Dieses Dokument beschreibt die anspruchsvolle mechanische Modifikation einer gusseisernen Riemenscheibe zur Anpassung an einen neuen Elektromotor für einen Lufthammer. Um die Riemenscheibe zu montieren, musste die vorhandene Bohrung von 60 mm auf 70 mm erweitert und eine 20 mm breite Passfedernut eingebracht werden. Nach einer Schweißreparatur des spröden Gusseisens mittels Nickel-Elektroden unter thermischer Vorbehandlung wurde das Werkstück auf einer Drehmaschine ausgedreht. Hierbei traten durch Werkzeugdurchbiegung Toleranzprobleme (Konizität) auf. Das anschließende Räumen der Keilnut erforderte kryogenes Schrumpfen der Führungsbuchse sowie den Einsatz einer modifizierten Werkstattpresse. Trotz Radiusabweichungen an den Kanten wurde die Riemenscheibe schlussendlich durch thermisches Aufschrumpfen (Interferenzpassung bei ca. 100 °C) erfolgreich und vibrationsfrei auf der Motorwelle montiert.
Wichtigste Punkte & Zeitstempel
0:00 Projektziel & Riemenscheiben-Analyse: Ein neuer Lufthammer soll innerhalb von 21 Tagen installiert werden. Die originale Riemenscheibe verfügt über eine tiefe SPB-Keilriemennut (16 mm Breite), besitzt jedoch nur eine 60-mm-Bohrung. Der neue Motor erfordert eine 70-mm-Bohrung und eine 20-mm-Passfedernut.
1:48 Guss-Schweißung & Vorwärmung: Ein Riss an der Riemenscheibe wird repariert. Aufgrund der Sprödigkeit von Grauguss wird das Werkstück mit einem Brenner intensiv vor- und nachgewärmt. Zum Schweißen kommen spezielle Nickel-Gusseisen-Elektroden zum Einsatz. Eingegossene Bleigewichte zur Wuchtkompensation schmelzen prozessbedingt aus.
4:12 Instabile Aufspannung im Drehstrom: Die Riemenscheibe ist für eine fliegende Aufspannung im Backenfutter zu groß und schwer. Zur Erhöhung der Steifigkeit wird ein massiver Zentrierstopfen gedreht, um das Werkstück mit der mitlaufenden Zentrierspitze abzustützen.
6:02 Zerspanung der Keilflanke: Die Stirnseite und die Riemenflanke werden im korrekten Winkel plangedreht. Der unterbrochene Schnitt an der Schweißstelle wird erfolgreich geglättet.
7:00 Behelfswerkzeug für das Innenausdrehen: Da für das Ausdrehen der Bohrung auf 70 mm die Zentrierspitze entfernt werden muss, droht Werkzeugvibration. Es wird eine extrem starre, maßgefertigte Bohrstange aus Vierkantstahl geschweißt. Das Ausdrehen erfolgt im Linkslauf (Rückwärtsbetrieb).
9:28 Toleranzprobleme & Konizität: Die Messung ergibt eine konische Bohrung, verursacht durch die Werkzeugdurchbiegung der Bohrstange. Die präzise gefertigte Führungsbuchse für das Räumwerkzeug klemmt. Sie wird durch Kälte-Schrumpfen (kryogene Kühlung) temporär im Durchmesser reduziert, um sie einzupressen.
14:55 Modifizierte Räumpresse: Da die zu räumende Strecke inklusive der Räumnadel (Broach) 53 cm misst, reicht der Hub der eigenen Pressen nicht aus. Unter Verwendung einer externen Werkstattpresse und einer selbst konstruierten Adapterplatte wird die 20-mm-Passfedernut mithilfe von Passscheiben (Shims) in mehreren Durchgängen erfolgreich geräumt.
20:32 Radiusfehler an der Welle: Die Riemenscheibe passt zunächst nicht auf die Motorwelle. Ursache ist ein unzureichend dimensionierter Innenradius an den Kanten der neuen Passfedernut, der nicht mit einer Radiuslehre geprüft wurde, sowie minimale Gratbildung.
