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Thermoclad – unsere neuen bi-metallischen Toleranzringe für E-Motoren
Der RENCOL® Thermoclad Toleranzring wurde entwickelt, um das Problem der Wärmeübertragung zu lösen, ein Thema, das besonders für Elektromotoren von Bedeutung ist. Die Herausforderung für einen RENCOL® Toleranzring bestand darin, das Wärmeübertragungs-Vermögen in Anwendungen zur Stator-Befestigung deutlich zu steigern. Diese Aufgabe wurde mit der Entwicklung des bi-metallischen Thermoclad Materials gelöst. Die Kombination der Vorteile von Thermoclad und Toleranzringen unterstützt sowohl das Wärme-Management als auch die Montage von Elektromotoren, welche mit rasanter Geschwindigkeit in unser tägliches Leben Einzug halten.
Der Toleranzring
Ein Toleranzring ist eine kundenspezifische Komponente mit Verprägungen oder ähnlichen Strukturen, die genutzt werden, um zylindrische Teile miteinander zu verbinden. Die Verprägungen verhalten sich dabei wie Federn, die – wenn sie belastet werden – eine Kraft erzeugen, welche die beiden Teile zueinander positioniert. Je stärker die Verprägungen gestaucht werden, desto größer wird die dadurch erzeugte Kraft. Durch diese Spannung werden zwei zu verbindende Teile sicher zusammengehalten – mit einer angemessenen Kraft, die sowohl eine Beschädigung der Einzelteile als auch der Baugruppe verhindert. Wie ein Toleranzring funktioniert, ist recht einfach; jedoch ist das Verfahren, exakt die gewünschten Eigenschaften zu erzielen, für jeden individuell ausgelegten Toleranzring recht komplex.
Auslegung von Toleranzringen
Bei der Auslegung von Toleranzringen sind viele Einflussgrößen zu berücksichtigen; einige finden sich in folgender Auflistung:
• Größe der zu paarenden Teile und deren Passung
• minimal und maximal auftretende Kräfte
• durch erzeugte Kräfte resultierende radiale Toleranzen
• Einfluss durch thermische Ausdehnung
• die aufgebrachte Belastung
• die Stelle der Belastung und deren Beständigkeit
• Fehlstellung der Bauteile
• Übertragung von Drehmomenten
• Rutschmomente
Die Entwickler von Saint-Gobain sollten während der Design-Phase einbezogen werden, um alle Anforderungen an das System zu erfassen und zu bewerten. Daraus erfolgt ein Design-Vorschlag – unter Angabe der berücksichtigten Annahmen und unseren Empfehlungen – zur Abnahme durch den Kunden.
Ein Toleranzring – vielseitig einsetzbar
Ein Toleranzring lässt sich vielseitig einsetzen und erfüllt dabei eine Vielzahl von Anforderungen, wobei man sich üblicherweise auf ein bis zwei Kriterien aus der folgenden Aufzählung konzentriert: Bereitstellung einer radialen Belastbarkeit, zunehmend enger spezifiziertes Schlupfmoment, elektrisch leitende oder isolierende Eigenschaften, thermische Ausdehnung, Wärmeübertragung (durch Einsatz unseres Thermoclad Toleranzringes), Erreichen einer bestimmten Steifigkeit.
Toleranzringe kommen verbreitet in der Automobilindustrie zum Einsatz; durch den Wechsel zum elektrischen Antrieb ändern sich jedoch auch die Anforderungen an gewisse Bauteile. Kosten und Gewicht der Teile bekommen eine höhere Priorität und erfordern gewichtsoptimierte Werkstoffe. Bedingt durch diesen Wechsel und dem Einsatz anderer Materialien ergeben sich neue Herausforderungen:
• Unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der Materialen verursachen Probleme bei der Haltekraft zwischen den Komponenten.
• Aufwändige Verbauprozesse werden notwendig – zeit- und energieintensiv.
Vorteile eines Toleranzrings
Sicherer Halt – über Temperatur- und Toleranzbereiche
Die federnden Eigenschaften eines RENCOL® Toleranzrings erzeugen eine gleichmäßigere Kraft über wechselnde Temperaturen hinweg und halten so die Bauteile zusammen – egal für welchen Einsatz.
Geringere Produktionskosten – Effizientere Prozesse durch Vermeidung teurer und zeitintensiver Verfahren wie z. B. Verklebungen oder thermisches Aufschrumpfen.
Ein Toleranzring kann die benötigte Haltekraft zwischen Bauteilen verringern und reduziert so auch die Anforderungen für den Verbau auf ein Minimum.
