Eichenberger: Gerollte Gewindestangen fürs Weltall

Raumfahrt profitiert von Schweizer Gewindetechnik

| Redakteur: Konrad Mücke

Effizienter Transporter: Der geplante Raumgleiter Dream Chaser.
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Effizienter Transporter: Der geplante Raumgleiter Dream Chaser. (Bild: https://en.wikipedia.org/wiki/International_Berthing_and_Docking_Mechanism)

Zum Andocken an die Raumstation ISS hat der Schweizer Gewindespezialist Eichenberger hochfeste Kugelgewindetriebe verwirklicht. Sie arbeiten zuverlässig und problemlos in den widrigen Umgebungsbedingungen im Weltall.

Zahlreiche Industriebranchen nutzen Kugelgewindetriebe (KGT) speziell beim Automatisieren als hochwertige Antriebselemente für lineare Bewegungen. Dabei sind unterschiedliche Bedingungen zu erfüllen. Das betrifft unter anderem hohe Stell- und Positioniergenauigkeiten, bei hohen Frequenzen oszillierende Bewegungen in Verbindung mit kurzen Stellwegen, hochdynamische Stellbewegungen über lange Zeiträume oder grosse Lasten bei minimaler Baugrösse. Dies alles sollen die Antriebselemente bei minimalem Wartungsaufwand über lange Zeiträume realisieren. Insbesondere Kugelgewindetriebe mit kaltgerollten Gewindestangen erfüllen diese Forderungen. Sie arbeiten zudem bei hohem Wirkungsgrad und somit sehr energieeffizient.

Personen und Lasten zur ISS transportieren

Derzeit entwickeln weltweit eine Vielzahl auf Raumfahrt spezialisierte Unternehmen einen Raumgleiter. Dieser «Dream Chaser» soll als wiederholt verwendbares Raumfahrzeug künftig für kostengünstige Flüge zur erdnahen Raumstation ISS sorgen. Benötigt wird dafür unter anderem eine Funktionseinheit, die den Raumgleiter zuverlässig an die Raumstation ankoppelt. Nach weitreichenden technischen Untersuchungen entschieden sich die Verantwortlichen für Kugelgewindetriebe Carry des Schweizer Herstellers Eichenberger. In die Dockingeinheit werden drei korrosionsbeständige Kugelgewindetriebe mit Endkappen-Kugelrückführung der Variante Carry KGE 16 x 16 eingebaut.

Weltraumtauglich

Beim Einsatz im Weltall in Verbindung mit dem Space Shuttle gilt Zuverlässigkeit als entscheidendes Kriterium für die Komponenten. Insbesondere die Antriebselemente müssen robust und fähig sein, den äusserst extremen Bedingungen zu widerstehen. Dies betrifft beispielsweise den Start der Rakete mit extremen Beschleunigungen und starken Vibrationen. Im Hochvakuum des Weltalls verdampfen sämtliche Flüssigkeiten, unter anderem Schmierstoffe für Antriebselemente. Deshalb müssen diese ohne eine Schmierung über lange Zeiträume sicher funktionieren. Das muss zudem bei extremen Temperaturen zwischen –50° C und +90° C gelingen. Zusätzlich belasten ultraviolettes Licht, Röntgenstrahlen, Teilchen mit hoher Energieladung und atmosphärische Atome die Bauteile und die Werkstoffe. Diese neigen wesentlich stärker zu Korrosion als unter «irdischen» Bedingungen. Die Kugelgewindetriebe von Eichenberger bewältigen dies mit ihren kaltgerollten Gewindetrieben, die zudem speziell wärmebehandelt und beschichtet sind. Dazu trägt auch der spezielle Kunststoff der Kugelrückführung bei.

Kaltes Walzen erzeugt sehr genaue Gewindegeometrien und hohe Oberflächengüte. Dabei werden die Längsfasern des Werkstoffs, anders als beim Schleifen, Fräsen oder Drehen, nicht unterbrochen, sondern umgelenkt. Es entsteht eine komprimierte, glatt rollierte, druckfeste Oberfläche. Das sorgt für eine lange Lebensdauer der Spindel. Vorteilhaft ist die niedrige Rauheit Rz etwa 1,0 der Gewindeflanken. Das verringert den Rollreibungskoeffizienten in Kombination mit Stahlkugeln auf etwa 0,0013. Das ist deutlich weniger als der Reibungskoeffizient von 0,1 bis 0,05 einer geschmierten Gleitreibung von Stahl auf Stahl. Die hervorragenden Gleiteigenschaften des kaltgerollten Kugelgewindetriebs sorgen für minimalen Abrieb. Zudem vermeiden sie, dass sich Schmutz ablagert. Zudem arbeiten die Kugelgewindetriebe besonders leise.

Korrosionsfest dank Hartschicht

Besonders hart und korrosionsfest werden die Gewindestangen aufgrund der Wärmebehandlung unter Stickstoffatmosphäre. Die damit verwirklichte Hard-Inox®-P-Schicht optimiert das Randgefüge. So haben die Gewindeflanken unter anderem bis 1 mm tief zwischen 550 und 750 HV Vickershärte. Das trägt wesentlich zu Verschleissbeständigkeit und langer Lebensdauer bei. Die Aufstickung schützt zudem auch korrosionsfeste Stahllegierungen zusätzlich gegen Oberflächenkorrosion. -kmu- SMM

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