Gewindespindel Am Alu-Gewindetrieb führt kein Weg vorbei

Redakteur: Ute Drescher

Das Potential der Leichtbauweise mit Aluminium ist auch bei einfachen Bewegungselementen unverkennbar - kombiniert mit einer ausgeklügelten, speziellen Gewindeform, wird die kaltverformte Alu-Gewindespindel zur unübertreffbaren mechanischen Antriebskomponente, Beispiel Türenmarkt: Fahrzeugtürsysteme.

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Steilgewindespindel Speedy aus Aluminium, ø 16 mm / Steigung 90 mm, linksgängig
Steilgewindespindel Speedy aus Aluminium, ø 16 mm / Steigung 90 mm, linksgängig
(Bild: Eichenberger Gewinde)

Betrachtet der Normalverbraucher eine Spindel und eine Mutter, so stellt er sich wahrscheinlich zuallererst ein typisches Befestigungselement vor. Grundsätzlich gibt es aber zwei mechanische Bereiche, für die ein Gewinde eingesetzt wird – Befestigung und Bewegung. Die Erfindung der Gewindespindel wird dem griechischen Universalgelehrten Archimedes (287 – 212 v.Chr.) zugeschrieben. Laut Plinius kam ab dem 3. Jahrzehnt v. Chr. eine sehr wichtige Anwendung der Bewegungsschraube auf. Römische Weinpressen funktionierten mit Spindeln aus Eichenholz mit beeindruckenden Durchmessern. Um den nötigen Wirkungsgrad zu erreichen, mussten riesige Holzstämme mit einer Gleitgewindespindel hochgeschraubt werden, damit die eingefüllte Maische im Presskorb unter Druck gesetzt werden konnte.

Einher mit dem Wandel der Zeit veränderten und erhöhten sich die Anforderungen an die mechanischen Bewegungselemente, sprich Gewindetriebe. Denn überall dort, wo eine Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung (oder umgekehrt) umgesetzt werden muss, sind sie im Einsatz, auf allen Branchenebenen, selbst nach 2300 Jahren Technikgeschichte.

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Materialien bestimmen den Fortschritt mit, auch bei Gewindetrieben

Wenn es um die Mobilität geht, vertrauen Milliarden von Menschen im öffentlichen Verkehr auf die Verlässlichkeit der Schienen- und Nutzfahrzeuge. Bei zukunftsfähigen Mobilitätskonzepten spielen Energieeffizienz, Ressourcenschonung, Lärm- und Schadstoffreduktion eine fundamentale Rolle. In der gegenwärtigen Materialforschung bestimmen „preiswerter, leichter, fester“ aber auch die wesentlichen Trends. Gewichtseinsparungen, CO2-Emissionen und Kraftstoffverbrauch können durch Leichtmetall gesenkt werden, grössere Reichweiten sind realisierbar. Aluminium bietet Leichtgewicht bei gleichbleibender Stabilität, hoher Belastbarkeit und hervorragender Bearbeitbarkeit, was Eichenbergers Entwickler enorm fasziniert.

Herzstück des Türantriebs: der Linearantrieb

Bei den Einstiegssystemen von Fahrzeugen aller Art, seien es Omnibusse, Reisecars, Feuerwehr- oder Rettungsfahrzeuge, Metro- und Pendelzüge, Strassenbahnen oder Hochgeschwindigkeitszüge, kann es leicht zu Verzögerungen und unvorhergesehenen Zwischenfällen kommen. Deshalb hat die Beschaffenheit der automatischen Schiebetürsysteme einen entscheidenden Einfluss auf Sicherheit und Komfort der Reisenden und außerdem auf die Wirtschaftlichkeit. Hochgeschwindigkeitszüge erreichen Geschwindigkeiten von über 300 km/h. Man stelle sich die wirkenden Kräfte vor, auch in Bezug auf Luftwiderstand und Verschleiß. Der Widerstand beispielsweise wächst im Quadrat der Geschwindigkeit. Wenn sich also die Geschwindigkeit verdoppelt, vervierfacht sich der Luftwiderstand. Das Herzstück dieser Türsysteme bildet der Linearantrieb. Das Ziel der Konstrukteure aus CH-Burg bestand darin, eine kostengünstigere Lösung für die Bewegungsaufgaben im Inneren dieser Antriebseinheiten zu entwickeln.

