den beiden Flanken. Dadurch nimmt die Zahndicke – gemessen am Teilkreiszylinder – von einem Ende der Schnecke zum anderen kontinuierlich zu. Am dünnen Ende sitzt das Schneckengewinde locker im Zahnzwischenraum mit messbarem Spiel. Am dicken Ende sitzt es spielfrei. Der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Gewindegängen (die Zahnlückenbreite) verringert sich entsprechend – Gewinde und Zahnlücke ergänzen sich.

Die Einstellung des Zahnflankenspiels erfolgt durch axiales Verschieben der Schnecke, sodass der Abschnitt der Schnecke mit der benötigten Zahndicke das Zahnrad berührt und das gewünschte Zahnflankenspiel erzeugt (Abb. 1). So lässt sich das Zahnflankenspiel beim Einbau des Zahnrads auf jeden gewünschten Wert einstellen. Selbst stark verschlissene Zahnräder können präzise und stufenlos nachjustiert werden, ohne die Zahneingriffsgeometrie zu verändern oder Eingriffsstörungen zu verursachen – ein entscheidender Vorteil gegenüber allen anderen Methoden zur Zahnflankenspielkontrolle.

Am Schneckenrad erzeugen die unterschiedlichen Moduln an jeder Flanke unterschiedliche Kopfkreismodifikationskoeffizienten und unterschiedliche Wälzkreisdurchmesser an der Vorder- und Rückseite jedes Zahnradzahns. Aufgrund dieser Asymmetrie unterscheiden sich die Zahnprofile an Vorder- und Rückseite. Entscheidend für das Verständnis der Funktionsweise von Duplex-Getrieben ist jedoch, dass die Dicke jedes Zahnradzahns und die Zahnlücken über den gesamten Radumfang konstant bleiben. Dadurch kann sich die Schnecke in jede beliebige axiale Position bewegen, und die Zahngeometrie des Schneckenrads ist in dieser Position stets optimal an die Schnecke angepasst. Es gibt keine „bevorzugte“ axiale Position mit besserem Kontakt als andere – die Kontaktqualität bleibt über den gesamten Verstellbereich gleichmäßig erhalten.

Vier alternative Methoden zur Zahnflankenspielkorrektur – Warum jede einzelne unzureichend ist

Bevor Duplex-Schneckengetriebe weite Verbreitung fanden, nutzten Ingenieure vier andere Methoden zur Reduzierung des Zahnflankenspiels in Schneckengetrieben. Das Verständnis der Schwächen dieser Alternativen verdeutlicht, warum Duplex-Getriebe die überlegene Lösung für Präzisionspositionierungsanwendungen darstellen.

Alle vier Methoden haben das gleiche Grundproblem, das in der Fachliteratur beschrieben wird: Justierungen und Nachjustierungen beeinträchtigen den geometrisch präzisen Eingriff. Sie verschieben die Kontaktfläche und verändern deren Form und Größe. Dadurch verringern sie die Tragfähigkeit und verschlechtern den Wirkungsgrad. Jede Justierung verursacht einen erheblichen Anlaufverschleiß. Das Risiko einer unsachgemäßen Montage und Zerstörung des Schneckengetriebes ist beträchtlich.

Duplex-Schneckengetriebe verursachen keines dieser Probleme. Sie ermöglichen stets einen geometrisch präzisen Zahneingriff und eine sehr feine Einstellung des Zahnflankenspiels. Eingriffsfläche, Tragfähigkeit und Wirkungsgrad bleiben von der Einstellung unbeeinflusst. Da Duplex-Zähne zudem in Evolventenform ausgeführt sind, reagieren sie unempfindlich auf Änderungen des Achsabstands – beispielsweise durch Durchbiegungen der Schneckenwelle unter Last –, was einen weiteren Zuverlässigkeitsvorteil bei hochbelasteten Präzisionsantrieben darstellt.

Duplex vs. Alternativen – Was ändert sich nach der Spielkorrektur?

