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Enabler der Konstruktion Wie Leichtbau-Kupplungen Ressourcen schonen

Ressourcen zu schonen gehört zu den großen Herausforderungen der Industrie. Doch wie können Kupplungen dazu beitragen? Sehr viel, sagt Frank Kronmüller, Prokurist bei R+W Antriebselemente.

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Frank Kronmüller, Prokurist R+W Antriebselemente
Frank Kronmüller, Prokurist R+W Antriebselemente
(Bild: R+W Antriebstelemente)

konstruktionspraxis: Der Leichtbau ist für die Luft- und Raumfahrt sowie die Automobilindustrie ein Riesenthema. In wie weit gilt das – aus Ihrer Sicht – auch für den Maschinen- und Anlagenbau?

Frank Kronmüller: Die Luft- und Raumfahrt sowie der Fahrzeugbau machen es vor. Dort werden vor allem Aluminium statt Guss, hochwertige Stähle sowie faserverstärkte Kunststoffe eingesetzt. Das lässt sich ohne weiteres auf den Maschinen- und Anlagenbau adaptieren. Davon werden Maschinen und Anlagen profitieren, allein weil sich die Verfahrgeschwindigkeiten erhöhen – bei steigender Energieeffizienz.

konstruktionspraxis: Was bedeutet der Einsatz dieser neuen Materialien für Konstruktion und Entwicklung?

Frank Kronmüller: Meines Erachtens sollten Konstrukteure und Entwickler sich von altem Denken befreien und neue Wege gehen. Beim Leichtbau geht es nicht nur um die Substitutionen von Materialien, sondern auch darum Produkte, Anlagen und Maschinen neu zu denken. Das heißt auch, Funktionalitäten zu überdenken und Dinge wegzulassen.

konstruktionspraxis: R+W beschäftigt sich mit dem Thema Leichtbau schon seit einiger Zeit. Wie kam es dazu?

Frank Kronmüller: Wie so oft stand am Anfang die Kundenapplikation, die uns „gezwungen“ hat, uns mit dem Thema Leichtbau zu beschäftigen. Die ersten Projekte, die wir realisiert haben, kamen aus der Luftfahrt. Die Forderung war ganz klar, Gewicht einzusparen. Wir haben aber relativ schnell das Potential für den Maschinenbau erkannt und dann damit begonnen, neue Materialkombinationen zu testen. Die Frage war: Was bedeutet es denn für uns als Hersteller Komponenten in anderen Materialmix-Kombinationen zu testen und zur Verfügung zu stellen?

Der Experte

Frank Kronmüller ist Executive Vice President sowie Prokurist bei der R+W Antriebselemente GmbH und begleitet die Unternehmensgruppe seit 1998. In dieser Zeit hat Kronmüller in unterschiedlichen Funktionen fundiertes Fachwissen und umfassende Erfahrungen zur Entwicklung und zum Einsatz von Kupplungen gesammelt. Darüber hinaus hat er verschiedene Vertriebskanäle sowohl im In- als auch im Ausland für das Unternehmen aufgebaut. Kronmüller verfügt über tiefgreifende Kenntnisse vor allem der Kunden- und Applikationsanforderungen im Bereich Kupplungstechnik.

konstruktionspraxis: Auf welche Materialien und Kombinationen sind Sie gekommen?

Frank Kronmüller: Für Druckgusskomponenten bieten sich vor allem Aluminiumlegierungen an, aber auch kohlefaserverstärkte Kunststoffe sowie intelligente Werkstoffe stehen hoch im Kurs. Allerdings muss man im Falle einer Materialsubstitution auch immer die Kosten im Blick behalten. Darüber hinaus gilt es, die Leistungsdichten zu erhöhen.

konstruktionspraxis: Welche weiteren Faktoren spielen – neben der Materialsubstitution – bei der Erhöhung der Leistungsdichte eine Rolle?

Frank Kronmüller: Vor allem die Auslegung der Komponenten sowie des kompletten Antriebsstrangs. Big ist längst nicht mehr beautiful. Früher galt: Alles, was groß und schwer ist, funktioniert. Heute versucht man, Komponenten extrem auszulegen, sodass die Antriebsstränge kompakter, kleiner werden, die Sicherheit aber nach wie vor gewährleistet ist. Zusammengenommen sind es drei Faktoren, die das Gewicht einer Komponente wesentlich beeinflussen: Material, Auslegung sowie die Dimensionierung. Diese drei Faktoren müssen ineinandergreifen.

konstruktionspraxis: Können Sie das am Beispiel einer Ihrer Kupplungen erläutern?

