Z-Achse mit Trapezgewindespindel - Selbsthemmung!?

Moinmoin,

ich möchte jetzt mal ein Problem angehen, das mich schon seit Beginn meiner Druck-"Karriere" nervt. Ich habe einen i3-Klon, bei dem ich den Z-Achsen-Vorschub, ursprünglich metrische M5-Gewindestangen, auf T8 Trapezgewindespindeln umgebaut habe. Z-Wobble so gut wie beseitigt, erster Erfolg. Aber jetzt kommt das Problem.
Es handelt sich bei meinen Gewindespindeln (und soweit ich das auf den Bildern sehen konnte bei nahezu allen, die man so auf Anhieb im Netz findet) um viergängige Spindeln mit zwar nur 2 mm Abstand zwischen den Gängen, aber somit einer Steigung von (da vier Gänge) 8 mm pro Umdrehung. Die Spindeln sind nicht mehr selbsthemmend, und sobald die Motoren aus sind, können die Spindeln frei drehen. Das sorgt dafür, dass ich jedes Mal beim Einschalten des Druckers überprüfen muss, ob der X-Schlitten noch waagerecht hängt oder auf einer Seite abgesackt ist. Der Messschieber liegt zwar mittlerweile standardmäßig neben dem Drucker, aber nerven tuts trotzdem.

Die Frage ist, wie behebe ich dieses Problem?

Das schönste wäre eigentlich, beide Z-Motoren auf getrennte Treiber zu legen, einen zweiten Endstop einzubauen und sie sich automatisch ausrichten zu lassen. Dafür fehlt aber 1) meinem Board ein Treiber inklusive Steckplatz (es sei denn ich zweckentfremde den Slot für den zweiten Extruder, aber da kommt dann Punkt 3 ins Spiel), 2) ein zweiter Endstop (das kleinste Problem), 3) mir das elektronische und programmiererische Wissen, die Firmware so umzubauen dass sie den Umbau akzeptiert und so umsetzt, wie ich mir das vorstelle und 4) eigentlich auch der Nerv, so viel Zeit und Nerven in den Billigdrucker zu stecken (der Trend geht ja eh zum Zweitdrucker, und irgendwann in mittlerer Zukunft kann ich mir hoffentlich auch einen besseren leisten).

Möglichkeit 2 wäre, die Z-Achsen über einen Riemen zu koppeln. Ich habe die Spindeln zum Glück etwas zu lang bestellt, so dass sie oben aus dem Drucker überstehen und ich problemlos Riemenscheiben montieren kann. Allerdings habe ich da das Problem, dass auf exakt dieser Höhe das Display am Rahmen sitzt. Ich müsste also beide Riemen"seiten" (wie nennt man das fachsprachlich?) nach hinten wegführen, was einen relativ hohen Aufwand, auch in Bezug auf Konstruktion und Beschaffung von Halterungen, Scheiben, Kugellagern, die korrekte Bemaßung und Vorspannung des Riemens etc. bedeutet. Zudem muss der Riemen ja eine gewisse Spannung aufweisen, was wiederum "Schlagseite" in den Gewindespindeln bedeuten würde (sie sind oben momentan frei beweglich).

Als dritte Möglichkeit gäbe es die Variante von Fridi, dem Ganzen ein Kegelradgetriebe zu gönnen. Allerdings auch da wieder: es ist ein relativ großer Aufwand, alle Teile zu besorgen oder zu fertigen, und ohne weitere Umlenkungen wäre die Verbindungswelle auch wieder genau vor dem Display.

Mehr Ideen habe ich bisher nicht. Was mich eigentlich am meisten daran irritiert ist jedoch, dass durchaus die meisten ähnliche Trapezgewindespindeln verwenden wie ich, aber kaum jemand diese Probleme zu haben scheint, sonst würde man mehr darüber lesen. Habe ich einfach nur eine außergewöhnlich gleitfreudige Spindel-Mutter-Kombination, rutscht das bei euch nicht durch? Soll ich ein bisschen Sand auf die Spindeln kippen, damit sie etwas schwerer gehen (keine ernst gemeinte Frage, keine Sorge...)? Oder wie habt ihr das Problem gelöst? Ich bin wirklich etwas ratlos, was das angeht...

