TopGewinde – Tribologisch optimierte Oberflächentopografien zur Lebensdauersteigerung von Gewindetrieben durch das Wirbelverfahren

Gewindespindeln werden in vielen Bereichen des Maschinenbaus eingesetzt, um rotatorische Bewegung in translatorische Bewegung zu übersetzen. Ein Beispiel sind Schwerlasthebeanlagen im Bereich des Bühnenbaus oder auch im Bereich der Hebeanlagen für Pkws, Lkws und bei der Bahn. Die hierfür notwendigen hochbelastbaren Gewindespindeln bzw. Trapezgewinde werden von der Firma Bornemann Gewindetechnik GmbH & Co. KG (www.bornemann.de) hergestellt. Diese Gewindespindeln verschleißen durch die große Belastung beim Heben. Aus diesem Grund werden für hochwertige und langlebige Gewindespindeln meist gewirbelte Gewindespindeln eingesetzt. Eine verschleißreduzierende Optimierung der Gewindespindeln kann im Einsatz zu einer höheren Lebensdauer führen. Gewirbelte Gewindespindeln weisen bearbeitungsbedingte Oberflächenmikrostrukturen auf, die ein Schmiermittelrückhaltevolumen darstellen können. Hierdurch besteht das Potential die Reibung dieser gewirbelten Gewindespindeln zu verringern und die Lebensdauer gegenüber konventionell gerollten Spindeln zu steigern. Der genaue Zusammenhang zwischen dem Bearbeitungsprozess, der Gestalt der Mikrostrukturen und der reibungsreduzierenden Wirkung wird im Rahmen des Projektes TopGewinde erforscht.

Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines innovativen Wirbelprozesses zur Erzeugung von Mikrostrukturen auf den Flanken von Gewindespindeln. Im Fokus steht die tribologische Optimierung der Bauteiloberfläche durch die gezielte Anpassung der Oberflächentopografie. Dies dient der Vermeidung von Mangelschmierung und dem damit einhergehenden, verschleißfördernden Stick-Slip-Effekt. Die Auslegung des Wirbelprozesses und die daraus resultierende Oberflächengestalt wird durch simulationsbasierte Auswahl der Schneidengeometrie, -anordnung und -anzahl erreicht. Hierfür wird mit der Simulationssoftware CutS des IFW ein virtuelles Prozessmodell aufgebaut, das alle zu variierenden Parameter berücksichtigt. Die aus der Simulation gewonnen Erkenntnisse werden zur Werkzeugauslegung genutzt. Verschleißuntersuchungen mit den neuartig gefertigten Gewindetrieben werden an dem tribologischen Systemverbund Gewindespindel und Gewindemutter unter realen Betriebslasten durchgeführt. Durch die mittels der Mikrostrukturen verbesserte Schmierung des Spindel-/Mutterkontaktes werden eine Steigerung des Wirkungsgrads sowie eine Erhöhung der Bauteillebensdauer angestrebt.