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DER KONSTRUKTEUR ASB/2018

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ANTRIEBSELEMENTE UND

ANTRIEBSELEMENTE UND SOFTWARE HIGHSPEED – ABER SICHER! Hocheffiziente Elektromotoren gehören zu den Schlüsselfaktoren für die Umsetzung erfolgreicher E-Mobility-Konzepte. Das stellt nicht nur die Motorenbauer immer wieder vor neue Herausforderungen, sondern auch die Zulieferer von Norm- und Standardteilen wie zum Beispiel von Sicherungsringen und Wellenfedern. Die Ingenieure des C-Teile-Herstellers Smalley standen vor der Spezialaufgabe, für einen namhaften OEM von Automotive-Elektroantrieben einen Wellen-Sicherungsring mit einer integrierten Selbstsperrfunktion zu entwickeln. Das Besondere daran: Er lässt sich für Umdrehungen von bis zu 17 000 min -1 einsetzen. Herkömmliche Sicherungsringe katapultiert es bei diesen Drehzahlen ins Nirvana. Methode. Dabei handelt es sich um eine Variante der Kantenwindungstechnik, die sich flexibel nutzen lässt und es erlaubt, konstruktive Anpassungen und Optimierungen an den Sicherungsringen ohne zusätzliche Tools oder Werkzeug-Modifikationen vorzunehmen. Das Verfahren ermöglicht zudem die rasche Prototypen-Fertigung und – selbst bei kleinen Stückzahlen – eine kostengünstige Herstellung von Sonderlösungen. PRODUKTE UND ANWENDUNGEN NEUENTWICKLUNG AUF BEWÄHRTER BASIS Mechanisch betrachtet sind es vorrangig die Zentrifugalkräfte der rotierenden Antriebswellen, die die Funktion von Sicherungsringen begrenzen. Werden die Fliehkräfte zu hoch, hebt es den Sicherungsring aus seiner Nut und lässt ihn von der Welle rutschen. Im schlimmsten Fall bedeutet das den Totalausfall des Antriebs. Auch in der Elektrotechnik gehört es daher zu den Pflichten der Konstrukteure, die maximale Drehzahl-Eignung der verwendeten Sicherungsringe abzuklären. Je nach Typ und Variante eignen sich beispielsweise die ösenfreien Spirolox-Ringe von Smalley im Lieferprogramm von TFC serienmäßig für Drehzahlen von bis zu 8 000 min -1 . Damit decken der USamerikanische Hersteller und sein deutscher Vertriebspartner zwar einen außergewöhnlich großen Anwendungsbereich ab; für einen namhaften OEM von Automotive-Elektroantrieben für die E-Mobility war das allerdings nicht genug: Er benötigte für einen neuen hochdrehenden Motor einen Sicherungsring mit 33 mm Durchmesser, der seinen Sitz in der Nut selbst bei Drehzahlen von mehr als 17 000 min -1 zuverlässig und stabil beibehalten sollte. Grundsätzlich bestehen die Spirolox-Ringe von Smalley/TFC aus gewalzten Edelstahl-, Federstahl-, Titan- oder Sonderlegierungs- Werkstoffen und weisen im Gegensatz zu den anderen Sicherungsringen (DIN 471/472) einen prägnanten Vorteil auf: Sie haben keine Nasen, Ösen oder Bohrungen und auch keinen Spalt, sondern schließen rundum bündig ab. Sie sind also wie geschaffen für die Verwirklichung raumsparender Konstruktionen, da sie peripheren Komponenten keinen Platz stehlen. Technologische Grundlage für ihre Herstellung ist das No-Tooling-Cost-Verfahren von Smalley – auch bekannt als Circular-Grain- SELBSTSPERRENDE DORN-SLOT-VERBINDUNG Auch bei der Entwicklung des Sicherungsrings für die Highspeed-Elektromotoren des Automotive-OEM kamen die Ingenieure von Smalley mit Hilfe der No-Tooling-Cost-Technologie schnell zum Ziel. Innerhalb weniger Wochen realisierten sie einen Spirolox-Ring mit zwei Windungen und einer integrierten Eigensicherung – einer Art Selbstblockade –, der in der Lage ist, die hohen Drehzahl-Anforderungen des Kunden problemlos zu erfüllen. 01 Die Sonderlösung des Wellen-Sicherungsrings hat an ihrer Innenwindung zwei kleine Dorne, die sich jeweils in gegenüberliegende schmale Slots im Außenring schieben und einrasten; es gibt drei mögliche Varianten: mit innen positionierter (oben), mittiger und außen liegender (unten) Selbstsperrung 74 DER KONSTRUKTEUR ASB/2018