/edit: eine Idee kam mir gerade noch: ich habe bisher keine Anti-Backlash-Muttern verbaut, da das in der Z-Achse die Gravitation übernimmt. Wie viel Druck bauen diese Teile auf? Könnte das mein Problem schon beseitigen? Ich meine, wenn man den Drucker z.B. rumträgt und er gröberen Erschütterungen ausgesetzt ist, hilft das wahrscheinlich nicht viel, aber das passiert selten. Würden diese Muttern für den normalen Betrieb schon reichen?

2-mal bearbeitet. Zuletzt am 21.02.19 06:26.

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Steilgewindespindeln ist der größte Unsinn, der vermehrt in Mode gekommen ist.

Es gibt auch eine vierte Möglichkeit:



Siehe auch hier: [reprap.org]

Gruß Michael

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wersy
Steilgewindespindeln ist der größte Unsinn, der vermehrt in Mode gekommen ist.

Es gibt auch eine vierte Möglichkeit:

[Bild]

Siehe auch hier: [reprap.org]

Gruß Michael

Hallo Michael,

was genau willst du mir mit dem Bild sagen? Die Wellenkupplungen sind nicht mein Problem. Auch möchte ich nicht auf metrisches Schraubgewinde zurückwechseln, da diese nicht zum dynamischen Lasttragen geeignet sind. Und selbst wenn die Lasten relativ klein sind - das geht mir gegen die Berufsehre. Am liebsten wäre mir entweder eine günstige und effiziente Art, die beiden Z-Spindeln zu synchronisieren, oder (dann leider schon wieder etwas teurer) ein Link zu einer ein- oder zweigängigen Spindel mit entsprechend flacherer Steigung. Ich gebe dir vollkommen Recht, die steilen Gewinde sind ziemlich ungünstig, sowohl wegen der (fehlenden) Selbsthemmung als auch wegen der verringerten Präzision.

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Heyo,

such Dir doch eine Spindel mit TR 8x1.5 oder TR 8x2 (eingängig).
Die gibt's im Asiatischen Raum wie Sand am Meer, ggf. muss nur der Zapfen geändert oder angearbeitet werden.

Gruß
Julien

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Wer rasiert mit mir KingKong? Der wichtigste Guide - Triffid Hunter's Calibration Guide

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firefrog

Hallo Michael,
was genau willst du mir mit dem Bild sagen?

In dem verlinkten Beitrag habe ich recht ausführlich über das Problem der Steilgewinde berichtet.

Als gelernter Feinmechaniker standen mir nicht selten die Haare zu Berge, wenn ich gesehen habe, was bei Druckern alles verwendet wird. Entscheident ist aber ein gutes und präzises Druckergebnis, da muss man manchmal etwas umdenken.

Seit Anbeginn funktionieren alle Drucker mit einem Z-Enschalter, da braucht nichs synchronisiert werden.
Schmeiß das Steilgewinde raus und und gut ist

Gruß Michael

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ZipZap
Heyo,

such Dir doch eine Spindel mit TR 8x1.5 oder TR 8x2 (eingängig).
Die gibt's im Asiatischen Raum wie Sand am Meer, ggf. muss nur der Zapfen geändert oder angearbeitet werden.

Gruß
Julien

Wie gesagt, alle die ich mir bis dato angeschaut habe, waren (zumindest auf den jeweiligen Produktfotos, wenn nichts in der Beschreibung stand) ausschließlich viergängig zudem bin ich bei einer Bestellung aus dem Ausland wieder 20-40€ los und weiß nicht, was für krumme Teile ich in vier Wochen im Briefkasten habe. Daher würde ich eigentlich erstmal gerne versuchen, die Spindeln, die ich schon habe, am fröhlichen Durchdrehen zu hindern, und wollte deshalb hier nach Ideen gefragt haben

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Dann fällt mir nur spontan Dold-Mechatronik aus DE ein.
Dort bekommst Du die Sachen teils einbaufertig. Sollte mal etwas unpassend oder falsch sein, ist der Herr sehr umgänglich und kundenorientiert.

Gruß
Julien

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Ich hatte überlesen, dass du vorher M5 Spindeln hattest. Deswegen habe ich die Selbsthemmung angesprochen.

