Kugelumlaufspindel - Versionsgeschichte

DanielBeru: Ergänzung Stick-Slip-Verhalten bei Verschleiß und Grammatikfehler korrigiert

2021-04-06T12:25:45Z

Ergänzung Stick-Slip-Verhalten bei Verschleiß und Grammatikfehler korrigiert

Dg am 24. Oktober 2011 um 09:25 Uhr

2011-10-24T09:25:51Z

Dg am 24. Oktober 2011 um 09:23 Uhr

2011-10-24T09:23:23Z

Waldfee am 5. Mai 2011 um 16:47 Uhr

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Waldfee am 5. Mai 2011 um 16:44 Uhr

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Waldfee am 5. Mai 2011 um 16:36 Uhr

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Waldfee am 5. Mai 2011 um 16:30 Uhr

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Waldfee am 5. Mai 2011 um 16:21 Uhr

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2011-05-05T15:28:23Z

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 Je nach Spindeldurchmesser und Spindelsteigung können KGT dynamische Lasten von wenigen Kilonewton (kN) bis hin zu hunderten kN aufnehmen. Bei Vorgespannten KGT wird bei hohen Drehzahlen, wie z.B. das Benutzen des Eingangs bei Maschinen, viel Wärme freigesetzt. Die entstandene Wärme beeinflusst das gesamte System. Durch die Wärmeausdehnung längs sich die Spindel und eine genaue Positioniergenauigkeit ist nicht mehr gegeben. Die Präzision der betroffenen Maschinenachse nimmt ab. Unter hoher Belastung erhöht ein Reiben der Kugeln aneinander das zur Bewegung nötige Drehmoment und verursacht Verschleiß. Hohlgebohrte Spindeln, durch die Kühlflüssigkeit fließt, können übermäßige Erwärmung so kompensieren.
 === Verschleißminderung ===
-Die erste Art der Verschleißminderung ist das zuführen einer Kugel, die um wenige [[Mikrometer]] kleiner ist und zwischen zwei normalen Kugel positioniert wird. Diese Kugel übt keinen Druck auf die Gewindeflanken aus und unterliegt nicht den Zwang mitzulaufen. Durch die tragenden Kugeln wird die eingesetzte Kugel entgegen der eigentlichen Drehrichtung bewegt. Dieser Vorgang ist jedoch nur ein Kompromiss, da das entfernen der tragenden Kugeln die axiale Belastbarkeit veringert.
+Die erste Art der Verschleißminderung ist das zuführen einer Kugel, die um wenige [[Mikrometer]] kleiner ist und zwischen zwei normalen Kugel positioniert wird. Diese Kugel übt keinen Druck auf die Gewindeflanken aus und unterliegt nicht dem Zwang, mitzulaufen. Durch die tragenden Kugeln wird die eingesetzte Kugel entgegen der eigentlichen Drehrichtung bewegt. Dieser Vorgang ist jedoch nur ein Kompromiss, da das entfernen der tragenden Kugeln die axiale Belastbarkeit veringert. Grundsätzlich entsteht vor allem aufgrund des Stick-Slip-Verhaltens eine hohe Positionierungsgenauigkeit der Kugeln und auch der geringere Verschleiß gegenüber Schraubgewinden. Denn Kugeln erzeugen bei einer geringeren Antriebsleistung, aber bei größerer Bewegungsgeschwindigkeit weniger Reibung.
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 Eine weitere, sehr kostspielige Möglichkeit ist das einsetzten von Kugelkäfigen aus Kunststoff. Die Realisierung erfolgt deshalt auch nur bei Hochgeschwindigkeits-Kugelgewindetrieben.
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 * Paul Horn GmbH
 * Buch: Berufsfeld Metall INDUSTRIEMECHANIK; STAM Verlag / 2. Auflage

