Eine Frage der Geschwindigkeit

Exklusiv in KEM Der Autor Tobias Wolf ist technischer Leiter bei der R+W Antriebselemente GmbH in Klingenberg

Im Zuge der ständigen Weiterentwicklung in dieser Branche eröffnen sich für R+W, Hersteller von Präzisionskupplungen, ständig neue Herausforderungen im Sinne von technischen Realisierungen. Das Know-how und die jahrelange Erfahrung des Spezialisten aus Klingenberg spiegeln sich in solchen Konstruktionen und Anwendungen wider.

In Großserie werden die Elastomerkupplungen beispielsweise in verschiedenen Ausführungen in elektrischen Linearachsen (Zahnriemenachsen) eingesetzt. In enger Abstimmung mit einem Achsenhersteller aus Baden-Württemberg werden z. B. sowohl Standardprodukte als auch Sonderlösungen verbaut.

Die Geschwindigkeit mit der das zu bearbeitende Bauteil bewegt wird, spielt eine maßgebende Rolle in der Produktionsleistung einer gesamten Anlage. Deshalb werden Automatisierungsanlagen primär nach Geschwindigkeit und Beschleunigung entwickelt und gebaut. Weiterhin müssen die verbauten Zahnriemenachsen ebenfalls eine sehr hohe Wiederholgenauigkeit besitzen.

Demzufolge sind die Eckdaten und technischen Parameter für die Kupplung deutlich definiert: Es müssen Beschleunigungszeiten von bis zu 50 m/s2 und Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu 5 m/s ermöglicht werden, bei einer Wiederholgenauigkeit von ±0,08 mm. Diesen Anforderungen werden die spielfreien Präzisionskupplungen aus dem Hause R+W gerecht.

Zahnriemenachsen und Elektromotoren fordern je nach Bauart eine Standard-Welle-Welle-Verbindung oder eine -Welle-Hohlwelle-Verbindung. Bei ersterer Version wird die vielfach erprobte Modellreihe EKL eingesetzt. Die Nabe ist zweifach geschlitzt und hat eine Befestigungsschraube. Als Nabenwerkstoff werden je nach Anwendung hochfestes Aluminium, Stahl oder Edelstahl verwendet. Durch die konstruktive Gestaltung der Klemmnabe ergibt sich eine Unwucht.

Um diese Unwucht zu minimieren, wird die Nabe im Regelfall mit Auswuchtbohrungen versehen. Bei der Klemmung handelt es sich um eine linienförmige Lastverteilung. Die Klemmnabe kann durch leichtes Schieben axial positioniert werden. Die Klemmung der Kupplungsnabe erfolgt durch eine seitliche Schraube ISO 4762. Um die Demontage zu erleichtern steht optional ein Demontagesystem zur Verfügung. Dieses besteht aus einem direkt über dem Schraubenkopf angebrachten Stift, mit dem die Nabe durch die Schraubenkraft einfach und effizient aufgedrückt werden kann.

Bei der zweiten Version (Nabe-Hohlwelle) wurde eine Anbindung der Nabe an eine Hohlwelle oder eine Bohrung gefordert. Durch die eingeschränkten Bauraumverhältnisse konnte eine Klemmung auf der Hohlwelle nicht realisiert werden. Die Lösung für diese Anforderung ist der Spreizdorn, der Drehmomente bis zu 2150 Nm übertragen kann und einen Hohlwellendurchmesser von 4 bis 80 mm abdeckt.

Zur Montage wird nach der Einführung des Spreizdorns in axialer Richtung eine metrische Schraube im Inneren der Kupplung angezogen. Durch die axiale Verschiebung der beiden zueinander konischen Bauteile wird eine Flächenpressung in radialer Richtung erzeugt. Diese Pressung wird für die notwendige Reibschlussverbindung und die damit resultierende Drehmomentübertragung benötigt.

Die Elastomerkupplung ähnelt in ihrem Aufbau einer Klauenkupplung, nur dass sich zwischen beiden Nabenhälften ein Kunststoffsegment (Elastomerstern) befindet. Dieser Elastomerstern besteht zumeist aus Polyurethan und ist wegen seiner federelastischen Eigenschaften in der Lage, Achsversatz, Schwingungen und Stöße zu kompensieren. Das gute Dämpfungsverhalten kann sich bei Betrieb in Anlagen mit häufiger Stoß-, Wechsel- oder Schwingungsbelastung positiv auf die Lebensdauer der verbundenen Aggregate auswirken.

Das trifft allerdings nur auf qualitativ hochwertige Kupplungen zu, deren Einzelelemente die nötige Rundlaufgenauigkeit, vor allem bezüglich der Lage der Klauen zur Rotationsachse, aufweisen. Unrunde Naben haben nicht nur schlechtere Rundlaufeigenschaften, sondern können im Betrieb pulsierende Querkräfte auf die Drehachsen verursachen. Je größer die Fluchtungsfehler beider Achsen sind, desto mehr kommen die Nachteile ungenau gefertigter Kupplungen zum Tragen.

Auswirkungen auf das Laufverhalten hat aber auch die exakte Einpassung der Elastomersterne in die Naben. Ist die Verbindung spielbehaftet, kommt die Kupplung für die genaue Reproduktion von Drehbewegungen, wie sie beispielsweise für hochdynamische Servoantriebe gefordert wird, kaum in Betracht. Werden andererseits die Sterne mit zu großer Vorspannung eingepresst, erhöhen sich die bei Achsversatz auftretenden Querkräfte auf die Wellen. Ebenfalls sind die Kupplungshälften nur schwer steckbar. Dadurch besteht die Gefahr einer zu großen inneren Erwärmung des Sternes infolge vermehrter Walkarbeit.

Bei den Servomax-Elastomerkupplungen ist die Spielfreiheit der Kupplung durch die Druckvorspannung des Elastomersterns gewährleistet. Um für jeden Einsatzfall die richtige Kupplung zu wählen, kann der Anwender zwischen Elastomersternen unterschiedlicher Härte entscheiden. Diese sogenannten Shore-Härten liegen im Bereich von 80 ShA bis 64 ShD und bieten einen guten Kompromiss zwischen notwendigem Dämpfungsverhalten und erforderlicher Torsionssteife.

Als bevorzugte Werkstoffe für Elastomersterne haben sich Polyurethane weitgehend durchgesetzt. Die zumeist auf Polyesterbasis aufgebauten Polyurethantypen haben sehr gute mechanische Eigenschaften und sind weitgehend resistent gegenüber Ölen, Fetten, Benzin und vielen Lösemitteln.

Für den Kupplungshersteller am Untermain stellt die Automatisierungstechnik eine der wichtigsten Branchen dar. In diesem Bereich der Antriebstechnik findet das gesamte Portfolio von spielfreien Präzisionskupplungen Anwendung. Die einfache Montage von Elastomerkupplungen in Verbindung mit den schwingungsdämpfenden Eigenschaften ist für eine Vielzahl von Automatisierungsanlagen die bevorzugte Lösung.

R+W, Tel.: 09372 9864-0, E-Mail: info@rw-kupplungen.de