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RENCOL® Toleranzringe
Ein RENCOL® Toleranzring ist eine maßgeschneiderte Komponente mit Verprägungen, Wellen oder anderen Merkmalen, die geeignet sind, zylindrische Bauteile kraftschlüssig miteinander zu verbinden. Bei der Montage eines Toleranzrings zwischen zwei Bauteilen werden die Verprägungen komprimiert und halten so alles in Position.
Jede Verprägung wirkt dabei wie ein Federelement; je mehr es komprimiert wird, desto größer wird die Kraft. Diese Kraft hält Bauteile zusammen und bietet zusätzlich weitere Eigenschaften wie z. B. geforderten Lasten standzuhalten. Falls Sie sich über technische Grundlagen informieren möchten, werfen Sie einen Blick auf Wie ein Toleranzring funktioniert.
Toleranzringe können aus hochwertigem Stahl, Edelstahl oder Metall-Legierungen hergestellt werden. Üblicherweise sind sie Teil eines Drei-Komponenten-Systems:
• Die innere Komponente (z. B. Welle)
• Der Toleranzring
• Die äußere Komponente (z. B. Gehäuse)
Alle diese drei Elemente agieren zusammen und ermöglichen, dass der Toleranzring:
Komponenten verbindet, Drehmomente überträgt, als Rutschkupplung fungiert und eine axiale Kontrolle der Haltekraft (des Rutschmoments) zwischen den zu verbindenden Bauteilen mit vorgegebener Presskraft ermöglicht.
Was ein Toleranzring kann – ein Überblick:
• Toleranzen ausgleichen
• Die Montage vereinfachen
• Die Resonanzfrequenz beeinflussen
• Die Fluchtung verbessern
• Unterschiedlich große thermische Ausdehnung ausgleichen
• Gewicht und Platz sparen
Wofür können Toleranzringe verwendet werden?
Es gibt viele Einsatzmöglichkeiten für Toleranzringe, welche sich aber allgemein folgenden vier Hauptarten zuordnen lassen:
VERBINDUNGSELEMENT
Der Toleranzring wird zwischen zwei Bauteile geklemmt und erzeugt eine kraftschlüssige Verbindung.
Dies sind feststehende Verbindungen, sodass keiner der beiden Bauteile sich relativ zueinander bewegt. Beispiele für derartige Einsatzfälle sind:
• Montage von Kugellagern
• Montage von Statoren in Elektromotoren
• Befestigung von Elektromotoren
RUTSCHKUPPLUNG
Toleranzringe eignen sich als genial einfache Rutschkupplungen. Eine Rutschkupplung ist ein mechanischer Überlastschutz, der bewirkt, dass zwei verbundene Bauteile sich gegeneinander bewegen lassen, sobald ein bestimmtes Drehmoment überschritten wird.
Rutschkupplungen kommen in vielen Bereichen zum Einsatz und werden häufig verwendet, um Beschädigungen an Motoren oder Getriebeteilen zu verhindern, verursacht durch unerwünschte Belastungen auf das System.
DREHMOMENTKUPPLUNG
Die Übertragung eines Drehmoments von einer Komponente auf eine andere ist vergleichbar mit der Funktion einer Keilwelle oder einer Passfeder. Beispiele hierfür sind:
• Montage einer Riemenscheibe
• Befestigung eines Zahnrades
POSITIONIERUNG / JUSTIERUNG
Toleranzringe können auch als Reibelement eingesetzt werden, um Positionsveränderung zu ermöglichen und somit die Lage der Bauteile zueinander zu justieren. Der Toleranzring erlaubt dem Anwender, – mit einer entsprechenden Kraft – die Teile optimal auszurichten. Anschließend wird diese Anordnung beibehalten, solange keine externe Kraft anliegt.
Wie sieht ein Toleranzring aus?
Ein Toleranzring besteht normalerweise aus einem verprägten Metallstreifen, gerollt zu einer offenen Hülse. Entlang der Außenseite oder Innenseite sind Wellungen oder andere Merkmale wie z. B. Finger geformt oder eingeprägt. Typisch für Toleranzringe ist der seitliche Spalt, welcher – je nach Vorspannung – offen oder geschlossen sein kann. Möglich sind beliebig viele Ausführungen mit Durchmessern zwischen 3 und 110 mm, manchmal sogar über 250 mm. Gewöhnlich haben sie eine Breite zwischen 10 und 50 mm.
Welche Arten von Toleranzringen gibt es?
Die Wellen oder Finger können so geprägt werden, dass sie nach innen oder nach außen ragen; deren Form wird spezifisch den Anforderungen angepasst, die erfüllt werden sollen. Modifikationen unterschiedlicher Bereiche der Verprägungsgeometrie ermöglichen eine genaue Anpassung hinsichtlich der Anwendung. Wir unterscheiden zwischen zwei Hauptarten von Toleranzringen:
HV oder Gehäuse Variabel
Wird ein Toleranzring zuerst ins Gehäuse eingesetzt, bezeichnet man ihn kurz als HV (Housing Variable). Bei dieser Art zeigen die Verprägungen nach innen.
Im spannungsfreien Zustand hat diese Art Toleranzring einen großen Spalt zwischen den Ring-Enden. Beim Verbau wird der Toleranzring zusammengedrückt, bis der Spalt geschlossen ist und so in das Gehäuse eingesetzt. Dort springt der Toleranzring wieder auf und hält durch seine Vorspannung im Gehäuse.
