Lösungen für Befestigungsbohrungen bei Zahnstangen

MONTAGE VON ZAHNSTANGEN
Zahnstangen haben eine maximale Kraftgrenze, die die Kraft beschreibt, die sie unter der Annahme einer vorgegebenen Lebensdauer bei ausreichender Schmierung und Ausrichtung übertragen können. Die Befestigungsschrauben der Zahnstangen müssen genügend Reibung zwischen der Zahnstange und dem Maschinenbett erzeugen, um die Zahnstange während der Übertragung der Kraft fest in Position zu halten. Die Oberflächenbeschaffenheit der Zahnstangenmontageflächen beeinflusst die Haltekraft der Schrauben. 

In den meisten Anwendungen wird die übertragene Kraft die maximale Belastungsgrenze der Zahnstange nicht erreichen. Dennoch sollte die Haltekraft der Schrauben aus Sicherheitsgründen stets höher sein als diese Grenze. Für zusätzliche Stabilität und Präzision können Passstifte eingesetzt werden. Diese bieten nicht nur eine erhöhte Haltekraft, sondern sorgen auch dafür, dass die Zahnstange exakt positioniert bleibt, selbst wenn sie für den Versand demontiert wird.

Schrägverzahnte Zahnstangen von ATLANTA haben einen standardmäßigen Bohrungsabstand von 125 mm. Zahnstangen mit doppeltem Bohrbild, also einem Bohrungsabstand von 62,5 mm, erfordern die doppelte Anzahl an Schrauben, um die Zahnstange zu montieren.

Dies hat zu Unsicherheiten darüber geführt, wie viele Schrauben tatsächlich benötigt werden, um eine Zahnstange sicher zu montieren. Dieses Whitepaper erläutert, was tatsächlich erforderlich ist, um eine Zahnstange korrekt zu montieren und die angegebenen Kräfte zu übertragen. Zudem werden die Vor- und Nachteile beider Lösungen für Befestigungsbohrungen aufgezeigt.

VERGLEICH DER LÖSUNGEN FÜR BEFESTIGUNGSBOHRUNGEN
Schrägverzahnte Zahnstangen von ATLANTA haben einen standardmäßigen Bohrungsabstand von 125 mm. Dies bedeutet, dass eine 1000 mm lange Zahnstange acht Befestigungsbohrungen und zwei Passstiftbohrungen aufweist. Typischerweise werden Schrauben der Festigkeitsklasse 12.9 verwendet, die ausreichend sind, um die Zahnstange während der Übertragung der vollen Zahnstangenkraft in Position zu halten. Beispielhaft kann eine schrägverzahnte Modul 2 Zahnstange mit 1000 mm Länge betrachtet werden (angenommen, das zugehörige Ritzel besitzt eine Zähnezahl von 20):

Aus der obigen Tabelle geht hervor, dass die Modul 2 Zahnstange für eine Kraft von 11,5 kN ausgelegt ist. Die Befestigungsschrauben müssen die Zahnstange daher mit mindestens dieser Kraft in Position halten. Mit acht M6-Befestigungsschrauben beträgt die Haltekraft der Schrauben etwa 13 kN, was ausreicht, um die Zahnstange in Position zu halten und die volle Zahnstangenkraft zu übertragen. Mit sechzehn M6-Befestigungsschrauben beträgt die Haltekraft der Schrauben etwa 18 kN, was im Vergleich zur Zahnstangenkraft von 11,5 kN unnötig hoch ist.

Als Nächstes kann eine schrägverzahnte Modul 4 Zahnstange mit einer Länge von einem Meter betrachtet werden (angenommen, das zugehörige Ritzel besitzt eine Zähnezahl von 20):

Aus der obigen Tabelle geht hervor, dass die Modul 4 Zahnstange für 37 kN ausgelegt ist. Die Befestigungsschrauben müssen die Zahnstange also mit mindestens dieser Kraft in Position halten. Mit acht M12-Befestigungsschrauben beträgt die Haltekraft der Schrauben etwa 60 kN, was mehr als genug ist, um die Zahnstange in Position zu halten und die volle Zahnstangenkraft zu übertragen. Mit sechzehn M10-Befestigungsschrauben beträgt die Haltekraft etwa 55 kN. In diesem Fall hat die Zahnstange mit doppelt so vielen Bohrungen tatsächlich eine geringere Haltekraft als die Zahnstange mit Einzelbohrungen.

