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antriebstechnik 10/2018

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GETRIEBE UND

GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN I INTERVIEW „Das gab es bisher nicht“ So lässt sich die Lebensdauer für Zahnriemenantriebe wirklich exakt kalkulieren Die Walther Flender GmbH entwickelt eine neuartige Methode zur Auslegung von Zahnriemenantrieben und ermöglicht es hiermit zukünftig die Lebensdauer des gesamten Antriebs exakt vorauszusagen. Wie das funktioniert und wo die Vorteile für den Anwender liegen, erklärt uns der technische Leiter Dr.-Ing. Andreas Scholzen im Gespräch. „Bestimmen Sie selbst die Lebensdauer Ihres Antriebs“ – mit diesem Slogan wirbt die Walther Flender GmbH aktuell. Gemeint ist hierbei die Entwicklung einer neuartigen Methode zur Antriebsauslegung namens L.E.A.N. Drive, die es zukünftig ermöglichen soll, den Zahnriemenantrieb gemäß der vom Kunden geforderten Lebensdauer auszulegen. Hierbei kann es sich zum einen um eine geforderte besonders hohe Lebensdauer oder aber auch um eine kostenoptimierte Auslegung mit einer konkret benötigten Lebensdauer handeln, heißt es. Zudem ermögliche die neue Antriebsberechnung den notwendigen Wechsel der Antriebskomponenten präzise vorauszusagen und damit in den Produktionsablauf mit einzuplanen. Dr.-Ing. Andreas Scholzen verrät uns, was dahintersteckt und warum eine solche Antriebsauslegung bisher nicht möglich war. Herr Dr. Scholzen, woher kam der Gedanke, sich dem Thema Lebensdauer von Zahnriemenantrieben in dieser Form anzunehmen? In der Vergangenheit wurden wir schon oft von unseren Kunden auf das Thema Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Zahnriemenantrieben angesprochen. Eine besonders hohe Lebensdauer verschafft unseren Kunden einen hohen Wettbewerbsvorteil wie auch das Entwickeln von besonders kostenoptimierten Antrieben. Da geht es ihnen quasi genauso wie uns. Zudem gewinnt das exakte Planen des Riemenwechsels – Stichwort Predictive Maintenance – im Rahmen einer optimalen Produktionssteuerung immer mehr an Bedeutung. Hierzu muss er sich darauf verlassen können, dass der Zahnriemen bis zum vorbestimmten Zeitpunkt nicht ausfällt. Grund genug für uns nach einer 01 Solche Zahnriemenantriebe lassen sich nun mit L.E.A.N. Drive exakter berechnen 22 antriebstechnik 10/2018

Methode zu suchen, die es uns ermöglicht dem Kunden den Zahnriemenantrieb präzise und kostenoptimiert auszulegen und gleichzeitig verlässliche Aussagen über die Lebensdauer zu treffen. 02 Die Einflussfaktoren auf die Lebensdauer von Zahnriemenantrieben Gab es denn bisher noch keine Möglichkeit die Lebensdauer eines Zahnriemenantriebs vorherzusagen? In dieser Präzision mit Sicherheit noch nicht. Wir haben zu Beginn unserer Überlegungen die aktuelle Ist-Situation analysiert und festgestellt, dass die bisherigen Leistungsangaben in den technischen Katalogen der verschiedenen Hersteller die Lebensdauer der Zahnriemen nicht berücksichtigen und sich so in unseren Testlaboren auch nicht bestätigen lassen. Zudem wurde bisher mit hohen Sicherheitsfaktoren kalkuliert, die sich von Hand zu Hand immer weiter potenzieren. Durch dieses überdimensionierte Auslegen werden zum Beispiel Riemen eingesetzt, die der Kunde in dieser Form vielleicht gar nicht benötigt. Und daher rührte die Idee eine neue Auslegungsmethode zu entwickeln? Betritt Walther Flender hier nicht eher ungewohnte Pfade? Teils, teils. Bis zu einem gewissen Punkt konnten wir unsere langjährige Erfahrung im Bereich der Antriebstechnik nutzen. Mittlerweile bieten wir seit über 70 Jahren Zahnriemenscheiben und Zahnriemen in heute über 25 Branchen an. Hier mischen sich natürlich Erfahrungswerte mit vorhandenem Know-how, sowohl in der anwendungsspezifischen Auslegung von Zahnriemen als auch in der Ursachenforschung bei Zahnriemenausfällen. Zudem verfügen wir über ein umfangreiches Testlabor, in dem wir selbst Leistungs- und Lebensdauertests durchführen können. Ungewohnt für uns war aber mit Sicherheit das wissenschaftliche Herangehen an eine solche Aufgabenstellung inklusive der Entwicklung von Analyseverfahren und Berechnungsmethoden. Hierzu haben wir die Universität Stuttgart als Kooperationspartner gewinnen können, mit der wir im Rahmen eines Forschungs- und Promotionsprojektes das Thema gemeinsam angehen konnten. Was ist das Neuartige an der Auslegungsmethode? Grundlegender Unterschied zu bisherigen Methoden ist schon einmal, dass wir nicht nur die einzelne Antriebskomponente wie zum Beispiel den Zahnriemen, sondern das gesamte System inklusive der dazugehörigen Antriebs- und Abtriebsscheiben berücksichtigen. Diese Systembetrachtung 03 Die Auslegung mit Sicherheitsfaktoren hat es ermöglicht eine Vielzahl von Faktoren zu analysieren, die Einfluss auf das Ausfallverhalten des gesamten Antriebs haben können. Aus diesen insgesamt über 50 verschiedenen Einflussfaktoren hat das Institut für Maschinenelemente der Universität Stuttgart ein Wechselwirkungsnetz erstellt, woraus sich zum einen die relevantesten Einflussfaktoren herausfiltern ließen und zum anderen auch ein konkreter Versuchsplan abgeleitet werden konnte. Zu den wichtigsten Einflussfaktoren auf die Lebensdauer gehören zum Beispiel nicht nur die Drehzahl oder die Vorspannung, sondern ebenso die Geometrie und Oberfläche der Zahnriemenscheiben. Durch diesen Versuchsplan ist es möglich, die Zahl der zu prüfenden Punkte auf ein Minimum zu reduzieren, damit die Versuchsanzahl und die Versuchszeiten noch händelbar bleiben. Anschließend erfolgen die tatsächlichen Lebensdauerversuche in unserem Testlabor, deren Ergebnisse dann später in das mathematische System der neuen Riemenauslegung überführt werden. Die Anzahl der Betriebspunkte sowie die Anzahl der Einflussfaktoren werden dann stetig erweitert, so dass wir zukünftig immer genauere Ergebnisse erhalten. Die neue Methodik trägt den Namen L.E.A.N. Drive. Was steckt dahinter? Zunächst einmal erinnert der Begriff an LEAN Production, der besonders im Rahmen von Industrie 4.0 stark an Bedeutung gewonnen hat. Darüber hinaus, stehen aber die einzelnen Buchstaben in L.E.A.N. Drive für einzelne Kundenvorteile, die wir mit der neuen Antriebsauslegung schaffen wollen. L steht hierbei für Lebensdauer, E für Energieeffizienz, A für Aftermarket und N für Nachhaltigkeit. Im Prinzip handelt es sich um die Antwort auf die bestehenden Kundenbedürfnisse nach effizienten, präzise ausgelegten und auch wirtschaftlichen Antriebslösungen sowie konkreten Aussagen zur Zuverlässigkeit der Riemenantriebe. Wie weit sind Sie mit der Entwicklung vorangeschritten? Wird diese schon aktiv bei Walther Flender eingesetzt? Wir arbeiten seit bereits über zwei Jahren an dem Projekt L.E.A.N. Drive. Mittlerweile ist das Auslegungsverfahren auch bereits als deutsches Gebrauchsmuster und europäische Patentanmeldung gesetzlich geschützt. Die erste Testversion der geplanten Software zur Lebensdauerberechnung namens L.E.A.N. Drive werden wir noch in diesem Jahr in den Händen halten. Wir sind aber schon jetzt in der Lage bei einem Teil unserer Antriebsauslegungen Aussagen zur Lebensdauer und Zuverlässigkeit zu treffen, da wir ja bereits über einige Prüfergebnisse verfügen. Fotos: Walther Flender www.walther-flender.de antriebstechnik 10/2018 23

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