Unterstützung im Orbit

Mit einer Geschwindigkeit von annähernd 28.000 Kilometern pro Stunde umkreisen sie den Erd-orbit auf der internationalen Raumstation ISS – und sind damit wahrscheinlich die schnellsten im Einsatz befindlichen Maschinenelemente ihrer Gattung: Druckfedern mit speziellen thermischen und kraftspezifischen Eigenschaften, die in Akkumulatoren auf der Internationalen Raumstation ISS zum Einsatz kommen.

Diese Akkumulatoren, die vom Pforzheimer Spezialisten für flexible Leitungselemente Witzenmann stammen, sorgen für den optimalen Systemdruck im Kühlwasserkreislauf trotz der auftretenden Temperaturschwankungen. Und nicht nur auf der Raumstation: Auch in Trägerraketen wirken die Akkumulatoren. Dort sorgt der Volumenspeicher für eine Glättung der Druckspitzenwerte des flüssigen Brennstoffes beziehungsweise Oxidators und verhindert so den gefürchteten Pogoeffekt.

Pogoschwingungen entstehen durch den Abriss des Massenstroms in den Versorgungsleitungen der Rakete und können unter Umständen sogar den Totalverlust der Rakete verursachen. Ähnliche Akkumulatoren werden in Flugzeugen als hydraulische Energiespeicher zur schnellen Betätigung von Ruder und Klappen eingesetzt. Wegen dieser Einsatzorte steht bei der Auslegung und Herstellung der Druckfedern vor allem die gleichbleibende lineare Federkonstante bei großen Temperaturschwankungen im Fokus.

So waren die Anforderungen an die Federn sehr hoch: konstante Werkstoffeigenschaften bei +121 bis -156 Grad, minimale Abweichungen für vorgespannte und gespannte Federkräfte, geringe Relaxation trotz Temperaturschwankungen, kein Setzen der Feder – und das alles über zehn Jahre garantiert. Die Werkstoffauswahl fiel bei beim Spezialisten für Entwicklung und Fertigung von Metallfedern sowie Drahtbiegeteilen Gutekunst Federn auf den Federstahldraht 1.4568 nach DIN EN 10270-3.

Dieser Werkstoff verfügt über ein großes Temperatur-Einsatzfenster von +200 bis -200 Grad. Die vorgespannte Kraft F1 und die gespannte Kraft F2 hatten oberste Priorität, sodass die Ingenieure die Baumaßlichkeiten der Druckfeder an den geforderten Kräften auslegten. Gefertigt in Gütegrad eins mit 100-Prozent-Prüfung wurde die Druckfeder zuerst länger gewunden und anschließend auf das geforderte Längenmaß gesetzt, sodass die Feder im Einsatz kein Setzverhalten zeigt.