Dieser Vergleich ist das zentrale technische Argument für die Verwendung von Duplex-Antrieben in Präzisionsantrieben. Die Spalte „Nach der Justierung“ erfasst, was nach jeder Spielkorrektur tatsächlich mit dem Antrieb geschieht – die Information, die darüber entscheidet, ob der Antrieb seine Positioniergenauigkeit auch nach wiederholten Justierungen während seiner Lebensdauer beibehält.

Wichtige Montagehinweise – Unbedingt vor der Installation lesen!

Duplex-Schneckengetriebe unterscheiden sich im Modul der rechten und linken Zahnflanke. Diese Asymmetrie erfordert eine bestimmte, korrekte Einbaurichtung – und nur eine einzige. Wird die Schnecke falsch eingebaut, ist der Achsabstand größer als der Nennabstand, was die Montage erschwert und zu einem falschen Zahneingriff führt, der sich nicht durch axiale Justierung korrigieren lässt. Bitte überprüfen Sie vor der Montage beide unten genannten Punkte.

1. Überprüfung der Ausrichtung der Baugruppe

Auf der Duplex-Schnecke und dem Schneckenrad ist jeweils ein Pfeil eingeprägt, der die korrekte Einbaurichtung anzeigt. Positionieren Sie das Schneckenrad beim Zusammenbau so, dass die Pfeilmarkierung nach vorne (zu Ihnen) zeigt. Richten Sie die Schnecke so aus, dass die Pfeilrichtung ihrer Markierung mit der Pfeilrichtung der Schneckenradmarkierung übereinstimmt – beide Pfeile zeigen in dieselbe Richtung. Bei falscher Montage überschreitet der Achsabstand „a“ den Sollwert, was die Montage erschwert und, falls erzwungen, zu einem fehlerhaften Zahneingriff führt. Dies verursacht übermäßige Geräusche, Vibrationen und beschleunigten Zahnverschleiß bereits ab der ersten Umdrehung.

2. Überprüfung der Referenzposition auf Nullspiel

Eine V-Nut (60°, 0,3 mm tief) an der Umfangsspitze eines bestimmten Doppelschneckenzahns markiert den Referenzzahn. Dieser Referenzzahn befindet sich an der axialen Position, die bei Ausrichtung mit der Drehachse des Schneckenrads und einem auf den Nennwert „a“ eingestellten Achsabstand nahezu spielfrei (±0,045 mm) ist. Die Vorgehensweise zum Einstellen von spielfreiem Lauf ist wie folgt: (1) Den Achsabstand des Gehäuses auf den Nennwert „a“ einstellen; (2) die Schnecke drehen, bis der Referenzzahn mit der V-Nut mit der Drehachse des Schneckenrads fluchtet; (3) die Gehäuse- oder Lagereinstellung in dieser Position fixieren. Bei Anwendungen, die ein geringes positives Spiel erfordern (z. B. zur Kompensation der Wärmeausdehnung oder zur Vermeidung von Zahnblockaden unter Last), die Schnecke vor dem Fixieren um den berechneten Betrag axial in Richtung des dünnen Endes verschieben.

⚑ Servicehinweis: Mit zunehmendem Verschleiß des Zahnradsatzes und steigendem Zahnflankenspiel muss die Schnecke axial um den erforderlichen Betrag (berechnet anhand der mitgelieferten Spezifikation für die Steigungsdifferenz) zum dickeren Ende hin verschoben werden. Diese Nachjustierung stellt das ursprüngliche, nahezu spielfreie Zahnflankenspiel wieder her, ohne dass das Getriebe demontiert werden muss. Bei den meisten Ausführungen lässt sich die axiale Position der Schneckenwelle über eine Gewindeendkappe oder einen Ausgleichsscheibenstapel einstellen. Kalibrieren Sie das Zahnflankenspielmessgerät nach jeder Justierung neu, um den wiederhergestellten Wert zu überprüfen, bevor Sie die Maschine wieder in Betrieb nehmen.

