Eine Publikation der Binkert Medien AG
Hoch beanspruchte Gewindetriebe aus Aluminium : Ausgabe 01/2015, 09.04.2015

Einsatz neuer Werkstoffe entscheidet über Wettbewerbsfähigkeit

Leichtere, belastungsfähige Materialien sind aus der Luft- und Raumfahrt nicht mehr wegzudenken. Doch auch bei einfachen mechanischen Antriebskomponenten schafft die Leichtbauweise viele Vorteile. Schon heute werden Rund- und Steilgewindetriebe in Aluminium für ein sehr breites Anwendungsgebiet konstruiert und hergestellt.

Wie lassen sich Betriebsmittel und Kraft wirkungsvoll bündeln, damit wir schonender mit begrenzten Rohstoffen umgehen und nicht zuletzt auch Kosten sparen können? Fortschrittliche Technologien liefern die Antworten für viele Verbesserungen der Prozesse. Die in der Schweiz beheimatete Unternehmung Eichenberger Gewinde hat sich vornehmlich dem Rollen – also Kaltverformen – von Gewinden und der Fertigung von Kugel- und Gleitgewindetrieben (Spindel und Mutter) verschrieben.

Leichte Gewindespindel für die Bustür

Bei einem Türsystem von einem Bus müssen sich die Türen in erster Linie schnell und sicher öffnen und schliessen lassen. Im Winter, bei Minustemperaturen, Schnee und Salz, muss die Funktionstüchtigkeit genauso einwandfrei gewährleistet sein wie im Sommer, in Hitzezeiten, wo sich überall Staub und Dreck ablagern. Attribute wie Geschwindigkeit, Lebensdauer, ein effizienter Wirkungsgrad und Präzision sind also gefordert. Die Steilgewindespindel Speedy mit einem Durchmesser von 16 mm und einer Steigung von 90 mm ist heute in der Öffnungsmechanik integriert. Das Aluminium-Bauteil wurde zuvor vom Schweizer Gewindespezialist optimiert und industrialisiert.

Mehr Fahrgäste durch Gewichtseinsparung

Aluminium besitzt trotz seiner geringen Dichte eine sehr hohe Festigkeit und zeichnet sich durch viele positive Materialeigenschaften aus. Ein Meter Gewindespindel Speedy 16 × 90 mm wiegt 0,533 kg. Bei derselben Spindel in Stahl würde ein Meter 1,549 kg wiegen. Der Steilgewindetrieb erlaubt die effiziente Umsetzung von Linear- in Drehbewegung und hohe Verfahrgeschwindigkeiten bei niedrigen Drehzahlen. Weiter wird durch die Kombination Aluminium, Mutter und Schmierung ein Wirkungsgrad von 80 Prozent erreicht. So kann der Konstrukteur kostengünstigere Teile einsetzen wie z.B. einen Motor, der von der Leistung her reduziert werden kann. Im Beispiel der Bustür werden laut Hersteller pro Fahrzeug drei Türeinstiege eingebaut. Dank dem Einsatz von Aluminium im gesamten Türbereich sparen die Konstrukteure im Vergleich zur herkömmlichen Lösung bis zu 35 kg pro Tür. Das heisst, generell können zwei Passagiere mehr im Bus mitfahren. Gewichtseinsparungen sind im Fahrzeugbereich grundsätzlich ein wichtiger Baustein, um den Kraftstoffverbrauch und die damit verbundene CO2-Emission zu senken.

Die Spindel ist trotz Leichtbauweise hoch beanspruchbar

Bei der Verarbeitung bietet Aluminium weitere Vorteile. In Bezug auf die Toleranzhaltigkeit steht es Stahl in keiner Weise nach. Die spanende Bearbeiten erfolgt mit hohen Schnittdaten und der Werkzeugverschleiss fällt 10 bis 25 Mal geringer aus. Auch sind die Bearbeitungszeiten im Produktionsprozess kürzer. Das wirkt sich auf den Preis aus. Die Leichtmetall-Steilgewindespindeln sind im Einkauf bei Eichenberger Gewinde 5 bis 10 Prozent günstiger als die Ausführungen in Stahl.

