Selbsthemmung bei Gewinden

Im Bereich der Gewindetechnik fällt häufig das Wort Selbsthemmung – doch was genau bedeutet dieser Begriff und warum ist er relevant? Besonders in Bezug auf Steil- und Trapezgewinde ergeben sich wichtige Unterschiede. Hier geben wir Ihnen eine kompakte Erklärung.

Was ist Selbsthemmung bei Gewindetrieben?

Selbsthemmung beschreibt eine Eigenschaft, bei der sich Gewindemutter und -spindel nur dann bewegen, wenn eine äußere Krafteinwirkung erfolgt. Ohne diese äußere Kraft bleiben sie in ihrer Position und verhindern ungewollte Bewegungen. Dieses Verhalten sorgt in vielen Anwendungen dafür, dass Lasten sicher gehalten werden können, ohne dass zusätzliche Sicherungselemente nötig sind. In der Praxis hat dies große Vorteile: Bei vielen Anwendungen kann dadurch auf kostspielige und komplexe Bremsmechanismen verzichtet werden.

Die Selbsthemmung beruht auf der Kombination aus der Steigung des Gewindes und dem Reibwert zwischen den Kontaktflächen. Je nach Winkel der Gewindesteigung und dem Reibungswiderstand der Materialien kann sich eine stärkere oder schwächere Selbsthemmung entwickeln. Das bedeutet, dass eine bestimmte Steigung oder ein erhöhter Reibwert dazu führen können, dass sich die Mutter nur dann bewegt, wenn eine bestimmte Kraft auf sie einwirkt.

Selbsthemmung bei Trapez- und Steilgewinden

Eingängige Trapezgewindespindeln sind selbsthemmend, d.h., durch die Flankenwinkel und Gleitreibung kann sich die Mutter nicht eigenständig bewegen. Allerdings ist die Selbsthemmung nur so lange gegeben, bis die Haftreibung nicht überschritten wird. Die Haftreibung stellt den Widerstand dar, der die Bewegung der Mutter verhindert. Wird diese durch eine äußere Krafteinwirkung überschritten, verliert das System seine Selbsthemmung. Mehrgängige Trapezgewinde bieten im Vergleich zu eingängigen eine sogenannte „Rest-Hemmung“. Dies bedeutet, dass noch eine gewisse Stabilität ohne äußere Krafteinwirkung vorhanden ist, allerdings in abgeschwächter Form.

Für Anwendungen, die eine größere Beweglichkeit erfordern, kommen oft Steilgewindespindeln zum Einsatz, die grundsätzlich keine Selbsthemmung aufweisen. Hier bewegt sich die Mutter leicht auf der Spindel, wodurch diese Art von Gewinde ideal für Fälle ist, in denen schnelle und wiederholte Verstellungen erforderlich sind.

Der direkte Vergleich

Ein direkter Vergleich der beiden Gewindespindelarten verdeutlicht die Unterschiede in der Steigung und das damit verbundene Verhalten der Gewindemuttern. Auf der linken Seite sehen wir die Steilgewindespindel, während rechts die Trapezgewindespindel dargestellt ist.

Die Steigung, also der Winkel, in dem die Gewindegänge ansteigen, ist bei der Steilgewindespindel deutlich größer als bei der Trapezgewindespindel. Diese größere Steigung führt dazu, dass die Mutter auf der Steilgewindespindel mit weniger Widerstand gleiten kann und sich so auch ohne äußere Krafteinwirkung relativ leicht bewegt.

Bei der Trapezgewindespindel ist die Steigung kleiner. Da die Reibwerte der beiden Muttern gegen die Edelstahlspindeln in diesem Beispiel identisch sind, sorgt die geringere Steigung bei der Trapezgewindespindel dafür, dass die Mutter sich ohne äußere Krafteinwirkung nicht von selbst bewegen kann.

Wie beeinflusst man die Selbsthemmung?

Der Effekt der Selbsthemmung kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden. Dazu zählt z.B. die Materialpaarung von Mutter und Spindel: Unterschiedliche Materialkombinationen können zu verschiedenen Reibwerten führen und somit die Selbsthemmung beeinflussen. Auch die Oberflächengüte, also die Beschaffenheit und Rauigkeit der Kontaktflächen, ist ein wichtiger Faktor – glattere Oberflächen reduzieren die Reibung und damit die Selbsthemmung, während rauere Oberflächen den Reibwiderstand erhöhen.

Auch die in allen igus Materialien vorkommenden Festschmierstoffe spielen eine entscheidende Rolle. Ihre speziellen Eigenschaften reduzieren die Reibung im Vergleich zu einem Standardkunststoff auf ein bestimmtes Niveau und konstant über die Lebensdauer der Gewindemutter. Zudem kann die axiale Belastung des Gewindetriebs die Selbsthemmung indirekt beeinflussen. Unter höheren Lasten erhöht sich der Druck der Mutter auf die Spindel, was die Reibung und damit die Selbsthemmung verstärken kann.

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