Unter engsten Platzverhältnissen müssen große Kraftanstrengung, Robustheit, Präzision und Verlässlichkeit garantiert werden. Die Türen sollen sich leicht und schnell verschieben. Im Falle eines Stromausfalls darf das Spindel-Mutter-System keine Selbsthemmung aufweisen. Es ist erforderlich, dass eine Notöffnung jederzeit von Hand ausgeführt werden kann. Einschneidende Innovationen sind immer auch das Ergebnis harter Entwicklungsarbeit. Eichenberger gelang es, den kaltgerollten Aluminium-Steilgewindetrieb mit Sonderprofil Durchmesser 20 mm, Steigung 80 mm hervorzubringen.

Nur wenn die verschiedenen Komponenten (ideales Rohmaterial / Legierung, tadellose Kaltumformung, eigens für den Rollprozess im Hause Eichenberger hergestellte Gewinderollwerkzeuge) in perfektem Einklang stehen, kann der Materialfluss für ein hohes Steigverhältnis von 80 mm optimal verlaufen. Der Schweizer Gewindespezialist ist in der Lage Entwicklung, Produktion und Qualitätssicherung gleichzeitig anzubieten, so ist die Beweglichkeit im Fertigungsprozess oder bei der Prototypen-Erstellung, inklusive Gewinderollwerkzeuge, bemerkenswert hoch. Auch ist potentes Know-how unerlässlich, wenn es um die Auslegung der Werkzeuge für das Innengewinde der Kunststoffmutter geht. Dank dieser Faktoren lässt sich auch an teurem Standort flexibel und wettbewerbsfähig produzieren.

Im vorliegenden Fall handelt es sich um eine Weiterentwicklung der Spindeln, die bereits in Schiebetüranwendungen eingesetzt werden. Die neuartige Kombination der speziellen hartanodisierten Aluminium-Steilgewindespindel 20/80 und der Kunststoffmutter (Mutternwerkstoff je nach Anwendungsfall), ist so konzipiert, dass eine Herstellung der Spindel im Fertigungsverfahren Kaltumformung möglich ist. Durch das Verfahren des Gewinderollens ergeben sich bekanntlich bemerkenswerte Vorteile in Bezug auf die Verfestigung, die Rauheitswerte und die Kerbempfindlichkeit.

Mit dem Sonderprofil des Gewindes findet eine komplett andere Abstützung statt. Das Kippmoment wird über den Aussendurchmesser der Spindel aufgefangen, was für einen reibungslosen Betrieb sorgt und ein Verklemmen verhindert.

Die Pluspunkte im Überblick

Die durch das Gewindewalzen bereits massiv verfestigten Alu-Gewinde erhalten durch die weitere Veredelung der Aussenschicht, bzw. der Harteloxierung, eine noch widerstands-fähigere Oberfläche. Die Folgen sind zusätzliche Reibwertverminderung und sehr gute Gleiteigenschaften. Diese Werte und natürlich der Schutz gegen Korrosion, sind massgeblich verantwortlich für eine lange Lebensdauer.

Was sich so einfach anhört, ist nur mit einem in vielen Jahrzehnten gesammelten Erfah-rungsschatz, hohem Qualitätsbewusstsein und einem modernen Maschinenpark zu bewerkstelligen. Das dynamische Verhältnis der Steigung 20 mm und des Durchmessers 80 mm erlaubt eine sehr hohe Verfahrgeschwindigkeit. Um eine solch hohe Muttern-geschwindigkeit zu erreichen, müsste eine eingängige Norm-Trapezspindel mit Ø 20 mm über 16 Mal schneller drehen. Darüber hinaus beeinflussen die niedrigen Drehzahlen den Verschleiss und die Geräuschbildung sehr positiv.

Preislich kann sich die Neue absolut sehen lassen. Eine rationelle, schnelle Fertigung ist möglich, was sich insbesondere bei grossen Stückzahlen vorteilhaft auf den Preis auswirkt. Für den Schweizer Gewinderoller sind Gewindeformen, die sich ausserhalb der Norm befinden, die gesuchten Herausforderungen. Auf Anfrage können kunden- und lösungsorientierte Durchmesser und Steigungen auch bei Aluminiumspindeln realisiert werden. (ud)

Hannover Messe 2016: Halle 16, Stand F04

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