Antriebstechnik Servokupplungen für dynamische Antriebe mit Sicherheitsfunktion

Redakteur: Stefanie Michel

Durch den vermehrten Einsatz von Servoantrieben mit ihrer hohen Dynamik sind immer perfektere Kupplungen gefragt. Auch wenn die Antriebselemente in hoher Präzision gefertigt sind: die unvermeidlichen Achsverschiebungen im Hunderstel-Millimeter-Bereich gilt es auszugleichen. Hier bieten sich besonders die spielfreien Servokupplungen an, die mit weiteren Funktionen ausgestattet auch als Sicherheitsbremsen die Maschine schützen.

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Servokupplungen gehören zum umfangreiches Programm: Die Metallbalgkupplungen von Jakob Antriebstechnik stehen im Mittelpunkt des Angebots an Servokupplungen. Elastomerkupplungen, Miniatur-Kupplungen und Distanzkupplungen runden das Programm für viele Einsatzbereiche ab. Bilder: Jakob Antriebstechnik
Servokupplungen gehören zum umfangreiches Programm: Die Metallbalgkupplungen von Jakob Antriebstechnik stehen im Mittelpunkt des Angebots an Servokupplungen. Elastomerkupplungen, Miniatur-Kupplungen und Distanzkupplungen runden das Programm für viele Einsatzbereiche ab. Bilder: Jakob Antriebstechnik
( Archiv: Vogel Business Media )

Drehmomentübertragungen sind in fast allen technischen Anlagen eine Notwendigkeit. Je dynamischer und präziser eine Anlage arbeiten soll, umso sorgfältiger ist das Augenmerk dabei auf den Antrieb mit dem Bereich der Wellenverbindungen - die Kupplungen - zu legen. Hier ist Jakob Antriebstechnik als einer der führenden Hersteller von Servokupplungen seit mehr als 35 Jahren weltweit tätig.

Ausgleich von Wellenversatz bis sechs Meter

Servokupplungen sind Ausgleichskupplungen zur spielfreien, winkelgetreuen Übertragung von Drehmomenten mit einer möglichst hohen Verdrehsteifigkeit (Torsionssteife) und einem möglichst niedrigen Massenträgheitsmoment. Metallbalgkupplungen von Jakob entsprechen diesem Anspruch und haben sich bereits in vielen Servoantrieben bewährt. Aber auch die Elastomerkupplungen mit einem flexiblen Polyurethanstern können aufgrund ihrer produktspezifischen Vorteile für eine Vielzahl an Anwendungen eine sinnvolle Alternative darstellen. Allen Servokupplungen gemeinsam ist die absolute Spielfreiheit (auch Welle-Nabe-Verbindung) und die Flexibilität zum Ausgleich von Wellenversatz. Als Distanzkupplungen oder als Gelenkwellen überbrücken sie ohne Zwischenlagerung Abstände bis sechs Metern. Als Miniaturkupplungen sind sie für den Versatz oder die Axialverschiebung zweier Achsen konzipiert. Für die unterschiedlichen Einsatzfälle wie beispielsweise für NC-Achsen, Schrittmotoren, Roboterantriebe, Lineareinheiten, Handhabungseinrichtungen, Winkelkodierer oder Servoantriebe stehen verschiedene Ausführungen zur Verfügung. Sie sind als Balgkupplungen, Elastomerkupplungen oder Kreuzschieberkupplung erhältlich.

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Ausgestattet mit einer zusätzlichen Sicherheitsfunktion dienen Servoausgleichskupplungen auch als Überlastschutz und Drehmomentbegrenzer und schützen teuere Anlagen vor kostspieligen Maschinenschäden. Als flexible Ausgleichselemente werden Edelstahlbälge mit diversen Bauformen, Polyurethansterne mit verschiedenen Shore-Härten, Kreuzschieberteile aus Polyacetal, sowie Edelstahl-Membrannaben eingesetzt.

