Hohlwellengetriebe So steigern Kupplungen die Maschinenverfügbarkeit

Der Einsatz von Hohlwellengetriebe statt Kupplung spart Gewicht und Bauraum. Dagegen stehen Ausfallzeiten bei längerem Betrieb und anspruchsvollen Prozessen. Dennoch gibt es Lösungen, die die Maschinenverfügbarkeit erhöhen.

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R+W Antriebselemente GmbH

„Nie mehr ohne!“, diesen Ausruf hört Christopher Monka immer häufiger von seinen Kunden in Verbindung mit: „Hätten wir Sie nur schon früher bei der Lösungsfindung eingebunden“. Christopher Monka ist Senior Account Manager bei der R+W Antriebselemente GmbH. Die angesprochenen Kunden verwenden Hohlwellengetriebe in Kombination mit R+W-Kupplungen, die beispielsweise in großen Rührwerken der Chemie- und Lebensmittelbranche, in Biogasanlagen, in der Fördertechnik oder bei Fahrantrieben zum Einsatz kommen.

Monka kennt die Beweggründe für die übergangslose Anbindung von Hohlwellen und zeigt, warum es sich lohnt, über Alternativen nachzudenken. Die direkte Verbindung der Motorwelle mit der Hohlwelle sei zwar verlockend, weil sie zunächst kostengünstiger erscheint. „In der Praxis zeigt sich dann aber, dass es häufig zu vermeidbaren Ausfällen kommt“, weiß der Senior Account Manager aus Erfahrung. Ursache sind auftretende Stöße, Schwingungen und Biegemomente im Antriebsstrang, die direkt in die Anwendung übertragen werden. Treten dann noch unvorhergesehene Drehmomentspitzen auf, kann es schnell zum Crash kommen. Eine Kupplung kann diese Störfaktoren auffangen und darüber hinaus kleinere Versätze im Antrieb ausgleichen.

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Deutlich werden die Vorteile, wenn man die unterschiedlichen Aspekte exemplarisch anhand eines Rührwerks betrachtet.

Hohlwellengetriebe mit Kupplung erhöht Flexibilität der Konstruktion

Der Einsatz einer Kupplung bei Hohlwellengetrieben befreit von den starren Vorgaben der Motorhersteller und unterstützt Standardisierungsbestrebungen. Die Konstruktion kann sich für einen bestimmten Standard-Getriebemotor entscheiden, an den dann beispielsweise drei verschiedene Rührwerke mit unterschiedlichen Wellendurchmessern angeschlossen werden. Dies erhöht die Flexibilität und spart Kosten. Schon bei kleineren Serien lohnt sich das, weil der Aufwand für Fertigung, Lagerung und Administration sinkt. Der Flexibilitätsgedanke setzt sich fort bei der Wahl der Anbindung. Kupplungen bieten diverse Anbindungen bzw. Nabenausführungen, unabhängig davon, ob es ein Klemmkonus, eine Passfederverbindung oder eine Klemmnabe sein soll.

Kupplungsspezialist R+W hat gleich zwei Kupplungen im Portfolio, die sich bereits als Standardausführung für Hohlwellen-Applikationen eignen: die ausgleichende und dämpfende Variante mit Konusspreizdorn, die Elastomerkupplung EK7 sowie die torsionssteife Metallbalgkupplung mit Spreiznabe, die BK7. Wird darüber hinaus eine spezielle Kupplungsverbindung gewünscht, kann auch die realisiert werden.

Ausgleichen, dämpfen, isolieren

Der Herausforderung im Umgang mit den Stoß- und Schwingungseigenschaften von Applikationen und eventueller Achsversätze begegnen die Spezialisten bei R+W mit spielfreien Elastomerkupplungen. Die speziellen Kupplungen verfügen über einen Elastomerkranz zwischen beiden Nabenhälften. Dieser Kranz fungiert als Ausgleichs- und Dämpfungsmodul und ist maßgeblich für die Eigenschaften des gesamten Antriebsstrangs verantwortlich. Die eigens entwickelte Geometrie und die hochpräzise Fertigung der Elastomerkränze versetzen die Kupplung in die Lage, axiale, angulare oder laterale Wellenverlagerungen spielfrei auszugleichen. Sie bestehen aus TPU oder Hytrel und verfügen gemäß ihrer Zusammensetzung über verschiedene Eigenschaften. Je nach gewünschtem Dämpfungsgrad kann zwischen unterschiedlichen Shorehärten gewählt werden.

