Wellenkupplung

Ohne Spiel

Federstahl-Lamellenkupplungen gelten als robust und zuverlässig. Sie sind prädestiniert für Einsatzbereiche unter extremen Umgebungsbedingungen, da ihre Temperaturfestigkeit und Leistungsdichte nur von wenigen anderen Wellenkupplungen erreicht werden. Bei richtiger Dimensionierung und Handhabung besitzen sie eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer. Federstahl-Lamellenkupplungen sind verschleiß- und wartungsfrei und übertragen Drehmomente mit sehr hoher Drehsteifigkeit. Viele auf dem Markt verfügbare Federstahl-Lamellenkupplungen übertragen aber das im Katalog definierte Nennmoment nur anteilig (50 bis 80%) über Reibschluss. Der Rest wird formschlüssig über Passschrauben übertragen.

Kernstück der Ganzstahlkupplung ist das im Bereich der Anbindung mehrfach patentierte Lamellenpaket.

Damit entstehen aufgrund der Belastungen oberhalb des spielfreien Reibschlussmoments kleinste Verschiebungen im Bereich der Lamellenpaketanbindung – und damit verändern sich in Abhängigkeit von Belastungshöhe und die Positionen der Einzelteile. Dies wiederum führt zu einem instabilen Wuchtzustand der Kupplung. Durch die ständige Relativbewegung im Bereich der Lamellenpaketverschraubung fällt die Schraubenvorspannkraft ab und die von der Schraube aufzunehmende Biegekomponente steigt. Schraubenbruch aufgrund zu hoher Betriebskräfte ist dann oftmals die Folge. Um diese Nachteile zu vermeiden, müssen von den Herstellern solcher Kupplungen entsprechende Einschränkungen hinsichtlich Wechselmomente oder anzuwendender Betriebsfaktoren gemacht werden. Alles in Allem muss trotz sehr hoher Katalogangaben häufig eine Kupplung der nächsten oder übernächsten Baugröße ausgewählt werden.

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Spielfreie Anbindung an die Naben

Das Unternehmen Mayr Antriebstechnik 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 beziehungsweise Zwischenteil 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, eine Reduzierung aufgrund Verlagerung, Lastkollektiv oder Wuchtanforderung ist nicht notwendig.

Das Angebot dieser Kupplungen hat sich in der jüngsten Vergangenheit dank des erweiterten Baukastens sehr stark vergrößert und wird weiterhin erweitert. Bereits seit geraumer Zeit verfügbar sind die beiden Kupplungsbaugrößen sechs und zehn in einer speziell für Servoantriebe angepassten Bauform. Kennzeichnende Merkmale sind hier geringe Massenträgheit durch kompakte Bauform und Verwendung von Aluminium anstelle von Stahl, sowie speziell an den Servobereich angepasste Welle-Nabe Verbindungen. Ergänzt werden die bereits existierenden Baugrößen zukünftig durch die Größen 3 und 15. Damit decken diese Servokupplungen im Bereich 45 bis 79 Millimeter Durchmesser Drehmomente von 35 bis 150 Nm ab.

Hohe Leistungsdichte

Aber auch bei den „Großen“ wächst die Baureihe kontinuierlich. Mit den Baugrößen 180, 850, 1400 und 2200 erfolgte eine erhebliche Programmerweiterung nach oben.

Aktuell werden Kupplungen für Nennmomente bis 24000 Nm angeboten. Darüber hinaus gibt es jetzt für die Baugrößen 16 bis 160 ein zweites Lamellenpaket. Hierdurch ließ sich die ohnehin hohe Leistungsdichte der Kupplung noch weiter anheben. Abhängig vom Anwendungsfall können Pakete mit hoher Verlagerungsfähigkeit oder hoher Leistungsdichte ausgewählt und eingesetzt werden. Um der gesteigerten Leistungsdichte der Kupplung gerecht zu werden, wird die bereits existierende Spannringnabe durch eine Spannringnabe für große Bohrungen ergänzt. Hierbei wird der Außendurchmesser des verwendeten Spannrings soweit wie möglich vergrößert und die reibschlüssig übertragbaren Drehmomente erheblich angehoben. Neue Zwischenhülsen aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) erlauben hohe Drehzahlen auch bei langen Kupplungen. Im Vergleich zu Stahlhülsen haben die CFK-Varianten eine wesentlich höhere biegekritische Drehzahl. Außerdem sind die CFK-Hülsen bis zu 80 Prozent 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 aber erhalten.

Dr. Peter Stipp / stipp@hoppenstedt.de

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