Kupplung Eine Kupplung für alle Fälle

Ständige Weiterentwicklungen in der Automatisierungs- und Lineartechnik stellen auch Komponentenhersteller vor neue herausforderungen. So passt R+W beispielsweise seine Präzisions-Elastomerkupplungen immer wieder an die speziellen Anforderungen der Branche an. Dabei müssen sie den Anforderungen an Geschwindigkeiten, Beschleunigung und Wiederholgenauigkeit gerecht werden.

Anbieter zum Thema

R+W Antriebselemente GmbH

SCHMIDT-KUPPLUNG GmbH

ORBIT GmbH Antriebstechnik

Ob in Werkzeugmaschinen, in der Solarindustrie oder in der Medizintechnik, Kupplungen finden heutzutage in den verschiedensten Applikationen ihren Einsatz. Dabei stellen die technischen Weiterentwicklungen im Bereich der Automatisierungs- und Lineartechnik die Kupplungshersteller ständig vor neue Herausforderungen. Eine spielfreie Drehmomentübertragung oder die Möglichkeit eines Wellenversatzausgleichs sind hierbei nur zwei Kriterien, die beachtet werden müssen. Die Präzisions-Elastomerkupplungen von R+W sind für die speziellen Anforderungen der Branche prädestiniert und können je nach Bedarf in unterschiedlichen Ausführungen bezogen werden. Verschiedene Standard- und Sonderkupplungen werden hierbei unter anderem in Linearachsen (wie zum Beispiel Zahnriemenachsen) eingesetzt.

Eine Frage der Geschwindigkeit

Die Geschwindigkeit, mit der das zu bearbeitende Bauteil bewegt wird, spielt eine maßgebende Rolle in der Produktionsleistung einer gesamten Anlage. Deshalb werden Automatisierungsanlagen primär nach Geschwindigkeit und Beschleunigung entwickelt und ausgelegt. Weiterhin müssen die verbauten Zahnriemenachsen ebenfalls eine sehr hohe Wiederholgenauigkeit aufweisen. Bei einem konkreten Bedarf eines Achsenherstellers wurden demzufolge die Eckdaten und technischen Parameter für die benötigten Kupplungen deutlich definiert: Es müssen Beschleunigungszeiten von bis zu 50 m/s² und Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu 5 m/s ermöglicht werden, bei einer Wiederholgenauigkeit von ± 0,01 mm. Diesen Anforderungen sollen die spielfreien Präzisions-Elastomerkupplungen von R+W gerecht werden.

Gelenkwelle

Schwingungsdämpfende Miniatur-Gelenkwelle

Verschiedene Modelle und Bauformen

Zahnriemenachsen und E-Motoren erfordern je nach Bauart eine Standard Welle-Welle-Verbindung oder eine Welle-Hohlwelle-Verbindung. Bei erster Version verbaut der Achsenhersteller die erprobte Modellreihe EKL (Bild 1 in der Bildergalerie). Die Klemmnaben der Baureihe sind geschlitzt und mit einer seitlichen Befestigungsschraube (ISO 4762) ausgeführt. Als Nabenwerkstoff werden je nach Anwendung hochfestes Aluminium, Stahl oder Edelstahl verwendet. Bei der Klemmung handelt es sich um eine linienförmige Lastverteilung. Die Klemmnabe kann durch leichtes Schieben axial positioniert werden. Um die Demontage zu erleichtern, steht optional ein Demontagesystem zur Verfügung. Dieses besteht aus einem direkt über dem Schraubenkopf angebrachten Stift, mit dem die Nabe durch die Schraubenkraft einfach und effizient aufgedrückt werden kann.

Bei der zweiten Version (Welle-Hohlwelle-Verbindung) wurde eine Anbindung der Nabe an eine Hohlwelle / Bohrung gefordert. Durch die eingeschränkten Bauraumverhältnisse konnte eine Klemmung auf der Hohlwelle jedoch nicht realisiert werden.

