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Die originäre Aufgabe von hydraulischen Schrumpfscheiben ist die sichere Übertragung von hohen Drehmomenten zwischen einem Getriebe oder einem Antrieb und einer Welle, durch eine reibschlüssige Verbindung. Diese kraftschlüssige Verbindung ist nicht nur hochbelastbar und wartungsarm, sondern auch spielfrei. In der Papierindustrie, wo Maschinen oft mit hohen Geschwindigkeiten laufen, ist die exakte Positionierung der Komponenten besonders wichtig. Sie erfordert eine hohe Präzision in den Fertigungsprozessen – man denke an die feinen Grammaturen, unterschiedliche Dicke und Materialien von Papier. Ist die Verbindung nicht gut oder hat sie Spiel, resultieren daraus Produktionsfehler, die Ausschuss verursachen und teuer werden können. Zudem sind die Maschinen extremem Verschleiß unterworfen.
Hydraulische Schrumpfscheiben kommen als unverzichtbarer Bestandteil der Antriebs- und Verbindungstechnik vor allem an den neuralgischen Punkten der Papierproduktion zum Einsatz. Etwa bei Antriebswellen, Pressen und rotierenden Komponenten, in Transportsystemen, vor allem aber bei Walzen. Diese rollen die Rohstoffe aus, fügen sie zusammen und bringen das Papier in die gewünschte Form. Auch für die hohen Belastungen in der Zellstoffherstellung bieten sich hydraulische Schrumpfscheiben an.
Die Papierproduktion stellt weitere besondere Anforderungen an Maschinen und Anlagen. Hier herrschen extreme Bedingungen: Hohe Temperaturen, die für hydraulische Schrumpfscheiben an sich kein Problem darstellen, sorgen dann jedoch in Kombination mit hoher Feuchtigkeit bzw. Nässe für ein unwirtliches Klima; das zusätzliche Vorhandensein von Chemikalien wie Chlor oder Bleichmittel, die für die Herstellung von Papier notwendig sind, steigert dies noch. In der Zellstoffherstellung, dem Rohstoff für Papier, kommen weitere Chemikalien zum Einsatz; hier sind die Bedingungen teilweise noch härter.
Die hohen Temperaturen in Kombination mit der Luftfeuchtigkeit und Einflüssen von Gasen und Chemikalien bereiten der Korrosion den Boden: Sie ist das Hauptproblem in der Papierherstellung und betrifft alle Bauteile des Maschinenparks samt Elektronik und Steuerungstechnik. Ohne Schutz tritt sie schnell auf – damit ist sie ein großer Zeit- und Kostenfaktor für die Industrie: Es können nur Komponenten verbaut werden, die der Korrosion standhalten. Maschinenbauer müssen ihre Anlagen entsprechend ausstatten, sodass sie in extremen Umgebungen zuverlässig, einsatzfähig und sicher sind und das auch bleiben.
Die TAS Schäfer GmbH, Marktführer bei hydraulischen Schrumpfscheiben, hat ein Schutzkonzept für widrige Produktionsbedingungen entwickelt, das auf zwei Säulen beruht: Zum einen werden außen liegende Flächen der Schrumpfscheiben versiegelt, zum anderen werden die Schrumpfscheiben so aufgebaut, das wichtige Funktionsflächen im Inneren liegen.
Schrauben und Unterlegscheiben werden mit einer Zinklamellenbeschichtung versehen, Bauteile mit Lacken oder Epochitharz geschützt oder vernickelt. Auch Stähle werden beschichtet; für Komponenten kommen zudem säurefeste und rostfreie Stähle zum Einsatz, um Probleme mit Korrosion zu minimieren. Bei hydraulischen Schrumpfscheiben werden zudem spezielle Kunststoffe für Dichtungen und Abdichtungen eingesetzt, die den Bedingungen standhalten können.
Hinzu kommt, dass das Gros der außen liegenden Flächen, die durch die Bedingungen Schaden nehmen können, für die Funktion der Schrumpfscheibe keine Rolle spielen: Denn die funktionsbestimmenden Flächen werden durch ein intelligentes Design ins Innere des Aufbaus verlegt und damit baulich von den Umgebungseinflüssen getrennt. Elemente wie Gummiringe können dafür sorgen, dass äußere Faktoren, wozu auch die Belastung mit Staub und Sand gehört, keinen direkten Kontakt zum relevanten Bauteil haben – im gespannten wie im ungespannten Zustand.
