Spindeltrieb Kaltumformte Aluspindeln maßgeschneidert

Eine Gewindespindel ist eigentlich ein einfaches Konstruktionselement. Der richtige Werkstoff und ungewöhnliche Gewindeformen steigern jedoch die Einsatzmöglichkeiten, beispielsweise in der Medizintechnik oder im Fahrzeugbau.

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Die Steilgewindespindeln Speedy verfügen über einen Steigungswinkel von über 60°. Hohe Verfahrgeschwindigkeiten mit niedrigen Drehzahlen sind so realisierbar.
Die Steilgewindespindeln Speedy verfügen über einen Steigungswinkel von über 60°. Hohe Verfahrgeschwindigkeiten mit niedrigen Drehzahlen sind so realisierbar.
(Bild: Eichenberger)

Je nach Qualität, Dimension und Werkstoff sind Gewindespindeltriebe in unterschiedlichen und auch außergewöhnlichen Anwendungsgebieten wichtige Konstruktionselemente. Das Schweizer Unternehmen Eichenberger Gewinde fertigt kaltverformte Aluspindeln und bietet damit material- und energieeffiziente Produkte. Der Werkstoff Aluminium bringt dabei Vorteile aber auch Herausforderungen in der Fertigung mit sich.

Durch verschiedene Legierungen und Legierungszusätze weist das Material eine große Bandbreite an Eigenschaften auf. Unter anderem hat es eine geringe Dichte und ist daher sehr leicht. Mit 2,7 kg/dm³ wiegt es dreimal weniger als herkömmlicher Stahl. Blankes Aluminium überzieht sich an der Luft mit einer Oxidschicht und wird dadurch korrosionsbeständig. Diese Selbstpassivierung, die Leichtigkeit bei gleichzeitiger Stabilität, eine flexible Bearbeitung und die Tatsache, dass Alu nicht magnetisch ist, ermöglichen viele Einsatzmöglichkeiten. Daher ist es nach Stahl auch der am meisten genutzte metallische Werkstoff. Über 70 % des Aluwerkstoffs, der jemals produziert wurde, ist noch immer in Gebrauch. Das Material lässt sich gut recyceln, da der Wertverlust aufgrund der im Aluminium gespeicherten Energie äußerst gering ist.

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Herausforderung: Gewinderollen

Bei der Fertigung der Rund- und Steilgewindespindeln aus Aluminium galt es dennoch zwei Hürden zu überwinden:

  • Wie alle metallischen Werkstoffe kann auch Aluminium durch Legieren verfestigt werden. Kleine Mengen gelöster Legierungselemente haben bereits Einfluss auf die Zugfestigkeit. Um optimale Eingenschaften zu erhalten, musste also der perfekte Festigungswert gefunden werden.
  • Aluminium zeichnet sich zwar durch eine gute Bearbeitbarkeit aus, hat bei der sauberen und kontrollierten Kaltumformung trotzdem seine Tücken. Alu kann nämlich während des Gewinderollens abblättern.

Eichenberger muss also bei der Herstellung seiner Gewindespindeln die passende Legierung und Geometrie entwickeln und das geeignete Umform-Werkzeug einsetzen.

Alu-Gleitspindel als Komponente einer Injektor-Antriebseinheit

Für die Magnetresonanztomographie entwickelte das Unternehmen beispielsweise eine Alu-Gleitspindel als Komponente der Injektor-Antriebseinheit. Um die Körperstrukturen eines Patienten bei der Untersuchungsmethode darstellen zu können, ist oft eine Kontrastmittelinjektion notwendig. Da es sich bei einem Tomographiegerät um sehr starke Magnet- und magnetische Wechselfelder handelt, die im Radiofrequenzbereich agieren, galt als Grundvoraussetzung für die Konstruktion der Injektor-Antriebseinheit: nicht-magnetischen Einzelkomponenten. Eichenberger setzte die kaltgerollte Rundgewindespindel Typ Rondo ein, die die geforderten Eigenschaften mit sich bringt. Sie hat einen Durchmesser von 12 mm, eine Steigung von 5 mm und ist aus dem nicht-magnetischen Werkstoff Aluminium gefertigt. Die Alu-Gleitspindel ermöglicht also einen sicheren und zuverlässigen Transport des Kontrastmittels in den menschlichen Körper.

Gewindeformen neben der Norm

Neben der Materialauswahl spielt bei Eichenberger auch die Gewindeform eine bedeutende Rolle. So sind die maßgeschneiderten, kaltverformten Steil- und Rundgewindespindeln je nach Anforderung und Dimensionen in der Lage, große Spindel-Steigungsverhältnisse umzusetzen und hohe Verfahrgeschwindigkeiten mit niedrigen Drehzahlen sind realisierbar. Die Steilgewindespindel Typ Speedy verfügt beispielsweise über einen Steigungswinkel von über 60°. Ein metrisches Gewinde M 20 dagegen weist lediglich 2,48° auf. Die bisher extremste Baugröße, die Eichenberger auf Kundenwunsch umsetzte war bei einer Steilgewindespindeln mit einem Durchmesser von 8 mm eine Steigung von 600 mm.

Die Steilgewindespindeln werden von Eichenberger mit verschleißfesten Kunststoffmuttern gepaart. Diese Kombination ermöglicht bei bestimmten Anwendungen und entsprechender Beschichtung sogar einen fettfreien Lauf (Trockenlauf). Weiter zeichnet sich die Paarung aus Alu und Kunststoff durch eine hohe Abriebfestigkeit, einen niedrigen Reibungskoeffizienten und Wartungsfreiheit aus. Durch zusätzliche Oberflächenbehandlungen können je nach Kundenanforderung die Reibung und Effizienz optimiert werden. (sh)

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