Die Lösung für diese Anforderung ist die Modellreihe EK7 (Bild 2 in der Bildergalerie) mit Spreizdorn, die je nach Serie und Ausführung Drehmomente von bis zu 2150 Nm übertragen kann und für Hohlwellendurchmesser von 4 bis 80 mm geeignet ist. Zur Montage wird nach der Einführung des Spreizdorns in axialer Richtung eine metrische Schraube im Inneren der Kupplung angezogen. Durch die axiale Verschiebung der beiden zueinander konischen Bauteile wird eine Flächenpressung in radialer Richtung erzeugt. Diese Pressung wird für die notwendige Reibschlussverbindung und der damit resultierenden Drehmomentübertragung benötigt.

Aufbau und Eigenschaften von Elastomerkupplungen

Elastomerkupplungen ähneln im Aufbau Klauenkupplungen, nur dass sich zwischen beiden Nabenhälften ein Kunststoffsegment (Elastomerstern) befindet. Dieser Elastomerstern besteht zumeist aus Polyurethan und ist wegen seiner federelastischen Eigenschaften in der Lage, Achsversatz, Schwingungen und Stöße zu kompensieren. Das gute Dämpfungsverhalten kann sich bei Betrieb in Anlagen mit häufiger Stoß-, Wechsel- oder Schwingungsbelastung positiv auf die Lebensdauer der verbundenen Aggregate auswirken. Das trifft allerdings nur auf qualitativ hochwertige Kupplungen zu, deren Einzelelemente die nötige Rundlaufgenauigkeit vor allem bezüglich der Lage der Klauen zur Rotationsachse aufweisen. Unrunde Naben haben nicht nur schlechtere Rundlaufeigenschaften, sondern können im Betrieb pulsierende Querkräfte auf die Drehachsen verursachen. Je größer die Fluchtungsfehler beider Achsen sind, desto mehr kommen die Nachteile ungenau gefertigter Kupplungen zum Tragen. Auswirkungen auf das Laufverhalten hat aber auch die exakte Einpassung der Elastomersterne in die Naben. Ist die Verbindung spielbehaftet, kommt die Kupplung für die genaue Reproduktion von Drehbewegungen, wie sie beispielsweise für hochdynamische Servoantriebe gefordert wird, kaum in Betracht. Werden andererseits die Sterne mit zu großer Vorspannung eingepresst, erhöhen sich die bei Achsversatz auftretenden Querkräfte auf die Wellen. Ebenfalls sind die Kupplungshälften nur schwer steckbar. Dadurch besteht die Gefahr einer zu großen inneren Erwärmung des Sternes in Folge vermehrter Walkarbeit.

Kupplung

Spielfreie Lamellenkupplung

Elastomersterne mit unterschiedlichen Härten

Bei den Servomax-Elastomerkupplungen (Modellreihe EK – Bild 3 in der Bildergalerie) soll die Druckvorspannung des Elastomersterns die Spielfreiheit der Kupplung gewährleisten. Um für jeden Anwendungsfall die richtige Kupplung zu wählen, kann der Kunde zwischen Elastomersternen unterschiedlicher Härte entscheiden (Bild 4 in der Bildergalerie). Diese sogenannten Shore-Härten liegen im Bereich von 80ShA bis 64ShD und sollen dem Anwender einen Kompromiss zwischen notwendigem Dämpfungsverhalten und erforderlicher Torsionssteife bieten. Als bevorzugte Werkstoffe für Elastomersterne haben sich Polyurethane weitgehend durchgesetzt. Die zumeist auf Polyesterbasis aufgebauten Polyurethantypen haben sehr gute mechanische Eigenschaften und sind weitgehend resistent gegenüber vielfältigster Einflüsse.

Die Baureihe EK ist darüber hinaus mit weiteren Nabenausführungen und Anbindemöglichkeiten, beispielsweise mit Konusklemmnaben, als Halbschalenausführung oder mit Passfedernutverbindung erhältlich und kann je nach Serie und Ausführung für Drehmomente bis 25.000 Nm bezogen werden. Sonderausführungen sind zudem auf Anfrage möglich. (br)

Hannover Messe: Halle 25, Stand C28

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