Den Motor sicher im Griff

Der Motor ist nur so gut, wie er sein darf! Diese alte Regel ist auch heute noch in vollem Umfang gültig. Denn jeder Motor ¿ ganz gleich ob er elektrisch, mit Verbrennung, hydraulisch oder pneumatisch arbeitet ¿ hat seine Stärken und Schwächen. Mal ist es gewaltige Kraft, die für irgendwelche Arbeitsaufgaben benötigt wird, dann wieder ist Gefühl gefragt und oft wird Schnelligkeit geschätzt. Im nächsten Fall geht es um Präzision, Drehsteifigkeit und das Messen der Momente. Und dann sind da noch die Leistungskurven der Motoren: Wobei schon das Wort ¿Kurve¿ verrät, dass der eine kraftlos anläuft, der nächste sofort Power bietet und die meisten erst bei hoher Drehzahl so richtig arbeitswütig werden.

Alle diese Probleme ¿ und auch die leidigen Fertigungs- und Montagetoleranzen ¿ die werden von Maschinenelementen so aufgenommen, dass am Ende ein Antriebssystem entsteht. Dieses nutzt die Stärken des Motors, überbrückt seine Schwächen, stellt der Arbeitsmaschine genau die benötigte Drehzahl mit der gewünschten Kraft zur Verfügung. Das System passt auch darauf auf, dass große Kräfte kein Unheil anrichten, Schwingungen erträglich bleiben, Lärm möglichst gar nicht erst entsteht und auch vielfältige Zusatzaufgaben gleich noch mit übernommen werden.

Antriebstechnik ist ein Arbeitsfeld mit vielen Facetten, einem großen Sortiment an Standards und einigen Sonderlösungen. Vor allem ist es aber die Erfahrung, die hier ganz besonders zählt. Deshalb haben wir uns bei den KTR-Leuten aus Rheine mal umgesehen. Wer sich für deren ganzes Programm, die Niederlassungen und Berater in seiner Nähe interessiert, der sollte sich mal ins Internet unter http://www.ktr.com einwählen. Dort ist alles zu finden, was Konstrukteure und Anwender interessieren könnte: Produkte, Montageanleitungen, Auswahlkriterien, CAD-Daten, und, und, und... Wir haben nur mal auf die Neuheiten des Programms geschaut, zeigen hier also nur einen ganz kleinen Ausschnitt.

Da ist zum Beispiel das erweiterte Programm, speziell für mobile Arbeitsmaschinen, in denen Bogenzahnkupplungen arbeiten. Bei vielen Baumaschinen, Flurförderzeugen und anderen Fahrzeugen treibt der Verbrennungsmotor eine oder mehrere Hydraulikpumpen an, die die Leistung für den hydrostatischen Fahrantrieb oder für die Arbeitsfunktionen bereitstellen. Hier hat die Schnittstelle von Dieselmotor und Hydropumpe entscheidenden Einfluss auf die Langlebigkeit des Antriebs: Drehschwingungen und Stoßbelastungen müssen ebenso wirkungsvoll eliminiert werden wie Winkel- und Radialversatz. In diesem Einsatzbereich haben sich drehsteife Flanschkupplungen besonders bewährt.

Da die Hersteller von Bau- und Landmaschinen von ihren Zulieferern zunehmend einbaufertige Systeme wünschen, die möglichst kurze Montagezeiten erfordern, ist man schon vor einiger Zeit dazu übergegangen, für gängige Industriemotor-Bauarten passende Pumpenanbaugehäuse anzubieten. Dieses Programm wurde nochmals erweitert. Die Anbaugehäuse aus Grauguss oder Aluminium werden direkt mit dem Motorblock verschraubt. Auf der anderen Seite bieten sie Anbaumöglichkeit für alle gängigen Pumpenbefestigungen. Am Gehäuse sind Befestigungsflächen für die Aufhängung des Motors am Fahrzeugrahmen vorgesehen. Für die Drehmomentübertragung können Standards oder Sonderausführungen zum Einsatz kommen. Solch ein System ¿Package statt Einzelkomponenten¿ zwischen Motor und Pumpe zeigt das große Bild am Anfang dieses Beitrags.

Das Programm wächst ständig, denn die Hersteller sehen klar die Vorteile des Systemgedankens: Der SAE-Ring, normalerweise motorseitig angebaut, entfällt dabei ebenso wie das zumeist selbst konstruierte Topfgehäuse, das die Verbindung zwischen Motor und Hydropumpe herstellt. Die Kupplung wird einfach axial aufgesteckt; da die Anschlussflächen der Gehäuse exakt bearbeitet sind, kann man auf Zentriereinrichtungen verzichten. Der ¿Package¿-Gedanke ist bei Kleinmotoren ebenso sinnvoll, weil er den Fahrzeugherstellern hilft, Zeit und Kosten zu sparen. Deshalb sind für die doppelkardanische Bogenzahnkupplung ebenfalls Topfgehäuse lieferbar, die direkt an die Motoren der einschlägigen Hersteller anpassen und die die Hydraulikpumpe mit dem Motor verbinden.