Anwendungsbereiche – Wo die Spielkontrolle sicherheitskritisch oder die Genauigkeit einschränkend ist

Duplex-Schneckengetriebe kommen überall dort zum Einsatz, wo Zahnflankenspiel unerwünscht oder schädlich sein kann: zur Gewährleistung wiederholter, hochpräziser Positionierung in beide Richtungen, zur Vermeidung von Impulsbelastungen bei wechselnden Eingriffsflanken und in Antrieben, bei denen sich Positionierfehler mit der Zeit akkumulieren. Typische Anwendungsbereiche sind Dreh- und Kipptische, Fräsmaschinen und Pressen. Die folgenden Beispiele verdeutlichen den technischen Kontext für die jeweiligen Anforderungen an das Zahnflankenspiel in den einzelnen Anwendungen.

• ▶CNC-Drehtische für die 4. und 5. Achse Die Winkelpositioniergenauigkeit des Drehtisches eines Bearbeitungszentrums bestimmt direkt die Maßgenauigkeit der bearbeiteten Werkstückmerkmale. Ein Spiel von 0,1 mm bei einem Teilkreisradius von 150 mm entspricht einem Positionsfehler von 2,3 Bogenminuten. Dieser führt zu einer sichtbaren Stufe auf der bearbeiteten Oberfläche, wenn der Tisch für einen Schlichtgang die Drehrichtung umkehrt. Ein auf ±0,045 mm Spiel am Teilkreis des Schneckenrads eingestelltes Duplex-Schneckengetriebe weist einen Positionsfehler von ca. 0,2–0,5 Bogenminuten auf – unterhalb der Schwelle für sichtbare Werkstückfehler bei üblichen Vorschubgeschwindigkeiten.
• ▶Tischvorschübe für Präzisionsfräsmaschinen Bei Bettfräsmaschinen werden für den Quer- und Längsvorschub Schneckengetriebe verwendet. Das Spiel im Tischvorschub äußert sich als „Verweilzeit“ beim Richtungswechsel – der Tisch bewegt sich nicht um die Strecke des Spiels und fährt dann abrupt nach. Dadurch entsteht bei jedem Richtungswechsel eine Stufe oder ein Absatz im bearbeiteten Profil. Duplex-Schneckengetriebe gewährleisten eine gleichmäßige Vorschubbewegung in beide Richtungen und ermöglichen so die bidirektionale Konturbearbeitung ohne die bei Standard-Schneckengetrieben zur Kompensation des Spiels erforderlichen Vorschubumkehrkorrekturen.
• ▶Mechanische Pressen und Umformanlagen Die Stößelpositionierungsantriebe von Präzisionsstanz- und Umformpressen müssen den Stößel bei jedem Hub in eine exakte Referenzposition (typischerweise innerhalb von ±0,02 mm) zurückführen, um eine gleichbleibende Teilegeometrie über die gesamte Produktionsserie hinweg zu gewährleisten. Spiel im Antrieb führt dazu, dass die Stößelposition im Umkehrmoment unbestimmt ist – der Stößel kann an jeder beliebigen Position innerhalb des Spielbereichs anhalten. Bei einer Produktionsserie von Tausenden von Hüben verursacht dies Maßabweichungen, die die Teilequalität mindern und Werkzeugschäden verursachen können, wenn der Stößel das Werkzeug schräg berührt.
• ▶Azimut-/Höhenverstellantriebe für Teleskop und Antenne Astronomische Teleskope und Kommunikationsantennen müssen eine Zielposition kontinuierlich verfolgen, während sie zwischen Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen wechseln. Das Spiel verursacht bei jedem Richtungswechsel einen Sprung im Ausrichtungswinkel – der Antrieb muss die Spiellücke überwinden, bevor die Last wieder erfasst wird. Dieser Sprung ist als kurzzeitiger Verlust der Nachführgenauigkeit sichtbar und am Positionsgeber messbar. Bei Radioteleskopen und hochauflösenden optischen Systemen verschlechtert dieser Fehler direkt die Signalqualität der verfolgten Quelle.
• ▶Achsen der Koordinatenmessmaschine (KMM) Die Dreh- und Kippachsen von Koordinatenmessgeräten (KMG) müssen die Messspitze auf ±1–5 µm genau positionieren. Bereits ein Spiel von ±0,045 mm im Schneckenrad einer typischen KMG-Drehachse führt zu einem Winkelpositionsfehler. Daher verwenden KMG-Drehachsen üblicherweise einen vorgespannten Schneckenantrieb – der Duplex-Satz wird über das Spiel hinaus auf eine leichte Vorspannung eingestellt –, um die Totzone des Schneckenrads vollständig zu eliminieren. Die Vorspannung erfordert eine sorgfältige Justierung, um übermäßige Reibung zu vermeiden, die die Positioniergenauigkeit auf andere Weise beeinträchtigen würde.