Servokupplungkupplung auf den Einsatz abstimmen

Servokupplungen lassen sich sowohl in hochdynamischen Vorschubachsen von Werkzeugmaschinen einsetzen oder eignen sich bei anspruchsvollen Antrieben im allgemeinen Maschinenbau. Man findet sie in Industrierobotern, Servo- und Schrittmotorenapplikationen. Für eine optimale Auswahl sind folgende Kriterien ausschlaggebend: das zu übertragende Nennmoment, das Trägheitsmoment der Kupplung, die Torsionssteife, der maximale axiale und laterale Wellenversatz sowie die axiale und laterale Federsteife. Daneben sind häufig auch die Kupplungsabmessungen im Verhältnis zur Gesamtkonstruktion für die Auswahl von Bedeutung.

Da die Entwicklung von Fertigungsanlagen besonders im Werkzeugmaschinenbau und der Automation von ständiger Leistungserhöhung gekennzeichnet ist, stehen besonders die Servokupplungen der oberen Leistungsgrenze im Mittelpunkt. Zurzeit werden dort meist „flexible Ganzstahl-Kupplungen“ eingesetzt. Während hier die Balg-Nabe-Verbindung auf Klebebasis schnell an ihre Leistungsgrenzen stößt, ist die KXL-Baureihe von Jakob mit bis zu 7-lagigen Metallbälgen und dem Bördeleinpressverfahren zur Nabenanbindung erfolgreich in neue Bereiche vorgestoßen.

Diese Kupplungen sind verschleiß- und wartungsfrei, überdecken einen Drehmomentbereich von 2 500 bis 38 000 Nm und sind für hochpräzise, dynamische, spielfreie Antriebe geeignet. Durch die dreiteilige Ausführung mit je zwei Konus-Spannringnaben und dem flexiblen, ausbaubaren Balgpaket lies sich die Montage erleichtern.

Einsatz als Sicherheitskupplung verhindert Störfälle

Neben den kontinuierlich wirkenden Kräften können einmalige, zerstörerische Kräfte, ausgelöst durch fehlerhafte Bedienung oder besondere äußere Einwirkungen, ganze Fertigungsanlagen schlagartig für längere Zeit still stellen. Auch kleine, kompakte Motoren können aufgrund ihrer hohen Drehzahl bei einer Kollision Kräfte entwickeln, die große Schäden verursachen. Mit einer Ausrückmechanik, die zur Integration an die verschiedenen Servokupplungen geeignet ist, lassen sich dafür die „Standardkupplungen“ zu Sicherheitskupplungen erweitern. Damit ist es möglich, in Störfällen als Drehmomentbegrenzer und Überlastschutz Maschinenschäden zuverlässig zu verhindern.

Das Herzstück der Sicherheitskupplung ist ein präziser, robuster Ausrückmechanismus mit Stahlkugeln als federbelastete Formschlusskörper. Über eine Klemm-Konusverbindung wird das Drehmoment in die als Kugelkäfig ausgebildet Nabe eingeleitet. Diese dient zur Aufnahme des Flanschringes, der Schaltscheibe mit Tellerfeder und der Einstellmutter. Wir das eingestellte Ausrückmoment überschritten, verdreht sich der Flanschring relativ zur Käfignabe und die Kugeln werden schlagartig aus den Kalotten gedrückt, der Antriebsstrang wird unterbrochen. Durch eine verbesserte Ausrückmechanik der neuen Sicherheitskupplungen lässt sich nun das Leistungspotential moderner Antriebe effektiver nutzen.

Die Lebensversicherung für die Maschine

Ist die Ausfallursache behoben, kann die Anlage wie vorher gestartet werden. Dabei rückt die Kupplung bei Betrieb mit geringer Drehzahl automatisch wieder in die Synchronlage ein und ist funktionsbereit. Dadurch reduziert sich der Einstellaufwand einer eventuellen Referenzanlage erheblich. Sicherheitskupplungen sind die Lebensversicherung für die Maschine, egal ob die Störung durch unkorrekte Bedienung, einem Programmierfehler, Materialüberlastung oder Werkzeugbruch verursacht wurde.

Mit den beschriebenen Sicherheits- und Qualitätssteigerungen kann nicht nur das Drehmoment exakt begrenzt, sondern auch Belastungen der Lager oder der Drehschwingungen deutlich verringert werden. Letztendlich rechnen sich Sicherheitskupplungen. Wichtig ist, dass dies schon in der Planungsphase der Anlagen erkannt wird und eine enge Zusammenarbeit erfolgen kann.

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