Ein ganz anderes Thema ist die Miniaturisierung für Anwendungen in der Automobilbranche. Die Fensterheber machten den Anfang ¿ inzwischen gibt es im Fahrzeuginnenraum viele Funktionen, bei denen Elektro-Antriebe die manuelle Betätigung abgelöst haben. Das Spektrum reicht von der Sitzverstellung (einschließlich der Kopfstützen) über Heckscheiben-Rollos, Schiebedach und Cabrio-Verdeck bis zur Lenksäulenverstellung. Auch im Motorraum sind viele elektrische und elektrohydraulische Kleinantriebe untergebracht ¿ für Pumpen, Kompressoren und Generatoren.

Für viele dieser Anwendungen setzt man drehelastische Kupplungen ein. Eine ihrer Hauptaufgaben besteht darin, Fluchtungsfehler auszugleichen und damit die Standzeit angrenzender Bauteile zu erhöhen. Die Kupplung reduziert zudem Antriebsgeräusche ¿ das ist vor allem bei den Antrieben im Kfz-Innenraum wichtig -, und sie dämpft Schwingungen im Antriebssystem. Außerdem dient sie der Wärmeisolation: Der Kunststoff des Elastomers unterbindet nicht nur die Schallemission, sondern auch den Wärmefluss.

Für diese Einsatzfälle bietet sich die spielfreie Wellenkupplung in Miniaturform an. Ihr Bauprinzip ist das gleiche wie bei der ¿großen¿ Wellenkupplung, die sich sogar in hochdynamischen Antrieben von Werkzeugmaschinen und in Präzisionsantrieben der Mess- und Regeltechnik bewährt hat: Zwischen zwei klauenförmig ineinandergreifende Nabenteile wird ein vorgespanntes Elastomer eingelegt.

Für die miniaturisierten Kupplungen wurde diese Konstruktion jetzt nochmals optimiert. Anstelle eines sternförmigen Elastomers nutzt man die Schachtelbauweise von Klauen und Zahnkranz. Die neue Anordnung von Klauen und Elastomer reduziert, die Kupplungsabmessungen deutlich. Wie die Großen sind die miniaturisierten Bauformen steckbar, das heißt, der Antrieb lässt sich einfach demontieren. Die Kupplungen sind durchschlagsicher und weisen hohe Standzeiten auf. Da die verwendeten Elastomere resistent gegenüber Schmierstoffen und anderen Betriebsstoffen sind, ist selbst ein Unteröl-Betrieb möglich. Durch die Auswahl des Elastomer-Werkstoffs können die Kupplungseigenschaften sehr exakt beeinflusst werden. Die neuen Kupplungen sind mit Außendurchmessern von 15 bis 40 Millimetern vorgesehen und können maximale Drehmomente von 1 bis 35 Newtonmetern übertragen.

Für Hochpräzisions-Anwendungen und hochdynamische Antriebe bietet dieses Haus jetzt spielfreie Wellenkupplungen mit kalibrierten Zahnkränzen an. Dieses System hat sich als spielfreie elastische Wellenverbindung in den Einsatzfällen durchgesetzt, die hohe Anforderungen an Präzision und Dynamik stellen. Anfangs waren zwar manche Anwender skeptisch, ob diese vergleichsweise einfach aufgebaute Kupplung ¿ zwischen zwei klauenförmig ineinandergreifende Nabenteile wird ein vorgespannter Kunststoff-Zahnkranz eingepasst ¿ die traditionell verwendeten Stahllamellen- und Metallbalgkupplungen tatsächlich ersetzen kann.

Aber inzwischen sind die Vorteile dieses Kupplungssystems offenkundig: Die Kupplung baut sehr kompakt, dank ihres geringen Gewichtes sind die Massenträgheitsmomente niedrig, und ihre Dämpfungscharakteristik lässt sich durch die Auswahl der Elastomerhärte des Zahnkranzes dem Einsatzfall anpassen. Die Elastomer-Zahnkränze können nach einem neuentwickelten und geschützten Verfahren kalibriert werden. Das ist deshalb so wichtig, weil eine hochpräzise Fertigung und eine spielfreie Passung von Zahnkranz und Nabe zu den unabdingbaren Voraussetzungen für den Einsatz der Kupplungen in hochdynamischen Antrieben gehören. Selbst geringstes Spiel oder minimale Fluchtungsfehler müssen zuverlässig ausgeschlossen werden, da sie bei hohen Antriebsgeschwindigkeiten zu Unwuchten und unerwünschten Schwingungen führen würden.