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 * Befestigungen
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-Spindelmuttern werden in anbieterspezifischen Standards angeboten. Auch genormte Ausführungen werden als DIN Flanschmuttern oder DIN Doppelflanschmuttern aufgezeigt.
+Spindelmuttern werden in anbieterspezifischen Standards angeboten. Auch genormte Ausführungen werden als DIN-Flanschmuttern oder DIN-Doppelflanschmuttern aufgezeigt.
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 Kukelumlaufmutter werden passend zu der entsprechenden Spindel gefertigt, je nach Steigung und Durchmesser. Wie bei den Spindeln ist auch die Mutter relativ normfrei. Nur bei den Anschlüssen kann es Normungen geben.
 === Spiel und Vorspannung ===
-Um das Spiel zwischen Spindel und Mutter auf nur wenige μm zu reduzieren oder gar vollkommen zu eleminieren, stehen verschiedene Möglichkeiten der Vorspannung zur Auswahl, die folgend erläutert werden.
+Um das Spiel zwischen Spindel und Mutter auf nur wenige μm zu reduzieren oder gar vollkommen zu eliminieren, stehen verschiedene Möglichkeiten der Vorspannung zur Auswahl, die folgend erläutert werden.
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 === Beanspruchung ===
-Je nach Spindeldurchmesser und Spindelsteigung können KGT dynamische Lasten von wenigen Kilonewton (kN) bis hin zu hunderten kN aufnehmen. Bei Vorgespannten KGT wird bei hohen Drehzahlen, wie z.B. das Benutzen des Eingangs bei Maschinen, viel Wärme freigesetzt. Die entstandene Wärme beeinflusst das gesamte System. Durch die Wärmeausdehnung längs sich die Spindel und eine genaue Positioniergenauigkeit ist nicht mehr gegeben. Die Präzision der betroffenen Maschinenachse nimmt ab. Unter hoher Belastung erhöht ein Reiben der Kugeln aneinander das zur Bewegung nötige Drehmoment und Verursacht verschleiß. Hohlgebohrte Spindeln, durch die Kühlflüssigkeit fließt, können übermäßige Erwärmung so kompensieren.
+Je nach Spindeldurchmesser und Spindelsteigung können KGT dynamische Lasten von wenigen Kilonewton (kN) bis hin zu hunderten kN aufnehmen. Bei Vorgespannten KGT wird bei hohen Drehzahlen, wie z.B. das Benutzen des Eingangs bei Maschinen, viel Wärme freigesetzt. Die entstandene Wärme beeinflusst das gesamte System. Durch die Wärmeausdehnung längs sich die Spindel und eine genaue Positioniergenauigkeit ist nicht mehr gegeben. Die Präzision der betroffenen Maschinenachse nimmt ab. Unter hoher Belastung erhöht ein Reiben der Kugeln aneinander das zur Bewegung nötige Drehmoment und verursacht Verschleiß. Hohlgebohrte Spindeln, durch die Kühlflüssigkeit fließt, können übermäßige Erwärmung so kompensieren.
 === Verschleißminderung ===
 Die erste Art der Verschleißminderung ist das zuführen einer Kugel, die um wenige [[Mikrometer]] kleiner ist und zwischen zwei normalen Kugel positioniert wird. Diese Kugel übt keinen Druck auf die Gewindeflanken aus und unterliegt nicht den Zwang mitzulaufen. Durch die tragenden Kugeln wird die eingesetzte Kugel entgegen der eigentlichen Drehrichtung bewegt. Dieser Vorgang ist jedoch nur ein Kompromiss, da das entfernen der tragenden Kugeln die axiale Belastbarkeit veringert.
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-Eine weitere, sehr kostspilige Möglichkeit ist das einsetzten von Kugelkäfigen aus Kunststoff. Die Realisierung erfolgt deshalt auch nur bei Hochgeschwindigkeits-Kugelgewindetrieben.
+Eine weitere, sehr kostspielige Möglichkeit ist das einsetzten von Kugelkäfigen aus Kunststoff. Die Realisierung erfolgt deshalt auch nur bei Hochgeschwindigkeits-Kugelgewindetrieben.
 == Herstellung ==
 Üblicher Weise wird die Spindel mit dem Verfahren des Gewindewirbelns hergestellt. Anschließend wird die Spindel gerollt und geschliffen. Zumeist wird die Laufrille gehärtet oder bei schnell drehenden Spindeln sogar beschichtet.
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 Bei modernen, adaptronischen Kugelgewindetrieben variieren zwischen den Muttern eingebaute Aktorelemente die Vorspannung und wirken so der Wärmeentwicklung entgegen und vermindern Schwingungen.<br />
 <br />
-Bei hohen, dynmischen Belastungen dämpfen weiterhin keramische Elemente im Trieb die Stöße und tragen damit zur Positioniergenauigkeit bei.
+Bei hohen, dynamischen Belastungen dämpfen weiterhin keramische Elemente im Trieb die Stöße und tragen damit zur Positioniergenauigkeit bei.
 === Rollengewindetrieb ===
 [[Bild:planetenrollengewindetrieb.jpg|400px|right]]

