Klebstoff

Expertengespräch Kleben – Gemeinsam E-Motoren zuverlässig machen

| Autor: Bernhard Richter

Unser Roundtable „Kleben von 
E-Motoren“ bei Vogel Business Media.
Unser Roundtable „Kleben von 
E-Motoren“ bei Vogel Business Media. (Bild: K.Juschkat/konstruktionspraxis)

Kleben in Elektromotoren ist ein kontroverses Thema – die Einen verfluchen es, die Anderen sind davon überzeugt. In unserem Round-Table zum Thema „E-Motoren kleben oder nicht?“ machen der Maschinenbauer Trumpf, E-Motorenhersteller Schneider-Electric und der Klebstoffhersteller Delo klar, was sie vom Kleben halten.

In einer hochdynamischen Ventilsteuerung mehrerer Werkzeugmaschinen versagen die elektrischen Schrittmotoren – der Schaden an Image und Geld ist groß. Weder die Maschine, Software, Elektrik noch die Verkabelung waren die Ursache für den Ausfall – die Rotorpakete des Schrittmotors rutschten auf der Welle durch. Die Klebung hatte nicht gehalten.

„Einen Klebstoff könnte man doch etwas vorschädigen, um zu sehen, wie er sich dann weiter verhält,“ schlägt Walter Thiel, Vorentwicklung bei Trumpf Werkzeugmaschinen vor.
„Einen Klebstoff könnte man doch etwas vorschädigen, um zu sehen, wie er sich dann weiter verhält,“ schlägt Walter Thiel, Vorentwicklung bei Trumpf Werkzeugmaschinen vor. (Bild: K.Juschkat/konstruktionspraxis)

War das nun keine klebgerechte Konstruktion oder ein tragischer Einzelfall? Waren die Anforderungen an den Elektromotor einfach zu hoch? Wurde der Motor nur falsch eingesetzt oder hat die Qualitätssicherung versagt? Kann man Kleben mathematisch berechnen? Drei Vertreter der Industrie finden sich deshalb am Roundtable „Kleben von E-Motoren“ in der Gründerwerkstatt von Vogel Business Media vor laufenden Kameras zusammen, um diese Fragen zu beantworten.

„Bei der modernen Fertigung ist ein ausreichendes Aushärten des Klebers nicht mehr möglich, weil dafür keine Zeit ist. Laserschweißen ist eine Alternative, da es ein schlankerer Prozess ist, der wesentlich mehr Kräfte aufnehmen kann“ ist Walter Thiel, Vorproduktion bei Trumpf Werkzeugmaschinen, sicher. Das Unternehmen hat aus den schlechten Erfahrungen mit geklebten Elektromotoren Konsequenzen für sich gezogen – in der hauseigenen Produktion wird nicht mehr geklebt.

Mechanische Stütze für den Kleber

Der in den Werkzeugmaschinen verbaute Zwei-Phasen-Schrittmotor von Schneider Electric besitzt keine Spielpassung, sondern eine kombinierte Verbindung mit Übergangspassung und Klebung von Loctite, erklärt Markus Moser, R&D Motoren bei Schneider Electric. „Unser Hauptansatz ist, nicht auf eine reine Klebung zu bauen – nicht, weil wir der Klebung nicht trauen würden, sondern um der Klebung noch eine mechanische Stützwirkung zu geben.“ Genau diese mechanische Stützwirkung hat aber das Vertrauen von Trumpf. Das Unternehmen zerlegte die fehlerhaften Motoren und versah die Wellen mit einer Längsriffelung, auf die dann das Rotorpaket aufgepresst wurde. In nachfolgenden Tests wurde eher die Welle abgedreht als dass sich das Rotorpaket von der Welle losdrehte. Ein Klebstoff könne so etwas, laut Thiel, nicht leisten.

Moser erklärt weiter:„Unser Motor ist seit mittlerweile 20 Jahren im Portfolio und dementsprechend getestet und qualifiziert worden. Wir werden dann immer mit speziellen Anforderungen konfrontiert – erhöhte Dynamik, erhöhte Temperatur und auch erhöhte mechanische Belastung, was bei dieser Anwendung ja gegeben ist. Deswegen kann man nicht sagen, ist dieser Motor der Falsche oder der Richtige. Grundsätzlich ist der Einsatz in einer Applikation ohne Encoder richtig gewählt und ist normalerweise sehr robust.“ Allerdings wirken auf die relativ kleine Klebfläche auch hohe Kräfte, räumt er ein. Es müsse eine Abwägung zwischen Produktionsprozessen und Produktionskosten getroffen werden.

Ergänzendes zum Thema
 
Was bisher bei der konstruktionspraxis geschah...

Warum Kleben oft ausreicht

Gudrun Weigel, Entwicklungsleiterin bei Klebstoffhersteller Delo, sieht sich die projektierte konstruktive Auslegungen grundsätzlich im Vorfeld sehr gewissenhaft an. „Wie viel Spiel habe ich hier, welche Materialien habe ich, wie ist die Krafteinleitung und über welche Fläche sprechen wir. Wir müssen aber genau hinsehen, gerade wegen der hohen Lastwechsel und der kleinen Dimensionierung. Mit der verwendeten Übergangspassung wäre eine Klebung absolut ausreichend, falls genügend Klebstoff im Spalt ist.