Dauertests im Prüffeld ergaben, dass diese Kupplungen sogar in der Hochgeschwindigkeits-Bearbeitung (HSC) problemlos eingesetzt werden können. Selbst bei Umfangsgeschwindigkeiten bis zu 100 Metern pro Sekunde arbeitete die Kupplung einwandfrei. Dreizehn Baugrößen für Wellendurchmesser von 2 bis 95 Millimetern stehen zur Verfügung.

Besonders interessant ist das Erfassen der vorhandenen Drehmomente. Das geht jetzt sogar berührungslos ¿ mit Licht: ohne Schleifringe, ohne aufwendige Telemetrie. Damit ist das System servicefreundlicher ¿ weil wartungsfrei ¿ und deutlich kostengünstiger als bisherige Systeme der Drehmomenterfassung. Und der Kostenvorteil geht nicht zu Lasten der Genauigkeit: Eine Messfrequenz von über 15 Kilohertz erfasst selbst hochdynamische Drehmomentverläufe wie zum Beispiel Anfahrmomente wert- und zeitkontinuierlich.

Ergänzend zur Drehmomentmessung steht ein zusätzliches Impulssignal zur Verfügung, das die aktuelle Drehzahl anzeigt. Über einen mehrpoligen Steckkontakt sind sämtliche Anschlüsse gut zugänglich. Die Kalibrierung des Systems erfolgt in wenigen Minuten vor Ort und mit Hilfe des integrierten Messverstärkers lassen sich die analogen Ausgangswerte einfach anzeigen und weiterverarbeiten.

Damit erschließt das System neue Anwendungsbereiche dort, wo dem Anwender die Drehmomenterfassung bisher zu teuer oder zu aufwendig erschien. Hier ist besonders die permanente Maschinenüberwachung ¿ zum Zweck der Früherkennung von Lagerschäden ¿ zu nennen. Auch in der Prozesssteuerung und der Qualitätssicherung ist das Drehmoment oft eine wichtige Kenngröße. Alle Bautypen sind kompakt und lassen sich problemlos in bestehende Antriebssysteme integrieren. KTR bietet das System unter anderem als Komplett-Einheit zusammen mit der Stahllamellenkupplung.

Zum Schluss noch einmal zurück zum Internet. Seit einem guten Jahr besteht die Möglichkeit, Antriebskomponenten im Internet auszuwählen und einzukaufen. Das Warenangebot im ¿Online- Store¿ umfasst rund 3000 verschiedene Wellenkupplungen und Hydraulikkomponenten; die einfache (Selbst-)Bedienung ermöglicht die schnelle Auswahl der Komponenten und einen zuverlässigen Bestellvorgang.

Über einen Link auf der Homepage http://www.ktr.com oder direkt über www. http://shop.ktr.com loggt sich der Anwender ein, lässt sich registrieren und kann dann seinen Warenkorb zusammenstellen und sich anhand der hinterlegten technischen Daten einen Überblick verschaffen. Der Kunde kann selbstverständlich ¿online¿ die Verfügbarkeit der Produkte abfragen und ein Angebot anfordern. Dabei werden die Preise zu den individuell geltenden Konditionen angezeigt. Unmittelbar nach dem Bestellvorgang erhält der Anwender ¿ ebenfalls via Internet ¿ eine Auftragsbestätigung mit Auftragsnummer.

Anhand der Auftragsnummer kann der Kunde im Online-Store den Status der offenen Aufträge abfragen. Das wird in der Praxis allerdings nicht oft nötig sein, denn alle 3000 Artikel im Online-Shop zählen zum Standardprogramm und sind ab Lager lieferbar. Kupplungen und Hydraulikkomponenten, die bis 14 Uhr ¿online¿ bestellt wurden, werden noch am selben Tag versandt.

Dieter Capelle

Bild1: Miniaturisierte, spielfreie Wellenkupplung. Sie gleicht Fluchtungsfehler aus, erhöht die Standzeit angrenzender Bauteile und reduziert Geräusche sowie Schwingungen

Bild2: Kalibrierte Zahnkränze für Hochpräzisions-Anwendungen in unterschiedlichen Elastomerhärten

Bild3: Berührungslose Drehmomentmessung. Dieses Erfassungssystem lässt sich auch in Kupplungen integrieren

Bild4: Natürlich auch online einkaufen: 3000 Artikel gibt¿s ab Lager

Links: http://www.ktr.com