Bild: Vergleich einer Zahnstange mit einem Lochabstand von 62,5 mm und einer ATLANTA Zahnstange mit 125 mm als Abstand der Befestigungsbohrungen

EIN BLICK AUF DIE ATLANTA ZWEI METER ZAHNSTANGE
Zum Vergleich wird die Haltekraft der Schrauben einer ATLANTA Zahnstange in der Länge von 2000 mm untersucht:

Diese haben ebenfalls einen Bohrungsabstand von 125 mm und verwenden 16 Schrauben, was der gleichen Anzahl von Schrauben wie bei einer 1000 mm langen Zahnstange mit doppelten Bohrungen entspricht. Jedoch beträgt die Haltekraft der Schrauben bei der 2000 mm langen Zahnstange etwa 26 kN, im Vergleich zu nur etwa 18 kN bei der 1000 mm langen Zahnstange mit doppelter Bohranzahl, was auf die größere Kontaktfläche zurückzuführen ist. 

Das bedeutet, dass die Verwendung einer Zahnstange mit doppeltem Bohrbild auf einer Länge von 1000 mm keinen Vorteil gegenüber ATLANTA Zahnstange in der Länge 2000 mm bietet. Sie können eine 2000 mm lange Zahnstange mit der gleichen Anzahl von Schrauben montieren wie eine 1000 mm lange Zahnstange mit “Doppelbohrungen“, bei gleichem Arbeitsaufwand, aber doppelter Zahnstangenlänge, was Zeit und Kosten spart. 

Ein weiterer Vorteil der Verwendung von ATLANTA Zahnstangen mit 2000 mm Länge ist, dass diese pro 1000 mm genauer sind als eine Zahnstange mit 1000 mm Länge. Eine Zahnstange mit 2000 mm Länge in Qualität 6 hat einen Gesamtteilungsfehler von 0,044 mm, oder 0,022 mm pro 1000 mm. Eine Zahnstange mit 1000 mm Länge weist hingegen einen Gesamtteilungsfehler von 0,034 mm pro 1000 mm auf. Das bedeutet, dass eine 2000 mm lange Zahnstange von ATLANTA um 35 % genauer ist als eine Zahnstange mit 1000 mm Länge.

DIE VORTEILE DER VERWENDUNG EINER ATLANTA ZAHNSTANGE IN 2000 MM

• Die 2000 mm langen Zahnstangen von ATLANTA bieten eine zuverlässige Schraubenhaltekraft, um die volle Zahnstangenkraft zu übertragen.
• Die Montage der ATLANTA Zahnstangen mit 2000 mm Länge erfordertweniger Arbeitsaufwand zur Installation auf dem Maschinenbett.
• ATLANTA 2000 mm lange Zahnstangen sind um 35 % genauer als Zahnstangenmit 1000 mm Länge.
• Die Zahnstangen können zur Maximierung der Positioniergenauigkeit überdie gesamte Achsenlänge aufeinander abgestimmt und sortiert werden.

WELCHE LÖSUNG FÜR EINE ZAHNSTANGENBEFESTIGUNGIST DIE BESTE?
Auch wenn die Verwendung einer Zahnstange mit doppeltem Bohrbild die Schraubenhaltekraft erhöht, ist dies unnötig und führt lediglich zu mehr Aufwand und Arbeitskosten beim Maschinenbau. Eine Zahnstange mit Einzelbohrungen und einem Bohrungsabstand von 125 mm ist vollkommen ausreichend, um die volle Zahnstangenkraft zu übertragen, und erfordert weniger Gewindebohrungen und Arbeitsaufwand bei der Montage. 

Die 1000 mm lange Zahnstange mit “Doppelbohrungen“ erfordert nicht nur mehr Gewindebohrungen, Schrauben und Arbeitsaufwand für die Montage, sondern erhöht auch die Anzahl der Zahnstangenübergänge, die für eine Achse benötigt werden. Dies erfordert zusätzliche Zeit, um die Zahnstangen bei jedem Meter der Verfahrstrecke im korrekten Abstand zueinander zu montieren.

Aus diesen Gründen ist die beste Lösung die Verwendung einer ATLANTA Zahnstange mit 2000 mm Länge und einem Bohrungsabstand von 125 mm. Die sechzehn Befestigungsbohrungen bieten eine hervorragende Schraubenhaltekraft zur Übertragung der vollen Zahnstangenkraft und erfordern nur halb so viele Gewindebohrungen, Schrauben und Arbeitsaufwand im Vergleich zur Zahnstange mit doppeltem Bohrbild. Ein weiterer Vorteil ist, dass die ATLANTA Zahnstangen mit 2000 mm Länge im Vergleich 1000 mm langen Zahnstangen um 35 % genauer sind und über die gesamte Achslänge nur halb so viele Zahnstangenübergänge aufweisen. Dies ermöglicht den Aufbau hochpräziser Achsen mit minimalem Arbeitsaufwand. 

Bild: Dieses Bild zeigt die Installation eines Zahnstangensystems mit ATLANTA Zahnstangen. Dank des Bohrungsabstands von 125 mm ermöglicht diese Lösung eine schnellere und effizientere Installation im Vergleich zu denZahnstangen mit einem kleineren Bohrungsabstand von 62,5 mm.