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Durch hohe Leistungsdichte überzeugen

Kupplung überträgt Wechselmomente ohne Einschränkung bis zum vollen Nennmoment
Durch hohe Leistungsdichte überzeugen

Viele Dinge sind nicht so, wie sie auf den ersten Blick scheinen. Die Größe einer Kupplung lässt nicht zwangsläufig Rückschlüsse auf die Höhe des übertragbaren Drehmomentes zu. Die leistungsdichte Lamellenpaketkupplung Roba-DS ist bei gleichem Nennmoment kleiner als vergleichbare Wellenkupplungen und kann als wohl einzige Wechselmomente ohne Einschränkung bis zum vollen Nennmoment übertragen.

 

Exklusiv in KEM Der Autor Hermann Bestle ist Leiter Werbung bei der Chr. Mayr GmbH + Co. KG in Mauerstetten

Hohe Leistungsdichte bei Kupplungen gewinnt in der heutigen Zeit vor allem bei dynamischen Antriebsachsen, beispielsweise im Prüfstandsbau, zunehmend an Bedeutung. Hohe Leistungsdichte bedeutet kleine Abmessungen, wenig Einbauraumbedarf, reduziertes Gewicht und geringe Massenträgheitsmomente. Dadurch können Lastwechsel schneller erfolgen. Der Antrieb beschleunigt und verzögert in kürzerer Zeit. Motor, Bremse und andere Bauteile lassen sich eventuell kleiner und kostengünsiger dimensionieren.
Ein weiteres aktuelles Thema ist der verantwortungsvolle Umgang mit Umwelt und Ressourcen. Eine kompakte, leistungsdichte Bauweise spart bei der Herstellung Rohstoffe und Energie. Die Teile können unter Umständen auf kleineren Maschinen produziert werden. Weniger Rohstoff- und Energieverbrauch bedeuten natürlich auch eine Reduzierung der Herstellkosten.
Ein direkter Vergleich mit einer marktgängigen Lamellenpaketkupplung verdeutlicht die hohe Leistungsdichte der Roba-DS: Eine Roba-DS, Baugröße 16, mit einem Nennmoment von 300 Nm misst am Außendurchmesser 77 mm. Die Vergleichskupplung mit nur geringfügig höherem Nennmoment von 330 Nm hat mit 126 mm einen deutlich größeren Außendurchmesser. Im Gegensatz dazu kann die Roba-DS, Größe 64, mit vergleichbarem Außendurchmesser (123 mm) ein mehr als dreimal so hohes Nennmoment von 1100 Nm übertragen.
Keine Einschränkung bei Wechselmomenten
Der Hersteller der Vergleichskupplung (Nennmoment 330 Nm) beschränkt das zulässige Wechselmoment auf 110 Nm. Mayr Antriebstechnik kann das volle Nennmoment von 300 Nm als Wechselmoment zulassen, obwohl sein Produkt am Außendurchmesser 40 % kleiner baut. Die im Katalog definierten Nennmomente sind ohne jegliche Einschränkung nutzbar. Eine Reduzierung aufgrund Verlagerung, Lastkollektiv oder Wuchtanforderung ist nicht notwendig. Zudem ist die Roba-DS in der Baugröße 16 standardmäßig bis zu 13 600 min-1 zugelassen, das Vergleichsprodukt lediglich für 8000 min-1. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist das geringere Massenträgheitsmoment, resultierend aus der kleineren Masse und dem kleineren Außendurchmesser. Die geringere Masse erleichtert die Handhabung und die Montage der Kupplung.
Federstahl-Lamellenpaketkupplungen gelten als robust und zuverlässig. Sie sind prädestiniert für Einsatzbereiche unter extremen Umgebungsbedingungen. Ihre Temperaturfestigkeit und Leistungsdichte wird von den wenigsten anderen Wellenkupplungen erreicht. Bei richtiger Dimensionierung und Handhabung besitzen sie eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer. Federstahl-Lamellenpaketkupplungen sind verschleiß- und wartungsfrei und übertragen Drehmomente mit hoher Drehsteifigkeit.
Viele auf dem Markt verfügbare Federstahl-Lamellenpaketkupplungen übertragen das im Katalog definierte Nennmoment nur anteilig (50 bis 80 %) über Reibschluss. Der Rest wird formschlüssig über Passschrauben übertragen. Durch Belastungen oberhalb des spielfreien Reibschlussmoments entstehen kleinste Verschiebungen im Bereich der Lamellenpaketanbindung. Daraus resultieren diverse Nachteile.