Zwischen den Zeilen lese ich, dass du vorher Z-Wobble hattest.
M5 Gewindestangen sind so flexibel, dass sie eigentlich kein Z-Wobble verursachen können. Die müssten schon sehr krumm, und die Kupplung starr bzw. exzentrisch sein, dass sie eine horizontale Kraft am X-End ausüben könnten.
Ausreichend gerade Gewindestangen findet man in jedem Baumarkt. Ich bevorzuge Edelstahl, die sind meist gerader.

Hatte sich denn Z-Wobble im Druck bemerkbar gemacht, oder haben die Spindeln lediglich geeiert?

Gruß Michael

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@Julien: danke, den kannte ich noch nicht. Ich werde mir mal anschauen was er so im Programm hat. Allerdings auch da leider das Problem, das ich finanziell momentan ein bisschen eingeschränkt bin... Maßfertigungen kosten leider für gewöhnlich gerne mal ein bisschen mehr. Aber gucken kostet nix...

@Michael: bevor ich die Gewindestangen ausgetauscht habe, waren meine Drucke welliger als Riffelchips die Stangen waren krumm wie nix gutes, die Kupplungen exzentrisch. Ich habe versucht die Stangen geradezubiegen und habe die Kupplungen durch symmetrische ersetzt, das Problem damit aber jeweils nur verringert, nicht gelöst. Seit ich die Trapezspindeln eingebaut habe, passt (zumindest an dieser Front) alles.

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Versteh mich bitte nicht falsch, aber schöne Dinge kosten halt Geld.
Qualitativ sehr gute und gleichzeitig extrem günstige Teile gibt es im Segment der Bewegungselemente (Antriebe, Führungen, etc.) nicht wirklich.

Einen Tod wirst Du also sterben müssen
Guck Dir aber trotzdem mal Michis Thread zu dem Thema an, ist eigentlich interessanter Lestestoff aus dem Forum. Sobald du Wobble bekommst, ist dein Z-System derart aus der Flucht, dass es die Achse auch wegzieht. Darum: Erstmal Spindel und Führung in eine Flucht bekommen, dann sind auch mit M5 und Konsorten durchaus gute Ergebnisse zu erzielen.

Aber:
Ich habe auch TR8x8 verbaut und keinerlei Probleme mit unterschiedlichen Höhen der Seiten. Wenn sich die Seiten wirklich superextraeinfach in der Höhe verändern lassen, hast Du möglicherweise auch ein komplett verspanntes Z-System. Heißt: Die X-Achse sitzt schief und wird von den Spindel nahezu gerade gezogen. Durch die Vorspannung reicht dann ein leichter Schubs und die Seite ist verstellt. Guck dir mal diese Thread an und lies ihn wirklich komplett. Darin wird schön gezeigt, was ein in sich verspanntes Z-System alles für Probleme machen kann.

Gruß
Julien

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Ja, das mit den Spindeln ist wirklich eine Wissenschaft für sich. In meinem kleinen Prusa habe ich M5 stehend auf den Motoren ohne obere Lagerung. Bei meinem großen Drucker habe ich TR8/2 hängend ohne untere Lagerung. Z Wobbeln ist bei mir nicht das Problem. Demnächst werde ich Kugelumlaufspindeln 12/4 in den großen hängend einbauen. Ich erwarte da auch keine Probleme. Wenn man den Antrieb nur auf einer Seite lagert, hat man keine Probleme. Die kommen, wenn wir Hobbyisten mit unseren schlechten Möglichkeiten eine hoch präzise Lagerung her stellen wollen. Dafür müssen wir dann zu den teuren Komponenten auch noch teure Messmittel einsetzen.

