Kupplung Distanzen effizient überbrücken

Redakteur: Meike Herkersdorf

Jakob Antriebstechnik hat die Kupplungsreihe WB konsequent zur Reihe WDS weiterentwickelt. Während die Reihe WB als Membrankupplung konzipiert war, entspricht die Reihe WDS einem anderen Klassiker der Servokupplungen: sie besteht aus einem variablen Zwischenrohr, das an beiden Enden mit Metallbalgkupplungen versehen ist.

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(Bild: Jakob Antriebstechnik)

Die Verbindung von Antriebskomponenten mit großen Achsabständen stellt im Maschinenbau ein immer wiederkehrendes Problem dar. Gerade in Palettier- und Verpackungsanlagen sowie Linearführungen kommen häufig sogenannte Distanzkupplungen zum Einsatz. Der Trend zu höheren Drehzahlen, Drehmomenten und Antriebsleistungen war in diesen Anwendungen in der Vergangenheit mit den „traditionell“ verwendeten Materialien an Grenzen gestoßen.

Um Schäden an Maschinen und damit verbundene Produktionsstillstände um jeden Preis zu verhindern, hat Jakob Antriebstechnik die Kupplungsreihe WB zur Reihe WDS weiterentwickelt. Während die Reihe WB als Membrankupplung konzipiert war, entspricht die Reihe WDS einem anderen Klassiker der Servokupplungen: sie besteht aus einem variablen Zwischenrohr, das an beiden Enden mit Metallbalgkupplungen versehen ist.

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Je nach Anwendung lassen sich bis zu sechs Meter überbrücken

Die Nutzung unterschiedlicher Materialien erlaubt den Ingenieuren von Jakob anwendungsabhängig Distanzen von bis zu sechs Metern zu überbrücken und gleichzeitig hohe Drehzahlen zu ermöglichen, während aufwendige Zwischenlager oder Lagerblöcke unnötig bleiben. Besonders wichtig ist die präzise Fertigung der Kupplungskomponenten. Optimale Rundlaufeigenschaften sind unverzichtbar, um ein ruhiges Laufverhalten zu sichern. Distanzkupplungen von Jakob decken Drehmomentbereiche von 20 bis 3200 Nm ab und sind für Wellenzapfen von 9 bis 85 mm ausführbar. Speziell die Ausführungen mit Zwischenrohren aus Kohlefaserverbundstoffen erlauben Drehzahlen von 10000 U/min und höher, je nach Größe des Achsabstands und anderer Variablen.

Die Zwischenrohre, welche die beiden Ausgleichs-Kupplungselemente verbinden, werden aus Materialien gefertigt, die eine Leichtbauweise erlauben: Stahl, Edelstahl, Aluminium oder glasfaser- oder carbonfaserverstärkte Kunststoffe. Die Verwendung von GFK oder CFK-Rohren isoliert außerdem die beiden Kupplungsteile thermisch oder auch elektrisch voneinander. Zusätzlich ermöglicht der Einsatz dieser Materialien die Verwendung der Kupplungen unter feuchten und korrosiven Umgebungsbedingungen, sie sind korrosionsbeständig und können auch dort eingesetzt werden, wo der Explosionsschutz ein Thema ist. Die Synchronwellen der Reihe WDS sind unter regulären Bedingungen wartungs- und verschleißfrei. Die zulässige Betriebstemperatur beträgt maximal 300°C, ist jedoch bei CFK-Rohren durch das verwendete Matrixmaterial (Epoxidharz) auf 120°C begrenzt; Diese Temperatur sollte nach Möglichkeit nicht oder nur kurz (bis 150°C) überschritten werden.

Das CFK-Rohr punktet beim Abklingverhalten

Ein CFK-Zwischenrohr ist nicht nur erheblich leichter als ein vergleichbar großes Stahlrohr (ca. 1/5 des Gewichtes), gleichzeitig zeichnet es sich durch eine höhere Steifigkeit und ein deutlich besseres Abklingverhalten aus. So werden Schwingungen zwischen fünf und zehn Mal so schnell in einem CFK-Zwischenrohr abgebaut, die gesamte Anlage kann somit ruhiger laufen. Damit wirkt sich der Einsatz von CFK positiv auf die restlichen Komponenten des Antriebs aus, indem beispielsweise Metallbälge und Lager entlastet werden. Die verbesserten Bedingungen ermöglichen dann die biegekritische Drehzahl zu erhöhen, den Achsabstand weiter zu vergrößern oder kleinere Durchmesser des Zwischenrohrs zu verwenden. Zwar ist eine Distanzkupplung mit einem aus CFK gefertigten Zwischenrohr in der Anschaffung teurer als eine vergleichbare konventionelle Lösung, jedoch verringern sich gleichzeitig die Kosten für die gesamte Anlage durch wegfallende Zwischenlager.

Eine spezielle kardanische Lagerung macht es möglich, dass das Gewicht des Zwischenrohres auf den Naben lastet, die Ausgleichselemente werden entlastet. Im Falle eines Crashs ist somit gewährleistet, dass sowohl Anlage als auch Bediener vor möglichen Schäden geschützt werden können. Die WDS-Reihe kann als Synchron-, Gelenk-, oder Verbindungswelle eingesetzt werden und bietet die gleichen Vorzüge wie klassische Metallbalgkupplungen: eine hohe Torsionssteife und geringe Rückstellkräfte beim Ausgleich von Versätzen. Fluchtungsfehler, insbesondere Parallelversätze können in erheblichem Maße ausgeglichen werden. Je nach Länge des Zwischenrohres lassen sich somit radiale Wellenversätze von bis zu 10mm/m ausgleichen.

Bei der Montage wurde besonderes Augenmerk auf die Ergonomie am Arbeitsplatz gelegt: durch die Halbschalenausführung der Naben muss das Gewicht während der Montage nicht gehalten werden. Die festen Nabenhälften können hierzu auf die Wellenzapfen aufgelegt werden, während die jeweils anderen Hälften angebracht werden. Eine Distanzkupplung kann somit normalerweise von einer einzelnen Person montiert werden. Eine Distanzkupplung mit einem CFK-Zwischenrohr ist dabei in etwa 80 Prozent leichter als eine vergleichbare Stahlversion. Bei Bedarf werden die Kupplungen auch mit anderen Anbindungen gefertigt, beispielsweise Konusspannringnaben, axial verschiebbare Klauennaben und Flanschverbindungen.

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