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 [[Bild:schnittdarstellung_kugelgewindetrieb.jpg|600px|right]]
 __TOC__
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 == Definition ==
-Eine '''''Kugelumlaufspindel''''' oder auch '''''Kugelgewindetrieb (KGT)''''', ist<br />
+Eine '''''Kugelumlaufspindel''''' oder auch '''''Kugelgewindetrieb (KGT)''''' ist<br />
 die Gesamtheit eines Wälzschraubtriebes mit Kugeln als Wälzkörper.<br />
 Er dient zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine Längsbewegung<br />
 oder umgekehrt. <sub>(Definition nach DIN 69051-1)</sub><br /><br />
 == Verwendung ==
-Haupteinsatzgebiete für die '''KGT''' sind Werkzeugmaschien. Sie dienen zur '''genauen Positionierung''' der Werkstückträger bzw. Werkzeugträgern. Die zu bewegenden Teile sind meistens an der Kugelumlaufmutter befestigt und '''zusätzlich über Linearführungen gelagert'''. In sehr vielen Bereichen des Maschinenbaus wurden früher Trapezgewindespindeln eingesetzt, die heutzutage fast schon vollständig von den KGT abgelöst. Zudem werden durch'''bauartbedingte Änderungen''' neue Einsatzgebiete erschlossen, in denen bisher meistens Hydrauliksysteme Verwendung fanden, wie z.B. bei Pressen, Spritzgießmaschinen und Servolenkungen.
+Haupteinsatzgebiete für die '''KGT''' sind Werkzeugmaschien. Sie dienen zur '''genauen Positionierung''' der Werkstückträger bzw. Werkzeugträgern. Die zu bewegenden Teile sind meistens an der Kugelumlaufmutter befestigt und '''zusätzlich über Linearführungen gelagert'''. In sehr vielen Bereichen des Maschinenbaus wurden früher Trapezgewindespindeln eingesetzt, die heutzutage fast schon vollständig von den KGT abgelöst. Zudem werden durch'''bauartbedingte Änderungen''' neue Einsatzgebiete erschlossen, in denen bisher meistens Hydrauliksysteme Verwendung fanden, wie z. B. bei Pressen, Spritzgießmaschinen und Servolenkungen.
 == Aufbau und Funktionsweise ==
 [[Bild:Rotating nut.jpg|250px|left]]
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 Je nach Spindeldurchmesser und Spindelsteigung können KGT dynamische Lasten von wenigen Kilonewton (kN) bis hin zu hunderten kN aufnehmen. Bei Vorgespannten KGT wird bei hohen Drehzahlen, wie z.B. das Benutzen des Eingangs bei Maschinen, viel Wärme freigesetzt. Die entstandene Wärme beeinflusst das gesamte System. Durch die Wärmeausdehnung längs sich die Spindel und eine genaue Positioniergenauigkeit ist nicht mehr gegeben. Die Präzision der betroffenen Maschinenachse nimmt ab. Unter hoher Belastung erhöht ein Reiben der Kugeln aneinander das zur Bewegung nötige Drehmoment und Verursacht verschleiß. Hohlgebohrte Spindeln, durch die Kühlflüssigkeit fließt, können übermäßige Erwärmung so kompensieren.
 === Verschleißminderung ===
-Die erste Art der Verschleißminderung ist das zuführen einer Kugel, die um wenige Mikrometer kleiner ist und zwischen zwei normalen Kugel positioniert wird. Diese Kugel übt keinen Druck auf die Gewindeflanken aus und unterliegt nicht den Zwang mitzulaufen. Durch die tragenden Kugeln wird die eingesetzte Kugel entgegen der eigentlichen Drehrichtung bewegt. Dieser Vorgang ist jedoch nur ein Kompromiss, da das entfernen der tragenden Kugeln die axiale Belastbarkeit veringert.
+Die erste Art der Verschleißminderung ist das zuführen einer Kugel, die um wenige [[Mikrometer]] kleiner ist und zwischen zwei normalen Kugel positioniert wird. Diese Kugel übt keinen Druck auf die Gewindeflanken aus und unterliegt nicht den Zwang mitzulaufen. Durch die tragenden Kugeln wird die eingesetzte Kugel entgegen der eigentlichen Drehrichtung bewegt. Dieser Vorgang ist jedoch nur ein Kompromiss, da das entfernen der tragenden Kugeln die axiale Belastbarkeit veringert.
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 Eine weitere, sehr kostspilige Möglichkeit ist das einsetzten von Kugelkäfigen aus Kunststoff. Die Realisierung erfolgt deshalt auch nur bei Hochgeschwindigkeits-Kugelgewindetrieben.

