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Kupplungs-Klassiker frisch aufpoliert

| Autor / Redakteur: Marc Egelwisse* / Jan Vollmuth

Kupplungen kommt innerhalb der Antriebstechnik eine wichtige Bedeutung zu, um nachhaltige Lösungen mit hoher Verfügbarkeit zu bauen. Damit der Konstruktionsprozess komfortabler wird, hat Kupplungspionier Flender seine Baureihe überarbeitet.

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Bei der neue Ganzstahl-Lamellenkupplung N-Arpex erreicht Flender aufgrund konstruktiver Verbesserungen Drehmomentsteigerungen zwischen 70 und 100 Prozent.
Bei der neue Ganzstahl-Lamellenkupplung N-Arpex erreicht Flender aufgrund konstruktiver Verbesserungen Drehmomentsteigerungen zwischen 70 und 100 Prozent.
(Bild: Flender)

Gut verbunden ist halb gewonnen: Wer zwei Wellenenden mit Wellenverlagerung einfach, sicher und verdrehsteif miteinander verbinden will, kennt die Ganzstahl-Lamellenkupplungen von Flender. Seit fünf Jahrzehnten garantieren diese Arpex-Kupplungen weltweit in vielen industriellen Anwendungen die Sicherheit, die von zuverlässigen und leistungsfähigen Produkten erwartet wird.

Nun hat der Hersteller seinen reichen Erfahrungsschatz dazu genutzt, diese Verbindungselemente weiter zu optimieren. Das Ergebnis heißt N-Arpex und wurde erstmals auf der Hannover Messe 2017 einer breiten Öffentlichkeit vorgestellt.

Den Besonderheiten dieser Neuheit gebührt vor allem aus konstruktivem Blickwinkel besonderer Beachtung. Dabei wird sofort deutlich, dass nun anders als bisher eine einzige Standardbaureihe die hohen Anforderungen aus der Industrie – inklusive API 610, API 671 und ATEX erfüllt. Das bedeutet: Statt bisher 42 Baugrößen in drei Baureihen deckt nun eine einzige Standardbaureihe mit 14 Baugrößen das bisherige Spektrum ab.

Optimierte Krafteinleitung

Verantwortlich für die optimierte Krafteinleitung bzw. die Vermeidung von Spannungsspitzen ist die mit der Finite-Elemente-Methode berechnete neue Geometrie der flexiblem Lamellen sowie die neu gestaltete Lamellenpaketverschraubung. Diese Maßnahmen führen dazu, dass beispielsweise bei der Baugröße 343 ein maximales Drehmoment von 28.000 Nm übertragen werden kann. Gegenüber der bisherigen Baureihe bedeutet das Drehmomentsteigerungen entsprechend der Baugröße zwischen 70 und 100 %.

Selbst bei einem Wellenversatz von bis zu einem Grad überträgt die neue Standardkupplung das Drehmoment sicher. Zudem ermöglicht die nun vollkommen geschlossene Flanschkontur, dass standardmäßig sogenannte Fangringe vorhanden sind. Versagt aufgrund von unzulässig hohen Drehmomenten oder Verlagerungen ein Lamellenpaket, sorgen diese dafür, dass die Zwischenhülse der Kupplung vor dem Wegfliegen gesichert wird.

Kompaktere Kupplung

Entsprechend des geforderten Drehzahlbereichs unterscheidet man zwischen drei- und fünfteiliger Kupplung. Gemäß den API-Richtlinien, welche die Anforderungen der Öl- und Gasindustrie an Kupplungen beinhaltet, werden sie bis 1800 -1 dreiteilig verwendet, darüber hinaus bis zu einem Maximalwert von 24.000 min-1, was ca. 110 m/s Umfangsgeschwindigkeit entspricht, kann die Kupplung als fünfteilige Version eingesetzt werden. Die Verschraubung von der Nabe zur Zwischenhülse erfolgt bei der fünfteiligen Version mit entsprechenden Zentrierungen – den so genannten Rezessen. Dadurch wird die erforderliche Rundlaufgenauigkeit und Wuchtqualität erreicht.

Gleichzeitig konnte aufgrund der neuen konstruktiven Gestaltung die Bohrungskapazität deutlich erhöht werden. Hersteller und Betreiber von Maschinen und Anlagen gewinnen durch das so bis zu 30 % reduzierte Gewicht der Standardkupplung den Vorteil, dass die Lagerbelastung geringer ist und das Überhangmoment reduziert wird.

Gesamtlösung mit hoher Leistungsdichte

Mit einigen durchdachten konstruktiven Verbesserungen ist es Flender gelungen, eine deutlich verbesserte Ganzstahl-Lamellenkupplung auf den Markt zu bringen. Der Hersteller spricht mit Blick auf die N-Arpex als Gesamtlösung von der höchsten Leistungsdichte weltweit. Dies sei insofern ein großer Vorteil, weil Konstrukteure dadurch mindestens eine Baugröße kleiner wählen können als bisher, erklärt der Kupplungsspezialist. Dieses Merkmal entlaste zum einen das Budget und wirke sich zudem aufgrund der deutlichen Platzeinsparung positiv auf die Gesamtkonstruktion von Maschinen und Anlagen aus.

