Kugelgewindetriebe sind im Maschinen- und Apparatebau ein wichtiges Antriebselement für dynamische und gleichzeitig exakte Positionieraufgaben. Jede Aufgabenstellung erfordert dabei ihren eigenen speziellen Kugelgewindetrieb. Beurteilungskriterien für die Qualität von Kugelgewindetrieben sind Laufruhe, Geräuschentwicklung, Vibrationen, Einlaufverhalten und Energieeffizienz. Die Spezialisten der Firma August Steinmeyer aus Albstadt wissen aus langjähriger Erfahrung, worauf es ankommt. Das Unternehmen ist auf die Entwicklung und Fertigung qualitativ hochwertiger Kugelgewindetriebe spezialisiert und fertigt diese seit den 1960er-Jahren. Dabei bewegen sich die Produkte des Unternehmens, die individuell auf die Anforderungen der Kunden abgestimmt werden, hinsichtlich ihrer Präzision im Submikrometerbereich und werden damit höchsten Qualitätsanforderungen gerecht.
„Bei der Produktion hochpräziser Kugelgewindetriebe spielen Faktoren wie Materialien, Fertigungsverfahren und Montage sowie Mess- und Prüfeinrichtungen eine entscheidende Rolle“, erklärt Jens-Uwe Gühring, Vertriebsleiter bei August Steinmeyer und erläutert weiter: „Auch Ausbildungsstand und Qualifikation der Fachkräfte beeinflussen maßgeblich die Qualität der Produkte. Daher produzieren wir unsere Kugelgewindetriebe ganz bewusst vollständig in Deutschland.“ Besonders strenge Auflagen gelten für Kugelgewindetriebe in der Luft- und Raumfahrt. Doch auch diese erfüllt August Steinmeyer.
Technisch auf dem neuesten Stand
Die Art der Fertigung beeinflusst maßgeblich die geometrischen Genauigkeiten wie Rund- und Planlauf der Kugelgewinde sowie die Laufbahnqualität hinsichtlich Präzision, Rauigkeit und Welligkeit. Daher schleift August Steinmeyer die Spindelgewinde in einem Durchlauf, auch die zweigängigen Ausführungen, und überschleift den Spindelgewindeaußendurchmesser auf ganzer Länge auf Rundlauf. Die Rundlauftoleranzen der Lagerzapfen liegen dabei zwischen fünf und fünfzehn Mikrometern. Von Beginn an arbeitet August Steinmeyer dabei mit gehärtetem Material. So kommt für Spindeln das auf eine Oberflächenhärte von 60 HRC gehärtete Linearwellenmaterial Cf53 zum Einsatz. Muttern werden in einer Aufspannung vorbearbeitet. In einer zweiten Aufspannung folgt die Feinbearbeitung von Innengewinde, Flansch und Zentrierbund. Auf diese Weise erreicht August Steinmeyer Rund- und Planläufe von unter zehn Mikrometer. Material ist der auf 62 HRC gehärtete Wälzlagerstahl 100Cr6. Für die Härtung der Werkstoffe setzt August Steinmeyer ein Verfahren ein, das die mechanischen Eigenschaften der Materialien erheblich verbessert. Die Verwendung gehärteter Materialien hat viele Vorteile; darunter eine bestmögliche Zähigkeit bei höherer Härte und einen gleichzeitig deutlich geringeren Härteverzug sowie verbesserte Prozessparameter und eine Reduktion der Prozessschritte. Darüber hinaus verbessern sich Laufeigenschaften und Lebensdauer der Kugelgewindetriebe.
Die Sorgfalt bei der Materialauswahl betrifft jedoch nicht nur die Werkstoffe für Spindeln und Muttern. Eine besondere Bedeutung für die anforderungsgerechte Funktion der Kugelgewindetriebe kommt auch der Art der Schmierung und der Auswahl des entsprechenden Schmiermittels zu. Gleiches gilt für die Wahl des Kugelmaterials und mögliche Beschichtungen.