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−	~~<big>UNDER CONSTRUCTION...</big>~~
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−	~~Fertigstellung zum 05.05.2011 von B. Einwald / Fertigungstechnik; Herr Etzien~~
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	<big><u>'''Kugelumlaufspindel / Kugelgewindetrieb'''</u></big>		<big><u>'''Kugelumlaufspindel / Kugelgewindetrieb'''</u></big>

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	Kugel- und Rollengewindetriebe ihrerseits wiederum sind Komponenten sogenannter Aktoren, die in der Antriebstechnik weit verbreitet sind.		Kugel- und Rollengewindetriebe ihrerseits wiederum sind Komponenten sogenannter Aktoren, die in der Antriebstechnik weit verbreitet sind.
	== Quellen ==		== Quellen ==
		+	* Wikipedia
		+	* Google
		+	* SKF GmbH
		+	* Inkoma Maschinenbau GmbH
		+	* NSK Europe ltd.
		+	* Steinmeyer GmbH & Co.KG
		+	* Paul Horn GmbH
		+	* Buch: Berufsfeld Metall INDUSTRIEMECHANIK; STAM Verlag / 2. Auflage

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 === Spindelgeometrie ===
-Beide Flamken des Gewindes werden von den umlaufenden Kugeln im Idealfall an je einem Punkt (gothische Laufrille) berührt. Dieses geschieht Spielfrei. Sollte trotzdem ein Spiel vorhanden sein, kann dieses nachjustiert werden. <span style="color: red"><small>Erklärung und Vorgehensweise wird im Punkt "Spiel und Vorspannung" näher erläutert!</small></span>
+Beide Flamken des Gewindes werden von den umlaufenden Kugeln im Idealfall an je einem Punkt (gothische Laufrille) berührt. Dieses geschieht Spielfrei. Sollte trotzdem ein Spiel vorhanden sein, [[Bild:Gothischerille.jpg|(1)Gothische Rille|300px|right]] kann dieses nachjustiert werden. <span style="color: red"><small>Erklärung und Vorgehensweise wird im Punkt "Spiel und Vorspannung" näher erläutert!</small></span>
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 Die Steigung der Kugekumlaufspindel wird in mm (Millimeter) angegeben. Die Millimeterangabe bezieht sich auf den Hub der Spindelmutter pro Umdrehung der Spindel. Durch diese Bestimmung werden Berechnungen zur Dimensionierung, z.B. einer Maschinenachse, erleichtert, da ab dem Antriebsmotor in der Regel Drehzahlen und Drehmomente auf den Trieb übermittelt werden. Auch lässt sich so mit Steigung und Drehzahl der Vorschub leicht ermitteln.

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 Je nach Spindeldurchmesser und Spindelsteigung können KGT dynamische Lasten von wenigen Kilonewton (kN) bis hin zu hunderten kN aufnehmen. Bei Vorgespannten KGT wird bei hohen Drehzahlen, wie z.B. das Benutzen des Eingangs bei Maschinen, viel Wärme freigesetzt. Die entstandene Wärme beeinflusst das gesamte System. Durch die Wärmeausdehnung längs sich die Spindel und eine genaue Positioniergenauigkeit ist nicht mehr gegeben. Die Präzision der betroffenen Maschinenachse nimmt ab. Unter hoher Belastung erhöht ein Reiben der Kugeln aneinander das zur Bewegung nötige Drehmoment und Verursacht verschleiß. Hohlgebohrte Spindeln, durch die Kühlflüssigkeit fließt, können übermäßige Erwärmung so kompensieren.
 === Verschleißminderung ===
 == Herstellung ==
 == Weiterentwicklung ==
 === Adaptronischer Kugelgewindetrieb ===
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 Kugel- und Rollengewindetriebe ihrerseits wiederum sind Komponenten sogenannter Aktoren, die in der Antriebstechnik weit verbreitet sind.

