Digitaler Wahlhelfer

Kupplungen - Ein kritischer Punkt bei der Konstruktion einer Maschine oder Anlage ist die Auslegung der Kupplungen oder Gelenkwellen. Eine internetbasierte Softwarelösung gewährleistet mit wenigen Mausklicks die Auswahl der optimalen Übertragungselemente.

16. September 2005

Die wichtigste Aufgabe einer Kupplung für servoelektrisch angetriebene Anwendungen ist die spielfreie, torsionssteife Übertragung des Drehmoments bei gleichzeitigem Ausgleich von axialem, lateralem oder winkligem Versatz. Unabdingbar für die Erfüllung dieser Aufgaben ist dabei eine hohe Betriebssicherheit dieser Maschinenelemente. Beim Aufbau einer Maschine oder Anlage steht deshalb der Konstrukteur vor der Aufgabe, für die jeweilige Anwendung die passende Kupplung zu finden. Erfordert die Applikation beispielsweise die präzise Übertragung des Drehmoments, empfiehlt sich der Einsatz einer Metallbalgkupplung. Dieser Kupplungstyp bietet eine hohe Verdrehsteife und ermöglicht den Ausgleich von axialen, lateralen und angularen Wellenverlagerungen innerhalb bestimmter Grenzen, etwa bei montagebedingten Fluchtungsfehlern oder bei Winkel- und Axialversätzen. Derartige Kupplungen ­lassen sich einfach montieren und arbeiten mit geringer Rückstellkraft, Restunwucht und Kupplungserwärmung. In feingewuchteter Ausführung eignen sich Metallbalgkupplungen für hoch dynamische Anwendungen mit bis zu 50.000 Umdrehungen pro Minute.Eine andere Aufgabe haben dagegen Elastomerkupplungen: Das Einsatzgebiet dieser Maschinenelemente sind Anwendungen, bei denen Schwingungen und Stöße auftreten können. Möglich macht diese Dämpfung der so genannte Elastomerkranz zwischen den beiden Naben der Kupplung. Unterschiedliche Härtegrade erlauben dabei die Wahl zwischen einer stärkeren Dämpfung oder einer höheren Torsionssteife. Dieser Kupplungstyp besitzt ein gutes Hystereseverhalten und einen geringen Verschleiß, ist elektrisch isolierend und ermöglicht zudem einen Ausgleich von Fluchtungsfehlern bei lateralen, angularen und axialen Versätzen. In feingewuchteter Ausführungen sind Drehzahlen bis 20.000 Umdrehungen pro Minute möglich. Ein dritter Kupplungstyp ist die Überlastkupplung. Deren Hauptaufgabe ist die Vermeidung von Stillstandszeiten und hohen Reparaturkosten. Zum Einsatz kommen solche Sicherheitskupplungen deshalb in Antriebssystemen, in denen es unter Umständen zu Störungen oder Fehlern kommen kann. Je nach dem Funktionsprinzip rastet die Kupplung nach dem Abfall der Überlast wieder ein oder trennt den Abtrieb vollständig vom Antrieb.

Übertragungselemente für eine Vielzahl von Anwendungen

In Fällen, bei denen sich der Abtrieb nicht direkt am Antrieb montieren lässt, kommen Gelenkwellen oder Zwischenachsen zum Einsatz. Zur Wahl stehen auch hier Gelenkwellen mit Metallbalg für die präzise Übertragung des Drehmoments sowie Gelenkwellen mit Elastomerstern mit einer schwingungs- und stoßdämpfender Wirkung. Zu unterscheiden ist bei allen Übertragungs­elementen zudem zwischen einer direkten und der indirekten Kraftübertragung, etwa mit Hilfe von Kettenrädern oder bei Riemenantrieben. Diese Vielfalt an Wellenkupplungs-Typen und Zwischenachsen erschwert natürlich die Auswahl der optimalen Kupplung für die jeweilige Anwendung. Abhilfe schafft hier jetzt eine interaktive Berechnungssoftware, die der Klingenberger Antriebstechnikhersteller R+W entwickelt hat. Die Software steht im Internet unter der Adresse www.kupplungsberechnung.de zur Verfügung und ermöglicht es mit lediglich vier Schritten, für jede Applikation aus einem großen Produktspektrum eine passende Kupplung oder Gelenkwelle zu finden. Die Software erfordert keine eigene Installation auf Anwenderseite und verwendet stets die aktuellen technischen Daten sowie die neuesten Produktreihen. Der erste Schritt ist die Wahl des Kupplungs- bzw. Gelenkwellentyps entsprechend der jeweiligen Aufgabe der Übertragung, Dämpfung oder Begrenzung des Dreh­moments. Zur Auswahl stehen hier deshalb Balgkupplungen, Elastomerkupplungen und Sicherheitskupplungen sowie Gelenkwellen. Im zweiten Schritt folgt die Ein­gabe der spezifischen Nenndaten des jeweiligen Antriebs. Gefragt sind dabei neben dem Nenndrehmoment oder der Leistung auch die Drehzahl sowie die Wellendurchmesser. Zur Wahl stehen zudem optionale Angaben wie die Angabe des Maximal-Drehmomentes, einer möglichen Passfedernut oder das Verhältnis zwischen der An- und Abtriebswelle. Integrierte Sicherheitsschleifen gewährleisten dabei Plausibilität der Daten bei einer möglichen Fehleingabe.

In vier Schritten zur passenden Kupplung

Im nächsten Schritt präsentiert die Soft­ware die möglichen Verbindungen zwischen Welle und Nabe sowie die minimalen und maximalen übertragbaren Drehmomente. Hilfestellung bei der Auswahl bieten dabei zum einen die Abbildungen der Maschinenelemente sowie eine Liste der speziellen Eigenschaften der Naben. Informationsbuttons geben auf Mausklick zusätzliche Hinweise zur Funktion und Aufbau der Nabe. Zuletzt ermittelt die Software schließlich aus den Anwendungsdaten ein passendes Modell. Die primäre Auswahl erfolgt dabei nach dem Nenndrehmoment. Wenn die Auswahl keine Übereinstimmung mit allen Nenndaten ermöglicht, startet eine sekundäre Auswahl nach den Wellendurchmessern. Diese beiden Auswahlverfahren ergeben in rund 90 Prozent aller Fälle ein passendes Ergebnis, in den übrigen Fällen empfiehlt das System alternativ eine Neuwahl der Nabenverbindung oder die Verwendung zusätzlicher Passfedernuten. In einem weiteren Schritt ermöglicht die Software eine Anfrage zu dem berechneten Produkt direkt beim Hersteller. Dazu erhält der Anwender ein Anfrageformular mit den von ihm eingegebenen Daten sowie mit den Angaben des berechneten Produkts, in das nur die eigenen Kontaktdaten sowie eventuelle Bemerkungen über das Einsatzgebiet eingefügt werden müssen.

Tobias Wolf, R+W Antriebtechnik

Erschienen in Ausgabe: 06/2005