Verbindungs- und Fügetechnik

8.2.3.2 Beispiel: Drehmomentübertragung

In Exzenterschneckenpumpen unterliegen die metallischen Rotoren bei besonders aggressiven Fördermedien einem hohen mechanischen Verschleiß. Rotoren aus SiC-Keramik besitzen durch die deutlich höhere Härte im Vergleich zu Metallrotoren eine bis zu 20fach höhere Standzeit.

Die Krafteinleitung in den Rotor erfolgt über ein Bolzengelenk. Da die Keramik empfindlich auf Schlagbeanspruchung und Zugspannung reagiert, ist eine vollständige Fertigung des Rotors aus Keramik nicht sinnvoll. Der Einsatz von Keramikrotoren erfordert daher eine geeignete Verbindungstechnik, um den Vorteil der Keramik nutzen zu können.

Als mögliche Fügetechnik bietet sich in diesem Fall das Kleben an. Bei der Auslegung der Verbindung ist bei einer Exzenterschnecke auf Folgendes zu achten:

• Werkstoff des (metallischen) Kopfs,

• Art und Größe der auftretenden Kräfte,

• max. Einsatztemperaturen und

• Umgebungsmedium.

Bild 205: Exzenterschnecke aus Siliciumcarbid

Das Siliciumcarbid der Exzenterschnecke und der Edelstahl oder der gehärtete Werkzeugstahl des Kopfs bestimmen die Art der Oberflächenvorbereitung (z. B. Entfetten und Sandstrahlen) und ggf. die Oberflächenbehandlung. Einige Materialien haben passive Oberflächen, die mit Haftvermittlern behandelt werden müssen, um eine ausreichende Adhäsion zwischen Klebstoff und Fügeteil zu gewährleisten.

Bild 206: Klebestelle der Exzenterschnecke

Art und Größe der auftretenden Belastungen während des Betriebes bestimmen die Auslegung der Klebeflächen und die Wahl des Klebstoffs. Bei Exzenterschnecken treten hauptsächlich Torsionsbelastungen auf, sodass eine stirnflächige Verklebung nicht sinnvoll ist. Die Krafteinleitung erfolgt daher über den Umfang eines zentrischen Kopfs.

Die maximalen Kräfte bestimmen die Größe der Klebeflächen. Das übertragbare theoretische Torsionsdrehmoment (Nm) berechnet sich nach folgender Formel:

Wobei _t die Klebefestigkeit des Klebstoffes, D den Fügedurchmesser und L die Klebelänge darstellen.

Die Belastung der Verbindung sollte jedoch nur 10 % - 30 % (abhängig vom verwendeten Klebstoff) der theoretischen Festigkeit nutzen.
Sehr wichtig für die Wahl des Klebstoffes ist die Einsatztemperatur. Die maximalen Einsatztemperaturen von Klebstoffen auf organischer Basis liegen bei bis zu 400 °C. Bei zu großen Temperaturen erweicht bzw. zersetzt sich die Klebeschicht, und es kommt schnell zum Versagen der Verbindung.
Für die Langzeitbeständigkeit der Klebung ist der mediale Einfluss von Bedeutung. So setzt z. B. eindiffundierende Feuchtigkeit bei einigen Klebstoffen die Festigkeit stark herab.