Was bedeutet Axialspiel (Backlash) und wie wird es minimiert?

Der entscheidende Faktor für die Positioniergenauigkeit, der den Unterschied zwischen einfachem Bewegen und präzisem Positionieren ausmacht.

Axialspiel (auch Backlash oder Umkehrspiel) bezeichnet die geringe axiale Bewegung von Spindel bzw. Mutter, die ohne Drehbewegung der Antriebswelle möglich ist – der „tote Gang“ beim Richtungswechsel der Last. Für viele Standardanwendungen unkritisch, ist es bei präzisen Positionieraufgaben eine wesentliche Fehlerquelle und damit ein Qualitätskriterium für performanceorientierte Antriebe. (ZIMM gibt das Axialspiel bei KGT-Hubgetrieben produktseitig in Hundertstelmillimetern an, z. B. 0,06 mm bzw. 0,03 mm abhängig von Serie/Baugröße.)

Ursachen für Axialspiel

Axialspiel ist kein Fertigungsfehler, sondern ergibt sich aus notwendigen Toleranzen zwischen den Gewindeflanken von Spindel und Mutter. Dieses kleine Freispiel gewährleistet Leichtlauf, verhindert Klemmen/Fressen bei Temperaturänderungen und unter Last.

Konstruktive Maßnahmen zur Minimierung

1) Trapezgewindetriebe (TR): spielarme / einstellbare Muttern

• Konzept: Häufig kommen Anti-Backlash-Muttern (geteilte Doppelmutter) zum Einsatz. Zwei Mutternhälften werden über Feder-/Einstellelemente axial gegeneinander verspannt.
• Funktion: Beide Flanken liegen an – das Axialspiel wird eliminiert; der Aufbau ist oft nachstellbar, um Verschleiß über die Lebensdauer zu kompensieren.
• Einsatznutzen: Geeignet, wenn Selbsthemmung des TR gewünscht ist, gleichzeitig aber Positioniergenauigkeit verbessert werden soll.

2) Kugelgewindetriebe (KGT): Vorspannung (Preload)

• Konzept: KGT erreichen Spielfreiheit durch Vorspannung – eine interne, definierte Kraft, die das Spiel von vornherein beseitigt.
• Methoden: Doppelmutter-Vorspannung (zwei Muttern gegeneinander verspannt, z. B. via Präzisionsring), Kugelauswahl/Übermaß-Vorspannung (minimal größere Kugeln erzeugen definierte Verspannung in einer Mutter).
• Vorteil: Vorspannung eliminiert Spiel und erhöht die Steifigkeit – zentral für dynamische und hochpräzise Anwendungen. (Grundlagen zu Spiel & Vorspannung bei KGT sind normativ/branchenüblich beschrieben.)

Praxisbezug & Auslegung (ZIMM)

• Axialspiel kennen & spezifizieren: ZIMM weist das Axialspiel je KGT-Baureihe/Größe aus (z. B. ZE/ZE-H/GSZ mit 0,06 mm bzw. 0,03 mm). Das erleichtert die Positionsgenauigkeits-Bilanz in der Achsauslegung.
• TR vs. KGT: TR + Anti-Backlash-Mutter = robust & selbsthemmend mit reduziertem Spiel; KGT + Vorspannung = spielfrei & steif für hochdynamische Positionieraufgaben. (KGT sind nicht selbsthemmend – Bremse zum Halten einplanen.)
• Systemeffekte beachten: Spiel wirkt sich zusammen mit Compliance (Wellen, Kupplungen, Lager) und Steuerung auf die Wiederhol- und Positioniergenauigkeit aus. Montagequalität, Schmierung und Sauberkeit sind entscheidend, um Mikrobewegungen/Verschleiß zu minimieren.

Kurzfazit

• Ziel = präzises Positionieren: Axialspiel messen/definieren, geeignete Spielreduktions-Strategie wählen (TR: spielarm/einstellbar, KGT: vorgespannt).
• ZIMM-Vorteil: Spezifizierte Axialspielwerte je Produkt sowie passende Systemkomponenten (Wellen, Kupplungen, Lagerung) erleichtern die saubere Auslegung und dauerhafte Präzision.