Eloxieren ist ein bewährtes und gebräuchliches Verfahren zur Oberflächenveredelung von Aluminium. Das Ergebnis ist eine extrem harte und kratzfeste Oberfläche, die eine Reibwertverminderung aufweist und einen verlässlichen Schutz gegen Korrosion garantiert, was massgeblich zur langen Lebensdauer beiträgt. Die erzielbaren Schichthärten sind von der verwendeten Aluminiumlegierung abhängig und bewegen sich zwischen 350 und 600 HV (Härte nach Vickers). Die Masshaltigkeit des Werkstücks kann exakt berechnet werden, da sich Aluminium massbeschichten lässt. Ein Drittel der erzeugten Beschichtung macht sich als Auftrag bemerkbar, zwei Drittel der Schicht diffundieren. Beim Eloxieren werden üblicherweise Schichtdicken von 5 bis 30 µm erzielt.

Nachhaltigkeit beginnt bei der Auswahl des Werkstoffs

Aluminium ist ein nachhaltiger Werkstoff, weil voll recyclingfähig. Die Gewinnung ab Bergwerk ist zwar energieintensiv, Alt-Aluminium kann jedoch problemlos eingeschmolzen und zu 100 Prozent wiederverwendet werden. Hierbei werden nur 5 Prozent der Energie verbraucht, die für die Gewinnung von Erz nötig ist. Das recycelte Leichtmetall ist dem Primär-Aluminium qualitativ ebenbürtig.

Medizintechnik verlangt nach nicht magnetischen Materialien

Ein anderes Anwendungsgebiet für Gewindespindeln aus Aluminium ist die Medizintechnik: Die Kernspin- oder auch Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) gehört zu den bildgebenden Untersuchungsverfahren. Anders als das Röntgen oder auch die Computertomographie kommt sie ohne Röntgenstrahlung aus. Bei der MRT werden mithilfe eines starken Magnetfelds und durch Radiowellen detaillierte Bilder des Körperinneren erzeugt. Sie bringt Schnittbilder des menschlichen Körpers in beliebiger Richtung hervor. Das MRT-Verfahren erlaubt es, ohne bisher erkennbares Risiko, Gewebeveränderungen und funktionelle Störungen von Organen zu erkennen, in 3D-Form.

Kontrastmittel vereinfacht die Suche nach Schmerzen

Insbesondere an der Wirbelsäule kann die Schmerzursache mit konventionellen MRT-Untersuchungen oft nicht gefunden werden. Häufig werden harmlose Bandscheibenvorwölbungen für die Beschwerden fälschlicherweise verantwortlich gemacht und können zu unnötigen Operationen führen. Durch die Applikation eines speziellen MRT-Kontrastmittels können Entzündungsherde, die für die Schmerzen verantwortlich sind, sicher nachgewiesen und einer gezielten Behandlung zugeführt werden.

Gute Gleiteigenschaften zwischen Aluminium und Kunststoff

In der Fertigung von Radiologie-Geräten sind nichtferromagnetische Materialien also Grundvoraussetzung. Bei der Injektor-Antriebseinheit für MRT-Kontrastmittel kommen Gleitgewindetriebe aus Aluminium, die magnetisch neutral sind, zum Zuge. Die guten tribologischen Eigenschaften der glatten und durch den Rollprozess positiv beeinflussten Aluoberfläche der Gewindetriebe Speedy und Rondo verstärken die Bedeutung dieser Bauteile im Medizinbereich, wo Keimfreiheit und Sterilität unerlässlich sind. Die Gleiteigenschaften hängen massgeblich vom Gegenlaufpartner ab. Beide Gewindetriebe profitieren von der Paarung zwischen der Aluspindel und einer hoch verschleissfesten Kunststoffmutter. Bei bestimmten Anwendungen und entsprechender Beschichtung ist sogar ein Trockenlauf und Wartungsfreiheit möglich. Weitere Vorteile bringt das Gewinderollen mit sich. Neben erheblicher Festigungssteigerung durch die Kaltumformung und verminderter Kerbempfindlichkeit wird der Faserverlauf des Metalls durch das Gewindewalzen nicht unterbrochen. Das führt nicht zuletzt zu einer hohen Massgenauigkeit.

Infoservice


Eichenberger Gewinde AG
Grenzstrasse 30, 5736 Burg
Tel. 062 765 10 10, Fax 062 765 10 55
info@gewinde.ch, www.gewinde.ch



Die Gleitpaarung aus eloxiertem Aluminium und einem hochfesten Kunststoff erlaubt Trockenlauf und Wartungsfreiheit


Eine Aluminium-Gewindespindel wiegt rund ein Drittel gegenüber der Ausführung in Stahl