Welle-Nabe-Technik: Präzisionsgelenkwellen und Sicherheitskupplungen

Stark und lang, klein und schnell

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Beim Einsatz von Zwischenwellen zur Überbrückung größerer Achsabstände in Form verschiedener Kupplungssysteme muß der Anwender Spiel und Verschleiß tolerieren. Das Verbinden größerer Wellendistanzen erfordert teure Zwischenlagerungen, wobei axiale Wellenverlagerungen nicht kompensierbar sind. Eine Neuentwicklung schließt diese Nachteile aus und eignet sich bestens für Synchronisations- und Positionieraufgaben. Hochaktuell auch eine Sicherheitskupplung in Miniaturausführung.

Autoren: Michael Wöber, Geschäftsführer; Frank Kronmüller, Vertrieb; beide R + W Antriebselemente GmbH, Klingenberg

Eigenschaften der Gelenkwellen
Das Hauptmerkmal der spiel- und wartungsfreien Gelenkwellen liegt in der Überbrückung großer Achsabstände bis sechs Metern ohne Zwischenlagerung. Dies wird durch eine spezielle kardanische Lagerung im Innern der Kupplungskörper erreicht. Diese Lagerung verhindert außerdem, daß sich im Crashfalle das Zwischenrohr lösen kann und so umstehende Personen verletzt werden.
Der Metallbalg als wichtiges Konstruktionselement kompensiert axiale, laterale und angulare Wellenverlagerungen. Die Zwischenwellen zeichnen sich durch ein extrem niedriges Trägheitsmoment aus.
Durch den modularen Aufbau kann das Zwischenrohr durch Lösen von Schrauben einfach herausgenommen werden. Dies erweist sich vor allem bei längeren Achsabständen für die Montage als sehr vorteilhaft.
Die bereits bewährte Klemm-nabenverbindung ermöglicht ein einfaches Klemmen auf der Welle über eine seitliche Schraube. Durch die Klemm-nabenverbindung wird ein Leistungsbereich von 10 bis 800 Nm abgedeckt. Für Nenndrehmomente von 1 500 bis 4 000 Nm werden Konusspannsätze angeboten.
Die Baureihe deckt einen Wellendurchmesserbereich von 5 bis 100 mm ab.
Optional können alle von R + W angebotenen Gelenkwellen mit integrierter Sicherheitskupplung angeboten werden.
Anwendungs-beispiele
Die zwei Abbildungen zeigen die Anwendung an einem Palettierroboter, bei dem eine Länge von 4 737 mm mit einer Drehzahl von 700 1/min ohne Zwischenlagerung, überbrückt wurde. Es wurde hier eine verschleissbehaftete Zahnkupplung, für die auch eine Zwischenlagerung notwendig war, ersetzt.
Über diese Länge ist die Kupplung in der Lage einen Lateralversatz von 120 mm auszugleichen.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind in der Synchronisation von Linearführungen oder Hubspindelgetrieben zu sehen.
Im Druckmaschinenbereich werden sie als Königswelle zwischen Spiralkegelgetrieben eingesetzt.
Spezielles Berechnungsprogramm
Für die Auslegung wurde ein spezielles Berechnungsprogramm entwickelt, mit dem für jeden Anwendungsfall die passende Gelenkwelle simuliert werden kann. Einige Beispiele sollen dies verdeutlichen.
Durch die mögliche Variation der Torsionsteife des Metallbalges oder die Veränderung des Innen- oder Aussendurchmessers des Rohres kann die gesamte Steifigkeit der Synchronwelle positiv beeinflusst werden.
Weiterhin besteht durch die Veränderung der Geradheit des Rohres die Möglichkeit, die verdreh- und biegekritische Drehzahl zu erhöhen oder zu reduzieren.
Es kann für jeden Anwendungsfall individuell entschieden werden, ob ein leichtes Rohr aus glasfaserverstärktem Kunststoff, Aluminium oder Stahl verwendet werden soll. Dadurch ist eine deutliche Reduzierung der Massenträgheitsmomente erreichbar.
