Drehmomentübertragungen sind in fast allen technischen Anlagen eine Notwendigkeit. Je dynamischer und präziser eine Anlage arbeiten soll, umso sorgfältiger ist das Augenmerk dabei auf den Antrieb mit dem Bereich der Wellenverbindungen – die Kupplungen – zu legen.
Die richtige Wahl
Um die passende Kupplung für einen Antriebsstrang zu finden sind einige Faktoren zu beachten. Der benötigte Drehmomentbereich, der Versatz und die Umgebungstemperaturen der Kupplung sind dabei besonders wichtig. Auch die zu überbrückende Distanz zwischen den Wellen, elektrische Leitfähigkeit bzw. Isolation, der Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen, besonders hohe Drehzahlen oder Drehmomente und viele weitere Faktoren beeinflussen die Wahl der passenden Servokupplung.
Zunächst wird das benötigte maximale Drehmoment ermittelt. Die Kupplung sollte dementsprechend gewählt und nicht dauerhaft mit Überlast oder im absoluten Grenzbereich genutzt werden. Die Fehlausrichtung geht Hand in Hand mit der möglichen Lebensdauer, denn je größer die Fehlausrichtung ist, desto geringer ist die Lebenserwartung der Kupplung. Daher ist unbedingt auf eine möglichst genaue Ausrichtung zu achten. Der ausgleichbare laterale Versatz liegt im Bereich von etwa 0,15 bis 0,3mm. Dies hängt auch stark von der Anzahl der Balgwellen ab. So erreicht eine vierwellige Kupplung mehrfach höhere mögliche Versatzwerte als eine zweiwellige Kupplung. Grundsätzlich ist die laterale Verschiebung aber mit der wichtigste zu berücksichtigende Faktor nach dem Drehmoment, da er große Auswirkungen auf die mögliche Kraftübertragung hat. Ein hoher Versatz kann zudem zu einem unruhigem Lauf führen, der sich in erhöhtem Verschleiß, größerer Lärmentwicklung oder sogar Schäden am kompletten Antriebsstrang widerspiegeln kann.
Bei der Messung der maximalen Betriebstemperatur gilt es auch, die eventuelle Wärmeentwicklung der Maschine und ihrer Komponenten im laufenden Betrieb zu berücksichtigen. Die Wahl des Materials der Kupplungen ist in diesem Zusammenhang ebenfalls wichtig. Das oft genutzte, leichte Aluminium wird bei hohen Maximaltemperaturen beispielsweise durch Edelstahlbauteile ersetzt. Während Stahl- bzw. Edelstahlkupplungen mit einem speziellen Micro-Plasma-Schweißverfahren verbunden werden können, ist diese Methode bei Kombinationen von Aluminium und Stahl nicht geeignet. Hier können Klebeverfahren zum Einsatz kommen, die allerdings bei extremen Betriebsbedingungen (Chemikalien, sehr hohe oder niedrige Temperaturen) versagen können. Speziell bei Kupplungen auf der Eingangsseite eines Planetengetriebes kann es bei kritischen Anwendungen zu hohen Temperaturen kommen, welche die Klebeverbindungen lösen könnten.
Das lange Zeit patentierte und von Jakob Antriebstechnik entwickelte Fügeverfahren (Bördel-Einpressverfahren) eignet sich um mehrlagige Edelstahlbälge spielfrei mit Aluminiumnaben zu verbinden, was einen Betrieb in Temperaturbereichen von -50 bis +350°C ermöglicht.
Hohe Dynamik erfordert Präzision
Servokupplungen sind Ausgleichskupplungen zur spielfreien, winkelgetreuen Übertragung von Drehmomenten mit einer hohen Verdrehsteifigkeit (Torsionssteife) und einem niedrigen Massenträgheitsmoment. Allen Servokupplungen gemeinsam ist die Spielfreiheit (auch Welle-Nabe-Verbindung) sowie die Flexibilität zum Ausgleich von Wellenversatz. Als Distanzkupplungen oder als Gelenkwellen überbrücken sie ohne Zwischenlagerung Abstände von bis zu 6m. Als Miniaturkupplungen sind sie für den Versatz oder die Axialverschiebung zweier Achsen konzipiert. Für die unterschiedlichen Einsatzfälle wie für NC-Achsen, Schrittmotoren, Roboterantriebe, Linear-einheiten, Handhabungseinrichtungen, Winkelkodierer oder Servoantriebe stehen verschiedene Ausführungen zur Verfügung. Sie sind als Balgkupplungen, Elastomerkupplungen oder Kreuzschieberkupplung erhältlich.
Ausgestattet mit einer zusätzlichen Sicherheitsfunktion dienen Servoausgleichskupplungen auch als Überlastschutz und Drehmomentbegrenzer und schützen teure Anlagen vor kostspieligen Maschinenschäden. Als flexible Ausgleichselemente werden Edelstahlbälge mit diversen Bauformen, Polyurethansterne mit verschiedenen Shore-Härten oder Kreuzschieberteile aus Polyacetal eingesetzt.
Variantenvielfalt
Balgkupplungen sind in Drehrichtung torsionssteif, das heißt sie verwinden sich kaum in sich selbst. Lateral hingegen sind sie flexibel, was ihnen erlaubt, Fluchtungsfehler auszugleichen. Geringe Rückstellkräfte, die spielfreie Drehmomentübertragung und die flexiblen Anwendungsmöglichkeiten machen sie heute zu einem unverzichtbaren Bestandteil im Maschinenbau. Besonders bei hohen Drehzahlen und präzisen Anwendungen können Metallbalgkupplungen punkten.
Elastomerkupplungen dämpfen die Vibration, anstatt sie an die nächste Komponente weiterzugeben. Auch bei dieser Art von Ausgleichskupplungen ist es wichtig, auf eine möglichst präzise Fluchtung zu achten, aber die Risiken eines Schadens sind wesentlich geringer. Mit flexiblem Polyurethanstern können aufgrund ihrer produktspezifischen Vorteile für eine Vielzahl an Anwendungen eine sinnvolle Alternative darstellen.
Sicherheitskupplungen können sowohl auf Balg- als auch auf Elastomerkupplungen basieren, verfügen aber über einen Drehmomentbegrenzer als Überlastschutz. Er verhindert zuverlässig kostspielige Maschinenschäden, Reparaturen und Ausfallzeiten. Bei Überschreitung des eingestellten Drehmomentes wird der Antrieb mechanisch getrennt.
Auch Kombinationen aus Metallbalg-, Sicherheits-, Elastomer- und Distanzkupplungen sind möglich.