ANTRIEBSELEMENTE UND SOFTWARE 02 Nach dem Einsetzen in die Nut bildet der Sicherungsring eine schlüssige Verbindung zwischen den Windungen des Rings, die umso fester wird, je schneller die Welle des Elektromotors dreht Im Gegensatz zu den Standardlösungen verfügt dieser als Sonderteil realisierte selbstsperrende Sicherungsring an seiner Innenwindung über zwei kleine Dorne, die sich jeweils in gegenüberliegende schmale Slots (Ausstanzungen) im Außenring schieben und dort einrasten. Durch diese doppelte Dorn-Slot-Paarung entsteht eine schlüssige Verbindung zwischen den Windungen des Rings, die umso fester wird, je schneller die Welle des Elektromotors dreht. Darüber hinaus ergeben sich einige weitere, überaus erfreuliche Vorteile: Dank der Selbstsperr-Funktion erweist sich der Sicherungsring auch als extrem standhaft bei hoher Beschleunigung und viel unempfindlicher gegenüber Vibrationen. In der Praxis hat sich zudem gezeigt, dass er sogar in der Lage ist, Stöße und Schläge zu absorbieren. Sein äusseres Design ist – wie bei allen Spirolox-Ringen – rundum bündig und bildet eine geschlossene 360°-Anlagefläche. Mit dem neuen selbstsperrenden Sicherungsring bietet TFC eine Lösung für den Elektromotorenbau an, die dem E-Mobility-Trend zu immer höher drehenden Antrieben gerecht wird. Schon heute sind hier z. B. Synchronmaschinen, die mit etwa 11 000 min -1 rotieren sowie Asynchronmaschinen, deren Nenndrehzahlen sogar bei bis zu 25 000 min -1 liegen, keine Seltenheit mehr. Prinzipiell liefert TFC die Spirolox-Sicherungsringe sowohl als Schnapp-, Hoopster- und Flachdraht-Wellenringe als auch mit Mehrfach-Windungen. Ab Lager erhältlich sind die Ringe in 6 000 verschiedenen Ausführungen mit Durchmessern von 6 bis 400 mm. Bilder: TFC www.tfc-de.com DIE SICHERUNGSRINGE BIETEN MEHR SICHERHEIT BEI HOHEN DREHZAHLEN SICHERUNGSRINGE UND WELLENFEDERN TFC gilt als einer der führenden Zulieferer von Sicherungsringen und Wellenfedern aus gewalztem Flachdraht. Im direkten Vergleich mit konventionellen Runddrahtfedern bieten Wellenfedern die Möglichkeit, geringere Lasthöhen bei gleichem Federweg und gleicher Last zu realisieren. Die Wellenfedern werden innen (Bohrung) oder außen (Welle) geführt, um ein Überspringen einzelner Windungen auszuschließen. Da die berührungslose Federführung bei unterschiedlichen Lasthöhen stets gewährleistet wird, ist der Kontakt der Feder mit Welle oder Wandung ausgeschlossen. Flachdraht-Wellenfedern sind auch eine Alternative zu Federstützblechen und Schraubendruckfedern. Werkstoffmäßig bietet das TFC-Katalogprogramm die Auswahl zwischen Federstahl, rostfreiem Edelstahl (17-7 PH) und Sondergüten sowie ein- und mehrlagigen Ausführungen mit offenem Spalt oder überlappenden Enden. In1Minute online konfiguriert ... in1bis 3 Tagen geliefert ... ... mit 40% mehr Lebensdauer* Kein aufwändiges Konstruieren von Zahnrädern mehr: Individuelles hochabriebfestes Zahnrad in 60 Sekunden online konfigurieren und sofort bestellen. Keine Werkzeugkosten durch 3D-Druck, effizient ab Stückzahl 1. * im Vergleich zu POM-Zahnrädern. Schneckenrad-Tests mit 5 Nm Drehmoment und12 U/min im 2.750 qm igus ® Testlabor. .de/3DZahnrad igus ® GmbH Tel. 02203-9649-975 info@igus.de plastics for longer life ® Besuchen Sie uns: SMM, Hamburg – Halle B6 Stand 322 | AMB, Stuttgart – Stand Eingang Ost 511 Igus-2.indd 1 19.06.2018 08:04:50 DER KONSTRUKTEUR ASB/2018 75