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Ausgeglichene Verbindung

Gelenkige, kompakte Kupplungsbaureihe mit axialer Belastbarkeit
Ausgeglichene Verbindung

Axiale Kräfte aufzunehmen oder gar präzise zu übertragen, zählt häufig nicht zu den Stärken von Ausgleichskupplungen. Der Name „Ausgleichs”kupplung definiert bereits, dass diese Antriebselemente neben der Drehmomentübertragung auch universelle parallele, winklige und axiale Fehler kompensieren. Originäre Anwendungen ohne axiale Nachgiebigkeit verlangen nach speziell hierfür konstruierten Kupplungs-lösungen.

 

Der Autor Jörg Melnicky ist Marketingleiter der Schmidt-Kupplung GmbH, Wolfenbüttel

Beim Studium der technischen Unterlagen von Kupplungsherstellern zeigen sich schnell die Haupteigenschaften der Mehrheit der angebotenen Antriebselemente. Fertigungsungenauigkeiten oder Verschleiß haben Wellenverlagerungen radialer und winkliger Art zur Folge. Diese gilt es bei gleichzeitiger präziser Übertragung von Drehim-pulsen zu kompensieren. Der Ausgleich möglicher Axialbewegungen durch Lagerspiel oder durch thermische Ausdehnungen von Wellen wird zusätzlich von den Wellenkupplungen übernommen.
Demgegenüber stehen Einsatzfälle, bei denen neben der präzisen Übertragung von Drehmomenten auch eine Aufnahme beziehungsweise eine spielfreie Übertragung axialer Zug- und Schubkräfte im Vordergrund steht. Oder die Kupplung muss gar „kupplungsuntypische”, da nicht rotatorische Bewegungen übernehmen, wie die genaueste Weitergabe von reinen linearen Impulsen.
Für diese Anforderungen existieren auf dem Markt nur wenig Alternativen. Steckbare Übertragungselemente eignen sich hier nicht und selbst die meisten einteiligen Antriebselemente kommen auf Grund der erwähnten axialen Nachgiebigkeit nicht in Betracht.
Für diese Einsatzfälle bietet das niedersächsische Unternehmen Schmidt-Kupplung GmbH ein Kupplungssystem, dessen Priorität auf der axialen Steifigkeit liegt. Die aktuell komplettierte Baureihe Loewe-Gelenkkupplung gibt es in fünf Baugrößen mit Außendurchmessern 27, 35, 56, 75 und 100 mm.
Raffinierte Kombination
Bei dem Namen Gelenkkupplung wird der Konstrukteur sicherlich sofort assoziieren, welche Eigenschaften in diesen Elementen verknüpft sein müssen. Das sind die Möglichkeiten der Winkelbeugung eines Einzelgelenkes und die axiale Steifigkeit verbunden mit radialen Fluchtungsfehler-Ausgleichkapazitäten. Die Loewe GK kombiniert dabei die kinematischen Eigenschaften einer Kreuzschieberkupplung mit denen eines Wellengelenkes.
In einem Aluminiuminnenring befinden sich im Winkel von 90° zueinander angeordnete Zapfen. Dieses einem Gelenkkreuz ähnliche Mittelteil kann nun einerseits in den Gleitlagern schwenken. Da es aber verglichen mit einem Kreuzgelenk nicht in der Gelenkhälfte fixiert ist, lässt es sich bei auftretendem Radialversatz der Wellen zusätzlich noch um ein definiertes Maß in den Gleitbuchsen verschieben. Das kreuzförmige Übertragungselement ermöglicht durch diese gleichzeitige Schwenk- und Linearbewegung in den Lagern einen kombinierten Verlagerungsausgleich.
Gegenüber den hierfür sonst benötigten Doppelgelenken mit erhöhter Baulänge und Spiel geschieht das auf kürzester axialer Baulänge. Die Vorteile des Kreuzgelenkes, nämlich die axiale Fixierung, werden dabei genutzt, um axiale Kräfte spielfrei zu übertragen. Durch diesen konstruktiven Aufbau eignet sich die Loewe GK sehr gut für Anwendungen, bei denen neben einem Drehmoment die Kupplung durch axiale Kräfte belastet wird oder zusätzlich axiale Zug- und Druckkräfte ohne Längenänderung übertragen werden müssen. Zu nennen sind hier beispielsweise Positionieraufgaben. Hier lassen sich Axialbewegungen bei unfixierten Wellen mittels der Kupplung und durch Anbindung an eine statische Motorwelle vermeiden.
Abgestimmtes Zusammenspiel
