Miniatur-Kugelgewindetrieb von August Steinmeyer in einem hochsteifen Linearsystem von Steinmeyer Mechatronik, dass als Spiegelversteller eines Weltraumteleskops zum Einsatz kommt (Bild: August Steinmeyer)
Miniatur-Kugelgewindetrieb von August Steinmeyer in einem hochsteifen Linearsystem von Steinmeyer Mechatronik, dass als Spiegelversteller eines Weltraumteleskops zum Einsatz kommt (Bild: August Steinmeyer)

Miniatur-Kugelgewindetriebe im Weltraumteleskop

Die Sonne im Blick

In der Luft- und Raumfahrt werden ganz besondere Anforderungen an Kugelgewindetriebe gestellt. Die kompromisslose Zuverlässigkeit der Komponenten unter allen erdenklichen Einsatzbedingungen steht hier an erster Stelle. August Steinmeyer entwickelt und fertigt Kugelgewindetriebe, die diesen speziellen Ansprüchen gerecht werden.

Die Miniatur-Kugelgewindetriebe aus Albstadt kommen zum Beispiel in einem hochsteifen Linearsystem von Steinmeyer Mechatronik als Spiegelversteller für ein an einem Heliumballon hängendem Teleskop zum Einsatz, das im Rahmen der SUNRISE-Mission des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) bis auf 24.000 Meter Höhe aufstieg, um die Sonne zu beobachten.

Bedingungen fast wie im Weltraum

Die Herausforderung bestand darin, dass die im Teleskop verbaute Technik auch unter extremen Bedingungen wie Hitze, Kälte, Feuchtigkeit, Vibration und Schock mit nachgewiesener Zuverlässigkeit einwandfrei funktioniert. Deshalb sind z. B. die Spindel und die Mutter des Miniatur-Kugelgewindetriebs in Edelstahl ausgeführt. Zudem musste die Anwendung frei von Schmierstoffen sein, damit diese im fast luftleeren Raum der Stratosphäre und bei heftigen Temperaturwechseln nicht verdampfen und sich auf der in unmittelbarer Nähe zu den Antrieben befindlichen Optik niederschlagen. Also wählte August Steinmeier eine Dicronite-Beschichtung für den Trockenlauf. Damit diese sehr dünne Beschichtung nicht beschädigt wird, musste allerdings auch eine hohe Qualität der Peek-Weichen und deren Übergänge zum Gewinde sichergestellt werden. Wichtig war zudem eine optimierte Weichengeometrie, damit der Miniaturkugelgewindetrieb bei kleinen Reversierbewegungen nicht blockiert und die Funktion des Teleskops behindert.

Produktion auf hohem Niveau

Für eine exakt definierte Vorspannung montierte August Steinmeyer Keramikkugeln mit leichtem Übermaß. Ein neues Gewindeschleifverfahren sorgte zudem für ein homogenes Laufverhalten unter Vorspannung und bei Stellinkrementen im µm-Bereich ohne Überlastung der empfindlichen Beschichtung durch Hertz‘sche Pressung in den Gewindegängen. Durch eine zweistufige Teilereinigung wurden auch feinste Produktionsrückstände entfernt und eine extreme Sauberkeit in der Montage sichert das sehr gleichmäßige Laufverhalten des fertigen Produkts.

Hohe Dokumentationsanforderungen schlossen eine umfangreiche Qualifikation in der Entwicklungsphase und Verifikation in der Produktion inklusive anwendungsorientierter Tests auf eigens dafür entwickelten Prüfständen mit ein.

Gemeinsam hoch hinaus

Gemeinsam mit August Steinmeyer hat Steinmeyer Mechatronik ein robustes, einfaches und zuverlässiges Antriebskonzept mit Schrittmotor, Getriebe und Spindel entwickelt, das sich auf seiner Reise zur Erforschung der Sonne bestens bewährt hat. Es zeichnet sich vor allem durch seine Steifigkeit, sehr hohe Kraftreserven, einen hohen Wirkungsgrad und seinen kompakten, kleinen und damit leichten Aufbau aus. Die geschliffene Qualität des Kugelgewindetriebs sorgt für eine hohe Genauigkeit im open-loop Betrieb bei einfacher, robuster Ansteuerung.

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