Die Eigenschaften von drehsteifen und drehelastischen Kupplungen lassen sich relativ übersichtlich beschreiben. Wie sie den Antriebsstrang beeinflussen, zeigen aber erst Beispielrechnungen. Damit will der Hersteller KTR die Konstrukteure auf neue Möglichkeiten aufmerksam machen.
Von unserem Redaktionsmitglied Dr. Birgit Oppermann – birgit.oppermann@konradin.de
Bisher ist die Mehrzahl der Konstrukteure davon ausgegangen, dass nur eine drehsteife Kupplung die Positioniergenauigkeit und Dynamik eines Servoantriebs sichern kann“, berichtet Reiner Banemann, Produktmanager für drehsteife Kupplungen bei der KTR Kupplungstechnik GmbH in Rheine. „Die Konstrukteure wären aber gut beraten, wenn sie sich von dieser Denkweise verabschieden und auch Alternativen in Betracht ziehen würden.“ Denn für Servosysteme müssen nicht zwangsläufig Metallbalg- oder Stahllamellenkupplungen eingesetzt werden.
Nach Berechnungen der KTR-Ingenieure vertragen sich beispielsweise auch spielfreie, drehelastische Kupplungen mit den Ansprüchen eines Servo-Antriebs. Wagt sich der Konstrukteur auf den neuen Weg, hat er die Möglichkeit, über die Kupplung unerwünschte Schwingungen im System zu eliminieren oder zumindest zu dämpfen.
Die Spezialisten aus Rheine haben diesen Fall auf Anfrage von Kunden für zwei unterschiedliche Kupplungstypen durchgerechnet, die sie selbst anbieten: für die drehsteife Stahllamellenkupplung Radex-NC, die speziell für die Servotechnik entwickelt wurde, und die spielfreie, aber drehelastische Klauenkupplung Rotex-GS. Beiden gemeinsam ist, dass sie beim Drehrichtungswechsel kein Spiel aufweisen. „Diese Voraussetzung muss natürlich erfüllt sein, um mit der Servoachse zu positionieren“, räumt Banemann ein.
Als Beispiel haben die Ingenieure unter anderem einen Antrieb mit einer 800 mm langen Kugelrollspindel betrachtet. Für die drehsteife Stahllamellenkupplung berechneten sie die Gesamtsteifigkeit des Systems mit 319 Nm/rad. Beim Einsatz der drehelastischen Klauenkupplung lag die Steifigkeit mit 317 Nm/rad nicht viel niedriger.
„Das Erstaunliche an diesem Ergebnis ist, dass sich die Werte für die Steifigkeit der beiden Kupplungen an sich erheblich unterscheiden“, betont Banemann. Die Stahllamellenkupplung sei rund acht mal so steif wie die Klauenkupplung. „Und dennoch macht der Unterschied im Gesamtsystem nicht einmal ein Prozent aus.“ Vor vorschnellen Schlüssen müsse man sich jedoch hüten. „Man darf dieses Ergebnis keinesfalls verallgemeinern“, warnt der Produktmanager.
Ein anderes Praxisbeispiel – der Antrieb mit einem spielfreien Schneckengetriebe – mache klar, dass die verschiedenen Kupplungstypen ihre Berechtigung haben. In diesem Fall senkte die drehelastische Kupplung die Gesamtsteifigkeit des Systems erheblich. Sie lag nur noch bei 69 % der Getriebesteifigkeit. Mit einer Stahllamellenkupplung hingegen hätte der Konstrukteur nur einen Verlust von 3 % in Kauf nehmen müssen. Der große Unterschied hänge hier damit zusammen, dass die Kupplungssteigfigkeit von der Antriebs- auf die Abtriebsseite umgerechnet werden musste, „und dabei geht das Übersetzungsverhältnis von eins zu acht quadratisch in die Berechnung ein“, gibt Banemann zu bedenken. Gleiche Überlegungen gelten für Rundschalttische oder Handling-Geräte, in denen spielarme Planeten- oder Schneckengetriebe eingesetzt werden.