Frank Kronmüller: Bei unserer Leichtbaukupplung haben wir das Material substituiert, genauer den Stahl durch Aluminium mit einer speziellen Oberflächenbeschichtung ersetzt. Das hat zu einer gewissen Einsparung beim Gewicht geführt. Gleichzeitig haben wir einzelne Komponenten so verändert, dass wir eine höhere Leistungsdichte erzielt haben, also nun mit einem leichteren, kleineren Produkt ein höheres Drehmoment übertragen. Es greifen also unterschiedliche Maßnahmen ineinander. Nur einzelne Maßnahmen isoliert zu betrachten, führt meines Erachtens nicht zum Erfolg.

Konstruktionspraxis-Podcast

Leichtbau

Der konstruktionspraxis-Podcast, das Fachmagazin zum Hören, informiert schnell und unterhaltsam über spannende Technikthemen. In dieser Folge spricht Chefredakteurin Ute Drescher mit Frank Kronmüller von R+W Kupplungen über das Potential des Leichtbaus für den Maschinen- und Anlagenbau, die Bedeutung der Werkstoffauswahl mit dem Ziel Gewicht einzusparen und die Notwendigkeit, sich in der Konstruktion von alten Denkmustern zu lösen.

konstruktionspraxis: Ergeben sich weitere Einsparungen, wenn man den gesamten Antriebsstrang über die einzelnen Komponenten hinaus betrachtet?

Frank Kronmüller: Wenn neben der Kupplung auch der Antriebsstrang optimiert wird, lässt sich möglicherweise auch ein kleinerer Motor einsetzen. Das führt zu einer Energieeinsparung. Es lohnt sich also, den kompletten Antriebsstrang zu betrachten.

Die EU-Verordnung 2019/1781 beschreibt ja beispielsweise, dass rund 60 % der heute eingesetzten Motoren weit überdimensioniert sind. Wir vernichten hier Energie. Sind alle Komponenten aber optimiert, lässt sich der komplette Antriebsstrang kleiner auslegen. Oder andersherum: Ein optimierter Antriebsstrang in der ursprünglichen Baugröße ist leistungsstärker – so lässt sich zum Beispiel die Verfahrensgeschwindigkeit erhöhen. Das wiederum steigert die Produktivität.

konstruktionspraxis: Welche Leichtbau-Kupplungen bietet R+W an?

Frank Kronmüller: Vor allem die Torquelight-Sicherheitskupplung der Baureihe SL. Bei dieser Leichtbaukupplung haben wir Material substituiert und gleichzeitig die Leistung erhöht. So konnten wir bis zu 60 % Gewicht sparen und die Leistung um etwa 40 % erhöhen. Darüber hinaus verbinden wir oft größere Achsabstände mit Zwischenrohren aus Kohlefaserstoffen, eine weitere Maßnahme zur Gewichtsreduktion. Außerdem ist es uns gelungen, kostengünstige Alternativen zu Elastomerkupplungen, die aus Aluminium bestehen, komplett aus kohlefaserverstärktem Kunststoff in einer entsprechenden Geometrie zu spritzen. So sparen wir nicht nur Gewicht, sondern auch Kosten ein.

konstruktionspraxis: Welche weiteren Trends sehen Sie – neben dem Leichtbau – im Maschinen- und Anlagenbau?

Frank Kronmüller: Meiner Meinung nach wird es im Maschinen- und Anlagenbau künftig vor allem darum gehen, Potenziale für Kosteneinsparungen zu identifizieren. Natürlich steigen auch die Anforderungen an die Produktivität der Maschinen und Anlagen. Und die Schonung von Ressourcen wird ein wichtiges Thema sein. Über Energieeffizienz diskutieren wir ja schon mehrere Jahre. Dennoch wird dieses Thema noch an Brisanz gewinnen.

Auch das Thema Industrie 4.0 ist seit längerer Zeit ein Dauerbrenner: Intelligente Produkte werden in Zukunft eine immer größere Rolle spielen. Und: Wir brauchen meiner Meinung nach eine einheitliche Maschinensprache, wie sie zum Beispiel die Werkzeugmaschinenhersteller mit Umati anstreben.

konstruktionspraxis: Spielt die Energieeffizienz auch im Zusammenhag mit Industrie 4.0 eine Rolle?

Frank Kronmüller: Ganz klar. Wir sind das Thema im letzten Jahr angegangen und haben eine intelligente Kupplung mit einem Sensorpaket entwickelt. So lassen sich verschiedene Werte messen und auslesen, etwa Vibrationen oder Temperaturen. Noch sind wir in der Entwicklungsphase, führen aber die ersten Kundengespräche.

konstruktionspraxis: Wie profitieren Konstrukteure und Entwickler von diesen Entwicklungen?

Frank Kronmüller: Kurz gesagt helfen diese Technologien – sowohl intelligente Komponenten als auch Leichtbau-Komponenten –, die Produktivität von Maschinen und Anlagen zu erhöhen und gleichzeitig die Kosten zu senken.

Vielen Dank Herr Kronmüller.

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Über den Autor

 Ute Drescher

Ute Drescher

Chefredakteurin, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht