Wirtschaftliche Verbindung ECOLOC-Spannsätze bieten deutliche Vorteile gegenüber Passfedern

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1 Wirtschaftliche Verbindung ECOLOC-Spannsätze bieten deutliche Vorteile gegenüber Passfedern Dipl.-Ing. Manfred Niessen Ringfeder Power Transmission GmbH, Krefeld Nach wie vor sind Passfedern die dominierenden Welle-Nabe-Verbindungen (WNV), und das obwohl diese vermeintlich preiswerten Elemente in vielen Bereichen wirtschaftlich deutliche Nachteile aufweisen. Mit den vor allem für den Masseneinsatz konzipierten ECOLOC- Spannsätzen von RINGFEDER lassen sich dagegen nicht nur Arbeits- und Produktionskosten sparen, sondern auch Rohstoffe bei explodierenden Stahlpreisen ein immer wichtigeres Argument! Die Preise für Eisenrohstoffe haben sich seit 2003 nahezu verdoppelt als Folge der außergewöhnlich lebhaften Stahlkonjunktur. Auch wenn die Lage am Stahlmarkt sich zuletzt offensichtlich entspannt hat, bleiben die Stahlpreise auf historisch hohem Niveau. Der Maschinen- und Anlagenbau ist insbesondere von der Entwicklung auf dem Stahlmarkt betroffen. Stahl ist einer der Hauptwerkstoffe für die Unternehmen der Investitionsgüterindustrie und als solcher in technischer Hinsicht ohne Alternative. Der Maschinenbau in Deutschland muss zusätzlich die hohen Lohn- und Lohnnebenkosten kompensieren eine Arbeitsstunde kostet zwischen 20 und über 30 Euro [1] (Lohnsumme je geleisteter Arbeiterstunde). Die Bedeutung von Personalkosten als wesentliche wirtschaftliche Stellgröße ist damit unstrittig. Ein nicht unerheblicher Teil der Kosten wird in der Entstehungsphase eines Produktes festgelegt durch die Gestaltung der Produktmerkmale wird mit über 60 % bereits der größte Anteil der im Verlauf der Wertschöpfung entstehenden Kosten bestimmt. Das umfasst die Materialkosten genauso wie den Produktionsaufwand und damit den Personalbedarf für die Fertigung. Die Kosten eines Produktes entscheiden sich unter anderem schon bei der Auswahl einzelner Maschinenelemente wie zum Beispiel bei der Wahl einer Welle-Nabe-Verbindung. Zur Übertragung von Drehmomenten werden dabei heute immer noch zu geschätzten 95 % Passfeder-Verbindungen von den Konstrukteuren vorgesehen. Gründe für den Einsatz sind zumeist die scheinbar günstigen Kosten für das Bauelement. Besonders bei Massenproduktionen, wo zahlreiche Verbindungselemente benötigt werden, wird diese Argumentation angeführt. Spannsatz auch für den Massenmarkt Mit den neuen ECOLOC-Spannsätzen von der Krefelder RINGFEDER Power Transmission GmbH greift das Preisargument nicht mehr. Die neue Produktlinie ist Dank eines hohen maschinellen Fertigungsgrades und einer funktionsorientierten Ausführung besonders kostengünstig. Insbesondere als Standard-Bauteil für die Massenfertigung finden sie ihren Einsatz in den unterschiedlichsten Branchen, von der Fördertechnik, über den Werkzeugmaschinenbau bis hin zur Papier- oder Druckindustrie. Die Produktlinie ist für Wellendurchmesser von 19 bis 180 mm verfügbar, die maximal über- 1

2 tragbaren Drehmomente liegen zwischen 270 und Nm, größere Abmessungen sind auf Anfrage lieferbar. Dank des geringen erforderlichen Einbauraums und der beliebigen Positionierbarkeit lassen sich die ECOLOC-Spannsätze leicht in vorhandene Konstruktionen integrieren; auch die Gestaltung der Gegenbauteile kann einfach gehalten werden. Mit bekannten RINGFEDER- Qualitätsmerkmalen wie hoher Funktionssicherheit oder guten Rundlaufeigenschaften gehören Kettenräder, Riemenscheiben und Zahnräder genauso wie z. B. Kurvenscheiben oder Kupplungen zu den Anwendungsbereichen dieser WNV. Bild 1: Die besonders kostengünstigen ECOLOC-Spannsätze finden insbesondere in der Massenfertigung ihren Einsatz - von der Fördertechnik, über den Werkzeugmaschinenbau bis hin zur Papier- oder Druckindustrie. Material sparen Mit den Spannsätzen lässt sich eine Konstruktion wesentlich leichter ausführen und so teurer Stahl einsparen, wie folgendes Beispiel zeigt: Mit einer WNV soll ein Drehmoment von bis zu Nm übertragen werden. Die bisher eingesetzte Passfeder erforderte dazu bei einer Kerbwirkungszahl ß k von 2,0 einen Wellendurchmesser von 300 mm und eine Wellenlänge von 370 mm. Die erzeugte Passfederflankenpressung beträgt hierbei 200 N/mm 2, die zur Kraftübertragung erforderliche Welle wiegt damit 205 kg! Der Konstrukteur kann das Gewicht senken, indem er eine zweite Passfeder einsetzt. Dadurch erhöht sich zwar die Kerbwirkungszahl auf 2,5 und der erforderliche Wellendurchmesser wächst auf 330 mm, doch ist die Welle nur noch 170 mm lang. So hat der Konstrukteur das Gewicht immerhin auf 114 kg reduziert und spart damit 91 kg Stahl. Ein Spannsatz ermöglicht bei gleichem übertragbaren Drehmoment einen noch einmal deutlich geringeren Wellendurchmesser, denn es tritt eine wesentlich geringere Kerbwirkung auf: Sie muss jetzt nur noch einen Durchmesser von 240 mm haben und auch die für den gewählten Spannsatz erforderliche Länge der Welle beträgt nur noch 72 mm. Das Wellengewicht im Bereich der WNV beträgt damit nur noch 26 kg! Gegenüber dem Einsatz einer einzelnen Passfeder spart diese Konstruktion also 179 kg Stahl, bei einem Stahlpreis von 550 Euro pro Tonne entspricht dies einer Kosteneinsparung alleine für den Materialeinsatz von 98,45 Euro. Damit sind die höheren Bauteilkosten für den Spannsatz sehr schnell wieder kompensiert. Dieser Vorteil wird noch dadurch verstärkt, dass eine Passfederverbindung breitere und dickere Naben und häufig auch noch eine zusätzliche Sicherung gegen seitliches Verschieben erfordert. Größere Lager usw. mit entsprechend höheren Kosten sind hierbei noch nicht einmal berücksi- 2

3 chtigt! Üblicherweise beträgt die Materialeinsparung durch die Verwendung eines Spannsatzes gegenüber einer Passfeder mindestens 40 %. Bild 2: Um das gleiche Drehmoment zu übertragen, ist bei einer Passfeder-Verbindung ein wesentlich größerer Wellendurchmesser und damit ein wesentlich größeres Wellengewicht notwendig, als bei Verwendung eines Spannsatzes. Fertigungskosten reduzieren Doch die wirtschaftlichen Vorteile einer Spannsatz-Verbindung beschränken sich nicht nur auf die Materialeinsparung, sie reichen auch in die Fertigung hinein. Durch den Wegfall ganzer Arbeitsschritte und die Reduzierung von Bearbeitungszeiten werden sowohl die Personalkosten als auch die Maschinenkosten geschont. 3

4 Bild 3: Mit deutlichen Kostenvorteilen in der Fertigung rechnet sich die Verwendung von Spannsätzen gegenüber Passfedern sehr schnell. Schon beim Drehen der erforderlichen Welle führt der Einsatz eines Spannsatzes zu Kostenvorteilen, denn die Welle für die Passfeder ist schwerer und länger - während dieser Bearbeitungsschritt für eine beispielhafte Welle mit Passfeder 55 Euro kostet, würde das Drehen der Welle für eine Welle-Nabe- Verbindung mit Spannsatz nur 30 Euro an Kosten verursachen. Das Fräsen der Passfedernut kostet weitere 40 Euro, die bei der Verwendung eines Spannsatzes komplett entfallen. Und auch bei der Produktion des Gegenbauteils, der Nabe, verursacht die Passfeder höhere Kosten. Zwar ist der Bearbeitungsschritt des Drehens bei beiden WNV vergleichbar und kann in unserem Beispiel mit 30 Euro angesetzt werden, doch muss auch bei der Nabe wieder eine Nut für die Passfeder gefertigt werden was mit weiteren 30 Euro zu Ungunsten der Passfeder-Verbindung zu Buche schlägt. Letzter Schritt in der Bearbeitungskette ist die Montage vorausgesetzt, die Passfeder-Verbindung wird mit einer zusätzlichen Sicherung gegen seitliches Verschieben versehen, ist hier der Montageaufwand rund doppelt so hoch wie bei einem selbstzentrierenden ECOLOC-Spannsatz, wo im Prinzip nur die Spannschrauben mit einem Drehmomentschlüssel gleichmäßig angezogen werden müssen. Im direkten Kostenvergleich kostet der Spannsatz in der Montage 15 Euro, die Passfeder 30 Euro. Damit verursacht die mit einem Stückpreis von gerade einmal 1 Euro scheinbar so günstige Passfeder in der gesamten Fertigung und Montage Kosten in Höhe von 186 Euro (inkl. der Kosten für die Passfeder). Die Verwendung des Spannsatzes kostet dagegen mit 121 Euro deutlich weniger (auch hier inklusive der Kosten für den Spannsatz). Damit ist der Stückpreis von rund 46 Euro für den Spannsatz schnell kompensiert und es bleibt immer noch ein Kostenvorteil von rund 65 Euro pro Welle-Nabe- Verbindung! Und in Anbetracht der immer stärker geforderten Demontage-Möglichkeit von Produkten, aber auch hinsichtlich der Wartung von Anlagen, punktet der Spannsatz mit einem weiteren Vorteil einer wesentlich leichteren Demontage. Es müssen nur die Spannschrauben wieder gelöst werden, und die Nabe kann einfach von der Welle abgezogen werden. 4

5 Quellen Bilder: Ringfeder Power Transmission GmbH [1] Laut Arbeitgeberverband Gesamtmetall, ähnliche Zahlen auch vom IW Köln u. a. Autor Dipl.-Ing. Manfred Niessen Ringfeder Power Transmission GmbH Oberschlesienstr. 15 D Krefeld Tel.: +49 (0) 2151/ Fax: +49 (0) 2151/ Internet: 5