Kugelumlaufspindel unterstützen mit Linearführung

[treckerpeter]

Generell wurde das Festlager-Loslager-Prinzip bei der Konstruktion des Druckers nicht beachtet. Der Einbau der Spindeln ist mit zwei radial fest montierten Lagerungen und dazu noch fest montierten Kugelmuttern nicht optimal. Auch beim Nachrüsten von Linearführungen sollte eine Führung fest (Master, Bezugsseite) und alle weiteren spielausgleichend montiert werden. Beim Einbau der weiteren Linearführungen am Frästisch zb. ist es auch nicht möglich die zweite Führung als Loslagerung zu montieren.....

Was allerdings mit unrunden Spindeln nix zu tun hat.....

Gruß Peter

[georg-AW]

Damit bin ich zu 100% einverstanden. Die Konstruktion ist bereits im Originalzustand überbestimmt. Auf der einen Seite hätte ein Taumel -( Pendellager ) verwendet werden müssen. Wenn nun noch zusätzliche Lager, zb. bei den Verbindungssäulen eingesetzt werden sollen, wird die ganze Geschichte immer steifer sprich verklemmter, solange bis die Motoren aufgeben.
Das Problem wird so einfach nicht zu lösen sein. Man schaue sich mal die Konstruktion eines Spritzgusswerkzeuges an, dann versteht man wieso eine einfache, preisgünstige Lösung beim RF 1000 nicht realisierbar ist.

ciao Georg

[phz]

Jetzt muss ich glaub ich auch noch meinen Senf dazu geben ....

Kugelrollspindeln sind ein Antriebselement um Rotation in Translation zu wandeln. Folglich sind Kugelrollspindeln für axiale Belastung ausgelegt. Dass diese Radial auch belastbar sind ist ein Abfallprodukt entstanden aus der Notwendigkeit die Spindel führen zu müssen wenn diese horizontal eingebaut wird (Durchhang wg. Eigengewicht). Beeinflusst wird dies unter anderem durch den Kontaktwinkel zwischen den Berührungspunkten des Wälzkörpers (Kugel) und seinen Laufbahnen (Mutter und Spindel). Dieser kontakt Winkel beeinflusst somit auch die Steifigkeit Maßgeblich.
Also gilt für Kugelumlaufspindeln Radial= nix gut, Axial=viel Prima
Kugelumlaufführungen in Profilausführung sind naturgemäß überbestimmt in jeder Hinsicht sobald mehr als ein Führungswagen auf einer Schiene Sitz. „Ganz schlimm“ wird’s wenn zwei Führungsschienen Paarweise Verwendung finden. Jetzt Stelle man sich vor da sind auf jeder Schiene noch mehrere Waagen…. . Ja das geht. Das ist auch gar nichts schlimmes. Es geht sogar nur so. jede „moderne“ Werkzeugmaschine ist so aufgebaut.
Warum das Funktioniert? Dazu muss man zuerst wissen, dass grundsätzlich jede Wälzführung eine Feder ist. Und eine krumme noch dazu. Wiederzufinden ist dies in der Steifigkeitskonstante (µm je kN, nichts anderes als eine Federkonstante) der Führung, welche jeder renommierte Hersteller von Wälzführungen spätestens auf Nachfrage rausrückt. Mit diesem Faktor trennt sich dann die Spreu vom Weizen (Bsp. HiWin von THK), das führt hier jetzt allerdings zu weit.
Dann muss man wissen wie so ein Führungssystem zusammen gebaut wird. Da hilft dieser Link. Hier wird auch klar, dass die Profilschiene erste beim Einbau ausgerichtet und somit gerade wird. Dass das Aluplättchen bei unserem Drucker dazu nicht im Stande ist ignorieren wir hier mal. Dafür ist auch die Schiene nicht besonders lang. Davon abgesehen hat Conrad bei der Tischführung (Y Achse) fast alles richtig gemacht.