Leichter bedeutet natürlich auch, dass das Schwingungsverhalten der Gesamtanlage dadurch weiter verbessert wird. Darüber hinaus kann die Torsionssteifigkeit an die Vorgaben von Kunden angepasst werden. Beispielsweise ist für Kompressorenanwendungen typisch, dass die Zwischenhülse speziell auf die geforderte Torsionssteifigkeit angepasst wird.

Individuelle Wünsche schnell umgesetzt

Aufgrund der jahrzehntelangen Erfahrung in Verbindung mit der hohen Fertigungstiefe im Flender Kupplungswerk Bocholt sind spezielle Anwendungen der Ganzstahl-Lamellenkupplung vergleichsweise einfach zu realisieren. Der Hersteller unterstützt Kunden in solchen Fällen mit Komplettberechnungen des Antriebsstrangs inklusive der Kupplung. Mit den entsprechenden Kundendaten wird auf Wunsch eine Torsionsschwingungsberechnung durchgeführt, biegekritische Drehzahlen der Kupplung überprüft Flender dabei standardmäßig.

Zur Serviceleistung gehört auch das Wuchten der Kupplung, was zum Beispiel bei den hohen Drehzahlen von Kompressoren ein wichtiger Aspekt ist. Unterschiedlichste Wuchtmethoden können nach Kundenwunsch realisiert werden, dazu gehören unter anderem die Einzelteil- oder Summenwuchtung nach API 671 oder DIN 21940-11.

Sonderausstattung verfügbar

N-Arpex Kupplungen werden im modernen Flender-Kupplungswerk unter Berücksichtigung höchster Qualitätsansprüche gefertigt. Dies schlägt sich auf die Funktionssicherheit und die Rundlaufgenauigkeit der Kupplung nieder. Ergänzend zum Standardkatalog gibt es auf Anfrage die immer wieder benötigte Sonderausstattung: So gehören Wellenabstand (DBSE) gemäß Kundenwunsch, Zwischenstücke als Torsionswelle, besondere Flanschvarianten, Axialspielbegrenzung, Kriechstromisolierung, Vertikalstützen sowie Rutschnaben gegen Spannungsspitzen bei Motor-/Generatorkurzschlüssen und Non-Sparking-Fangringe gegen Funkenbildung nach wie vor zum Programm des Unternehmens.

Etwas anders sieht die Situation bei herkömmlilchen Standardanwendungen aus wie zum Beispiel beim Antrieb einfacher Pumpen. Hier kommt es aus Sicht der Konstruktion darauf an, dass Standardlösungen eine geringe Bauteilkomplexität aufweisen und schnell verfügbar sind. Aufgrund der Standardabmessungen lassen sie sich problemlos in die Gesamtkonstruktion übernehmen, was Zeit und somit Kosten spart. Auch die Auswahl- und Bestellprozesse sind bei Standardkupplungen entsprechend übersichtlich, was die neue N-Arpex unterstreicht. Entsprechende Online-Tools stellt Flender dem Kunden zur Bestellung und zum Download der Dokumentation zur Verfügung.

Einfach in der Handhabung

Als einer der Pioniere bei der Entwicklung von Ganzstahl-Lamellenkupplungen kennt Flender die Anforderungen von Seiten der Konstruktionsabteilung sehr genau. Standardkupplungen gelten als bevorzugte Lösungen, weil sie einfach in der Handhabung und sicher in der Anwendung sind. Wer spezielle Anforderungen hat, findet in der neuen N-Arpex ebenfalls all das, was er bisher gewohnt ist. So gehört eine Axialspielbegrenzung für gleitgelagerte Motoren ebenso zum Repertoire wie der schnelle Zusammenbau der gewünschten Kupplung aus Halbfertigteilen, die in Bocholt auf Lager liegen. Dabei erstreckt sich das Temperaturspektrum, in dem die Kupplung zum Einsatz kommen kann, von −50 °C bis 280 °C.

Ganz gleich, um welche Anwendung bzw. Umgebungsbedingungen es sich handelt: In jedem Fall gibt der Hersteller seine Erfahrung an den Kunden weiter, wenn es darum geht, Kupplungen für spezielle Anwendungen bzw. Antriebsszenarien inklusive des passenden Betriebsfaktors anzupassen. Denn in Bocholt schenkt man einem ein C-Teil erster Klasse gerne seine höchste Aufmerksamkeit. (jv)

* Marc Egelwisse ist Mitarbeiter der Flender GmbH.

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