Manche für die Funktion relevanten Stellen sind allerdings im ungespannten Zustand der hydraulischen Schrumpfscheibe ungeschützt. Sie müssen, wenn die Schrumpfscheibe nicht montiert ist, zum Beispiel mit Hauben geschützt werden. Im Betrieb sind sie durch die dann erfolgte Verspannung nicht mehr zugänglich, durch die Bewegung der Druckringe liegen sie auf dem Innenring.
Bei der Wartung, die der Kunde auch selbst vornehmen kann, werden empfindliche Bauteile wie Dichtungen, Innenring und Schrauben ausgetauscht – abgeplatztes Material, Rost und Korrosion treten an den außenliegenden Teilen trotz Beschichtung auf. Die Funktionsflächen im Inneren unterliegen einem natürlichen Verschleiß bedingt durch ihre Aufgabe. Wird die Schrumpfscheibe regelmäßig gewartet und aufgearbeitet und ist sie für den Einsatz in der Papierindustrie optimiert, kann sie eine ähnlich lange Lebensdauer wie in einem weniger feindlichen Umfeld erreichen. Dabei gilt stets: Alle Optimierungen für eine größere Beständigkeit führen nicht zu funktionalen Einschränkungen der Drehmomentübertragung.
An sich erfordert die Papierindustrie anders als zum Beispiel Getriebeprüfstände nicht per se den schnellen Wechsel von Schrumpfscheiben, wo die Verspannung oft gelöst und die Scheibe wieder neu verspannt wird. Dennoch müssen Rüstprozesse Einfachheit in der Handhabung und Effizienz mitbringen: Wenn Walzen gewechselt werden, weil neue oder überarbeitete Scheiben eingesetzt werden sollen oder weil auf andere Materialien oder Papierformate umgestellt wird, sind hydraulische Schrumpfscheiben von Vorteil – gerade an neuralgischen Punkten der Produktionslinie. Mit ihnen kann die Demontage und Montage im Vergleich zu mechanischen Schrumpfscheiben deutlich schneller erfolgen und es lassen sich Wartungs- und Stillstandszeiten der Maschine reduzieren. Auch im Falle einer Komplikation bzw. eines Ausfalls ist es hilfreich, wenn die Fachkräfte schnell Zugang zum Antrieb haben und dafür die hydraulische Schrumpfscheibe in kurzer Zeit demontieren können.
Obwohl Wechsel nicht oft notwendig werden, spielt der Zeitgewinn durch die schnelle Verspannung mit Hydraulik und die damit einhergehende Risikominderung eine solch große Rolle, dass die Mehrkosten im Vergleich zu mechanischen Schrumpfscheiben in Kauf genommen werden. Ein großer Faktor stellt hier das Umfeld in der Papier- und Zellstoffherstellung dar, das auch die Mitarbeiter belastet. Entsprechend ist bei Wartungen die Geschwindigkeit, mit der diese ausgeführt werden kann, ein Thema, um die Exposition gegenüber Substanzen wie Schwefel oder Stickoxiden so gering wie möglich zu halten.
An anderen Stellen macht der Geschwindigkeitsvorteil bei der Montage den höheren Preis von hydraulischen Schrumpfscheiben im Vergleich zu anderen Kupplungsformen wie mechanischen Schrumpfscheiben noch nicht wett. Die TAS Schäfer GmbH beispielsweise arbeitet hier daran, auch hydraulische Schrumpfscheiben zu einem günstigeren Preis anbieten zu können – durch Optimierung von Aufbau und Komponenten, Vereinfachung und Standardisierung.
Hydraulische Schrumpfscheiben sind in der Papierindustrie vorteilhaft, da sie dank ihrer schnellen Montage Wartungs- und Stillstandszeiten verkürzen und die damit verbundene Belastung von Mitarbeitern in der extremen Produktionsumgebung verringern. Mit ihrer Robustheit und langen Lebensdauer erfüllen sie die Anforderungen der Papierindustrie. Idealerweise schützt eine intelligente Bauform die Funktionsflächen vor äußeren Einflüssen und sorgt so für eine lange Lebensdauer.
Autoren:
Rolf Gertner, Leiter Entwicklung / Konstruktion TAS Schäfer GmbH
Nadja Müller, Journalistin für Wordfinder