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Liebe Grüße aus Kaltenkirchen.
Frithjof
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@Julien: das ist mir schon klar, und ich rechne auch nicht damit, dass ich die eierlegende Wollmilchsau für 3,50€ inklusive Versand bekomme. Das Problem ist nur, dass ich mir *momentan* keine neuen Führungen (qualitativ hochwertig vom deutschen Fachbetrieb) leisten kann. Die Zeit wird zwar wieder kommen, ist aber gerade nicht da. Deshalb möchte ich auch nur ungern Geld in ungewisse fernöstliche Führungen stecken, die dann unter Umständen nicht besser oder gar schlechter sind als meine bisherigen. Wenn der Rubel wieder rollt, bin ich solchen Experimenten aber nie abgeneigt - sonst hätte ich in erster Linie nie einen China-Drucker gekauft deswegen aber eben die Frage, ob ich mit dem Material, das ich bisher habe, entweder durch zusätzliche Druckteile (beispielsweise ein Synchrongetriebe à la Fridi, auch wenn das mit gekauften Zahnrädern natürlich deutlich länger hält als mit selbstgedruckten) oder mit geringem Kostenaufwand (beispielsweise Anti-Backlash-Muttern für mehr Druck auf das Gewinde im Stillstand), eine Verbesserung erreichen kann.

Michaels Thread hatte ich zum Teil gelesen, aber ich fuchse mich mal noch weiter rein. Wo ich mich wieder weiter mit der Materie beschäftige fallen mir auch weitere Punkte an der ganzen Sache auf, die mir so eigentlich nicht gefallen (unter anderem die Konstruktion der Z-Schlitten und die Lagerung der X-Achsen) - aber ein Thema nach dem anderen...

Deiner letzten Theorie mit der verspannten X-Achse kann ich nicht so recht folgen, kannst du die nochmal erläutern? Allerdings habe ich gerade mal einen kurzen Test gemacht: ich habe (bei ausgeschalteten Motoren natürlich) jeweils auf einer Seite des X-Schlittens gedrückt und geschaut, wie leicht dieser nach unten rutscht. Das Messsystem Finger ist natürlich nicht geeicht, aber ich würde sagen, dass die benötigte Kraft ziemlich identisch war. Das spricht meiner Erfahrung nach eher gegen ein stark verspanntes System, sondern schlicht und ergreifend einfach dafür, dass es zu leichtgängig ist.
Da Fridi direkt nach dir schrieb, dass er es nicht hat: hast du die oberen Enden der Gewindespindeln gelagert, oder dürfen diese frei schwingen? Einfach mal so interessehalber


@Fridi: Kugelumlaufspindeln sind natürlich etwas feines... benötigen allerdings (gerade bei beengten Platzverhältnissen in kleinen Chinadruckern, die nicht darauf ausgelegt sind) deutlich mehr Platz als normale Gewindestangen oder -spindeln. Und schaffen auch mehr Platz im Geldbeutel als selbige sofern ich langfristig tiefer in die Druck-Materie einsteige und mir irgendwann mal einen größeren Drucker selber aufsetze, werde ich aber auch über Kugelumlaufspindeln nachdenken Aber wie gesagt: Wobble ist bei mir auch kein Problem, einzig, dass die Z-Spindeln sich unterschiedlich verstellen, wenn die Motoren aus sind.

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Moin,
also die günstigste und schnellste und billigste Möglichkeit ist denke ich beide seiten von etwas Gewicht zu entlasten. An beiden seiten eine Schnur dran oben umlenken und an der anderen Seite 2 Gegengewichte. Anschließend warten bis sich dein Geldbeutel so weit gefüllt hat, das eine hübschere Lösung möglich ist.

Ein verspanntes System kannst du recht einfach feststellen. Das erste Indiz dafür ist schon mal das immer die gleiche Seite runter hängt. Du kannst auch mal versuchen die Schrauben an den Muttern lösen und testen ob sich eine Seite dabei schon leicht abhebt oder sich ungewöhnlich leicht hochdrücken lässt. Beachte dabei aber, das auf einer Seite der Motor (=Gewicht) von der X Achse befindet.

Um ein schnelleres und leichteres Ausrichten der X Achse zu machen kannst du dir auch 2 Gleich lange Justierblöcke unter die enden der Achse stellen und langsam runter fahren bis es auf beiden Seiten zu Schrittverlusten gekommen ist. Wieder ein stück hoch Blöcke raus und neu Homen. Fertig

Gruß Micha

Moin Micha,

ich finde beide Ideen super, danke dir! Vorallem auf die Justierblöcke hätte ich echt mal selbst kommen können. Die Welt könnte so einfach sein

Die Seiten hängen beide mal runter. Ich habe allerdings noch keine Strichliste geführt wie gesagt, ich gehe nicht davon aus dass das System verspannt ist. Abheben tut sich da auch nix, es lassen sich auch beide Seiten manuell etwa gleich leicht drehen bzw (wie oben geschrieben) runterdrücken.

