Im All angedockt

Gewindetriebe – Drei Kugelgewindetriebe von Eichenberger meistern das Andocken an die ISS im Orbit. Mit dieser Anwendung will der Schweizer Gewindespezialist einmal mehr bestätigen, dass er Kundenwünsche und Leistungsanforderungen mit Lösungen verbindet.

19. März 2019
Im All angedockt
Der Dream Chaser soll Crewmitglieder zur ISS fliegen und zurück. (Bild: ESA/SNC)

von Ursula Schädeli, Marketing Eichenberger Gewinde AG, Burg

Konstrukteure stehen regelmäßig vor der Aufgabe, für lineare Bewegungen die jeweils passende Antriebstechnik festzulegen. Oft sind hohe Zustellgenauigkeiten und oszillierende, hochfrequente Bewegungen bei kleinsten Hüben oder hoher Dynamik im Dauereinsatz zu bewältigen. Sicherheit und Zuverlässigkeit stehen im Mittelpunkt. Häufig stellt geringer Bauraum bei großer Belastung eine Herausforderung dar, genauso wie Wartung, Lebensdauer und Kosten. Die Anforderungen an mechanische Antriebselemente und die Ansprüche in den jeweiligen Anwendungsfeldern steigen in gleicher Weise.

Kugelgewindetriebe (KGT) gehören in vielen Branchen zu den am häufigsten genutzten Antriebssystemen. Die Vorteile dieser Antriebssysteme liegen in ihrem hohen Wirkungsgrad und ihrer Energieeffizienz. Einer der führenden Anbieter in diesem Bereich ist Eichenberger aus der Schweiz. Deren Spindeltechnologie Gewinderollen – also die Kaltumformung der Mantelfläche runder Teile – soll hohe Tragfähigkeit und Kraftdichte mit großer Dynamik und Präzision bei maximaler Laufleistung vereinen.

Bei Eichenberger steht der Kunde immer im Fokus. Die Schlüsselwörter sind aktiv zuhören und nachfragen, beraten, entwerfen, bauen, testen, optimieren, produzieren. Nur durch den gezielten Austausch von Informationen und Ideen können Bedürfnisse in vollem Umfang verstanden und umgesetzt werden. So passt der Gewindeprofi die Produkte und seine Wertschöpfungskette dem stetig steigenden internationalen Wandel an. Der Gewindespezialist lebt vorausschauendes Agieren statt Reagieren als Bestandteil seiner Firmenkultur.

Seine maßgeschneiderten Kugelgewindetriebe sind überall im Einsatz, von der Medizin-, Elektro- und Fahrzeugtechnik über Automatisierung bis hin zur Luft- oder sogar der Raumfahrt.

Im Weltraum unterwegs

In der Raumfahrt spielt auch eine der Erfolgsgeschichten von Eichenberger: Seit 2015 arbeitet das Unternehmen mit dem führenden Anbieter von Produkten für die Raumfahrtindustrie auf der ganzen Welt zusammen. Ziel ist, ab 2020 Ankopplungen während eines Weltraum-Rendezvous zwischen der ISS und dem neuartigen, wiederverwendbaren Raumgleiter »Dream Chaser« durchzuführen.

Herzstück der zu »300 Prozent sicheren und funktionsfähigen« Dockingeinheit sind drei starke, korrosionsbeständige Kugelgewindetriebe mit Endkappen-Kugelrückführung vom Typ Carry KGE, Baugröße 16 x 16. Beim Space-Shuttle-Service gilt dabei Zuverlässigkeit als oberstes Gebot. Die Robustheit und Belastbarkeit in der schroffen, unwirtlichen Orbit-Umgebung spielt eine wesentliche Rolle. In gleicher Weise ist minutiöse Genauigkeit entscheidend.

Auf der Spitze der Trägerrakete Atlas V startet das neue Raumfahrzeug in die erdnahe Umlaufbahn. Es fliegt mit oder ohne Crew und kann auf jedem normalen Flughafen landen. Bis zu sieben Astronauten haben in dem Raumgleiter Platz. Der Dream Chaser könnte beispielsweise als Forschungsplattform dienen, zum aktiven Entfernen von Weltraumschrott aus der Umlaufbahn genutzt werden oder Personen oder Fracht ins All transportieren.

