Kugelgewindetrieb oder Zahnriemen: das richtige Linearmodul wählen
Kugelgewindetrieb und Zahnriemen sind die beiden häufigsten Antriebsarten für einachsige Linearmodule. Beide bewegen eine Last auf einem geführten Schlitten, unterscheiden sich aber deutlich in Genauigkeit, Geschwindigkeit, Hublänge und Steifigkeit. Dieser Leitfaden erklärt die Unterschiede und enthält eine kurze Checkliste für die Auswahl.
Die kurze Antwort
- Kugelgewinde-Linearmodul, wenn Sie hohe Positioniergenauigkeit, hohe Vorschubkraft, eine steife oder eine vertikale Achse benötigen und der Hub moderat ist (bis etwa 1 m).
- Zahnriemen-Linearmodul, wenn langer Hub, hohe Geschwindigkeit und kurze Taktzeiten bei leichten bis mittleren Lasten gefragt sind und eine Wiederholgenauigkeit von ±0,04 mm ausreicht.
- Bei Hüben über 3 m oder schweren Lasten kommen Zahnstangen-Linearmodule in Frage, für höchste Dynamik und Genauigkeit Linearmotormodule.
So funktionieren die beiden Antriebe
Beim Kugelgewindetrieb dreht der Motor eine Präzisionsspindel. Eine mit dem Schlitten verbundene Kugelumlaufmutter wandelt die Drehung in eine Linearbewegung um. Die Steigung (Weg pro Umdrehung) bestimmt das Verhältnis von Motordrehzahl zu Verfahrgeschwindigkeit: Mit einem Servomotor bei 3000 min⁻¹ ergibt eine Steigung von 10 mm 500 mm/s, eine Steigung von 20 mm 1000 mm/s.
Beim Zahnriemenantrieb treibt der Motor eine Riemenscheibe an; ein am Schlitten befestigter Zahnriemen zieht diesen entlang des Profils. Pro Umdrehung bewegt sich der Schlitten um den Umfang der Riemenscheibe, typischerweise 40 mm oder mehr. Zahnriemenmodule erreichen daher hohe Geschwindigkeiten schon bei moderaten Motordrehzahlen.
Vergleich mit realen Moduldaten
Die Werte stammen von zwei HS LINEAR Modulen mit derselben Baubreite von 140 mm – der wesentliche Unterschied ist also nur die Antriebsart.
| Kugelgewindetrieb – BSS140 | Zahnriemen – BTS140 | |
|---|---|---|
| Wiederholgenauigkeit | ±0,01 mm | ±0,04 mm |
| Max. Geschwindigkeit | 250 / 500 / 1000 / 1600 mm/s (Steigung 5 / 10 / 20 / 32 mm) | 2000 mm/s |
| Traglast | bis 110 kg | bis 35 kg (horizontal) |
| Standardhub | 100–1050 mm | 100–3050 mm |
| Empfohlener Servomotor | 400 W | 400 W |
Traglast und Geschwindigkeit hängen immer von Einbaulage, Beschleunigung und Hub ab. Prüfen Sie die Diagramme und Tabellen auf der Produktseite für Ihren Fall oder senden Sie uns Ihre Daten.
Wo Kugelgewinde-Linearmodule überlegen sind
- Genauigkeit und Steifigkeit. Die Spindel ist in Bewegungsrichtung steif; der Schlitten hält seine Position auch unter Prozesskräften, etwa beim Fügen, Dosieren oder Schrauben.
- Vertikale Achsen. Mit Haltebremse am Motor hält eine Kugelgewindeachse die Last auch im stromlosen Zustand sicher. Deshalb sind Z-Achsen in Portal- und Auslegersystemen meist mit Kugelgewindetrieb ausgeführt.
- Hohe Vorschubkraft bei niedriger Geschwindigkeit. Eine kleine Steigung übersetzt das Motordrehmoment in eine hohe Axialkraft.
Die Grenze liegt bei Hub und Drehzahl: Eine lange, schlanke Spindel beginnt bei hoher Drehzahl zu schwingen (kritische Drehzahl). Bei langen Hüben muss die Höchstgeschwindigkeit reduziert oder ein anderer Antrieb gewählt werden.
Wo Zahnriemen-Linearmodule überlegen sind
- Langer Hub. Die Riemenlänge begrenzt die Geschwindigkeit nicht wie die Spindellänge; Hübe von mehreren Metern sind möglich.
- Hohe Geschwindigkeit und kurze Taktzeiten. Pick-and-Place-, Transfer- und Verpackungsachsen profitieren von 2 m/s Verfahrgeschwindigkeit.
- Geringe bewegte Masse und leiser Lauf.
Der Kompromiss: Der Riemen ist elastisch, Steifigkeit und Wiederholgenauigkeit sind geringer. Vertikal sollte eine Zahnriemenachse nur mit Bremse und sorgfältigem Sicherheitskonzept eingesetzt werden.
Checkliste für Ihre Auswahl
- Geforderte Wiederholgenauigkeit – besser als ±0,02 mm: Kugelgewindetrieb oder Linearmotor.
- Hub – über etwa 1 m: Zahnriemen, Zahnstange oder Linearmotor.
- Geschwindigkeit und Taktzeit – über 1,5 m/s: Zahnriemen oder Linearmotor.
- Last und Einbaulage – schwere oder vertikale Lasten: Kugelgewindetrieb (vertikal) oder Zahnstange (lang und schwer).
- Prozesskräfte – Füge- oder Bearbeitungskräfte am Schlitten: Kugelgewindetrieb.
- Umgebung – Staub oder Späne: gekapselte Kugelgewindemodule oder gekapselte Zahnriemenmodule in Betracht ziehen.
Viele Mehrachssysteme kombinieren beide Antriebe: eine lange X-Achse mit Zahnriemen für den Verfahrweg und eine Z-Achse mit Kugelgewindetrieb für genaue, gebremste Vertikalbewegungen. Siehe unsere Mehrachssysteme und den Leitfaden Portal, Ausleger oder bewegter Arm.
Häufige Fragen
Ist ein Kugelgewindetrieb immer genauer als ein Zahnriemen?
Bei der Wiederholgenauigkeit in den meisten Fällen ja: ±0,01 mm beim BSS140 gegenüber ±0,04 mm beim BTS140. Die absolute Genauigkeit über den gesamten Hub hängt zusätzlich von der Spindelklasse, den Führungsschienen und der Montagefläche ab.
Kann ein Zahnriemenmodul vertikal verfahren?
Mit Bremsmotor und geringen Lasten ist das möglich. Da sich ein Riemen dehnen oder reißen kann, empfehlen wir für vertikale Bewegungen in der Regel eine Kugelgewindeachse.
Welche Steigung sollte ich beim Kugelgewindetrieb wählen?
Wählen Sie die kleinste Steigung, mit der Sie Ihre geforderte Geschwindigkeit noch erreichen. Eine kleinere Steigung bringt mehr Vorschubkraft und eine feinere Auflösung, eine größere Steigung mehr Geschwindigkeit. Die vollständige Berechnung finden Sie im Leitfaden Linearmodul auslegen.
Unterstützung bei der Auswahl
Senden Sie uns Last, Hub, Geschwindigkeit, geforderte Genauigkeit und Einbaulage. Wir empfehlen ein passendes Modul und senden Ihnen eine Zeichnung zur Prüfung. Kontakt aufnehmen oder direkt zu den Kugelgewinde-Linearmodulen und Zahnriemen-Linearmodulen.