Fazit: Die sehr geringe Steifigkeit der Kugelrollspindel in Radialer Richtung kann eine Wälzführung perfekt aufnehmen. Und natürlich umgekehrt. Eine Überbestimmung im Führungssystem wird erst dann schlimm, wenn die dadurch auftretenden Belastungen auf die Führungselemente so hoch werden, dass das alleine schon zur Überbeanspruchung führt, oder wenigstens die zusätzliche Betriebskraft nicht mehr aufgenommen werden kann. Und von Betriebskraft müssen wir bei diesem 3D-drucker nicht sprechen…. Noch eine Eigenschaft von Wälzführungen ist, dass diese kaum bis gar nicht zu verkannten neigen, wie man das von Gleitführungen kennt. Also wird man mit dem Motor auch keine Probleme bekommen solange das nicht überhand nimmt. Und das müsste man schon fast mit absicht machen.

Also: Kugelrollspindel und Linearführungen sind Freunde. Was der eine nicht kann, kann der andere. Und in die Quere kommen die einander nicht, da sie einander den notwendigen Spielraum geben. Deshalb treten die normalerweise zusammen auf.
Im Übrigen gilt das gesagte auch für Kugelumlaufbüchsen für Wellen.
Und um zum Thema zurückzukehren: Ich würde Führungswellen mit ø16mm, davon min 2 nach Möglichkeit 3 Stück verwenden. Nebenbei sind solche Wellen ca. 1mm einsatzgehärtet und auf h6 geschliffen. Die sind also sehr genau und der Kern ist weich und somit ist ein Gewinde einbringen überhaupt kein Problem.

Ich hoffe ich konnte damit dem einen oder anderen etwas weiterhelfen. (den Aberglauben nehmen).

[riu]

Hallo phz.

Vielen Dank. Ich stimme deinem Beitrag voll zu. Aber die einfachste Variante (auch die ist schon überdimensioniert was die Kräfte angeht) ist die 10mm Stehbolzen die an der Y-Platte vorbeigehen gegen Wellen mit gleitlagern auszutauschen. Das wird für kleine Fräsereien und auf jeden Fall für den 3D Druck reichen. Das ist relativ einfach nachrüsrbar. lediglich die X-Platte muss runter (wenn das geht) um die Gleitlager (optimalerweise mit Flansch) an der Y-Platte zu befestigen (Durchbohren und dann Schrauben durch). Im Fräsbetrieb siehts noch schlechter aus. Da kommen noch Radiale Kräfte hinzu. Alles in Allem ist eine Führung des Y-Tisches nicht verkehrt umd die Spindel zu entlasten. Auch wenn sie kurz sind und was ab können sind sie dafür nicht gemacht als Führung UND Trieb zu fungieren.

PS: Keiner hier glaubt wohl das die Kugelgewindetriebe als Führungen dienen. Aber Conrad sieht das wohl ein wenig anders. Sie haben da bei der Konstruktion ein wenig zu kurz gedacht. Selbst beim Ablösen eines Objektes kommen auf die Kugelmuttern Hebelkräfte auf die Kugelumlaufmutter die dieser nicht gut tun. Da kommen ruck zuck einige Kilos zusammen.

10 Kg auf die Tischkante bis zur Spindel sind es dann ca. 125 mm Die Welle ist 15 mm wenn ich nicht irre. Also ein Hebel von 125/7,5 ergobt faktor 17 entspricht 170 Kg Druck auf die Spindel durch die Kugeln in der Muttern die sich das dann teilen. Das ist nicht die ideale Belastung für einen KGT.

Gruß,
Udo

[R3D3]

Die 10mm-Wellenvariante hat natürlich den großen Vorteil, dass solche Wellen und die zugehörigen Lager zwar derzeit knapp sind (bei Dold zumindest) aber die Wellen als Option ab Werk mit M5-Gewinde versehen und somit direkt gegen die verbauten austauschbar sind.

Übrigens geht die X-Platte nicht so einfach runter, da muss schon Einiges auseinander gebaut werden (seitliche Vorsprünge, die in Aussparungen der Seitenplatten sitzen). Auch wird man wohl den Y-Tisch zum Anpassen der Lager herausnehmen müssen (zumindest wäre das fürs Bohren von Vorteil). Dennoch wohl tatsächlich die einfachste Variante.