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Nachhaltige Materialien in der Kupplungstechnik einsetzen

Ebenfalls interessant ist die breite Temperaturspanne von -50 °C bis 150 °C. Gerade bei Rührwerken, die Medien mit hohen Temperaturen verarbeiten, bietet der Elastomerkranz in der Ausführung E mit Shorehärte 64 SH D eine hohe Temperaturbeständigkeit. Eine elektrisch ableitfähige Elastomervariante verhindert elektrostatische Funkenbildung. Weiterhin gibt es sogar Materialien für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen (Atex).

Wehrt Drehmomentspitzen ab

Um bei Hohlwellenanbindungen Drehmomentspitzen abzuwenden, die zu Verformungen oder gar einem Wellenabriss führen können, empfiehlt Christopher Monka unter anderem Präzisions-Sicherheitskupplungen, welche nach dem federvorgespannten Kugel-Rast-Prinzip arbeiten. Diese lassen sich mechanisch so einstellen, dass sie bei definierten Lastwerten die Verbindung innerhalb weniger Millisekunden lösen. Im Vergleich dazu weisen elektronische Sicherheitskomponenten vielfach längere Reaktionszeiten auf, vorausgesetzt es bestand eine elektrische Versorgung zum Notfallzeitpunkt.

Das federvorgespannte Kugel-Rast-Prinzip schützt somit den Antriebsstrang davor, dass im Falle eines Schadens zu hohe Drehmomentkräfte direkt in den Motor oder das Getriebe geleitet werden. Aufgrund des mechanischen Prinzips und der hochwertigen Verarbeitung schützt eine R+W-Sicherheitskupplung viele Jahre wirksam, ohne großen Wartungsaufwand zu verursachen. Für eine weitere Beispielanwendung wurde eine Sicherheitssonderlösung realisiert, bei der die individuellen Kupplungen in einer Gehäuseglocke zwischen dem Getriebemotor und der Applikation untergebracht sind. Die Befestigung erfolgte beidseitig mittels Norm-Flanschen. Die Verbindung zum Getriebemotor wurde über einen Zapfen und eine Passfeder gelöst. Das Wiedereinrasten nach einem Crash kann automatisch oder manuell erfolgen. Bei besonders hohen Drehzahlen empfiehlt sich die gewuchtete Ausführung mit Freischaltversion.

Fundierte Beratung

Die speziellen Anwendungen rund um die Anbindung von Hohlwellengetrieben können die Konstruktion vor Herausforderungen stellen. Deshalb setzt R+W auf eine fundierte Beratung für die Komponente Kupplung. Da bei R+W die Entwicklung und Produktion mit hoher Fertigungstiefe in Deutschland ansässig ist, sind Sonderlösungen auf kurzen Wegen gut zu realisieren. Selbst eine Kombination aus einer Elastomer- oder Metallbalg- und Sicherheitskupplung wäre umsetzbar. „Entscheidend ist die Anforderung“, führt Christopher Monka die Beschreibung der Beratungsleistung aus. „Gemeinsam betrachten wir zunächst die Anwendung und die Applikation in Verbindung mit den entsprechenden Komponenten zur Ermittlung der auftretenden Drehmomentbereiche. Die prozesstechnische Analyse erbringt die kritischen Punkte. Auf dieser Basis sprechen wir unter Berücksichtigung des Platzbedarfs eine Produktempfehlung aus oder führen entsprechende Anpassungen durch. Am Ende erhält jeder Kunde die passende Lösung zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit seiner Maschine.“

Die vielen Vorteile sowie die Lebensdauerfestigkeit und die Wartungsfreiheit der R+W-Kupplungen machen sie zur idealen Kombination mit Hohlwellengetrieben, um die Maschinenverfügbarkeit nachhaltig zu steigern.

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