Biegsame Kraftvermittler

Beam-Kupplungen – Die Übertragung von Drehmomenten über mehrere Antriebselemente erfordert in der Regel den Einsatz von Kupplungen. Die richtige Wahl sind hier oft flexible Kupplungen.

10. September 2008

Die Wahl der besten Kupplung für eine bestimmte Anwendung ist keine triviale Aufgabe, schließlich sind dabei zahlreiche Leistungsfaktoren zu berücksichtigen, beispielsweise das zu übertragende Drehmoment, eine mögliche Wellenverlagerung, die Steifigkeit des Antriebsstrangs, die geforderte Drehzahl, der nötige Platzbedarf und vieles mehr. Um einwandfrei zu funktionieren, muss die gewählte Kupplung jedoch sämtliche Anforderungen gleichermaßen erfüllen.

Eine Kombination aus günstigen Funktionsmerkmalen und niedrigen Anschaffungskosten bieten in vielen Anwendungsfällen flexible Kupplungen, bei einigen Herstellern auch Beam-Kupplungen, Spiralschnittkupplungen oder Wendelkupplungen genannt. Diese Kupplungen sind in den verschiedensten Bauformen und Werkstoffen erhältlich, deren richtige Wahl sich wesentlich auf die Lebensdauer der Kupplung und die gesamte Systemleistung auswirken kann.

Wartungsfreie Stoßdämpfung

Zu den Vorteilen der Beam-Kupplung zählen Spielfreiheit, ein hoher Verlagerungsausgleich, die konstruktionsbedingte Stoßdämpfung sowie die absolute Wartungsfreiheit. Die zahlreichen erhältlichen Varianten und Werkstoffe ermöglichen darüber hinaus eine optimale Anpassung an die jeweilige Anwendung. Ein führender Hersteller solcher Kupplungen ist Ruland Manufacturing Co., Inc. mit Sitz in Marlborough in der Nähe von Boston im US-Bundesstaat Massachusetts. Das Unternehmen produziert seit 1937 präzise Antriebselemente und konzentriert sich seit 40 Jahren auf die Herstellung von hochwertigen Wellenklemmringen und Kupplungen. Das Produktprogramm umfasst Klemm- und Stellringe, starre Kupplungen sowie eine komplette Reihe von Servokupplungen: Flexible Kupplungen, Balgkupplungen, Oldham-Kupplungen, Lamellenkupplungen und Elastomerkupplungen. In Deutschland vertreibt die Ruland-Kupplungen die Orbit Antriebstechnik GmbH im niedersächsischen Wolfenbüttel.

Flexible Beam-Kupplungen werden aus einem einzigen Teil gefertigt. Als Werkstoff kommt dabei am häufigsten Aluminium zum Einsatz. Einige Hersteller bieten daneben Edelstahlversionen an, die einen besseren Korrosionsschutz und eine höhere Drehmomentkapazität und Steifigkeit bieten als baugleiche Aluminiummodelle – allerdings für den Preis einer deutlich größeren Masse.

Flexibel und elastisch

Beam-Kupplungen besitzen spiralförmige Einschnitte oder Wendeln, die ihnen, ähnlich einer Schraubenfeder, eine gewisse Flexibilität verleihen, um Verlagerungen ausgleichen zu können. Durch die einteilige Konstruktion kann die Kupplung Drehmomente spielfrei übertragen. Unter Torsionslast zeigen die absolut wartungsfreien Beam-Kupplungen zwar einen gewissen »Aufwickeleffekt«, der sich in Präzisionsanwendungen nachteilig auswirken kann, auf Grund seiner stoßdämpfenden Wirkung in Start-Stopp-Anwendungen jedoch Vorteile bietet.

Ein Spalt genügt

Spiralschnitt-Kupplungen sind in zwei Grundvarianten erhältlich: Zum einen haben diese Kupplungen mit nur einem einzigen, durchgehenden spiralförmigen Einschnitt. Dieser Typ ist sehr flexibel und gleicht alle Arten von Wellenverlagerung aus. Am besten eignen sich solche Kupplungen für Systeme, in denen Winkelverlagerungen und axialer Wellenversatz auftreten. Diese Kupplungen mit nur einem Einschnitt sind kostengünstig und eigenen sich am besten für niedrigere Drehmomente, besonders bei Drehwinkelgebern und anderen leichten Messgeräten.

Für geringen Versatz

Für größere Parallelverlagerungen ist dieser Typ jedoch nicht geeignet, da sich die Kupplung dabei in zwei verschiedenen Ebenen biegen muss. Dadurch entstehen Spannungen, die ein frühzeitiges Versagen der Kupplung zur Folge haben können. Durch den langen spiralförmigen Einschnitt lässt sich die Kupplung beim Ausgleich von Verlagerungen zwar leicht biegen, weist aber auch eine reduzierte Torsionssteife auf. Der relativ große Aufwickeleffekt bei Drehbelastung wirkt sich außerdem negativ auf die Genauigkeit der Übertragung von Drehbewegungen aus und beeinträchtigt die Gesamtleistung der Kupplung in manchen Anwendungsfällen. Ist eine höhere Torsionssteife erwünscht, empfiehlt sich der Einsatz von Spiralschnittkupplungen mit Mehrfachschnitt. Diese Kupplungen besitzen zwei oder drei parallele, ineinandergreifende Einschnitte, die kürzer sind als bei Kupplungen mit nur einem Einschnitt. Diese Variante bietet deshalb bei unverändertem Verlagerungsausgleich eine deutlich höhere Torsionssteife und Drehmomentkapazität. Sie eignet sich für Anwendungen mit geringer Beanspruchung, zum Beispiel als Verbindungsglied zwischen Servomotoren und Leitspindeln. Als Folge der zusätzlichen Leistung ist allerdings die Lagerbeanspruchung höher im Vergleich zu Beam-Kupplungen mit nur einem Einschnitt.

Doppelwirkung

Manche Hersteller haben das Mehrfachschnitt- Konzept weitergeführt: Anstelle einer einzigen Mehrfachspirale werden die Kupplungen mit zwei Sätzen von mehre- ren spiralförmigen Einschnitten versehen. Dadurch erhält die Kupplung eine zusätzliche Elastizität und eine noch höhere Verlagerungskapazität, die besonders bei Parallelverlagerungen zum Tragen kommt. Im Gegensatz zu Kupplungen mit nur einem Einschnitt oder einem Satz paralleler Einschnitte verformen sich die beiden Einschnittsätze bei Parallelverlagerungen in entgegengesetzte Richtungen, sodass diese Verlagerungen noch effektiver ausgeglichen werden.

William Hewitson, Ruland Manufacturing/bt

Fakten

- Ruland Manufacturing Co., Inc. mit Sitz nahe Boston, USA, produziert seit 1937 Antriebselemente.

- Seit 40 Jahren konzentriert sich Ruland auf die Herstellung von hochwertigen Wellenklemmringen und Kupplungen.

- In Deutschland vertreibt die Ruland-Kupplungen die Orbit Antriebstechnik GmbH in Wolfenbüttel.

Erschienen in Ausgabe: 06/2008