Schmolinsky, Marcus: Umsetzung des Prinzips "Funktionswerkstoff an Funktionsstelle" für Laufflächen von planaren Wälzführungen

Abstract in German:

In vielen technischen Bereichen wie der Präzisionsmesstechnik und der Halbleitertechnologie sind hochgenaue Führungen erforderlich. Aerostatische Präzisionsführungen kommen aufgrund vieler Vorteile häufig zum Einsatz. Eine Verwendung dieser Führungen führt jedoch unter Vakuumbedingungen zu großen technischen Problemen. Das Betriebsmedium der Luftlagerelemente muss aufwendig abgeführt werden. Planare Wälzführungen sind eine geeignete Alternative, da sie ohne Hilfsmedien auskommen. Eine planare Wälzführung wird üblicherweise in einer monolithischen Läuferstruktur realisiert. Die mechanischen Eigenschaften können in dieser Bauweise die hohen Anforderungen jedoch nur bedingt erfüllen. Insbesondere die Lauffläche ist hierbei ein Bauteil, das durch die Belastung der Kugelkontakte hohe strukturmechanische Festigkeiten aufweisen muss. Mit einem monolithischen Läufer aus Stahl sind die Grenzen des Werkstoffs schnell erreicht. Deshalb ist die Entwicklung einer Bauweise in Verbundstruktur notwendig und die Zielstellung dieser Arbeit. Hierzu werden anhand theoretischer Betrachtungen Werkstoffe mit besonders geeigneten Eigenschaften ausgewählt. Die Entwicklung der Koppelstelle zwischen den verwendeten Bauteilen stellt eine besondere Herausforderung dar. In dieser Arbeit erfolgt eine systematische Auswahl von Konzepten für die Realisierung einer Koppelstelle, die die mechanischen Eigenschaften der Funktionswerkstoffe nicht beeinträchtigt. Dies geschieht durch FESimulationsmodelle und messtechnische Untersuchungen. Anhand der Ergebnisse erfolgt die Auswahl eines favorisierten Konzepts. Zur experimentellen Untersuchung der Eigenschaften einer gesamten planaren Wälzführung in Verbundstruktur erfolgt abschließend eine Konzeptionierung. Mit dem entwickelten Konzept ist eine Erfassung der Führungseigenschaften und des Käfigwanderns zum Vergleich verschiedener Laufflächenwerkstoffe möglich.