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Lineartechnik

Gewindetriebe im Weltall

| Redakteur: Sandra Häuslein

Schon bald soll der unbemannte Raumgleiter Dream Chaser an die ISS andocken können, um Fracht zur Raumstation zu liefern. Beim Andocken helfen Eichenberger Gewindetriebe.

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So soll der Raumgleiter Dream Chaser an die ISS angekoppelt werden. In der Dockingeinheit sind Eichenbergers Gewindetriebe verbaut.
So soll der Raumgleiter Dream Chaser an die ISS angekoppelt werden. In der Dockingeinheit sind Eichenbergers Gewindetriebe verbaut.
(Bild: Dream Chaser Docked to ISS / Dream Chaser Docked to ISS / Sierra Nevada Space Systems / CC BY-SA 3.0 / BY-SA 3.0)

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 internationale Space Station leuchtet wie ein heller Stern. Ab 2020 soll an der ISS der neuartige, wiederverwendbare Raumgleiter „Dream Chaser“ andocken können. Zu diesem Zweck wurde mit einem führenden Anbieter von Produkten für die Raumfahrtindustrie im Jahr 2015 gemeinsam mit Eichenberger Gewindetriebe in Burg ein Projekt gestartet.

Die zu „300 % sichere“ und funktionsfähige Dockingeinheit steht dabei im Fokus. Als Herzstück im Innern dieses Ankopplungssystems sind drei starke, korrosionsbeständige Kugelgewindetriebe mit Endkappen-Kugelrückführung von Eichenberger vorgesehen – Carry Typ KGE, 16 × 16. Robustheit und Belastbarkeit in der schroffen Orbit-Umgebung spielen bei den Komponenten eine wesentliche Rolle. In gleicher Weise ist minutiöse Genauigkeit entscheidend.

Kugelgewindetriebe sorgen für Ankopplungsvorgang

Auf der Spitze der Trägerrakete Atlas V soll das neue Raumfahrzeug in die erdnahe Umlaufbahn starten. Es wurde für den Transport von Besatzung und Fracht konzipiert und kann auf jedem normalen Flughafen landen. Ab Ende 2020 soll der „Dream Chaser“ Fracht zur ISS liefern oder von dort zurücknehmen und entsorgen.

Mit der Dockingeinheit, worin Eichenbergers Kugelgewindetriebe Carry für einen präzisen, sicheren Ankopplungsvorgang sorgen sollen, ist es dem Traumjäger möglich an die Raumstation anzudocken. Das ist kein leichtes Unterfangen, denn das fliegende Labor braucht bei 28.800 km/h in der Schwerelosigkeit nur 92 Minuten, um die Erde einmal zu umrunden.

Der Kugelgewindetrieb Carry Typ KGE 16×16 MSX mit integriertem Hochleistungskunststoff in der Kugelrückführung soll die aggressive Umwelt im Weltall funktionssicher, korrosions- und verschleissfrei überstehen.
Der Kugelgewindetrieb Carry Typ KGE 16×16 MSX mit integriertem Hochleistungskunststoff in der Kugelrückführung soll die aggressive Umwelt im Weltall funktionssicher, korrosions- und verschleissfrei überstehen.
(Bild: Eichenberger)

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 höchster Lebensdauer-Anforderungen ohne eine Schmierung auskommen müssen.

Hochleistungskunststoff für extreme Temperaturen

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 °C ausgegangen. Außerdem belasten ultraviolettes Licht, Röntgenstrahlen, Teilchen mit hoher Energieladung und atmosphärische Atome das Material, das so anfälliger für Korrosion wird.

Eichenberger versichert für seinen Inox-Kugelgewindetrieb Carry (Hart-Inox-P-Behandlung siehe Infokasten) mit integriertem Hochleistungskunststoff in der Kugelrückführung, dass er die aggressive Umwelt im Weltall funktionssicher, korrosions- und verschleißfrei übersteht.

Info Bei der neuartigen Hard-Inox-P-Behandlung wird die Leistungsfähigkeit des Randgefüges von korrosionsbeständigem Stahl durch Hochtemperaturaufstickung deutlich gesteigert. Die Oberflächenhärte erreicht 550 HV bis 750 HV mit einer Einhärtungstiefe von 0,1 mm bis 1,0 mm. Das führt zu einer Erhöhung der Lebensdauer und Wertbeständigkeit.

Gewinderollen im Kaltrollverfahren

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, belastbare Oberfläche, welche für eine lange Lebensdauer der Spindel zwingend ist. Die Rauheitswerte auf den Gewindeflanken bringen Vorteile. Der Rollreibungskoeffizient beträgt bei Stahlkugeln ca. 0,0013 gegenüber von Gleitreibung Stahl auf Stahl (geschmiert) 0,1 bis 0,05. Die Gleiteigenschaften des kaltgerollten Kugelgewindetriebs sorgen für minimalen Abrieb und bieten wenig Angriffsfläche für Verschmutzung.

Das Rad der Mechanik lässt sich nicht neu erfinden. Und doch ist es Eichenbergers Anspruch, immer wieder die Grenzen des kaltgerollten Kugelgewindetriebs neu auszuloten. Jeder neu entwickelte Spindeltrieb wird ins Sortiment des Gewinderollers aufgenommen. Im Laufe der Jahrzehnte entstand deshalb eine große Auswahl an Kugel- und Gleitgewindetrieben. Die Entwickler versuchen stets, eine Standardmutter und -spindel an anwendungsspezifischen Anforderungen anzupassen. Lösungen für exotische Sonderanwendungen nehmen ihren Anfang dabei oft in inspirierenden Gesprächen – so war es auch beim Projekt „Dream Chaser“ und ISS. Wie sich die Kugelgewindetriebe dann im Weltall machen, wird die erste Marsmission zeigen. (sh)

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