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Raumgleiter «Dream Chaser», ISS und ein Schweizer Gewindespezialist: Ausgabe 01/2019, 01.04.2019

Eichenberger bewegt weltweit – ab 2020 auch im Weltraum

Wenn der Himmel in der Dämmerung dunkel ist und die ISS von der Sonne beschienen wird, kann man sie von der Erde aus sehen. Die «International Space Station» leuchtet wie ein heller Stern. Sie ist grösser als ein Fussballfeld. In einer Höhe von etwa 400 km umkreist sie auf einer elliptischen Umlaufbahn die Erde. Drei Kugelgewindetriebe unterstützen das Andocken des Raumgleiters an der ISS.

Autor: Ursula Schädeli, Marketing Eichenberger Gewinde AG, Burg

Bilder: Wikipedia, Sierra Nevada Space Systems, Eichenberger Gewinde

Konstrukteure stehen regelmässig vor der Aufgabe, für die Realisierung linearer Bewegungen die jeweils passende Antriebstechnik festzulegen. Oft sind hohe Zustellgenauigkeiten und oszillierende Bewegungen hoher Frequenz 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. Die Wartungs- und Lebensdauer und nicht zuletzt die Kosten spielen ebenfalls eine wichtige Rolle.

Kugelgewindetriebe bieten hohen Wirkungsgrad
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. Eichenbergers Spindeltechnologie, das Gewinderollen – Kaltumformung der Mantelfläche runder Teile –, vereint höchste Tragfähigkeit und Kraftdichte mit enormer Dynamik und Präzision bei maximaler Laufleistung.

Im Gespräch die Bedürfnisse verstehen
Bei Eichenberger steht der Kunde immer im Fokus: 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, im Vertrauen auf die eigene Stärke, die Produkte und seine Wertschöpfungskette dem stetig steigenden internationalen Wandel an. Der Gewindespezialist lebt «Vorausschauendes Agieren statt Reagieren» als vitalen Bestandteil seiner Firmenkultur. Die massgeschneiderten Kugelgewindetriebe sind überall im Einsatz, von der Medizin-, Elektro- und Fahrzeugtechnik, über Automatisierung bis hin zur Luft- oder sogar der Raumfahrt.

Weltraum-Rendezvous mit Schweizer Gewindetrieben
Nicht selten nehmen Lösungen für exotische Sonderanwendungen ihren Anfang in inspirierenden Gesprächen. Mit dem führenden Anbieter von Produkten für die Raumfahrtindustrie auf der ganzen Welt wurde 2015 in Burg ein Projekt gestartet. Ziel dieser Zusammenarbeit ist, ab 2020 Ankopplungen während eines Weltraum-Rendezvous zwischen der ISS und dem neuartigen, wiederverwendbaren Raumgleiter «Dream Chaser» durchzuführen. Die zu «300 % sichere» und funktionsfähige Dockingeinheit ist dabei zentral.
Als Herzstück im Innern dieses Ankopplungssystems sind drei starke, korrosionsbeständige Kugelgewindetriebe mit EndkappenKugelrückführung, Carry Typ KGE 16x16 MSX, vorgesehen. Beim Space-Shuttle-Service gilt 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.

Shuttle-Service ins All mit dem Dream Chaser
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, Personen oder Fracht ins All transportieren oder zum aktiven Entfernen von Weltraumschrott aus der Umlaufbahn genutzt werden. Mit der Dockingeinheit, worin Eichenbergers Kugelgewindetriebe Carry für einen präzisen, sicheren Ankopplungsvorgang bürgen, ist es dem Traumjäger möglich, an die ISS, der bewohnten Station im Orbit, anzudocken. Das fliegende Labor braucht bei 28 800 km/h 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.

Herausforderung Raumfahrt – extreme Bedingungen
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 ohne eine Schmierung trotz höchsten Lebensdaueranforderungen auskommen müssen. 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 wird von –50 bis +90°C ausgegangen. Ausserdem belasten ultraviolettes Licht, Röntgenstrahlen, Teilchen mit hoher Energieladung und atmosphärische Atome das Material, welches dadurch anfälliger für Korrosion wird.
Eichenberger beweist, dass die ausser- gewöhnlichen Leistungsmerkmale des Inox- Kugelgewindetriebs Carry mit dem integrierten Hochleistungskunststoff in der Kugelrückführung die aggressive Umwelt im Weltall funktionssicher, korrosions- und verschleissfrei überstehen.

Kompetenz unter die Lupe genommen
Was macht den Kugelgewindetrieb Carry so belastbar und zum idealen Funktionselement für diese Anwendung? 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, welche für eine lange Lebensdauer der Spindel zwingend ist. Die Rauheitswerte um Rz 1,0 auf den Gewindeflanken bringen einen grossen Vorteil. Der Rollreibungskoeffizient beträgt bei Stahlkugeln ca. 0,0013 gegenüber von Gleitreibung Stahl auf Stahl (geschmiert) 0,1 bis 0,05. Die hervorragenden Gleiteigenschaften des kaltgerollten Kugelgewindetriebs sorgen für minimalen Abrieb und bieten wenig Angriffsfläche für Verschmutzung. Das geräuscharme Abrollen der Kugeln wird dadurch zum Kinderspiel.

Hard-Inox-P-Behandlung – eine  überzeugende Technik
Die Erfüllung höchster Anforderungen in Bezug auf die Oberflächenhärte und Korrosionsbeständigkeit von rostfreiem Stahl konnte mit der neuartigen Hard-Inox-P-Behandlung erreicht werden. Bei diesem Verfahren wird die Leistungsfähigkeit des Randgefüges von korrosionsbeständigem Stahl durch Hochtemperaturaufstickung deutlich gesteigert – die Oberflächenhärte erreicht 550 bis 750 HV mit einer Einhärtungstiefe von 0,1 bis 1,0 mm. 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.
Das Rad der Mechanik lässt sich nicht neu erfinden. Und doch ist es Eichenbergers Anspruch, immer wieder die Grenzen des kaltgerollten KGT neu auszuloten. Kompetenz geht über Wissen hinaus, oder anders gesagt, Kompetenz ist Problemlösungswissen. Jeder neu entwickelte Spindeltrieb wird ins Portfolio aufgenommen. Im Laufe der Jahrzehnte entstand so eine riesige Auswahl an Kugel- und Gleitgewindetrieben.

Der ideale Partner von der Einzelanfertigung bis zur Serie
Die Entwickler versuchen stets, von einer Standardmutter und -spindel auszugehen und diese Bauteile den anwendungsspezifischen Anforderungen entsprechend anzupassen. Dies bringt einen entscheidenden Preisvorteil mit sich. Die Herausforderung für die Konstrukteure im Hochpreisland Schweiz besteht darin, sehr hohen technischen Wert in einem marktgerechten, wettbewerbsfähigen Produkt zu entwickeln. Technologisches Wissen, Forschung und Entwicklung sind in gleicher Weise notwendig, wie die Veränderungsbereitschaft und das Beherrschen effizienter Fertigungsverfahren.

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

 



In der Dockingeinheit des Dream Chaser sorgen Kugelgewindetriebe für das sichere Andocken an die ISS


Drei der Kugelgewindetriebe Carry Typ KGE 16x16 MSX kommen im Raumgleiter zum Einsatz. Der Hochleistungskunststoff in der Kugelrückführung sichert auch im All höchste Funktionssicherheit