DER KONSTRUKTEUR ASB/2018

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
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