Für die Fertigung werden nur Präzisionsrohre verwendet, mit denen hohe Drehzahlen realisiert werden können.
Das Berechnungsprogramm gibt ferner der Konstrukteur Hinweise über elastische Verformung, Drehzahl, Torsionsteifigkeit der kompletten Welle, Verdrehwinkel, Gewicht, Massenträgheitsmomente und möglichen Lateralversatz der Gelenkwelle.
Ausführung als Halbschalen-bauweise
Eine preiswerte Alternative zur Standardwelle stellt die Economy-Ausführung in Halbschalenbauweise dar. Hier ist eine einfache, schnelle Montage bzw. Demontage des kompletten Systems möglich. Auf die Möglichkeit, das Rohr herauszunehmen, wurde verzichtet.
Die einfache Montage wird über sog. Klemmnaben in Halbschalenbauweise realisiert. Diese Kupplung wird für Drehmomente bis 800 Nm angeboten.
Sicherheitskupplung in Miniatur-ausführung
Den Klingenberger Antriebselemente-Spezialisten ist es durch eine konsequente Weiterentwicklung gelungen, die nach eigenen Angaben wohl kleinste mechanische Sicherheitskupplung der Welt, die nach dem Prinzip eines federbelasteten Formschlusses arbeitet, zu entwickeln. Diese montagefreundliche, miniaturisierte Drehmomentbegrenzungskupplung arbeitet nach dem patentierten R + W Spielfrei-Prinzip. Die verdrehsteife Kupplung zeichnet sich durch ein extrem niedriges Trägheitsmoment aus.
Es stehen wahlweise folgende Ausführungen zur Verfügung:
– winkelsynchrone Wiedereinrastung
– durchrastender
– gesperrter oder
– Freilaufausführung
Die Überlastkupplungen für Welle-Welle-Verbindungen werden bereits ab einer Gesamtlänge von 29 mm und einem Außendurchmesser von 21 mm angeboten.
Die Schnellabschaltung innerhalb 1 bis 3 ms und der hohe Schaltweg beim Ansprechen der Kupplung gewährleisten einen optimalen Schutz des Antriebsstranges. Die degressive Kennlinie der Tellerfeder sorgt im Überlastfall für ein sofortiges Abfallen des Drehmomentes und eine geringe Restreibung der Kupplung. Das Gesamtprogramm deckt einen Einstellbereich von 0,1 bis 1 500 Nm und einen Wellendurchmesserbereich von 4 bis 60 mm ab. Durch das R + W Prinzip wird die spielfreie Verbindung der An- und Abtriebseite gewährleistet. Durch die Art der Fertigung ist die Gesamtsteifigkeit um 10% höher anzusetzen, als bei vergleichbaren Kugelsystemen. Die Nachteile einer Rollenkonstruktion, wie z.B. hohe Restreibung, Neigung zum Verkanten, höhere Kantenpressung werden durch die Kugelkonstruktion ausgeschlossen.
Sicherheitskupplungen werden überall da eingesetzt, wo es da-rum geht Maschinenstillstandszeiten durch eine Kollision zu vermeiden, sei es bei Werkzeugmaschinen, Verpackungsmaschinen, Holz- oder Blechbearbeitunsmaschinen u.v.a.m.
Merkmale der R+W Sicherheitskupplungen
– absolut spielfreie Übertragung des Drehmomentes
– kompakte Bauweise
– hohe Schaltgenauigkeit auch nach mehreren Ausrastvorgängen, da selbstnachstellend
– stufenlos feinfühlig einstellbar
– geringe Restreibung nach Ausraten
– hoher Qualitätsstandard nach DIN ISO 9001
Merkmale der Gelenkwellen
– Achsabstände bis 6 m ohne Zwischenlagerung
– spiel- und wartungsfrei, verdrehsteif
– Ausgleich von Fluchtungsfehlern
– einfache Montage und Demontage
– niedriges Trägheits-moment
Ausführliche Informationen
Gelenkwellen
KEM 615
Sicherheitskupplungen
KEM 616
Internet
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