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Die Idee stammt aus meinen ersten Anfängen mit dem 3D Druck.
Der Drucker, wenn ich ihn so nennen darf, bestand einfach nur aus Ausgeschlachteten DVD Laufwerken. Die Schrittmotörchen waren für die Z Achse natürlich viel zu schwach. Die Gewichte kann man auf dem Foto leider nicht sehen, weil sie in dem hochkant gestellten Laufwerken eingebaut sind.

Ja er hat tatsächlich gedruckt.

Gruß Micha

Hi,

das Problem mit der 8er Steigung hatte ich auch, bei 4mm Steigung ist das Problem gelöst.

Die TR8 China Spindeln gibt es auch mit 4 + 2 mm Steigung.

Gruss
Peppi

Quote
LundM
Hi,

das Problem mit der 8er Steigung hatte ich auch, bei 4mm Steigung ist das Problem gelöst.

Die TR8 China Spindeln gibt es auch mit 4 + 2 mm Steigung.

Gruss
Peppi

Moin Peppi,

Wo hast du die Spindeln denn bestellt? Das würde ich mir dann nochmal anschauen...

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Servus,

schießt ihr hier nicht mit Kanonen auf Spatzen? Der I3 ist konstruktionsbedingt statisch überbestimmt!
Ich hatte am Anfang mit meinem I3 auch extreme Probleme. Erste Abhilfe waren gerade Gewindestangen. War schon mal besser.
Danach Entkopplung der X-Achse. Damit hatte sich das Problem komplett erledigt!

Kugelumlaufspindeln oder Trapezgewinde für die Z-Achse? Für was denn? Das benötigt man doch nur für Wiederholgenauigkeit also zum eliminieren des Umkehrspiels. Das haben wir doch nicht! Die Z-Achse fährt immer nur in eine Richtung. Den Rest erledigt die Schwerkraft.
Dynamisches Lasttragen? Was ist denn an der Z-Achse dynamisch?

Gruß,
Daniel

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Prusa i3 Clone (Geeetech Alu Version) mit Marlin Firmware
Simplify3D

Quote
Vespacracker
Danach Entkopplung der X-Achse. Damit hatte sich das Problem komplett erledigt!

Kugelumlaufspindeln oder Trapezgewinde für die Z-Achse? Für was denn? Das benötigt man doch nur für Wiederholgenauigkeit also zum eliminieren des Umkehrspiels. Das haben wir doch nicht! Die Z-Achse fährt immer nur in eine Richtung. Den Rest erledigt die Schwerkraft.
Dynamisches Lasttragen? Was ist denn an der Z-Achse dynamisch?

Gruß,
Daniel

Moin Daniel,

Was genau meinst du mit der Entkopplung der X-Achse? Mit den klassischen Z-Wobble-Brackets, oder entkoppelst du noch weitergehend?


Bzgl. der Kugelumlaufspindeln: ich sprach dabei nie von der Z-Achse, und zudem von "wenn ich mir mal einen größeren Drucker baue". Da dann ein KGT für X und Y kann (kann!) schon durchaus seine Berechtigung haben. Und selbst wenn nicht, ist es einfach Ingenieurs-Porn
Die Trapezgewindespindel dagegen hat absolut ihre Daseinsberechtigung, da die normalen Gewindestangen mit Spitzgewinde nicht zum Verfahren von Lasten ausgelegt sind. Punkt. Mag sein dass es (mit ein bisschen Glück beim Griff ins Regal im Baumarkt) funktioniert, und auch dass es trotz höheren Verschleißes lange funktioniert - aber nenn es meinetwegen Berufsstarrköpfigkeit, Spitzgewinde kommen mir als Antrieb in keine Maschine.

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Servus,

sorry für die späte Antwort...
Ja, ich meinte die klassischen Z-Wobble-Brackets.