Abhängig von Belastungshöhe und Belastungsrichtung verändern sich die Positionen der Einzelteile. Das führt zu einem instabilen Wuchtzustand der Kupplung. Durch die ständige Relativbewegung im Bereich der Lamellenpaketverschraubung fällt die Schraubenvorspannkraft ab. Die von der Schraube aufzunehmende Biegekomponente steigt. Schraubenbruch aufgrund zu hoher Betriebskräfte ist die Folge.
Um diese Nachteile zu vermeiden, müssen von den Herstellern solcher Kupplungen entsprechende Einschränkungen hinsichtlich der Wechselmomente oder anzuwendender Betriebsfaktoren gemacht werden. Alles in allem muss trotz hoher Katalogangaben häufig eine Kupplung der nächsten oder übernächsten Baugröße ausgewählt werden.
Absolut spielfrei bis zum Nennmoment
Mayr ist im Rahmen der Kupplungsentwicklung Roba-DS einen anderen, eher untypischen Weg gegangen. Um gleichzeitig hohe Leistungsdichte mit absoluter Spielfreiheit zu vereinen, werden die Lamellen im Bereich der Einspannung durch ein spezielles Strahlverfahren behandelt. Zur weiteren spielfreien Drehmomentübertragung vom Lamellenpaket auf Naben bzw. Zwischenteile werden speziell geformte Bundbuchsen genutzt, die durch die zur Verfügung stehenden Schraubenvorspannkräfte eine absolut spielfreie Anbindung an die Naben versprechen.
Somit konnte spielfreier Kraftfluss mit ausgezeichneter Kraftflussdichte zwischen An- und Abtrieb einer Wellenkupplung geschaffen werden. Hierbei wurden vergleichsweise kleine Schrauben eingesetzt, eine Einschränkung der Verlagerungsfähigkeit aufgrund kurzer, freier Biegelängen konnte vermieden werden. Die im Katalog definierten Nennmomente sind ohne jegliche Einschränkung nutzbar.
Lamellenpaketkupplungen finden in den verschiedensten Anwendungen ihren Platz. Sie gleichen radialen, axialen und winkligen Versatz von Wellen aus, schützen die Lager dadurch vor unerwünschter Belastung und somit vor unnötigen Ausfallzeiten und Kosten. Laut einer Studie des IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) sind 51 % der Schäden von Antriebssystemen auf defekte Lager zurückzuführen.
Mayr bietet mit der Roba-DS-Baureihe eine große Auswahl an Wellenkupplungen von 35 bis 110 000 Nm Nennmoment und aufgrund der hohen Leistungsdichte ein hohes Maß an Flexibilität für verschiedene Anwendungen. Abhängig von den Anforderungen können Pakete mit hoher Verlagerungsfähigkeit oder hoher Leistungsdichte ausgewählt und eingesetzt werden. Mit einer Vielzahl verfügbarer Nabenausführungen werden unterschiedliche Anforderungen bzgl. der Einbausituation und Anwendung erfüllt.
Zwischenhülsen aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) lassen hohe Drehzahlen auch bei langen Kupplungen zu. Im Vergleich zu Stahlhülsen haben die CFK-Varianten eine wesentlich höhere biegekritische Drehzahl. Außerdem sind die CFK-Hülsen bis zu 80 % leichter. Diese Eigenschaft wird besonders bei großen Baugrößen und bei langen Hülsen sehr geschätzt. Ein weiterer Vorteil des Kunststoffs ist die hiermit verbundene Korrosionsbeständigkeit.
Wird zusätzlich Isolation bezüglich vorhandener Kriechströme oder Stromdurchschlägen gefordert, werden glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) eingesetzt. Die erreichbaren biegekritischen Drehzahlen müssen hierdurch leicht reduziert werden, die Vorteile hinsichtlich Masse und Korrosionsbeständigkeit bleiben erhalten.
Mayr, Tel.: 08341 804-0, E-Mail: info@mayr.com
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