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 Maßnormen gibt es bei den KGT nur bei den Anschlussmaßen. Das Standardsortiment reicht von sogenannten Miniaturkugelgewindespindeln, Steigung 1 bis 16 mm und Spindeldurchmesser zwischen 6 bis 20 mm, bis hin zu KGT mit Steigungen von 50 mm und Spindeldurchmessern bis zu 125 mm. Auch bei den Spindellängen werden Variationen von wenigen Zentimetern bis zu mehreren Metern angeboten.
 === Muttergeometrie ===
 === Spiel und Vorspannung ===
 Um das Spiel zwischen Spindel und Mutter auf nur wenige μm zu reduzieren oder gar vollkommen zu eleminieren, stehen verschiedene Möglichkeiten der Vorspannung zur Auswahl, die folgend erläutert werden.
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 | [[Bild:Vorspann2Gewindemuttern.jpg|300px]]
-| '''<big>Doppelmutter</big>'''<br />
+| '''<big>Doppelmutter</big>'''<br /><br />
 Bei der Doppelmutter wird die Vorspannung mit Hilfe eines Vorspannringes eingestellt. Dieser befindet sich zwischen den beiden Hälten.<br />
 <u>Die Vorteile sind:</u>
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 |-
 | [[Bild:VorspannFeder.jpg|300px]]
-| '''<big>Federvorgespannte Doppelmutter</big>'''<br />
+| '''<big>Federvorgespannte Doppelmutter</big>'''<br /><br />
 Fast ausschließlich bei kleinen Kugelgewindetrieben wird die Federvorspannung einsetzt. Zwei Muttern, die in einem Gehäuse verdrehsicher gelagert sind, werden durch ein Federpaket auseinander gedrückt. Durch die Feder ist die Vorspannung unabhänig von Fertigungstoleranzen oder Verschleiß immer gleich.<br />
 <u>Die Vorteile sind:</u>
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 |-
 | [[Bild:VorspannGezieltesEinfüllen.jpg|300px]]
-| '''<big>Einzelmutter</big>'''<br />
+| '''<big>Einzelmutter</big>'''<br /><br />
 Einzelmuttern werden durch Kugelübermaß vorgespannt. Es ergibt sich ein 4-Punkt-Kontakt der Kugeln. Dadurch unterscheidet sich diese Art von Mutter grundsätzlich von allen anderen. Dies beeinflusst verschiedene technische Daten.
 Durch die vier Kontaktpunkte wird auch die Kugelkinematik beeinflusst, so dass<br />
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 | [[Bild:VorspannPitchShift.jpg|300px]]
-| '''<big>Lead-Offset_Mutter (Steigungsversatz)</big>'''<br />
+| '''<big>Lead-Offset-Mutter (Steigungsversatz)</big>'''<br /><br />
 Beim Vorspannen einer Doppelmutter werden die beiden Hälften gegen den Widerstand der Kugeln etwas gegeneinander verdreht. Dadurch entsteht ein Gewinde mit einem "Steigungssprung".<br /><br />
 Genau das ist das Prinzip der Lead-Offset Mutter, nur dass die gesamte Mutter aus einem Stück besteht und der "Sprung" bei der Bearbeitung des Gewindes erzeugt wird. Die Feinabstimmung der Vorspannung erfolgt dann durch Kugelsortierungen, genau wie bei der Einzelmutter.
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 Größere Gewindelänge, die an einem Stück (von einer Seite) bearbeitet werden muss. Besonders das Schleifen des Innengewindes von sehr langen Muttern mit großem Steigungswinkel wird dadurch erschwert oder unmöglich.
 |}
 === Beanspruchung ===
 === Verschleißminderung ===
 == Herstellung ==

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 | [[Bild:Vorspann2Gewindemuttern.jpg|300px]]
 | '''<big>Doppelmutter</big>'''<br />
-Bei der Doppelmutter wird die Vorspannung mit Hilfe eines Vorspannringes eingestellt. Dieser befindet sich zwischen den beiden Hälten.
+Bei der Doppelmutter wird die Vorspannung mit Hilfe eines Vorspannringes eingestellt. Dieser befindet sich zwischen den beiden Hälten.<br />
 <u>Die Vorteile sind:</u>
 <br />
@@ Zeile 55: / Zeile 55: @@
 * Leichte, stufenlose Einstellbarkeit der Vorspannung ohne Kugelwechsel
 <br /><br />
-<u>Gegen die Doppelmutter sprechen:</u>
+<u>Die Nachteile sind:</u>
 <br />
 * Längere Bauform gegenüber der Einzelmutter, höhere Kosten
@@ Zeile 62: / Zeile 62: @@
 | [[Bild:VorspannFeder.jpg|300px]]
 | '''<big>Federvorgespannte Doppelmutter</big>'''<br />
 <u>Die Vorteile sind:</u>
 * Fertigungstoleranzen wirken sich nicht auf die Vorspannung und damit auf das Reibmoment aus
@@ Zeile 67: / Zeile 68: @@
 <br /><br />
 <u>Die Nachteile sind:</u>
 * Die Doppelmutter ist größer und aufwändiger
 * Durch die gleitend im Gehäuse gelagerte Mutter wird die Koaxialität von Spindel und Mutter beeinträchtigt. Die Ausrichtung ist daher schwerer.
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 |-
 | [[Bild:VorspannGezieltesEinfüllen.jpg|300px]]
-| Feld 2-3
+| '''<big>Einzelmutter</big>'''<br />
 |-
 | [[Bild:VorspannPitchShift.jpg|300px]]
-| Feld 2-4
+| '''<big>Lead-Offset_Mutter (Steigungsversatz)</big>'''<br />
 |}