Mehr Umweltbewusstsein – Verringern Sie Ihre persönliche CO2-Bilanz durch Vermeidung energieintensiver Verfahren.
RENCOL® Toleranzringe können bei Umgebungstemperatur verbaut werden und bedingen keiner weiteren Verfahren, wie Härten oder Temperieren, was CO2 einspart.
Leitfaden zu Toleranzringen
Die Vielzahl an Einsatzmöglichkeiten und Vorteile durch die Verwendung von Toleranzringen geht weit über das hinaus, was wir bis hierher beschrieben haben. Falls Sie interessiert sind, mehr über die unterschiedlichen Varianten und wie diese ausgelegt werden, zu erfahren, dann besuchen Sie doch unseren informativen Leitfaden zu Toleranzringen.
Wärme kontrolliert leiten – RENCOL® Thermoclad
Wir bei Saint-Gobain haben erkannt, dass Wärmeübertragung einen zunehmend bedeutenden Einfluss bekommt – besonders für Elektromotoren. Gewöhnliche Toleranzringe sind nicht optimiert für die Wärmeübertragungsraten, die ein E-Motor für einen langen und zuverlässigen Einsatz benötigt.
Um dies zu bewältigen, haben wir Thermoclad entwickelt: eine brandneue Bi-Metall-Technologie, welche einen robusten Stahl-Kern mit einem weicheren, thermisch leitenden Material kombiniert.
Unsere Tests haben gezeigt, dass die thermische Übertragungsrate unserer Toleranzringe durch Einsatz der neuen Thermoclad Technologie bis zum Vierfachen gesteigert wird.
Dies bedeutet, dass es – dank dem RENCOL® Thermoclad Bimetall-Material – keinen Unterschied mehr zwischen den besten Wärmeleitklebern und einem solchen Toleranzring gibt.
Sie erzielen folgende Vorteile durch die Verwendung eines Toleranzrings: sichere Befestigung, günstige und umweltbewusste Produktion (keine CO2-intensiven Schritte, wie Härten oder Temperieren) in Kombination mit der Wirkung eines Hochleistungs-Wärmeleitklebers.
Anwendung in Elektromotoren
Mit RENCOL® Thermoclad eröffnen sich für Ingenieure und Entwickler von Elektromotoren jetzt zusätzliche Möglichkeiten. Über alle vier E-Motor-Anwendungen hinweg (siehe unten) hat Saint-Gobain RENCOL® Toleranzringe für Ihren Einsatzfall im Angebot. Wir haben schon über 100 Millionen Toleranzringe für Elektromotoren ausgeliefert; Sie sind in guten Händen.
Befestigung des Stators oder des Motors
Der Trend hin zu E-Motoren und der Bedarf an Leichtbauteilen sorgt für eine geänderte Material-Wahl zur Herstellung solcher Komponenten. Aluminium-Gehäuse, die für Elektromotoren verwendet werden, dehnen sich bei Temperaturerhöhung schneller aus als der aus Stahl bestehende Stator. Dies kann zu einem Verlust der Haltekraft führen und dadurch zu einem losen Stator. Ein RENCOL® Toleranzring kann dies erfolgreich vermeiden.
Kugellager sind wesentliche Bestandteile vieler rotierender Systeme, die geringe Reibung erfordern. Die Wahl der Befestigungsmethode dieser Lager kann einen signifikanten Einfluss auf die Lager-funktion haben. Der häufig zum Einsatz kommende Presssitz im Gehäuse verursacht Probleme wie z. B. hohe Verbaukräfte, Verlust an Haltekraft bei höheren Temperaturen sowie Kosten für Präzisionsteile. Die weiter oben aufgeführten Vorteile von Toleranzringen sprechen eindeutig für den Einsatz solcher Komponenten zum Verbau von Kugellagern.
Meist handelt es sich hier um eine einfache Fixierung von Sensoren. Der Einsatz eines Toleranzrings erlaubt die Justierung des Sensors während der Befestigung. Dies ist bei Klebeverfahren nicht in gleicher Weise möglich. Ein Toleranzring bietet so eine sichere, platzsparende Befestigung bei geringer Montagezeit und im Einklang mit den Anforderungen an den Leichtbau.
RENCOL® Toleranzringe können genutzt werden, um auf einfache Weise Zahnräder auf Antriebsachsen zu befestigen – als Ersatz für teure Keilnuten oder Kerbverzahnungen. Zum Schutz vor zu hoher Belastung erlaubt ein individuell ausgelegter Toleranzring ein kontrolliertes Durchrutschen ab einem vorgegebenen Drehmoment.