Ergänzendes zum Thema
 
Was bisher bei der konstruktionspraxis geschah...

Auch die Oberfläche muss dementsprechend vorhanden sein, denn anaerob härtende Klebstoffe brauchen Metall-Ionen und vor allem genug Metall-Ionen“, macht Weigel klar. Die Ursache des Klebstoffversagens herauszufinden ist der Entwicklungsleiterin mit 40 Jahren Berufserfahrung ein persönliches Anliegen. Auch wenn der eingesetzte Klebstoff nicht von Delo stammt – Gudrun Weigel sieht ihre Berufsehre in Gefahr. Sie stellt im gleichen Atemzug aber auch klar, dass sie nicht weiß, ob für diesen Anwendungsfall Kleben die richtige Wahl gewesen ist. Das müsse in nachfolgenden Untersuchungen geklärt werden.

Moser fügt hinzu, dass Kleben mittlerweile eine unersetzliche Verbindungstechnik in der Fertigung von Schneider Electric geworden ist: „Wenn jetzt jemand kommen würde und uns das Kleben untersagen würde, dann müsste man sich die Produktion ansehen und sich fragen, was überhaupt noch von den Bändern laufen würde. Bei vielen Standardprodukten funktioniert Kleben sehr gut und auch in der Handhabung und Applikation des Klebstoffes stecken viele Details, die alle berücksichtigt werden müssen“, ergänzt der Motorenexperte.

Weiter räumt er ein, dass im Fall von Trumpf das Design der Rotoren eine mögliche Ursache für das Versagen der Klebung sein könne. „Die Nabe ist nicht massiv ausgeführt, sondern aus Elektroblechen aufgebaut. Das heißt, dass die Klebefläche nicht kompakt ist. Die Ringflächen des Rotors können sehr gut Drehmomente übertragen, weil die Verbindung der einzelnen Bleche weit außen sitzen. Sobald aber eine extrem starke axiale Anregung auftritt, kann ein Blattfedereffekt auftreten, der die Klebfläche nach und nach zerrüttet,“ mutmaßt Moser über mögliche Ursachen für das Versagen.

Nach sieben Jahren immer noch flüssig

Wie aber konnte Klebstoff in den Motoren nach sieben Jahren noch flüssig sein? „Es gibt keine Klebstoffe, die so lange zur Aushärtung brauchen – Entweder gleich oder gar nicht“, steht für Gudrun Weigel fest. „Für mich ist das ein wichtiges Indiz, dass etwas mit der Oberfläche oder dem Spalt nicht in Ordnung gewesen sein muss. Es gibt keine schlechten Klebstoffe, sondern nur eine falsche Anwendung.“

„Für mich ein Indiz, dass mit der Oberfläche etwas nicht stimmt. Es gibt keine schlechten Klebstoffe, sondern nur eine falsche Anwendung,“ versichert Gudrun Weigel, Entwicklungsleiterin bei Delo.
„Für mich ein Indiz, dass mit der Oberfläche etwas nicht stimmt. Es gibt keine schlechten Klebstoffe, sondern nur eine falsche Anwendung,“ versichert Gudrun Weigel, Entwicklungsleiterin bei Delo. (Bild: K.Juschkat/konstruktionspraxis)

Weigel sieht es als unerlässlich, neben einer theoretischen Berechnung der Klebfläche am Bauteil auch den spezifischen Einsatz des Bauteils und seine Anwendung mit Umweltfaktoren zu kennen – nur so könne sichergestellt werden, dass der Klebstoff das tue, was er soll. „Bei den errechneten Abdrehwerten würde mir das Herz stillstehen, wenn ich die Verantwortung tragen würde, meinen Klebstoff dazu einzusetzen.“ Weiter erläutert sie, dass der Klebstoff umfangreiche spezifische Testszenarien durchlaufen muss, um für die jeweilige Applikation sinnvoll nutzbar zu sein.

„Testszenarien gehen an der Realität vorbei“

Maschinenbauer Thiel glaubt, dass die Testszenarien für den Klebstoff an der Realität vorbei gehen: „Einen Klebstoff könnte man doch etwas vorschädigen, um zu sehen, wie er sich dann weiter verhält. Dies fehlt uns.“ Er plädiert für wesentlich härtere Tests. Diesen Wunsch nach Sicherheit möchte ihm die Klebstoffentwicklerin gerne geben – aber ein Datenblatt für jeden Kleber in jedem Elektromotor für jede Anwendung ist schier unmöglich.

„Deswegen haben wir bei Delo ein großes Beratungszentrum, wo die Ingenieure dem Kunden zur Verfügung stehen. Ich würde mir wünschen, dass Anwender früher zu uns kommen und wir eventuell Einfluss nehmen können“, schildert Weigel und gibt Vorschläge für Alternativen. Markus Moser ist darüber sichtlich erfreut und lädt sie und Thiel zu einem gemeinsamen Treffen ins Hause Schneider Electric ein. Die Teilnehmer sind sich alle einig, dass vor allem durch eine vertiefte Kommunikation ein Ereignis wie dieses, zumindest unter den Anwesenden, nicht mehr vorkommen wird.

Kommentare werden geladen....

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Der Kommentar wird durch einen Redakteur geprüft und in Kürze freigeschaltet.

Anonym mitdiskutieren oder einloggen Anmelden

Avatar
Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 44845767 / Verbindungstechnik)