Die Kunden seien angesichts dieser Resultate überrascht gewesen, aber auch froh über die Entscheidungshilfe: „Solche Berechnungen kann man nicht mal eben am Konstruktionsarbeitsplatz durchführen.“ Die Rheiner Spezialisten greifen für ihre Simulationen auf das Programm Dresp zurück, das Mitarbeiter der RWTH Aachen entwickelt haben, um Bauteile und Baugruppen eines Antriebsstrangs lebensdauerorientiert zu dimensionieren.
Auch die Daten der Produkte von Wettbewerbern haben die KTR-Ingenieure mit in ihre Vergleiche einbezogen. „Die Tendenz bei den Ergebnissen ist die gleiche“, fasst Banemann zusammen. „Es lohnt sich, für eine konkrete Anwendung auch die Alternativen zu betrachten.“
Nachgefragt:Online-Geschäft übertrifft die gesteckten Ziele
Herr Dr. Reichert, in letzter Zeit sind zum Thema E-Business sehr kritische Stimmen zu hören. Es wird bemängelt, dass die hohen Investitionen in Online-Shops nicht die erhoffte Umsatzsteigerung gebracht haben. Haben Sie Ihre gesteckten Ziele erreicht?
Wir haben unsere Ziele sogar übertroffen. Zugegebenermaßen waren die Investitionen in einen funktionsfähigen Online-Shop sehr hoch. Jedoch bieten wir heute unseren Kunden an, online Abrufe aus Rahmenverträgen zu tätigen und die Verfügbarkeit zu prüfen. Den Zeichnungsaustausch haben wir integriert. Insgesamt lassen sich also Zeit und Kosten für die gesamte Prozesskette minimieren. Gerade unsere anspruchsvolleren Kunden sind begeistert von dieser prozesssicheren Automatisierung der Zusammenarbeit. Hier zeigt sich auch, dass die Investitionen in ein integriertes Planungssystem wie SAP/R3 – in das unser Internet-Shop integriert ist – absolut richtig war.
Welchen Anteil am Umsatz generieren Sie inzwischen auf diesem Weg?
Das kann man so einfach nicht beantworten. Das Optimum ist dann zu erreichen, wenn wir die Zusammenarbeit mit dem Kunden in technischer, kaufmännischer und logistischer Hinsicht kombinieren und unsere Prozesse in die Datenverarbeitung integrieren. So ist es die Regel, dass zunächst Rahmenaufträge verhandelt werden und die operative Zusammenarbeit dann weitgehend automatisiert erfolgt.
Selbst Komponenten wie Kupplungen bedürfen der intensiven Beratung: Kann das Internet diese ersetzen?
KTR Kupplungstechnik bietet seit Jahren die Möglichkeit, Auswahl- und Kupplungsauslegungsprogramme aus dem Internet herunterzuladen oder im Internet zu bedienen. Dies nutzen Kunden bis zu einer gewissen Komplexitätsstufe des Antriebsproblemes. Natürlich brauchen wir auch in Zukunft unseren Außendienst. Wir haben hier ausgebildete Ingenieure, die Kunden zur Verfügung stehen.
Welche Bedeutung wird Ihrer Ansicht nach der Service – auch über das Internet – für den Umsatz haben?
Service bedeutet für verschiedene Kundengruppen etwas ganz Unterschiedliches: Der Maschinenbetreiber will bei Maschinenstillstand sofort das Ersatzteil bestellen. Der Anlagenbauer will Auslegungskriterien, Industriestandards, 3D-Modelle und technische Spezifikationen online. Ein Serienmaschinenhersteller hingegen wird Wert auf Online-Abrufe, Informationstransparenz und minimale Prozesskosten legen. KTR hat sich auf die verschiedenen Kundengruppen eingestellt. Dies geht im Extremfall so weit, dass wir für einen einzigen Kunden einen Spezial-Shop nur für ihn einrichten.
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