Metallbalg-Sonderkupplungen

Andreas Mühlbauer,

Keine Scherben bringen Glück

Hersteller in der Pharmaindustrie müssen heute extrem flexibel sein. Das gilt somit auch für ihre Produktionsanlagen: Die Prozesssicherheit darf auch bei einem schnellen Umbau nicht gefährdet sein. Beispielsweise hilft eine Sonderkupplung dabei, wertvolle Glasflaschen vor Beschädigungen zu schützen.
Von Sina Cerny und Dirk Hasenstab
Metallbalgkupplungen übertragen das Drehmoment torsionssteif. © R+W

Eine wettbewerbsfähige Produktion ist kaum noch ohne automatisierte Produktionsanlagen möglich. Störungen im Produktionsfluss oder gar ein Maschinenstillstand können schnell zu hohen finanziellen Verlusten führen. Die Betreiber müssen sich daher auf die Prozesssicherheit und Leistungsfähigkeit ihrer Anlagen verlassen können. Dies erfordert Antriebskomponenten, die für die teilweise sehr speziellen Applikationsanforderungen geeignet sind. Dazu zählen auch Kupplungen, die, sofern anforderungsgerecht ausgelegt, in vielfacher Hinsicht wertvolle Vorteile bieten können.

R+W Antriebselemente bietet ein breites Sortiment an Präzisions- und Industriekupplungen für verschiedene Anwendungsfälle. Darüber hinaus gehören individuelle Kundenlösungen ebenso zum Tagesgeschäft. Eine Sonderkupplung war beispielsweise auch im folgenden Fall notwendig, bei dem sich ein Kunde an R+W wandte, um die Effizienz und Sicherheit in seinem Produktionsprozess zu erhöhen.

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Ein Übergang ohne Kante

Der Auftraggeber aus der Pharmaindustrie sieht sich im Herstellungsprozess für seine Produkte einer immer größeren Forderung nach Flexibilität ausgesetzt. Häufig muss er Produkt- oder gar Prozesswechsel vornehmen. Die komplette Produktionsanlage ist daher mobil aufgebaut, sodass sich je nach Bedarf unter anderem die Prozessreihenfolge variieren lässt. In der Weiterverarbeitung der hergestellten Pharmazeutika spielt hier auch ein verstellbarer, mobiler Tisch eine wichtige Rolle. Dieser besteht aus einer beweglichen Tischplatte, die an einer Drehachse befestigt ist. Nach einem Prozessschritt werden insgesamt 500 bis 1.000 befüllte Fläschchen auf die Tischplatte befördert und dort kurzzeitig zwischengelagert. Danach führt sie ein Schieber dem nächsten Prozess zu.

Elastomerkupplungen hingegen sind schwingungsdämpfend und steckbar. © R+W

Diese wichtige Schnittstelle stellt gleichzeitig auch eine große Herausforderung dar. Um flexibel auf unterschiedliche Flaschenformen und Befüllungen reagieren zu können, hat das Unternehmen bewusst auf eine unflexible Flaschenführung verzichtet. Je nach Last kann die Tischplatte jedoch um einen Drehpunkt bis zu 0,3 mm abkippen. Dies würde dazu führen, dass alle Fläschchen aufgrund der entstandenen Stoßkante zwischen den Abschiebeebenen umfallen würden. Daher benötigte das Unternehmen eine Lösung, die Ebenheit und Exaktheit zwischen der Schnittstelle von justierbarem Tisch und vor- und nachgelagerten Anlagen bietet.

Bisher nutzte der Kunde zur Drehung und Justierung des Tisches einen Stellmotor, den er in Verbindung mit der Sensorik als geschlossenen Regelkreis betreibt. In diesem bisherigen Antriebskonzept übertragen dämpfende Elas-tomerkupplungen zwischen Getriebe und Drehachse das Drehmoment und gleichen überdies die Wellenversätze aus. Der Stellmotor bewegt die Mechanik und sorgt somit für die Ausrichtung des Tischs. Diese Nachjustage mithilfe des Regelkreises verhinderte also ein Kippen unter Last. Dies war jedoch mit einem erheblichen Aufwand verbunden, da sich die Einstellparameter im Laufe der flexiblen Produktion oftmals ändern. Dementsprechend war die Zwischenlagerung der Vials, die für eine schnelle und präzise Weiterverarbeitung sorgen soll, recht komplex und diffizil.

Einfache Lösung mit Metallbalgkupplungen

Sicherheitskupplungen schützen Antriebe im Falle einer Drehmomentüberlast. © R+W

Zur Lösung des Problems entwickelten die Experten von R+W ein Metallbalgkupplungsmodell, das optimal auf die erforderliche Torsionsfedersteife, den maximal erlaubten Verdrehwinkel und das benötigte Drehmoment für diese Anwendung ausgelegt ist. Durch Austausch der flexiblen Elastomerkupplungen gegen torsionssteife Metallbalgkupplungen in der Drehachse verfügt die Tischplatte künftig über eine sehr hohe Steifigkeit und somit Positionsgenauigkeit – unabhängig vom Gesamtgewicht der sich darauf befindenden Fläschchen. Diese lassen sich dann auf einer Ebene sicher zur weiteren Verarbeitung schieben. Aufgrund der Sonderkupplung und dem entsprechenden Funktionskonzept konnten die kostenintensive Sensorik und der elektrische Regelkreis entfallen. Ein aufwendiges Nachjustieren ist ebenfalls nicht mehr nötig.

Da die Vials einen Wert von teilweise mehr als 250 Euro pro Stück haben, war dem Auftraggeber eine zusätzliche Sicherung der Tischplatte wichtig. Auch hier konnte R+W helfen und entwarf eine Balgbruchsicherung, die in die Sonderkupplung integriert wird. Die Außenmaße der Kupplung bleiben dabei gleich. Im Worst-Case-Fall eines Balgbruchs, zum Beispiel aufgrund einer Drehmomentüberlast, greifen die Naben der Metallbalgkupplung formschlüssig ineinander und garantieren so die Notlaufeigenschaften. Bei einem Balgbruch würde die Tischplatte daher nicht abkippen oder abstürzen.

Für den Kunden liegen die Vorteile des neuen Konzepts auf der Hand. Aufgrund des vereinfachten Antriebsstrangs entfällt die Notwendigkeit der aufwendigen Sensorik und Regelung sowie des Nachjustierens des Tisches. Gleichzeitig ermöglicht die Sonderlösung eine bessere Anpassungsfähigkeit an die jeweiligen Produkte und veränderten Prozesse. Dadurch sinken die Kosten und der Zeitaufwand bei erhöhter Produktivität. Überdies bietet die integrierte Balgbruchsicherung eine zusätzliche Absicherung und unterstützt die Betriebsverlässlichkeit und Prozessstabilität der Anlage. All dies trägt dazu bei, dass der Auftraggeber seine Produktion flexibel an Kundenwünsche und Markttrends anpassen kann.

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