Standard HV Ring im spannungsfreien Zustand (großer Spalt)
Standard HV Ringmontiert (verringerter Spalt)
SV oder Welle (Shaft) Variabel
Wird der Toleranzring zuerst auf eine Welle gefügt, bezeichnet man ihn kurz als SV (Shaft Variable). Bei dieser Art zeigen die Verprägungen nach außen.
Dieser Typ Toleranzring hat einen geschlossenen Spalt oder überlappende Enden. Beim Verbau wird der Ring aufgespreizt über die Welle geschoben und an der Zielposition losgelassen. So kann er sich um die Welle spannen. SV Ringe kommen häufig beim automatisierten Verbau zum Einsatz, da der geschlossene Spalt eine Vereinzelbarkeit vereinfacht.
Standard SV Ring im spannungsfreiem Zustand (geringer Spalt oder überlappend)
Standard SV Ringmontiert (vergrößerter Spalt)
Aus welchen Materialien werden Toleranzringe hergestellt?
In Abhängigkeit von der Anwendung und spezifischen Anforderungen kann ein Toleranzring aus einer Vielzahl unterschiedlicher Materialien hergestellt werden. Die am häufigsten verwendeten sind:
• Niedrig legierter Stahl
• Edelstahl
Die Auswahl des Materials ist abhängig von den Anforderungen an den Toleranzring. Generell gilt, dass bei gegebenen Abmessungen für höhere Lasten niedrig legierter Stahl zum Einsatz kommt.
RENCOL® Thermoclad Material
Thermoclad Material ist ein neues, aus zwei Metallen bestehendes Material, welches speziell für eine bessere Wärmeübertragung mittels Toleranzring entwickelt wurde. Das Innere des Materials besteht aus festem Edelstahl, der die mechanischen Eigenschaften vorgibt, umgeben von einer Schicht weicheren Metalls, welches die Wärmeübertragung verbessert. Erfahren Sie mehr über RENCOL® Thermoclad.
Andere Materialen, wie z. B. Inconel® oder Hastelloy® kommen zum Einsatz, wenn spezifische Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit gestellt werden oder in Gegenwart starker Chemikalien.
Werden beschichtete oder geschmierte Toleranzring verwendet?
In Systemen, die als Rutschkupplung fungieren, ist es häufig notwendig, einen Schmierschoff zu verwenden. Dies kann einerseits ein zusätzliches Schmiermittel sein oder eine Beschichtung, die während der Herstellung direkt auf den Toleranzring aufgebracht wird. Die Schmierung ist erforderlich, wenn eine Vielzahl an Rutschzyklen ermöglicht oder ein besonders enger Drehmoment-Bereich erzielt werden soll.
Beschichteter RENCOL® ToleranzringWelche zusätzlichen Vorteile bietet ein Toleranzring meinem System oder Prozess?
Vereinfachte Montage
Ein Toleranzring kann dabei helfen, die Fügekräfte beim Fixieren von Bauteilen im Vergleich zu einer Übermaßpassung zu reduzieren. Da die Kraft, die ein Toleranzring überträgt, abhängig von den Verprägungsmerkmalen ist, wird die maximale Kraft erreicht, sobald die Verprägungen vollständig zwischen den Bauteilen eingeklemmt sind. Ab diesem Zeitpunkt bleibt die Fügekraft unverändert und im Vergleich zu einer Übermaßpassung deutlich niedriger.
Das federnde Verhalten der Verprägungen ermöglicht ebenso gleichmäßigere Fügekräfte über Temperatur und Toleranzfelder der zu kombinierenden Bauteile.
Abbildung 1: Fügekraft bei einer Übermaßpassung im Vergleich mit einem RENCOL® Toleranzring beim Einsatz als Verbindungselement
Sicherer Festsitz über Temperaturbereiche
Die Federeigenschaften eines Toleranzrings sind nützlich, wenn zwei Bauteile aus unterschiedlichen Materialien miteinander verbunden werden sollen. Werden solche Systeme wechselnden Temperaturen ausgesetzt, dehnen oder schrumpfen die unterschiedlichen Materialien der beiden Bauteile meist unterschiedlich stark, was zu einer Zunahme oder Abnahme der Pressung/des Spaltes zwischen den Fügeflächen führt. Als Beispiel dient hier ein Kugellager, welches in ein Aluminium-Gehäuse gepresst wird. In solchen Fällen liefert ein Toleranzring aufgrund seiner federnden Eigenschaften deutlich konstantere Kräfte über den Temperaturbereich. Dies hilft eine sichere Befestigung zu schaffen und verhindert zu hohe Presskräfte und damit einhergehende Schädigungen der Lager durch Druckmarken der Rollkörper.
Abbildung 2: Berechnete Haltekraft über einen typischen Temperaturbereich
Kostenersparnis im Prozess
Für gewisse Anwendungen – wie z. B. der Befestigung von Kugellagern – können die Anforderung an die Toleranzen und Präzision der zu paarenden Bauteile verringert werden. Die Federeigenschaften eines Toleranzringes können so ausgelegt werden, dass trotz des Einsatzes günstigerer, grober tolerierter Bauteile ein System mit vergleichbaren, wenn nicht sogar besseren Leistungskennwerten entsteht.
Haben wir Ihr Interesse geweckt? Melden Sie sich, um mit einem unserer Entwickler zu sprechen, wie Sie einen RENCOL® Toleranzring einsetzen können.