Ein Linearmotor ist im Wesentlichen ein Schrittmotor, der mit einer Spindel-Mutter-Einheit integriert ist. Bei diesem Mechanismus greifen die Gewindeflanken der Spindel und der Mutter nicht perfekt ineinander – zwischen den Flanken verbleibt ein geringer Spalt. Dieser Spalt wird als Gewindespiel (Backlash) bezeichnet. Da Gewinde in der Regel ein V-förmiges Profil verwenden, bringt diese Geometrie bauartbedingt ein Gewindespiel mit sich. Das Spiel zwischen Spindel und Mutter kann die Klemmsteifigkeit verringern, die Wahrscheinlichkeit einer Lockerung erhöhen und sogar zu Gewindeschäden führen.
Die Größe des Gewindespiels hängt vom Spindeltyp, Durchmesser und der Steigung ab. Die Spindeln der STEPPERONLINE-Linearmotoren sind in zwei Kategorien erhältlich: Trapezgewindespindeln und Kugelgewindespindeln. Die Spieleigenschaften jedes Typs werden nachfolgend beschrieben.
Trapezgewindespindeln
Das Gewindespiel einer Trapezgewindespindel beträgt typischerweise 0,1–0,2 mm, sofern das Verhältnis von Spindeldurchmesser zu Steigung kleiner als 1 ist. Mit zunehmender Steigung wird die Kontrolle des Gewindespiels schwieriger. Zur Lösung dieses Problems werden häufig spielfreie Muttern eingesetzt.
Kugelgewindespindeln
Kugelgewindespindeln zeichnen sich durch hohe Präzision und hohen Wirkungsgrad aus, sodass ihr inhärentes Gewindespiel sehr gering ist und oft vernachlässigt werden kann. Das Spiel kann durch Erhöhung der Vorspannung weiter reduziert werden, was durch Anpassung der Kugelgröße zwischen Mutter und Spindel erreicht wird.
Beseitigung des Gewindespiels mit einer spielfreien Mutter
Die effektivste Methode zur Beseitigung des Gewindespiels ist der Ersatz der Standardmutter durch eine spielfreie Mutter. Eine spielfreie Mutter eliminiert den Spalt zwischen Spindel und Mutter und reduziert das Gewindespiel auf theoretisch 0 mm. Dies verbessert die Klemmsteifigkeit und verlängert die Lebensdauer des Gewindes.
Das obige Bild zeigt eine drehfederbelastete spielfreie Mutter, den heute am weitesten verbreiteten Typ. Nahezu alle STEPPERONLINE-Linearmotoren können mit dieser spielfreien Mutter konfiguriert werden. Sie enthält interne Druckkerne und eine Feder. Wird eine äußere Kraft aufgebracht, verformt sich die Feder; die daraus resultierende elastische Kraft eliminiert das Spiel zwischen den Gewindeflanken, sodass die Mutter sicherer in die Spindel eingreift.