Bevorzugtes Ziel hierbei ist die bewohnte internationale Weltraumstation ISS. Manchmal kann man sie von der Erde aus sehen, sie leuchtet wie ein heller Stern und ist größer als ein Fußballfeld. Das in einer Höhe von 400 Kilometern fliegende Labor braucht bei 28.800 Stundenkilometern in der Schwerelosigkeit nur 92 Minuten, um die Erde einmal zu umrunden. Astronauten, die auf der Station leben und arbeiten, erleben somit jeden Tag 16 Sonnenauf- und -untergänge.

Die erste große Hürde nach dem strapaziösen Raketenstart mit extremer Beschleunigung und Vibration bringt das Vakuum mit sich. Es beeinflusst alles, was flüssig ist oder verdampfen kann. Darunter fallen auch Schmiermittel. Fette, die auf der Erde fest sind, verdampfen im Vakuum, weshalb bewegliche Teile trotz einer hohen geforderten Lebensdauer ohne Schmierung auskommen müssen.

Mal heiß, mal eisig kalt

Eine weitere Herausforderung stellen die Temperaturextreme dar. Die Temperatur der Bauteile in einer Erdumlaufbahn hängt von dem Material ab, das bestrahlt wird. Bei der Dockingstation gehen Experten von –50 bis 90 Grad Celsius aus. Außerdem belasten ultraviolettes Licht, Röntgenstrahlen, Teilchen mit hoher Energieladung und atmosphärische Atome das Material, das so anfälliger für Korrosion wird. Dank der außergewöhnlichen Leistungsmerkmale des eingesetzten Werkstoffs im Kugelgewindetrieb Carry und des integrierten Hochleistungskunststoffs in der Kugelrückführung widerstehen die Bauteile der aggressiven Umwelt im Weltall funktionssicher, korrosions- und verschleißfrei.

Denn durch das Gewinderollen im Kaltrollverfahren entstehen sehr genaue Geometrien von hoher Oberflächengüte. Beim Gewindewalzen werden die Längsfasern des Materials, anders als beim Schleifen, Fräsen oder Drehen, nicht zerschnitten, sondern umgelenkt. Es entsteht eine komprimierte, glatt rollierte, äußerst belastbare Oberfläche, die für eine lange Lebensdauer der Spindel zwingend notwendig ist.

Auf einen Blick

Das Rad der Mechanik lässt sich nicht neu erfinden. Und doch ist es bei Eichenberger Anspruch, immer wieder die Grenzen des kaltgerollten Kugelgewindetriebs neu auszuloten. Kompetenz geht über Wissen hinaus, wichtig ist immer die Problemlösung. Jeder neu entwickelte Spindeltrieb wird ins Sortiment aufgenommen. So entstand eine riesige Auswahl an Kugel- und Gleitgewindetrieben.

www.gewinde.ch

Die sehr niedrigen Rauheitswerte auf den Gewindeflanken liegen in der Größenordnung von Rz 1,0. Der Rollreibungskoeffizient beträgt bei Stahlkugeln 0,0013 gegenüber von Gleitreibung Stahl auf Stahl mit 0,1 bis 0,05. Die hervorragenden Gleiteigenschaften des kaltgerollten Kugelgewindetriebs sorgen für minimalen Abrieb und bieten wenig Angriffsfläche für Verschmutzung. Dies ermöglicht ein geräuscharmes Abrollen der Kugeln.

Die sehr hohe Oberflächenhärte und Korrosionsbeständigkeit von rostfreiem Stahl erreicht Eichenberger mit der neuartigen Hard-Inox-P-Behandlung. Bei diesem Verfahren wird die Leistungsfähigkeit des Randgefüges von korrosionsbeständigem Stahl durch Hochtemperaturaufstickung deutlich gesteigert. Der große Nutzen liegt in der Erhöhung der Lebensdauer und Wertbeständigkeit. Die hohe Kunst besteht darin, dem Verzug und den Maßänderungen trotz Hochtemperaturbehandlung Herr zu werden. Es gilt, die perfekte Kombination von Härte und Präzision zu erreichen. mk

Erschienen in Ausgabe: 02/2019
Seite: 48 bis 49