22:08 Thermische Montage (Schrumpfsitz): Nach dem Entgraten und dem manuellen Nacharbeiten des Radius wird die Riemenscheibe auf ca. 80 °C bis 100 °C erwärmt. Durch die thermische Ausdehnung lässt sich die Riemenscheibe im Schrumpfsitz spalt- und spielfrei auf die Welle fügen.
Glossar
SPB-Keilriemen: Ein schmaler Hochleistungs-Keilriemen nach DIN 7753 mit einer standardisierten Breite von 16 mm und einer Höhe von 13 mm.
Grauguss (Cast Iron): Eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit hohem Kohlenstoffanteil. Sie besitzt hervorragende Dämpfungseigenschaften, ist jedoch spröde und lässt sich nur unter starker Vorwärmung rissfrei schweißen.
Mitlaufende Zentrierspitze (Live Center): Ein in die Reitstockspindel einer Drehmaschine eingesetztes Werkzeug, das sich mit dem Werkstück mitdreht und dieses gegen Durchbiegung abstützt.
Bohrstange (Boring Bar): Ein langes, starres Schneidwerkzeug, das in der Drehmaschine zur spanenden Innenbearbeitung von Bohrungen verwendet wird.
Werkzeugdurchbiegung (Deflection): Elastische Verformung des Schneidwerkzeugs oder der Bohrstange unter Einwirkung der Schnittkräfte, was zu Maßungenauigkeiten (z. B. Konizität) führt.
Konizität (Taper): Eine ungewollte oder gewollte Abweichung von der Zylinderform, bei der sich der Durchmesser einer Bohrung über die Länge hinweg gleichmäßig verringert oder vergrößert.
Passfedernut (Keyway): Eine eingefräste oder geräumte Vertiefung in einer Welle oder Nabe, die zur Aufnahme einer Passfeder dient, um eine formschlüssige Drehmomentübertragung zu gewährleisten.
Räumnadel (Broach): Ein mehrzahniges, stabförmiges Schneidwerkzeug, dessen Schneiden stufenweise ansteigen. Es wird durch eine Bohrung gezogen oder gepresst, um Profile wie z. B. Passfedernuten zu erzeugen.
Kälte-Schrumpfen (Cryogenic Shrinking): Verfahren, bei dem ein Bauteil stark abgekühlt wird, um dessen Durchmesser durch thermische Kontraktion vorübergehend zu verringern, um eine Presspassung zu erleichtern.
Interferenzpassung / Schrumpfsitz (Interference Fit): Eine feste Verbindung zweier Bauteile, bei der das Innenmaß des umschließenden Teils (Nabe) im kalten Zustand geringfügig kleiner ist als das Außenmaß des inneren Teils (Welle). Durch Erwärmen der Nabe dehnt sich diese aus und lässt sich fügen.
Analysten-Notizen
Mangelhafte Steifigkeit beim Innenausdrehen: Die Verwendung einer improvisierten, angeschweißten Bohrstange im fliegenden Satz ohne zusätzliche Abstützung (z. B. durch eine Lünette) führte zu erheblicher Werkzeugdurchbiegung. Dies verursachte eine unzulässige Konizität der Bohrung. In der professionellen Praxis ist für solche Dimensionen eine schwingungsgedämpfte Hartmetall-Bohrstange oder das Ausdrehen zwischen Spitzen zwingend erforderlich.
Ungenügende Toleranz- und Qualitätskontrolle: Der Verzicht auf eine systematische Zwischenmessung mittels Innenmikrometer (Dreipunkt-Innenschraublehre) führte dazu, dass die Konizität erst beim Einpassen der Buchse bemerkt wurde. Zudem hätte die Radiusabweichung an den Kanten der Passfedernut vor dem Montageversuch mit einer Radiuslehre (Radienlehre) verifiziert werden müssen, um ein Festfressen auf der Welle zu verhindern.
Sicherheitsrisiko bei der Pressen-Improvisation: Das Abstützen der schweren Riemenscheibe auf der Unterseite einer ungeeigneten Werkstattpresse mittels improvisierter Adapterplatten birgt ein hohes Unfallrisiko durch plötzliches Abscheren oder Verrutschen unter Hochdruck (Räumnadeln können schlagartig brechen).