Schrittmotorhalterungen – das genaue axiale Ausrichten

Zu meiner Schrittmotorhalterung bekam ich per Email mehrere Fragen, auch in der Bastelstube stellte Tilman interessante Fragen. Da die Antwort allgemeingültig ist, bringe ich sie auch hier.

…aber sowie ich dich kenne hast du dies weiter verfeinert. Ich nehme aber an, dass du die Grundkonstruktion beibehalten hast mit Schrittmotorhalter und zweiter Lageschale (?)

Ja, Du hast Recht, ich habe das von der Grundkonstruktion her so belassen. Die Konstruktion ist von vielen diejenige, die ich persönlich für am “perfektesten” halte. Meine einzige Änderung war, dass ich die Seite, die näher zur Fräse (bzw. zur Lagerschale) ist, dünner gemacht habe (also statt 15mm etwa 9mm, siehe übernächstes Bild, da könnte man das an der Halterung erkennen, wenn man genau hinschaut). Thermisch ist das nämlich ohnehin belanglos, der Stepperhalter hat derart viel Aluminium, dass er die Hitze des Schrittmotors sehr gut aufnehmen und weitergeben kann. Aber, durch das grösser gewordene, beiseitige, rechteckige Montageloch hat der Anwender noch mehr Platz, wenn zB. die Klauenkupplung zugeschraubt werden muss. Die andere Seite habe ich auf 15mm Dicke belassen, weil ja die 4 Gewinde für die Schrittmotorbefestigung “Fleisch” brauchen.

Man muss ja auf einer Seite die Lagerung für den Schrittmotor ausdrehen und auf der anderen Seite den Kugellagersitz. Beides muss axial genau fluchten und im Durchmesser exakt sein. Wie bekommst du das beim Umspannen so genau?

Der Stepperhalter muss jetzt noch nicht genau fluchten, denn er spielt bei diesem System des Einstellens (noch) nicht mit. Es genügt zunächst, die Sachen des folgenden Bildes zusammenzubauen und NUR diese Teile fertig vorzuspannen:

Die Logik an diesem System ist, dass die Verspannung/Vorspannung einzig und alleine auf der (bei mir 17mm dicken) Festlagerschale passiert. Die Verjüngung des Durchmessers auf der einen Seite der Festlagerschale (die letzten 3mm haben nur 27mm Durchmesser) bewirkt, das das dort hineingesteckte Kugellager nicht ganz reingeht bzw. durchfallen kann.  WICHTIG: Diese Verjüngung übernimmt auch die Rolle der von mir damals erwähnten Passscheiben (wer das nicht kennt: Siehe meinen Blogbeitrag), die Passscheiben sind daher nicht notwendig. Das zweite Kugellager liegt also direkt und zwar außen, auf der 27mm-Verjüngung auf.

Ich wiederhole, weil es wichtig ist: Außen, ebenfalls auf der Lagerschale, sitzt das zweite Kugellager, und wenn man die M12x1mm Spannschraube auf der Kugelgewinde zudreht, spannt sie bereits endgültig. Also sind nur die 3 (4) Teile beteiligt (Kugelspindel, 2 Kugellager und 1 Festlagerschale, sinnvollerweise sollten noch 1-3 Tellerfedern reinkommen, damit die axiale, thermische Ausdehnung ermöglicht wird). Ich habe das rasch skizziert und die Teile ähnlich einer Explosionszeichnung nicht zur Gänze zusammengebaut. Rot ist die Feingewindemutter M12x1mm.

Die Stepperhalterungen haben das Loch etwa in der Grösse des äußeren Kugellagers lediglich aus aus Komfortgründen, und zwar,  damit die Erstjustierung einfacher ist. Dieses Loch hat aber keine positionierende oder einstellende Funktion. Als erster Anhalt fürs Ausrichten mit dem Auge ist es aber trotzdem hilfreich. Auch ich hatte zunächst Überlegungen angestellt, das 100%ig genau herzustellen, bis ich bemerkte, das die Genauigkeit nicht hier, sondern anderswo gefragt ist. Ich hatte drei Möglichkeiten zur Auswahl: Mit dem Ausdrehstahl in 65mm Tiefe auf 32mm genau auszustechen (was nie genau werden wird, alleine schon deswegen, weil ich in der Aufspannung mit keinem Messgerät dazukommen kann – auch ist der Ausdrehstahl auf diese Länge nicht mehr so präzise wie am anderen Ende), oder sehr genau umzuspannen (naja, mit Messuhr und viel Zeitaufwand kann man auch quadratische Dinge auf der Drehe genau einrichten) oder, als dritte und sinnvollste Möglichkeit, einfach das Loch 1-2mm grösser anzulegen, dann passt das Kugellager auf jeden Fall rein. Dem bereits vorgespannten System der “3 Teile” (siehe oben), ist es egal und nur das muss zunächst genau sein.

Woher kommt dann aber trotzdem die 100%ige Genauigkeit der Einheit Schrittmotor-Stepperhalter- Festlagerschale-2 Kugellager-Kugelgewindespindel ?

Wichtig ist es, die beiden Achsen (der Stummel des Steppers und das Ende der Kugelgewindespindel) axial genau auszurichten – und genau das geht trotzdem einfach und sehr genau, aus folgender Überlegung: Sowohl der Stepperhalter als auch die Festlagerschale sind quadratisch mit den Maßen 60x60mm, und das sehr genau (auf 1/100mm). Es ist also nichts leichter, als diese Teile mit den Aussenkanten fluchtend genau übereinander zu legen und zusammenzuschrauben. Nachdem auch der Schrittmotor exakt mittig auf 60x60mm sitzt, sind die beiden Achsen zwangsläufig parallel. Die einzige wirklich wichtige Sache ist, die runde Aussparung für den Schrittmotor genau in der Mitte der Stepperhalterung zu plazieren. Die Schrittmotore haben mittig nämlich eine runde Erhöhung mit den Maßen 38,10 +/- 0,05mm. Diese ist am Stepperhalter exakt positionsbestimmend (die vier Befestigungsschrauben hingegen können nie so genau sein, weil Gewinde nie genau sind):

Ein angenehmer Vorteil ist, dass ich mit diesem “Komplett-Montagesystem” jederzeit die Stepper samt Stepperhalter abnehmen kann, aber sowohl die Kugelgewindespindel als auch die Festlagerschale mit den beiden Kugellagern exakt vorgespannt bleiben.

Du verwendest ja sicher keine Rillenkugellager (siehe wo du es “kopiert” hast) sondern Schrägkugellager ???und verspannst nicht gegen einen Seegerring. Wie sieht die Verspannung inzwischen bei dir aus?

Ich verwende Schrägkugellager der günstigen aber guten Marke “IBU” Typ 7201, 12x32x10, der Stückpreis liegt bei etwa € 3,00, und als Loslager verwende ich Rillenkugellager 6200, 10x30x9 jeweils 2RS, also mit Kunststoffschutzdichtung beidseitig. Was meinst Du mit einem Seegering? Die Passscheiben? Oder meinst Du, wie ich die Anzugsmutter kontere? (ich nehme dazu entweder zwei Muttern, gegeneinander gedreht, oder Schraubensicherungslack).

Die Antwort auf die 2. Frage habe ich ausgelassen, weil ich sie eigentlich bei der ersten Antwort mit erledigt haben sollte? Nachdem sich ja alles nur um die Festlagerschale dreht, ist das Ausdrehen des Schrägkugellagers samt der Verjüngung (also der “Anschlag für das eine Kugellager”) lediglich von einer Seite aus machbar.