Präzision entscheidet

Maschinenelemente

Gewindetriebe - Beim automatischen Aufbrühen von Kaffee gewährleisten Kugelgewindetriebe eine präzise Funktion. Gerollte Gewindelaufflächen kombinieren dabei eine hohe Energieeffizienz mit langer Lebensdauer.

09. April 2010

Moderne, präzise und zuverlässige Antriebselemente sind nicht allein bei industrielle Anwendungen unerlässlich: Innovative Hightech-Komponenten verbergen sich heute oft auch unter dem eleganten Design vieler Haushaltsgeräte. Entgegen einer weit verbreiteten Vorstellung beschränkt sich der technische Fortschritt dabei jedoch nicht auf die Elektronik: Maßgeblich für die korrekte Funktion vieler dieser Geräte des täglichen Bedarfs sind gerade auch die mechanischen Eigenschaften ihres Innenlebens.

Dies gilt zum Beispiel für die Kaffeemaschine »Cafina Alpha« des schweizerischen Gastronomiegeräteherstellers Cafina aus Hunzenschwil im Kanton Aargau: Hier versehen zwei hochpräzise Gewindespindeln die nötige Feinarbeit, damit das Aroma des Kaffees voll zur Geltung kommen kann. Das Herzstück der Kaffeemaschine ist die Kolben-Einheit mit einem Stempel als zentralem Element, der das frisch gemahlene Kaffeepulver vor dem Brühen zu dem sogenannten Kuchen presst. Dazu gelangt das Pulver aus dem Mahlwerk zunächst durch den Einlasstrichter in die Brühkammer, wo es mit heißem Wasser übergossen wird. Danach senkt sich der Stempel und presst das feine Kaffeepulver zusammen. Entscheidend für eine über Jahre gleichbleibende Kaffeequalität ist dabei eine absolut gleichmäßige Bewegung des Kolbens, damit der Kuchen überall dieselbe Höhe erreicht. Anderenfalls würde das Kaffeearoma nicht überall gleichmäßig extrahiert mit der Folge entsprechender Qualitätseinbußen.

Um ein Verkanten des Stempels beim Pressvorgang zu verhindern, kommen in der Kaffeemaschine zwei seitlich angeordnete Kugelgewindetriebe zum Einsatz, die die Bewegung des Stempels exakt parallel führen. Zwar gilt der mechanische Kugelgewindetrieb aus Spindel, Mutter und tragenden Kugeln heute als ausgereiftes Antriebselement, jedoch sind auch hier noch Innovationen möglich, hauptsächlich bei der Miniaturisierung oder bei der Kostenoptimierung durch eine Vollautomatisierung der Fertigungsprozesse.

Effizient und kostengünstig

Für die Führung und Bewegung des Stempels in der Kaffeemaschine wählte der Hersteller aus Hunzenschwil zwei Kugelgewindetriebe der Größe 14 x 4 des Gewindespezialisten Eichenberger aus dem benachbarten Ort Burg.

Entscheidend für diese Wahl war unter anderem der hohe Wirkungsgrad der Bauteile, der es ermöglicht, mit der beschränkt zu Verfügung stehenden Antriebskraft die benötigte Leistung zu erzeugen. Da der gewählte Kugelgewindetrieb aus einer bestehenden Großserie abgeleitet wurde, ließ sich die Lösung zudem auch kostengünstig realisieren.

Erreicht wird der hohe Wirkungsgrad unter anderem durch die Herstellung der Kugelgewindetriebe mit dem Verfahren des Gewinderollens. Bei diesem Verfahren der Kaltumformung der Mantelflächen runder Teile entsteht ein Gewinde, indem ein Werkstück unter enormer Krafteinwirkung zwischen zwei sich drehenden Rollwerkzeugen bis in den Grund der Gewinderollwerkzeuge gedrückt und auf das Nennmaß aufgerollt und verformt wird.

Präzise und robust

Bei diesem Verfahren wird das Material an den meistbeanspruchten Stellen verdichtet und geglättet. Ein Vorteil der nach diesem Verfahren hergestellten Gewinde sind deshalb ihre Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß sowie die verbesserte Gleitfähigkeit. Zudem ergibt diese Art der Kaltverformung eine erhebliche Festigkeitssteigerung sowie sehr gute Rauheitswerte auf den Gewindeflanken und im Grundradius, woraus eine deutlich verminderte Kerbempfindlichkeit resultiert.

Das Gewinderollen eignet sich im Prinzip für alle Metalle mit einer Dehnbarkeit von mindestens 6 Prozent Dehnung und einer maximalen Zugfestigkeit von 1.300 N/mm2. Infrage kommen deshalb hochlegierte, korrosions- und säurebeständige Stähle, spezielle Aluminiumlegierungen, Messing in Nietqualität sowie Kupferlegierungen. Auf Hohlkörpern und Rohren können Gewinde nur bei genügender Wandstärke gerollt werden. Diese Wandstärke ist abhängig von der Art und Tiefe des einzurollenden Profils.

Die Eichenberger Gewinde AG beschäftigt sich seit mehr als 50 Jahren mit der Fertigung von Gewinden nach dem Rollverfahren sowie mit der Herstellung von Gewindetrieben aus Spindel und Mutter. Zwei Drittel des Umsatzes erzielt das Unternehmen im Ausland. Die Produktpalette umfasst unter anderem die gerollten Kugelgewindetriebe der Baureihe Carry zum Bewegen von großen Lasten mit hohem Wirkungsgrad. Das jüngste Element dieser Baureihe ist der Miniatur-Kugelgewindetrieb 4 x 1 mit vier Millimeter Durchmesser.

Speziell für Anwendungen mit hohen Verfahrgeschwindigkeiten eignen sich die verschleißfreien Steilgewinde-Kugelspindeln der Serie Carry Speed-Line sowie die Baureihe Speedy mit Steigungen bis 6 x Durchmesser für höchste Verfahrgeschwindigkeiten bei niedrigen Drehzahlen. Eine laufruhige Alternative zu Trapezgewindespindeln sind zudem die Rundgewindespindeln der Serie Rondo mit reibungsarmen Gleitlagern.bt

Fakten

- Die Eichenberger Gewinde AG in Burg im schweizerischen Kanton Aargau ist spezialisiert auf die Herstellung von Gewindetrieben und Gewindespindeln.

- Die Herstellung der Gewindeprofile im Kaltumformungsverfahren Gewinderollen verringert den Verschleiß der Gewindetriebe und reduziert die Reibung im Betrieb.

Erschienen in Ausgabe: 02/2010