Nun ja, im Titel und im Ausgangsbeitrag geht es um die Z-Achse. Kann sein, dass ich unterwegs was überlesen habe.
Für X und Y würde ich auch niemals Spitzgewinde verwenden! Bin ja auch vom Fach, nur nicht ganz so Berufsstarrköpfig ...

Gruß,
Daniel

Quote
firefrog
.....da die normalen Gewindestangen mit Spitzgewinde nicht zum Verfahren von Lasten ausgelegt sind. Punkt.

Lasten?
Meinst du die paar g/mm2

Seit Anbeginn wurden M-Gewinde verbaut, doch seit Einführung der Trapezspindeln wurden die Drucke weder besser noch genauer...

Gruß Michael

Und ja, vor 7 Jahren hätte ich dazu auch kein M5 genommen - und Schlauchkupplungen auf gar keinen Fall!

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 12.03.19 14:10.

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Hallo, Ich verwende zur Zeit auch noch die 4 gängigen T8 Spindeln für die Z Achse. Hab damit auch das Problem mit der fehlenden selbsthemmung wenn die Motoren aus gehen. Ich hab mir aber nach einigen suchen in China die eingängigen T8 besorgt und dazu diese anti Backslasch Muttern auch. Ich habe einen Eigenbau CoreXY mit einem Bauraum von 300 x 300 x 200mm. Ich habe zwei Z Motoren verbaut die jeweils eigene treiber haben.
Für das Problem mit dem Wobbeln kann man auch versuchen die M5er Gewindestangen gegen M8 auszutauschen und vor allem die Flucht verbessern. Ein Lager am oberen Ende der gewindestange hilft da auch schon eine Menge.

MfG Fritz

Quote
kleinfritzchen
Hallo, Ich verwende zur Zeit auch noch die 4 gängigen T8 Spindeln für die Z Achse. Hab damit auch das Problem mit der fehlenden selbsthemmung wenn die Motoren aus gehen. Ich hab mir aber nach einigen suchen in China die eingängigen T8 besorgt und dazu diese anti Backslasch Muttern auch. Ich habe einen Eigenbau CoreXY mit einem Bauraum von 300 x 300 x 200mm. Ich habe zwei Z Motoren verbaut die jeweils eigene treiber haben.
Für das Problem mit dem Wobbeln kann man auch versuchen die M5er Gewindestangen gegen M8 auszutauschen und vor allem die Flucht verbessern. Ein Lager am oberen Ende der gewindestange hilft da auch schon eine Menge.

MfG Fritz

Die M8 gegen eine M5 macht mehr Sinn. Bei einer einfachen T8 benötigt man kein e Backslasch Muttern. Das lagern der Gewindestange gegenüber dem Motor erzeugt erst das Wobbeln.

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Liebe Grüße aus Kaltenkirchen.
Frithjof
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Hallöchen,

ich habe auch so ziemlich das gleiche Problem. Meine Z-Achse ist einfach zu schwer für meine T8*4 Spindeln.
Also Lösung hatte ich nun Gegengewichte ausprobiert. Doch dies hat leider nicht gut funktioniert.
Nun bin ich auch auf der suche nach anderen Spindeln.

@Fritz: Kannst du uns verraten wo du deine Spindeln gekauft hast? Wäre echt hilfreich, weil bei dem zeug aus China weiß man nie ob die auch wirklich was taugen.

Gibt es eigentlich irgendeine Formel mit der ich berechnen kann, welche Steigung die Spindel maximal haben darf, damit ich noch eine vernünftige Selbsthemmung bekommen? Möchte gerne vermeiden neue Spindeln zu kaufen und dann das selbe Problem zu haben.
Recht günstige und qualitativ wahrscheinlich gute Spindeln, mit einer Steigung von 2mm pro Umdrehung hätte ich nämlich gefunden. Weiß aber nicht ob zwei davon meine Z-Achse mit ca 5kg halten oder nicht.

MfG
Daniel

Hallo Daniel,

Metrische Gewinde sind Befestigungsgewinde mit hoher Selbsthemmung. Du kannst also jedes metrische Gewinde nehmen.
M8 hat 1,25 mm Steigung
Trapez TR8 x 1,5 nur unwesentlich mehr.
Trapez TR8 x 2,0 ist auch noch gut.

Gruß Michael

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