Produktionsanlage

Die Fertigung von Duplex-Schneckengetrieben erfordert eine präzisere Maßgenauigkeit als die Standard-Schneckengetriebefertigung, da die Steigungsdifferenz zwischen den Flanken enger toleriert werden muss – jeder Fehler in der Steigungsdifferenz führt direkt zu einem Fehler im Einstellbereich des Zahnflankenspiels. Korea Ever-Power verwendet spezielle Präzisions-NC-Schleifmaschinen für das Schleifen von Duplex-Schneckengewinden. Dabei wird die Steigungsdifferenz an mehreren axialen Positionen während des Schleifvorgangs gemessen, bevor die Schnecke freigegeben wird.

Verwandte Komponenten

Standardmäßige Schnecken- und Radsätze für allgemeine Industrieantriebe sind ebenso erhältlich wie Duplex-Konfigurationen für Präzisionsanwendungen. Geschlossen Präzisions-Schneckengetriebe Gehäuse mit Duplex-Schneckenwellen und einstellbaren Schneckenlagern sowie die vollständige Komponentenkatalog für SchneckengetriebeSie sind vom selben Hersteller erhältlich. Spezifikationen zur Leitungslängendifferenz und Datenblätter zur Spieleinstellung werden jedem Duplex-Set beigefügt.

Häufig gestellte Fragen

Was genau passiert, wenn der Duplexwurm in der falschen Ausrichtung zusammengebaut wird (die Pfeile stimmen nicht überein)?

Schnecke und Rad sind für eine bestimmte relative Ausrichtung ausgelegt, da das Gewinde an einem Ende dicker ist. Wird die Schnecke umgekehrt montiert, trifft das dicke Gewindeende auf die Zahnlücken, die für das dünne Ende vorgesehen sind – der Achsabstand „a“ zwischen den Wellenachsen wird größer als der Sollwert. In der Praxis bedeutet dies, dass das Gehäuse entweder nicht verschraubt werden kann (bei zu großer Überdeckung) oder zwar verschraubt werden kann, aber bei der ersten Umdrehung zu Blockierungen und übermäßiger Reibung führt. Wird diese Blockierung überwunden, berühren sich die Zahnflanken unter hoher Belastung an falschen Stellen, und es kommt sofort zu Zahnschäden. Die Pfeilmarkierungen dienen genau diesem Zweck – ihre Überprüfung dauert 30 Sekunden und verhindert eine sofortige Zerstörung des Zahnrads.

Wie oft kann der Antrieb nachjustiert werden, bevor die Schnecke ausgetauscht werden muss?