Fragen: rein optisch würde wohl auch eine 12mm-Welle passen...

• Einverstanden?
• Nötig, oder ist 10mm genug?
• Oder ist gar 12mm nicht genug? (Oben wurden recht massive 16mm erwähnt, die passen aber garantiert nicht an der Stelle der verbauten Verbindungsstangen ohne Ausfräsungen der Y-Platte, müssten also woanders hin?).
• Falls 12mm, müsste man speziell das M5-Gewinde beauftragen, es wäre normalerweise eher M6 standard (Geldfrage, gehe ich von aus, habe aber mit derartigen Sonderbestellungen keine Erfahrung)

(Verspüre bereits ein gewisses Kribbeln. Gestern habe ich etwas Höheres ausgedruckt und bin (trotz 2. Y-Schiene) nicht ganz zufrieden mit der Gleichmäßigkeit über Z. Die Spindeln sind zwar wohl an sich nicht sehr schlimm unrund aber der Druck ist doch anfällig für (mechanische) "Störungen". Kann auch am noch einfachen Extruder mit nur einer X-Schiene liegen, was sich hoffentlich bald auflöst wenn die Teile für den 2. eintrudeln.)

[riu]

Hi R3D3,

10 mm reichen für 3D-Drucken vollkommen aus. Es geht nur um eine präzisere Führang als es die Spindel können. Fürs Fräsen ist dann mehr Stabilität vorhanden und der Verschleiss der Kugelmuttern wird verbessert.

Meine Kugelmuttern weisen bereits Radialspiel auf. Das ist eigentlich nicht die Regel. Die warem mal komplett spielfrei.

Gruß,
Udo

[vip-klaus]

@ riu: wie viele km Filament hast Du mit Deinem RF1000 schon geschmolzen? Nur damit ich mal die Haltbarkeit abschätzen kann ...

Gruß
Klaus

[R3D3]

Hallo Alle,

Habe ein bisschen herumgemessen... die verbauten Verbindungsstäbe sind freundlicherweise genau 300 mm lang. Das bestellt sich natürlich einfacher.

Leider wird die Verbindung der Linearkugellager (wohl über Gleitlager vorzuziehen, und mit Flansch) etwas knifflig.

Vorne stört die Nähe zum Spindellager, links zudem die Z-Energiekette. Hinten der luftleere Raum, will heißen, diese Stäbe laufen etwas weit weg vom Untertisch, der dort somit erweitert werden muss. Das Letzte müsste wohl über eine angeschraubte Platte geschehen. Vorne werden die Lager (gängige sind 29 mm lang) vermutlich auf die Unterseite des Untertisches wandern müssen, und so den Verfahrbereich um einige mm einschränken. Dasselbe dann hinten um nicht zu viel Versatz in Z einzubauen.

Es stellt sich die Frage, ob nicht die zwei Wellen hinten ausreichen würden... mag ich aber eigentlich nicht, wegen Asymmetrie des Antriebs...

[riu]

@ riu: wie viele km Filament hast Du mit Deinem RF1000 schon geschmolzen? Nur damit ich mal die Haltbarkeit abschätzen kann ...

Hallo Klaus,

die Haltbarkeit wovon? Ich habe keinen Km-Zähler aber ich habe bereits 4 Rollen 3mm und 3 Rollen 1,75 mm von rund und lang in andere Formen verwandelt

Gruß,
Udo

[riu]

Hi R3D3,

das mit nur hinten wird nichts. Wenn dann z.B. links hinten und rechts vorne. Das würde aber wenig effektiv ausfallen was das kippeln angeht. Aber die Kugelspindeln werden (wenn sie leicht schlagen) vermutlich schon beruhigt.

Das Flanschlager muss bearbeitet werden. Teile des Flansches müssen wegen der Kugelmutter weg oder von unten angeschraubt werden.

Trotz allem ist es m.E. noch die einfachste Art der Aufrüstung. Ich lass mich aber gerne eines Besseren belehren.

Gruß,
Udo