Zudem investiert der Hersteller zur Verbesserung der Produkt- und Prozessqualität regelmäßig in die Entwicklung neuester Fertigungstechnologien. Dazu zählt das OptiSlite-Verfahren für eine Verbesserung der Laufeigenschaften bei Miniatur-Kugelgewindetrieben ebenso wie die Xi-Plus-Technologie für die Steigerung der Oberflächenqualität. Die resultierenden optimierten Laufeigenschaften sorgen für eine höhere Laufruhe. Die verringerten Reibmoment-Toleranzen steigern die Positioniergenauigkeit, der geringere Verschleiß verlängert die Lebensdauer und insgesamt sinkt der Geräuschpegel während des Betriebs. Zuletzt verbessern beide Verfahren die Energieeffizienz der Kugelgewindetriebe.
Moderner Maschinenpark
Des Weiteren hält August Steinmeyer seinen Maschinenpark stets up-to-date. Aktuell werden ältere Maschinen gegen neue ausgetauscht und eine neue Ölfilteranlage installiert. Diese reinigt die Schleifemulsionen besser von Schleifrückständen und sorgt damit für noch höhere Qualitätsstandards beim Schleifprozess.
Um bei der Fertigung den Anforderungen der verschiedenen Produktgruppen gerecht zu werden, hat Steinmeyer seine Fertigung nach Standard- und Sonder-Kugelgewindetrieben sowie nach Miniatur- und Luftfahrt-Kugelgewindetrieben segmentiert. Überdies setzen die Albstädter auf Fließfertigung mit einer engen Abstimmung der einzelnen Prozessschritte. Ein schneller Informationsfluss und kurze Produktionswege sowie der Abbau von Schnittstellen tragen ebenfalls zu einer Optimierung der Fertigungsqualität bei.
Daneben sind gut ausgebildete Fachkräfte und kompetent beratende, erfahrene Ingenieure eine Voraussetzung für qualitativ hochwertige Produkte. August Steinmeyer bildet daher seine eigenen Fachkräfte aus. Zudem schult das Unternehmen seine Mitarbeiter regelmäßig. „Jeder einzelne Mitarbeiter lebt unseren unternehmensinternen kontinuierlichen Verbesserungsprozess“, bestätigt Gühring. Dazu gehört auch, penibel auf Sauberkeit während der Montage und dem Einbau der Kugelgewindetriebe zu achten, um die geforderten Eigenschaften zu erreichen.
Prüfverfahren und Normen
Einige der Qualitätskriterien für Kugelgewindetriebe können nach DIN 69051-3 bzw. ISO3408-3 beurteilt werden. Dazu zählen der zulässige Schwankungsbereich des Leerlauf-Drehmoments sowie der maximale Fehler bei der Steigungsgenauigkeit des Spindelgewindes und den Rund- und Planläufen. Auch die Mutternsteifigkeit lässt sich anhand einer Norm bewerten (DIN 69051-6 bzw. ISO3408-4). Die Einflüsse von Umlenkungen, Laufbahnqualität u.ä. auf das Laufverhalten, Positioniergenauigkeit und die Lebensdauer von Kugelgewindetrieben können damit allerdings nicht erfasst werden. Doch August Steinmeyer hat auch für dieses Problem eine Lösung gefunden: Die Konstrukteure des Unternehmens entwickelten eine Reihe von Prüfständen, mit denen die hohen Qualitätsanforderungen an Kugelgewindetriebe überwacht werden können. So werden bei größeren Kugelgewindetrieben die Leerlauf-Drehmomente erfasst, Frequenzanalysen durchgeführt und bei Hochgeschwindigkeitsanforderungen die Geräuschentwicklungen detektiert. Für Minitatur-Kugelgewindetriebe entwickelte der Hersteller spezielle Prüfstände für die hochpräzise Messung der Positioniergenauigkeit. Zusätzliche Prüfstände messen die Zylindrizität des Spindelgewindes, denn sie bestimmt ein weiteres wichtiges Merkmal eines guten Kugelgewindetriebs: den kontinuierlichen, nur minimal schwankenden Drehmomentverlauf.