Prinzipiell lässt sich der Antrieb beliebig oft nachjustieren, solange die Zahnflanken von Schnecke und Rad ausreichend Materialstärke und Oberflächenqualität aufweisen. Die Schnecke hat einen begrenzten Verstellbereich – den Abstand zwischen dem dünnen und dem dicken Ende –, der einem bestimmten Verschleißgrad an der Zahnflanke entspricht. Sobald die Schnecke ihre maximale Verstellposition erreicht hat und das Zahnflankenspiel immer noch außerhalb der Spezifikation liegt, sind die Radzähne über die Auslegungsgrenze hinaus verschlissen und der Antrieb muss ausgetauscht werden. In der Praxis kann ein Duplex-Schneckengetriebe bei korrekter Schmierung und Betrieb unter Nennlast 3- bis 6-mal nachjustiert werden, bevor es ausgetauscht werden muss. Dadurch verlängert sich die Lebensdauer im Vergleich zu einem Standard-Schneckengetriebe um den Faktor 3 bis 6.

Ist ein Duplex-Wurmsatz mit einem Standard-Wurmsatz desselben Moduls austauschbar?

Nein – eine Duplex-Schnecke ist nicht mit einem Standard-Schneckenrad kompatibel und umgekehrt. Die Zahnprofile an Vorder- und Rückseite eines Duplex-Schneckenrads unterscheiden sich; die Verwendung der falschen Schnecke führt zu falschem Eingriff an einer Flanke und keinem Eingriff an der anderen. Achsabstand, Modul und Eingriffswinkel sind bei Duplex- und Standardausführungen nominell gleich, Schnecke und Schneckenrad müssen jedoch immer als zusammengehöriges Paar aus derselben Duplex-Bauart verwendet werden.

Lässt sich das Duplex-Getriebe über das Nullspiel hinaus in die Vorspannung einstellen?

Ja – durch eine axiale Verschiebung der Schnecke über die spielfreie Position hinaus in Richtung des dicken Endes entsteht eine geringe Vorspannung (negatives Spiel). Vorgespannte Schneckengetriebe eliminieren das Spiel vollständig und werden in Drehachsen von Koordinatenmessgeräten und hochpräzisen Positioniertischen eingesetzt. Allerdings erhöht die Vorspannung die Reibung im Eingriff, was den Energieverbrauch steigert, mehr Wärme erzeugt und den Zahnverschleiß deutlich beschleunigt, da der Ölfilm unter ständiger Kompression dünner wird. Für die meisten Anwendungen bietet ein Spiel von ±0,045 mm anstelle der vollen Vorspannung das bessere Verhältnis zwischen Positioniergenauigkeit und Lebensdauer.

Welche Präzisionsklasse ist für Duplex-Schneckengetriebe erhältlich?

Duplex-Schneckengetriebe werden nach DIN-Genauigkeitsklassen von DIN 6 bis DIN 9 gefertigt. Für Anwendungen in Drehtischen und Fräsmaschinen ist DIN 6 (±8–12 Bogensekunden Teilungsfehler eines einzelnen Zahns bei M5) die Standardvorgabe. Für Teleskop- und Koordinatenmessgeräte ist DIN 5 auf Anfrage mit längerer Lieferzeit aufgrund der erforderlichen zusätzlichen Schleif- und Prüfvorgänge erhältlich. Teilen Sie uns Ihre Anforderungen an die Winkelpositioniergenauigkeit, den Modul und die Zähnezahl des Schneckenrads mit – wir empfehlen Ihnen die passende DIN-Klasse und nennen Ihnen Preis und Lieferzeit für Ihre spezifische Konfiguration.

Kundenrezensionen

Verpackung & Versand

Jedes Duplex-Zündset ist einzeln in korrosionsbeständiges Papier eingewickelt und in einem Polyethylenbeutel versiegelt. Datenblatt zur Bleidifferenz und zur Spieleinstellung ist im Lieferumfang enthalten. Die Umverpackung erfolgt je nach Menge in einem stabilen Karton oder einer Holzkiste. Internationaler Versand per DHL, FedEx, TNT oder UPS. Zahlung: Vorkasse per Überweisung (T/T) oder Akkreditiv (L/C).