Elastische Sprinter

Elastomerkupplungen – Eine schwingungsdämpfende Drehmomentübertragung war bisher auf mittlere Drehzahlen begrenzt. Aktuelle Tests eröffnen jetzt neue Möglichkeiten.

10. September 2008

Eine Ursache für die permanente Produktivitätszunahme moderner Fertigungsanlagen sind immer höhere Bearbeitungsgeschwindigkeiten am Werkstück durch immer höhere Drehzahlen der eingesetzten Antriebe. So erreichen Hochleistungsantriebe moderner Bearbeitungsmaschine inzwischen bis zu 50.000 Umdrehungen pro Minute und erhöhen dabei gleichermaßen die Vorschubgeschwindigkeit wie auch die Beschleunigung des Werkstücks.

Im Antriebsstrang solcher Maschinen kommen torsionssteife Kupplungen zum Einsatz, wie beispielsweise Metallbalgkupplungen.

Eine Herausforderung sind dabei die auftretenden Schwingungen durch Unwuchten aufgrund von nicht symmetrischen Bauteilen, die mit zunehmenden Drehzahlen ansteigen und die von Metallbalgkupplungen nicht gedämpft werden.

Zwar bieten die Antriebstechnikhersteller auch schwingungsdämpfende Kupplungen an, jedoch sind diese in der Regel nur für einen begrenzten Drehzahlbereich freigegeben, oft bis höchstens 20.000 Umdrehungen pro Minute. Der Kupplungshersteller R+W aus Klingenberg hat deshalb eine umfangreiche Versuchsreihe gestartet, um herauszufinden, welche Drehzahlen sich mit schwingungsdämpfenden Elastomerkupplungen überhaupt realisieren lassen.

Erstaunlicherweise fehlte eine solche Versuchsreihe bisher in der Fachliteratur. Die Spezialisten vom Untermain entwickelten deshalb gemeinsam mit Wissenschaftlern einer Universität geeignete Durchführungskriterien sowie den Versuchsaufbau. Da Elastomere ihre Festigkeit unter Druckbelastung erhöhen, also zum Beispiel bei der Drehmomentübertragung, lief die Versuchsreihe ohne Belastung der Kupplung.

Highspeed-Ansatz

Als Antrieb diente ein handelsüblicher Asynchronmotor mit Frequenzumrichter, mit dem sich die Drehzahl stufenlos bis 4.000 U/min regeln lässt. Mithilfe eines Riemenantriebs und spezieller Lager für die Wellen realisierten die Antriebstechnikspezialisten Drehzahlen bis zu 40.000 U/min.

Die Verformung des Elastomerkranzes wurde mithilfe eines Optosensors gemessen, der Messungen im Bereich von Hundertstelmillimetern ermöglicht. Das Ergebnis der Testreihe überraschte alle Beteiligten: Die getesteten Standard-Elastomerkupplungen der Baureihe Servomax von R+W mit Außendurchmessern von 16 bis 140 Millimeter erlauben den Einsatz in Hochgeschwindigkeitsantrieben mit Drehzahlen bis zu 50.000 U/min und übertreffen damit bei Weitem alle bisherigen Werte aus der Fachliteratur und den Kupplungskatalogen. Das verwendete Elastomermaterial der Kupplungen weist selbst bei enormen Umfanggeschwindigkeiten nur minimale Bewegung nach außen auf. Mögliche Unwuchten treten allein an den Naben zur Anbindung an die Wellen auf. Hier gewährleisten sogenannte Auswuchtbohrungen, die meist direkt an der Unwuchtstelle angebracht werden, eine gleichmäßige Massenverteilung im gesamten Bauteil.

In Zukunft kann somit auf zusätzliche Führungs- oder Abstützringe des Elastomerkranzes gänzlich verzichtet werden. Bei einem übertragbaren Drehmoment bis zu 60 Newtonmeter wird R+W deshalb die Elastomerkupplungen der Baureihe Servomax künftig bis 40.000 U/min freigeben (abhängig von der jeweiligen Shorehärte). Bisher durften die Kupplungen lediglich bei Drehzahlen bis zu 14.000 U/min eingesetzt werden. Die Testreihe ermöglichte damit eine Erhöhung der zulässigen Betriebsdrehzahl um nahezu das Dreifache. Servomax-Elastomerkupplungen ermöglichen also künftig auch in Hochgeschwindigkeitsantrieben eine schwingungsdämpfende Drehmomentübertragung.

Tobias Wolf, R+W/bt

Erschienen in Ausgabe: 06/2008