Eine anhaltende spielfreie Funktion der Kupplungen ist weitgehend zu gewährleisten. Daher liegt das besondere Augenmerk auf einem abgestimmten Zusammenspiel ausgewählter Gleitlager und Bolzen. Letztere sorgen funktionsbedingt bei Verlagerungen für Bewegung in den wartungsfreien Lagern. Bei der Entwicklung mussten viele Einflussfaktoren in die Konstruktion einfließen. So hängen zum Beispiel die Reibwerte des Lagers von der jeweiligen Bolzenoberfläche ab. Oder die Verschleißraten ergeben sich in einem definierten Belastungsbereich unter Einfluss der jeweiligen Zapfenwerkstoffe.
Hochleistungsgleitlager und gehärtete sowie geschliffene Bolzen aus dem Werkstoff CF53 als Gegenlaufpartner gewährleisten geringste Verschleißwerte auch bei höheren Belastungen. Diese Gleitlager besitzen ausgeprägte mechanische (Druckfestigkeit, Biegefestigkeit, zulässige statische Flächenpressung), physikalische und thermische Eigenschaften bis zu 250 °C. Die Ausgleichselemente kompensieren je nach Außendurchmesser einen lateralen Achsversatz von maximal 2,5 mm und Winkelverlagerungen bis maximal 3°. Die Kupplungsserie ist für eine Axiallast bis maximal 13 000 N und eine maximale Drehmomentübertragungskapazität bis 550 Nm ausgelegt. Kraftschlüssige Klemmnaben, die jeweils mittels einer radial zu bedienenden Klemmschraube überlastsicher befestigt werden, gewährleisten eine spielfreie Wellenanbindung.
Die Naben sind zusätzlich aus hochfestem, korrosionsgeschützt eloxiertem Aluminium gefertigt, um das Gewicht und dementsprechend das Massenträgheitsmoment der Kupplungen niedrig zu halten. Die Kupplungsbaureihe deckt einen Bohrungsdurchmesserbereich bis zu 45 mm ab.
Spielfreie Übertragung
Neben der für Kupplungen typischen Aufgabe der Übertragung von Drehbewegungen und Drehmomenten bei gleichzeitigem Verlagerungsausgleich, liegt das Hauptaugenmerk bei elektomechanischen, hydraulischen oder pneumatisch betriebenen Stellantrieben auf der spielfreien Übertragung verhältnismäßig großer Kräfte in rein linearer Bewegungsrichtung. Die für die Präzision einer Kupplung sonst ausschlaggebenden technischen Merkmale wie Drehfedersteifigkeiten treten bei diesen Anwendungen mit Verstellkräften in den Hintergrund.
Ebenso würden axial spielbehaftete Ausgleichskupplungen hier die Positioniergenauigkeit beeinträchtigen.
Zum präzisen Bewegen, Positionieren, Einstellen beispielsweise im Material-Handling und Zuführungssystemen oder in Ventil- und Drosselklappenbetätigungen werden häufig Elektrozylinder eingesetzt. Diese ermöglichen präzise lineare Stellaufgaben. Die Umwandlung einer rotatorischen Bewegung in eine präzise lineare Hubbewegung verbunden mit einer sehr hohen Wiederholgenauigkeit erfolgt meist über eine Kugelgewindespindel. Ein parallel aufgesetzter oder am Zylinderende integrierter Servomotor treibt die Spindel an. Die hubausführende Kolbenstange ist dabei sorgfältig gelagert. Auftretende Seitenkraftbelastungen auf das Kolbenstangenende verursachen erhöhte Lagerreibung der Zylinder. Das verschlechtert die Lebensdauer und zusätzlich Dynamik sowie Beschleunigungsvermögen. Speziell bei fest montierten Zylindern und bei der Montage von Stangenführungen kompensiert die Loewe GK den kombinierten parallelen und winkligen Versatz zwischen den Komponenten. Dies entlastet Führungen und Lager von schädlichen Querkräften. Auch hier liegt der Vorteil in einer kompakten Bauform, da entgegen vielfach zur Kraftübertragung eingesetzter Maschinenelemente die Verlagerung nicht ausschließlich über Winkelbeugungen geschieht. Die axial steifen Kupplungen gewährleisten die präzise Weitergabe von Vorschubkräften bis zu einem Leis-tungsbereich von 13 kN. Die Anbindung an das Kolbenstangenende erfolgt dabei über eine klemmbare Nabe mit Innengewinde in den Größen M4 bis M27, die Befestigung der Komponenten an die Kupplung wird über eine Außengewindenabe selbiger Größen realisiert.
Online-Info:
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Ausführliche Informationen
Controlflex
Semiflex
Schmidt-Kupplung
Loewe Gelenkkupplung
Weiteres Produktprogramm
– Controlflex: Steckbare, elektrisch isolierende Drehgeberkupplung
– Semiflex: Rückstellkräftefreie Ganzmetall-Ausgleichskupplung
– Schmidt-Kupplung für extrem parallele Wellenversätze
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